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：
4 輸出轉矩波動齒輪嚙合運動分析
在換繩機構的實際工作過程中，由于液壓馬達的流量波動，導致液壓馬達輸出轉矩的突然波動，從而使與液壓馬達相連的同步齒輪所受轉矩突變。這種波動不僅影響換繩機構的正常工作，而且存在一定的安全隱患。依據液壓馬達理論轉矩輸出，設置了3種不同的波動系數，分別為 λ=1000 t，λ=300 sin 32t，λ=20 e10 t，從而得出3個不同波動系數下的液壓馬達輸出轉矩波動函數。
4.1 齒輪邊界條件
選用 ANSYS/Workbench 中的瞬態動力學模塊，對同步齒輪的嚙合過程繼續動態仿真分析。齒輪嚙合分析主要針對齒輪的接觸壓力以及zui大等效應力特性。設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，摩擦因數為0.2，法向剛度系數為1。根據同步齒輪的運動特性，確保齒輪只能繞 z 軸轉動。齒輪瞬態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
結合礦用提升機鋼絲繩換繩車實際工作過程，設置主動輪角速度為1.2rad/s，對從動輪施加轉矩。
4.2 齒輪接觸壓力分析
在有限元分析原理中，力通過各單元節點進行傳遞。當齒面接觸點隨嚙合運動經過齒面節點位置時，會在節點處出現應力集中，接觸應力出現波動，同時接觸壓力也會出現波動。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。分析發現，隨著齒輪嚙合，在恒定轉矩下的齒面接觸壓力雖然會出現波動，但是幅值趨于一個定值，且接觸壓力波動穩定。
如圖9所示，一次波動轉矩下，齒面接觸壓力的變化趨勢與一次波動轉矩函數基本相符；在波動轉矩到達zui高峰時，對應的齒面接觸壓力達到zui大值；與恒定轉矩相比較，一次波動轉矩的齒面接觸壓力波動幅度更大。由此可以推斷，波動轉矩的增 大也會引起應力集中幅值的增 大。
圖9 恒定轉矩與一次波動轉矩接觸壓力的對比
如圖10所示，三角波動轉矩下齒面接觸壓力的變化趨勢與三角波動轉矩函數基本相符；當三角波動轉矩到達波峰時，所對應的zui大接觸壓力也達到zui大值；隨著三角波動轉矩開始下降到達底峰，所對應的zui大接觸壓力同樣趨于減小。與恒定轉矩相比較，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，接觸壓力處于ji小值；但當三角波動轉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，三角波動轉矩帶來的接觸壓力波動幅度依然很大。
圖10 恒定轉矩與三角波動轉矩接觸壓力的對比
如圖11所示，指數波動轉矩下，齒面接觸壓力的變化趨勢與指數波動轉矩函數基本相符；當指數波動轉矩在0.16s 附近達到頂 峰時，所對應的接觸壓力也達到zui大值；在0～0.13s 之間，由于波動轉矩增加較緩，其接觸壓力相對穩定；在0.13～0.16s 之間，由于指數波動轉矩陡增，其接觸壓力也從較小值直接增加到zui高點。與恒定轉矩相比較，當指數波動轉矩增加趨于平緩時，接觸壓力變化幅度與恒定轉矩變化幅度基本持平；但一旦指數波動轉矩陡增，其接觸壓力的變化幅度增 大，且幅值比恒定轉矩的幅值大很多。
圖11 恒定轉矩與指數波動轉矩接觸壓力的對比
結合圖9～11可得到結論：在恒定轉矩下，齒面接觸壓力幅值基本不變；在一次波動轉矩、三角波動轉矩、指數波動轉矩下，齒面接觸壓力幅值變化趨勢與轉矩變化趨勢基本一致。由此可見，齒面接觸壓力幅值隨轉矩變化而變化，這也表明了計算結果的合理性。
