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矿用行星轮系的接触疲劳仿真分析

第】7卷第4期f总第J07期)

2012年8月

煤矿开采

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August2012

矿用行星轮系的接触疲劳仿真分析

黄学文

天地科技殷份有限公司,北京100013

【摘要]对行星轮系接触疲劳的相关特性进行分析,建立了行星转系的三维有限元模型,获取了定轴行星靶系的接触应力载荷谱和接触疲劳s一Ⅳ曲线。利用ANsYsw。rkb肌ch软件,以一组矿

用行星轮系为实例进行接触疲劳仿真分析,得到了行星轮系的寿命和安金系数等相关参数。仿真结果

表明:接触疲劳仿真分析为行星轮系的可靠性设计和结构优化提供了重要的保障。

[关键词]行星轮系;接触疲劳;s一Ⅳ曲线;安垒系数

【中图分类号]THl324lC文献标识码]A【文章编号]1006?6225(2012)04一0017—04

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在所有的机械传动过程中,齿轮传动具有传动效率高、承载扭矩大、工作寿命长等特点,因而应用最广。接触疲劳破坏是齿轮失效的重要原因之一,齿轮的齿面处多容易发生点蚀、磨损和胶合等疲劳破坏现象,从而造成了齿轮的严重失效。卢金生”1对齿轮渗氮层强度进行了深入研究,借助有限元仿真的方法,获取了正交切应力沿渗氮层深度方向上的分布情况,并且通过齿轮接触疲劳试验验证了齿轮渗氮层的可靠性;李贞子”1利用疲劳接触试验机对齿轮进行接触疲劳试验,总结出不同材料和工艺条件下的齿轮接触疲劳强度极限。运用有限元方法对齿轮进行接触疲劳仿真分析具有很大的优势,不仅可以精确找到齿轮容易发生疲劳破坏的部位,而且大大提高了接触疲劳分析的效率。

本文以一组常用矿用行星轮系为例,建立了行星轮系的三维有限元模型,然后对其进行接触疲劳仿真分析。

1行星轮系的接触疲劳特性

齿轮在高速传动的过程中,由于受到反复交变接触应力的直接作用,齿面接触部位往往产生接触疲劳。同一齿面的齿轮往往齿根先发生点蚀,然后才扩展到齿顶面,所以齿顶面比齿根面具有更高的接触疲劳强度。根据赫兹接触理论,齿面接触往往当做节圆处的两个圆柱体接触,在压力的作用下,由于接触表面发生局部变形,最大接触压力一。发生在接触带的各点上,形成宽度为26的接触带。最大接触应力o。和接触带半宽6的求解如式(1)和式(2)所示”一。

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式中,n为齿轮的承担载荷;£为接触线的长度;p:为啮合肯面上啮合点的综合曲率半径;E.和E:为齿轮材料的弹性模量;弘,和p:为齿轮材料的泊松比。

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根据式(1)可得,由于承担载荷F。、接触线长度L和综合曲率半径陡,随着行星轮系啮合点位置的不同而不同,接触应力一。的大小也不同,因此,为了保证行星轮系疲劳仿真分析结果的准确性,必须对齿面接触部位进行精确地建模。

[收稿日期]2叭2—04—27

[基金项目】中国博士后私学基盒第二批特别资助项目(20。9。22s6)

[作者简介]黄学i(1972一)男,湖北武汉人,博士后,高级工程师,从事科研管理及煤机传动和再制造方面的研究。

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