新型三曲柄漸開線少齒差傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與有限元分析.pdf

1、薄煤層工作面受空間、環(huán)境的限制，不僅要求采煤機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，而且要求具有較高的可靠性。常規(guī)的薄煤層采煤機(jī)牽引部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、傳動(dòng)齒輪強(qiáng)度低、故障率較高。本文提出了一種新型三曲柄漸開線少齒差行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，擬將其應(yīng)用于薄煤層采煤機(jī)牽引部中，以此來提高采煤機(jī)牽引部機(jī)械傳動(dòng)的可靠性，降低故障率。
　　本文在研究該三曲柄漸開線少齒差傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)原理、傳動(dòng)比計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)某煤機(jī)公司生產(chǎn)的MG80/200-BW型采煤機(jī)的機(jī)身高度以

2、及結(jié)構(gòu)要求，初步確定該機(jī)構(gòu)傳動(dòng)齒輪及其他主要零件的特征參數(shù)及尺寸參數(shù)，并在Pro/E中建立各主要零件的三維實(shí)體模型及整體裝配圖。
　　由于少齒差傳動(dòng)齒輪的接觸強(qiáng)度及齒根彎曲強(qiáng)度會(huì)直接影響到整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及采煤機(jī)的可靠性，因此需研究不同參數(shù)情況下齒輪的強(qiáng)度。本文在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比、最大外徑、輸出載荷及第一級(jí)傳動(dòng)齒輪各參數(shù)保持不變的情況下，確定了第二級(jí)少齒差傳動(dòng)齒輪在模數(shù)分別為2 mm、2.5 mm、3 mm、3.5 mm、4 mm時(shí)

3、的各特征參數(shù)以及相應(yīng)關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)。利用ABAQUS軟件對(duì)第一級(jí)傳動(dòng)齒輪及第二級(jí)少齒差傳動(dòng)齒輪在這5組不同參數(shù)情況下進(jìn)行接觸分析，并利用ANASYS Workbench軟件對(duì)主要零件進(jìn)行靜力學(xué)有限元分析，可以得到以下結(jié)論：
　?。?）第一級(jí)外嚙合傳動(dòng)齒輪各參數(shù)不變的情況下，第二級(jí)少齒差傳動(dòng)齒輪副采用3齒差，隨著模數(shù)減小，其齒數(shù)增大，太陽(yáng)輪的輸入轉(zhuǎn)速增大、輸入轉(zhuǎn)矩減小，使得齒輪副的接觸應(yīng)力及齒根彎曲應(yīng)力都相應(yīng)減小。所以，少齒差

4、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的模數(shù)減小可以有利于增強(qiáng)第一級(jí)傳動(dòng)齒輪的強(qiáng)度、可靠性。
　?。?）第二級(jí)少齒差行星傳動(dòng)齒輪寬度為100 mm，當(dāng)齒輪模數(shù)為2 mm，行星輪及齒圈齒數(shù)分別為159、162時(shí)，齒輪副是6~7對(duì)齒輪交替嚙合，其最大接觸應(yīng)力及最大彎曲應(yīng)力分別僅為206 MPa、61.1 MPa；當(dāng)齒輪模數(shù)增大為4 mm，行星輪及齒圈齒數(shù)分別為78、81時(shí)，齒輪副是3~4對(duì)齒輪交替嚙合，齒輪副的最大接觸應(yīng)力及最大彎曲應(yīng)力分別僅為321 MPa、91

5、.8 MPa。隨著模數(shù)的增大、齒數(shù)的減少，其齒輪副同時(shí)嚙合的齒對(duì)數(shù)在模數(shù)為2 mm~3.5 mm之間近似呈線性減小，在3.5 mm~4 mm之間趨于穩(wěn)定，齒輪副的接觸應(yīng)力及彎曲應(yīng)力增大。因此當(dāng)齒輪模數(shù)分別為2.5 mm、3 mm、3.5 mm時(shí)，同時(shí)參與接觸的齒對(duì)數(shù)、最大接觸應(yīng)力及最大彎曲應(yīng)力分布在模數(shù)為2 mm與4 mm的相應(yīng)值之間。
　　（3）第二級(jí)少齒差傳動(dòng)部分齒輪副的接觸應(yīng)力及齒根彎曲應(yīng)力較小，因此可以適當(dāng)減小齒輪寬度，進(jìn)

6、一步減小整體結(jié)構(gòu)的軸向尺寸，并提高曲柄軸、傳動(dòng)銷軸的抗扭強(qiáng)度。本文中以齒輪模數(shù)為2.5 mm為例，對(duì)齒寬分別為100 mm、90mm、80 mm、70 mm、60 mm的齒輪副進(jìn)行了有限元分析，得到其最大接觸應(yīng)力分別為211.0 MPa、234.8 MPa、245.0 MPa、259.2 MPa、283.9 MPa，隨著齒寬的減小呈非線性增大；最大齒根彎曲應(yīng)力分別為67.4 MPa、71.3M Pa、76.4 MPa、83.6 MPa、

7、95.8 MPa，隨著齒寬的減小近似呈線性增大。因此，將該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于薄煤層采煤機(jī)牽引部中時(shí)，建議第二級(jí)少齒差傳動(dòng)齒輪采用模數(shù)為2 mm或2.5 mm、齒寬為60 mm~80 mm之間的傳動(dòng)齒輪，且齒輪材料可以選用40 Cr，調(diào)質(zhì)處理即可，充分利用其彈性變形性能，提高齒輪強(qiáng)度。
　?。?）利用ANASYS Workbench軟件對(duì)曲柄齒輪軸、前后支撐端蓋進(jìn)行了靜力學(xué)有限元分析，得到曲柄軸、前支撐端蓋、后支撐端蓋的最大應(yīng)力分別為2