礦用提升機鋼絲繩換繩車同步齒輪特性分析（4）(圖文)
時間：2024-06-29 08:35:43 點擊數(shù)：
4 輸出轉(zhuǎn)矩波動齒輪嚙合運動分析
在換繩機構(gòu)的實際工作過程中,，由于液壓馬達的流量波動，導(dǎo)致液壓馬達輸出轉(zhuǎn)矩的突然波動,，從而使與液壓馬達相連的同步齒輪所受轉(zhuǎn)矩突變,。這種波動不僅影響換繩機構(gòu)的正常工作，而且存在一定的安全隱患,。依據(jù)液壓馬達理論轉(zhuǎn)矩輸出,，設(shè)置了3種不同的波動系數(shù)，分別為 λ=1000 t,，λ=300 sin 32t,，λ=20 e10 t，從而得出3個不同波動系數(shù)下的液壓馬達輸出轉(zhuǎn)矩波動函數(shù),。
4.1 齒輪邊界條件
選用 ANSYS/Workbench 中的瞬態(tài)動力學(xué)模塊,，對同步齒輪的嚙合過程繼續(xù)動態(tài)仿真分析。齒輪嚙合分析主要針對齒輪的接觸壓力以及zui大等效應(yīng)力特性,。設(shè)置同步齒輪嚙合仿真時間為0.3s,，選取28個齒面進行14對接觸，接觸類型為摩擦接觸，摩擦因數(shù)為0.2,，法向剛度系數(shù)為1,。根據(jù)同步齒輪的運動特性，確保齒輪只能繞 z 軸轉(zhuǎn)動,。齒輪瞬態(tài)分析約束與載荷施加情況如圖8所示,。
圖8 約束與載荷施加
結(jié)合礦用提升機鋼絲繩換繩車實際工作過程，設(shè)置主動輪角速度為1.2rad/s,，對從動輪施加轉(zhuǎn)矩,。
4.2 齒輪接觸壓力分析
在有限元分析原理中，力通過各單元節(jié)點進行傳遞,。當(dāng)齒面接觸點隨嚙合運動經(jīng)過齒面節(jié)點位置時,，會在節(jié)點處出現(xiàn)應(yīng)力集中，接觸應(yīng)力出現(xiàn)波動,，同時接觸壓力也會出現(xiàn)波動,。嚙合仿真分析之后，在有限元模型中提取一對接觸齒輪面的齒面壓力,，得到接觸壓力變化圖,。分析發(fā)現(xiàn)，隨著齒輪嚙合,，在恒定轉(zhuǎn)矩下的齒面接觸壓力雖然會出現(xiàn)波動,，但是幅值趨于一個定值，且接觸壓力波動穩(wěn)定,。
如圖9所示,，一次波動轉(zhuǎn)矩下，齒面接觸壓力的變化趨勢與一次波動轉(zhuǎn)矩函數(shù)基本相符,；在波動轉(zhuǎn)矩到達zui高峰時,，對應(yīng)的齒面接觸壓力達到zui大值；與恒定轉(zhuǎn)矩相比較,，一次波動轉(zhuǎn)矩的齒面接觸壓力波動幅度更大,。由此可以推斷，波動轉(zhuǎn)矩的增 大也會引起應(yīng)力集中幅值的增 大,。
圖9 恒定轉(zhuǎn)矩與一次波動轉(zhuǎn)矩接觸壓力的對比
如圖10所示,，三角波動轉(zhuǎn)矩下齒面接觸壓力的變化趨勢與三角波動轉(zhuǎn)矩函數(shù)基本相符；當(dāng)三角波動轉(zhuǎn)矩到達波峰時,，所對應(yīng)的zui大接觸壓力也達到zui大值,；隨著三角波動轉(zhuǎn)矩開始下降到達底峰，所對應(yīng)的zui大接觸壓力同樣趨于減小,。與恒定轉(zhuǎn)矩相比較,，雖然zui大接觸壓力的峰值變化不大，且在嚙合時間0.10～0.15s 時間內(nèi)，接觸壓力處于ji小值,；但當(dāng)三角波動轉(zhuǎn)矩下一個波峰來臨時,，其zui大接觸壓力會陡增到之前的峰值。由此可見,，三角波動轉(zhuǎn)矩帶來的接觸壓力波動幅度依然很大,。
圖10 恒定轉(zhuǎn)矩與三角波動轉(zhuǎn)矩接觸壓力的對比
如圖11所示，指數(shù)波動轉(zhuǎn)矩下,，齒面接觸壓力的變化趨勢與指數(shù)波動轉(zhuǎn)矩函數(shù)基本相符；當(dāng)指數(shù)波動轉(zhuǎn)矩在0.16s 附近達到頂 峰時,，所對應(yīng)的接觸壓力也達到zui大值,；在0～0.13s 之間，由于波動轉(zhuǎn)矩增加較緩,，其接觸壓力相對穩(wěn)定,；在0.13～0.16s 之間，由于指數(shù)波動轉(zhuǎn)矩陡增,，其接觸壓力也從較小值直接增加到zui高點,。與恒定轉(zhuǎn)矩相比較，當(dāng)指數(shù)波動轉(zhuǎn)矩增加趨于平緩時,，接觸壓力變化幅度與恒定轉(zhuǎn)矩變化幅度基本持平,；但一旦指數(shù)波動轉(zhuǎn)矩陡增，其接觸壓力的變化幅度增 大,，且幅值比恒定轉(zhuǎn)矩的幅值大很多,。
圖11 恒定轉(zhuǎn)矩與指數(shù)波動轉(zhuǎn)矩接觸壓力的對比
結(jié)合圖9～11可得到結(jié)論：在恒定轉(zhuǎn)矩下，齒面接觸壓力幅值基本不變,；在一次波動轉(zhuǎn)矩,、三角波動轉(zhuǎn)矩、指數(shù)波動轉(zhuǎn)矩下,，齒面接觸壓力幅值變化趨勢與轉(zhuǎn)矩變化趨勢基本一致,。由此可見，齒面接觸壓力幅值隨轉(zhuǎn)矩變化而變化,，這也表明了計算結(jié)果的合理性,。
