整體式履帶行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)輪設(shè)計(jì)及CAE分析

1、整體式履帶行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)輪輪齒設(shè)計(jì)及CAE分析郭贊、王宇（三一重型裝備有限公司，沈陽110027）摘要:驅(qū)動(dòng)輪作為煤礦機(jī)械行走機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵零件，其結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣直接影響設(shè)備性能及行走機(jī)構(gòu)的使用壽命。本文介紹兩種驅(qū)動(dòng)輪輪齒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，并且進(jìn)行CAE分析，驗(yàn)證安全系數(shù)。關(guān)鍵字：驅(qū)動(dòng)輪；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；安全系數(shù)Abstract :It is a key part that the drive wheel is in traveling mechanism of coal mine machinery,such configuration is well or not that will make a impa

2、ct on equipment performance and life of traveling mechanism.The article introduce that there are two sorts of configuration and comparing with them, and making CAE analysis to validate safety factor.Key words: drive wheel; wheel-tooth configuration design; safety factor 0引言煤礦機(jī)械的主要工作場所是煤礦巷道，巷道工作面空間狹小

3、，如果機(jī)械零部件發(fā)生故 障，維修很不方便，這決定了機(jī)械零部件要有很高的可靠性。煤礦掘進(jìn)機(jī)械全部采用履帶行走機(jī)構(gòu)，在掘進(jìn)設(shè)備工作時(shí)，經(jīng)常需要前后運(yùn)動(dòng)以及從此工作面移向另一工作面，并且在巷道有坡度時(shí)，掘進(jìn)設(shè)備還需要上山或下山移動(dòng)，這決定了行走機(jī)構(gòu)要有很高的可靠性。行走部驅(qū)動(dòng)輪作為煤礦機(jī)械行走機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵零件，其結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣直接影響設(shè)備性能及行走機(jī)構(gòu)的使用壽命。1 行走機(jī)構(gòu)簡介大多數(shù)工程機(jī)械都采用履帶行走機(jī)構(gòu)，履帶又分為組合式履帶與整體式履帶。地上路面工程機(jī)械大多數(shù)采用組合式履帶行走機(jī)構(gòu)，組合式履帶由履帶節(jié)、履帶銷、銷套、履帶板和履帶螺栓等組成，各零件個(gè)單獨(dú)更換，且泥沙不易進(jìn)入銷套內(nèi)，但拆裝困難。與組合

4、式履帶 嚙合傳遞動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪可以參照GB/T 1243-1997制造。國內(nèi)煤礦機(jī)械行走機(jī)構(gòu)幾乎都采用整體式履帶板，履帶板整體制造，制造拆裝簡單，成本低，低速行走功率損耗小。驅(qū)動(dòng)輪與履帶嚙合屬于非共軸嚙合傳動(dòng)，在傳動(dòng)過程中，節(jié)距的積累偏差主要反應(yīng)在嚙合齒上，嚙合的齒數(shù)越多，這個(gè)偏差的影響越大，在這鐘情況下， 整體式履帶的驅(qū)動(dòng)輪都采用特殊嚙合方式設(shè)計(jì)，即履帶節(jié)距比驅(qū)動(dòng)輪節(jié)距小1%5%,這時(shí)，只有最前面一個(gè)輪齒和即將脫出嚙合的一個(gè)節(jié)銷在嚙合，其他節(jié)銷都和各齒不接觸。特殊嚙合的優(yōu)點(diǎn)是，節(jié)銷退出嚙合時(shí)不發(fā)生沖擊，以及當(dāng)履帶因磨損而節(jié)距增大時(shí)，就變成正常嚙合。2 驅(qū)動(dòng)輪輪齒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)行走機(jī)構(gòu)的整體高度決定驅(qū)動(dòng)

5、輪分度圓的大小，分度圓大小又與驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)以及節(jié)距有關(guān)。驅(qū)動(dòng)輪與履帶板節(jié)距可以按照MT/T 579-1996懸臂式掘進(jìn)機(jī)履帶板及其銷軸選取，也可以根據(jù)行走機(jī)構(gòu)實(shí)際情況在此標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整。 2.1兩圓弧輪齒驅(qū)動(dòng)輪設(shè)計(jì)所涉及的參數(shù)有：p 節(jié)距；Z 一 驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)一圈，參與嚙合的工作齒數(shù)（一般選1015）;d0 度圓直徑；d 一滾子直徑（根據(jù)履帶板結(jié)構(gòu)確定）；da 齒頂圓直徑；出一齒底圓直徑；b 一齒寬計(jì)算公式有:d。P.180 si nzda =do(0.81.0)d（公式一）；（公式二）；df =d。d（公式三）；bi = 0.4p（公式四）；具體作圖步驟如下（作圖軌跡見圖1）:1） 、在分度

6、圓上取任意一點(diǎn)為點(diǎn)A ,以點(diǎn)A為圓心，分別以p、（1+0.03 ） p為半徑作弧, 交于分度圓點(diǎn)B、點(diǎn)C;2） 、以點(diǎn)A為圓心，d為半徑作?。灰渣c(diǎn) C為圓心，p為半徑作弧，兩弧交于點(diǎn)D;3）、以點(diǎn)D為圓心，p為半徑作弧，與經(jīng)過點(diǎn) B的弧交于點(diǎn)E;4） 、以點(diǎn)E為圓心，p-d/2為半徑作?。灰渣c(diǎn) A為圓心，d為直徑作弧，兩圓弧相切， 即驅(qū)動(dòng)輪一個(gè)輪齒齒廓的一半；5） 、根據(jù)履帶板結(jié)構(gòu)，計(jì)算出相鄰滾子圓心距e；6）、重復(fù)步驟1）6）,畫處該輪齒齒廓的另一半，即兩圓弧相切輪齒齒廓設(shè)計(jì)完成。圖12.2三圓弧-直線輪齒該結(jié)構(gòu)來源于 GB/T 1243-1997,主要不同之處在于，驅(qū)動(dòng)輪齒形半角 T/2包

7、含有一個(gè) 補(bǔ)償角丫 。補(bǔ)償角丫 越大，分度圓齒厚越小，所以在確定補(bǔ)償角 丫 時(shí)，要根據(jù)履帶板 結(jié)構(gòu)，以及強(qiáng)度校核公式進(jìn)行調(diào)整。需要有補(bǔ)償角丫的計(jì)算公式有：1）、齒頂圓弧中心 03的坐標(biāo)： 180 八W =1.3*d cos（ -y'）（公式五）;z1 80,V=1.3XdXsinL-T'）（公式六）；z2）、齒形半角Y/2 :.一 64Y /2=17 - +?。ü狡撸?；z其余公式與GB/T 1243-1997所提供的公式相同，這里不再贅述。3、強(qiáng)度校核校核驅(qū)動(dòng)輪輪齒的彎曲強(qiáng)度和擠壓強(qiáng)度。彎曲疲勞強(qiáng)度：S =W V Flim（公式八）；接觸疲勞強(qiáng)度：Bh =0.418 |!&#

8、163; x（ 1） V bHlim（公式九）；2b d/2 R式中T 驅(qū)動(dòng)輪圓周力h 齒高W 抗彎截面系數(shù)E 材料的彈性模量R 接觸點(diǎn)處齒形的曲率半徑bl 鏈輪齒寬滾子直徑以 p=150mm , z=10 , d =60mm 為例，取分度圓齒寬 42mm，查手冊 c F lim = 300MPa ;bHlim=750MPa繪制上述兩中驅(qū)動(dòng)輪輪齒，測量兩種齒形的齒高分別為h1=28.1mm ; h2=28.6mm，計(jì)算抗彎截面系數(shù) W,并根據(jù)公式八、公式九計(jì)算得出fi= 144.37MPa ;。2=142.46MPa ;hi = bH2 =128.64MPa ; 安 全系數(shù) Sfi=。響 /

9、fi =2.07 ;SF2=bFlim/bF1=2.11 ； SH1=SH2=bHlim / <1=5.83。4、利用ANSYS workbench軟件進(jìn)行CAE分析通過ANSYS workbench軟件進(jìn)行CAE分析，驗(yàn)證驅(qū)動(dòng)輪輪齒的安全系數(shù)。如圖二 兩圓弧輪齒所示，最大等效應(yīng)力是132.36MPa,鏈輪材料的彎曲極限應(yīng)力是930MPa，所以最大等效安全系數(shù)是 Se = 930/132.36 = 7.03。如圖三 三圓弧-直線輪齒所示，最大等效應(yīng)力是134MPa,鏈輪材料的彎曲極限應(yīng)力是930MPa，所以最大等效安全系數(shù)是Se = 930/134 = 6.94。eM to圖二兩圓弧輪齒33. lu44 &TI7LIq.«t T4ilcih.t "SlLFC跆Tjfp*： EgLnlmt (ron'Iasts) SiztrtxiTja*:用 5542e 小3如一5 B3K圖三 三圓弧-直線輪齒5、結(jié)論大節(jié)距且特殊嚙合的整體式履帶板驅(qū)動(dòng)鏈輪輪齒，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有很大的靈活性，本文介紹了兩種典型的驅(qū)動(dòng)輪輪齒結(jié)構(gòu)，三圓弧-直線齒形與兩圓弧齒形相比，該齒形包括齒溝圓弧、工作段圓弧、齒頂圓弧，以及與工作段圓弧、齒頂圓弧都相切的直線段，輪齒表面 過渡平滑，在與履帶板嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)過程中沖擊小，所以三圓弧-直線輪齒齒形為優(yōu)選齒形，合理