卷扬机传动装置齿轮结构应力分析.pdfVIP

， Equipment Manufactring Technology No.8 2011 卷扬机传动装置齿轮结构应力分析 胡 璟 （中煤科工集团上海研究院，上海200030） 摘 要：基于Pro/E软件对卷扬机传动装置齿轮进行有限元建模，在经过对齿轮有限元模型进行网格划分后，分析其 实际受力情况及工作状况，对其施加位移、载荷约束，从而进行结构应力分析，找出齿轮在承受应力中的最大变形位 移及应力数据，为卷扬机传动装置设计研究提供参考依据。 关键词：减速器；齿轮；应力分析；有限元 卷扬机是起重机械中最简单的常用起重设备之 分，分析计算部分以及后处理部分。前处理部分，主 一，既可以单独使用，也可作为起重、筑路和矿井提 要是生成有限元模型，定义材料属性，对几何模型进 升等机械中的组成部件，因操作简单、绕绳量大、移 行网格划分，施加载荷和位移约束，得到有限元模型 置方便而被广泛应用。传动装置作为卷扬机最为重 的相关数据；分析计算部分，根据有限元模型的数据 要的部件之一，其可靠性和安全性等性能，对卷扬机 文件，进行有限元分析；后处理部分，是有限元计算 的稳定性具有决定性影响。减速器是传动装置中的 后输出结果的加工阶段，主要包括数据输出和图形 [3] 基础部件之一，包括齿轮、传动轴、箱体等。 显示 。 齿轮是减速器中的关键部件，在传动过程中，因 承受自身重力及扭矩、惯性力等，会产生齿轮失效， 块，对卷扬机减速器齿轮进行结构应力分析，验证齿 一般归结为4种形式：轮齿折断、齿面胶合、齿面点 轮失效形式，以提高齿轮设计效率。 蚀及齿面塑性变形等。严重时在齿顶的边棱或端部 出现飞边、齿顶变圆，主动齿轮的齿面上有凹洼，被 2 齿轮有限元模型建立 动齿轮的节线附近升起一脊形，使齿面失去正确的 [1] 齿形 。因此对齿轮进行结构应力分析，具有十分重 2.1 建立几何模型 要的意义。 Pro/E软件建立零部件的几何模型，是基于参数 化设计建模技术进行的。参数化建模在完成一个齿 1 有限元法的应用 轮几何模型后，通过修改参数，就可以实现不同齿轮 的设计，操作简洁方便，效率高。如图1所示为卷扬 近年来，随着高速数字电子计算机的出现和发 机传动装置减速器总装配图，建模时忽略了模型的 展，有限元法得到迅速发展，被公认为是一种有效的 倒角和圆角。在力学分析过程中，发现齿轮4受力较 数值计算方法，其应用领域，由单纯的弹性力学平面 大，因此对齿轮4进行结构应力分析，如图2所示为 问题扩展到空间、板壳问题；由静立平衡问题扩展到 齿轮4的几何模型图。 稳定性问题、动力学问题和波动问题；分析的对象由 弹性材料扩展到塑性、粘塑性和复合材料等；从固体 齿轮2 齿轮4 力学扩展到流体力学、热传导学、电磁学等领域。其 运用于计算的应用领域不断扩大，国外在这一领域 的研究工作十分活跃，而国内目前在这一方面的研 [2] 究工作还处于初期阶段 。 有限元分析总体上可分成三个部分：前处理部 图1 减速器总装配图 图2 齿轮4几何模型 收稿日期：2011-05-14 作者简介：胡 璟（1981—），安徽黄山人，工程师，硕士，主要从事矿山机械研发工作。 36 《装备制造技术》2011年第8期 2.2 定义材料属性 压力角为α =20°。 定义齿轮材料的性质包括弹性模量：210GPa，泊 因此齿轮4受到的径向力为 -9 3 松比：0.3，密度：7.8×10t/mm。