采煤机截割部摇臂及内部高速端直齿轮有限元分析

摘要

摇臂作为采煤机截割部的主要组成部分，首先为其内部的传动系统提供支撑与保护，同时起到带动螺旋滚筒进行截割的作用，其承受着由螺旋滚筒传递的载荷。同时摇臂内部齿轮系统高速区即第一级直齿轮传动系统，其故障率占整个摇臂齿轮箱总体故障比率42％。所以，对摇臂壳体及其内部高速端齿轮工作可靠性和动态特性的分析变得非常重要。
　　本文以采煤机截割部摇臂及内部高速端齿轮为研究对象，根据实际尺寸建立三维模型，结合Pro/E参数化建模、齿轮啮合原理、接触分析理论、有限元分析理论，完成有限元分析，本文主要进行的工作如下:
　　(1)通过研究采煤机结构和工作原理，确定截割部摇臂及内部传动系统高速端齿轮为研究对象，应用Pro/E实现高速端直齿轮参数化精确建模，为ANSYS有限元分析提供精确模型。完成截割部摇臂壳体及其内部直齿轮传动系统三维建模，完成装配;
　　(2)利用ANSYS对高速端啮合齿轮进行有限元接触分析，确定齿根弯曲应力较大的齿轮为主动齿轮，对主动齿轮进行齿根弯曲应力分析，与传统理论计算结果进行对比，验证了有限元分析的准确性和设计的可靠性;
　　(3)分析了螺旋滚筒到摇臂壳体载荷传递过程，对摇臂壳体进行有限元静力学分析，根据第四强度理论进行评估，验证了摇臂壳体设计强度及刚度的可靠性，为设计优化提供依据;
　　(4)研究摇臂壳体的固有特性，对壳体进行自由模态及约束模态分析，根据固有频率振型图，判断振动影响较大的位置。对截割部电机，螺旋滚筒及内部直齿轮传动系统进行振动特性分析，分析约束固有频率与它们振动频率是否发生共振。

目录

论文说明

声明

摘要

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现况及发展状态

1．2．1 采煤机国内外研究现状

1．2．2 接触分析国内外研究现状

1．3 主要软件介绍

1．3．1 ANSYS简介

1．3．2 Pro／E简介

1．3．3 Hypermesh简介

1．4 本文研究意义及内容

1．4．1 课题意义

1．4．2 研究内容

第2章 采煤机截割部摇臂及内部传动系统建模

2．1 双滚筒采煤机概述及组成

2．1．1 双滚筒采煤机概述

2．1．2 双滚筒采煤机的结构组成

2．1．3 双滚筒采煤机工作原理

2．2 采煤机截割部介绍

2．3 截割部摇臂内部高速端直齿轮参数化建模

2．4 摇臂与直齿轮传动系统建模

2．5 本章小结

第3章 截割部高速端齿轮强度分析

3．1 接触分析理论

3．1．1 接触问题概述

3．1．2 经典赫兹接触理论

3．1．3 有限元接触理论

3．2 ANSYS接触分析方法

3．2．1 接触方式及单元

3．2．2 接触分析步骤

3．3 渐开线直齿圆柱轮接触ANSYS分析

3．3．1 建立有限元模型

3．3．2 定义约束与载荷

3．3．3 齿轮接触仿真结果分析

3．4 高速端直齿轮齿根弯曲应力分析

3．4．1 渐开线直齿圆柱齿轮齿根弯曲应力

3．4．2 高速端小齿轮齿根弯曲应力有限元分析

3．4．3 齿根弯曲应力有限元计算结果分析

3．5 本章小结

第4章 采煤机摇臂壳体有限元静力学分析

4．1 静力学分析理论

4．1．1 摇臂壳体静力学分析概述

4．1．2 有限元静力学分析理论

4．1．3 强度评价准则

4．2 采煤机截割部摇臂壳体静力载荷计算及其加载

4．2．1 采煤机截割部摇臂壳体滚筒受力分析

4．2．2 采煤机摇臂壳体静力学分析载荷和约束处理

4．3 采煤机摇臂壳体静力学分析

4．3．1 采煤机摇臂壳体实体模型的建立

4．3．2 采煤机摇臂壳体实体模型的简化

4．3．3 采煤机摇臂壳体有限元模型的建立

4．4 采煤机摇臂壳体强度及刚度分析

4．4．1 摇臂壳体强度分析

4．4．2 摇臂壳体刚度分析

4．5 本章小结

第5章 采煤机摇臂壳体有限元模态分析

5．1 模态分析理论及方法

5．1．1 ANSYS模态分析概述

5．1．2 模态分析理论基础

5．1．3 模态分析提取方法

5．2 采煤机截割部振动特性

5．2．1 截割部电机振动特性

5．2．2 截割部滚筒及摇臂内传动系统振动特性

5．3 采煤机摇臂壳体自由模态分析

5．4 采煤机摇臂壳体约束模态

5．5 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢