采煤机行走轮齿根断裂特性分析

摘要

行走轮作为采煤机行走机构的执行机构,经常出现齿根断裂现象,使用寿命较短,严重影响了采煤机的生产效率,因此对行走轮齿根断裂现象的研究具有现实意义。文中主要通过对行走轮的疲劳寿命及齿根裂纹特性进行分析。
　　行走轮的模数很大,无法按照小模数的齿轮进行加工,也无法按照小模数的齿轮进行表面磨齿处理。目前,行走轮主要是通过线切割加工而成,线切割后,如果齿面不进行粗糙度的处理,粗糙度值会很大,并且随着大功率采煤机的发展,行走轮的轮齿受力也大幅度提高,因此对行走轮的疲劳强度要求更高。对齿面进行渗碳,喷丸,铣齿等工艺处理来提高行走轮的疲劳强度是非常有必要的。因此,对残余应力,齿面粗糙度,以及牵引力大小对行走轮疲劳寿命的影响规律进行研究十分有意义,另外,考虑到行走轮是两侧交替受力,分析了应力循环特性R对疲劳寿命的影响规律。
　　疲劳产生的裂纹,或者材料内部本身就具有裂纹缺陷,在交变载荷作用下,裂纹扩展至临界尺寸后,就会导致齿根断裂,因此对齿根裂纹特性的研究也十分有意义。
　　本课题来源于国家863计划,主要利用计算机技术以及必要的实验进行研究分析。主要研究工作如下:
　　(1)利用ADAMS软件对行走轮-销排啮合模型进行动力学仿真,获得行走轮轮齿载荷谱;
　　(2)利用ANSYS软件对行走轮轮齿进行静强度分析,获得轮齿应力数据集;
　　(3)利用FE-SAFE软件,结合轮齿载荷谱和应力数据,研究分析残余应力,齿面粗糙度,牵引力大小,以及齿根应力循环特性对行走轮疲劳寿命的影响规律。
　　(4)利用Franc3D软件,研究分析齿根裂纹面倾角,载荷大小,裂纹大小以及形状对裂纹前缘应力强度因子的影响规律。
　　(5)通过实验计算出18Cr2Ni4WE材料的断裂韧性K IC。
　　(6)利用Franc3D软件和K IC,研究分析齿根裂纹的扩展特性,以及裂纹大小和载荷大小对齿根裂纹扩展寿命的影响规律。

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目录

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的主要研究内容

第二章 疲劳寿命分析基本理论

2.1疲劳的基本概念

2.2金属材料的疲劳性能

2.3疲劳累计损伤理论

2.4疲劳寿命分析方法

第三章 采煤机行走轮疲劳寿命计算

3.1行走轮及行走轮-销排啮合模型的建立

3.2行走轮轮齿载荷谱的获取

3.3行走轮轮齿静强度分析

3.4采煤机行走轮疲劳寿命计算

第四章 齿根裂纹特性分析

4.1断裂力学概述

4.2断裂力学基本理论

第五章 应力强度因子的计算

5.1 Franc3D软件介绍

5.2齿根裂纹应力强度因子求解

第六章 行走轮材料断裂韧性的实验

6.1实验原理

6.2实验试件及仪器

6.3试验过程

6.4数据处理

第七章 行走轮齿根裂纹扩展寿命的计算

7.1复合型裂纹扩展理论

7.2行走轮齿根裂纹扩展模拟

7.3裂纹扩展对裂纹前缘应力强因子影响规律

7.4扩展步数对裂纹开裂角的影响

7.5裂纹扩展寿命的计算机仿真

第八章 总结与展望

8.1论文总结

8.2课题展望

参考文献

致谢