基于ADAMS薄煤层采煤机截割部齿轮传动动力学分析

摘要

齿轮传动是采煤机截割部动力传递的关键组件，其性能决定整机的工作效率和使用寿命。由于薄煤层采煤机结构紧凑、采煤空间狭小、工况恶劣、受到各种冲击载荷，同时齿轮在工作中单、双齿交替啮合所引起啮合刚度的变化以及扭矩轴和电机特性等影响，使截割部齿轮传动部分在工作过程中产生较大的冲击载荷作用，对齿轮传动性能产生较大影响。对齿轮传动进行动态分析可以较为全面地反映齿轮在传动过程中的动态特性。针对某型号双电机驱动薄煤层采煤机截割部齿轮传动进行实体建模，在施加恒定扭矩条件进行动力学仿真分析，主要内容如下:　　首先，利用UG建立了薄煤层采煤机截割部各部分齿轮和扭矩轴三维实体模型，并对其进行虚拟装配和干涉检验。　　其次，针对制造和安装误差等原因，各齿轮之间的中心距会存在偏差，而中心距安装偏差对传动机构有一定的载荷波动影响。着重对双电机驱动承受最大理论负载的三轴和四轴齿轮进行研究，通过对三轴和四轴齿轮存在中心距偏差时进行动力学仿真分析，得到各齿轮受到载荷的波动率与中心距偏差成先减小后增大的关系。中心距安装误差在175+0.041-0.021mm范围内波动比较小，而偏差超过后波动较大。　　再次，针对制造误差等原因使得两电机的输出特性不完全一致这一现实进行分析。研究表明，当电机存在转速差时对传动系统产生拍振的作用，进而加重啮合冲击。利用ADAMS对齿轮传动进行动力学分析，得到1、2轴齿轮载荷波动值较大，且随着转速差的增大而逐渐增大，两电机的转速差不宜超过5 r/min。当电动机存在转速差时，转速低的电机安装在1轴上，转速高的电动机安装在3轴上，这样各齿轮受到的载荷、振动相对较小。　　最后，针对电机扭矩轴和中间过渡扭矩轴刚度大小影响各齿轮受到载荷波动的问题。分别通过考虑电机扭矩轴和中间过渡扭矩轴的刚度，利用ADAMS对薄煤层采煤机截割部齿轮传动部分进行动力学仿真分析。在电机扭矩轴和中间过渡扭矩轴长度不变的情况下，得到直径分别为39～41 mm、42～44 mm时，薄煤层采煤机截割部齿轮传动比较平稳、振动相对较小、综合性能比较好。另外，针对末级行星机构传动轴的刚度对行星传动进行动力学仿真分析，得到传动轴的外径为80～82 mm，内径为35 mm时，行星机构中各齿轮之间的啮合力波动比较小、振动较小。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 项目的目的和意义

1．2 国内外研究概况、水平和发展趋势

1．2．1 采煤机国内外发展状况

1．2．2 齿轮动力学国内外发展状况

1．3 论文的基本内容与研究方法

1．4 课题的应用前景与学术价值

2 截割部齿轮实体模型的建立

2．1 UG简介

2．2 渐开线的形成及其特征

2．3 齿廓修形

2．3．1 齿廓修形的原因

2．3．2 齿廓弹性变形计算

2．3．3 齿廓弹性变形修形量的确定

2．4 薄煤层采煤机截割部齿轮模型的绘制

2．5 齿轮传动部分虚拟装配及干涉检查

2．6 本章小结

3 ADAMS简介及动力学仿真

3．1 ADAMS简介

3．2 ADAMS／View动力学仿真

3．2．1 ADAMS中模型导入

3．2．2 ADAMS中添加的约束与载荷

3．2．3 齿轮的柔性化处理

3．2．4 齿轮接触力的添加

3．3 齿轮修形动力学仿真

3．4 考虑3、4轴齿轮中心距偏差仿真分析

3．4．1 中心距为175 mm时仿真分析

3．4．2 中心距为174．969 mm时仿真分析

3．4．3 考虑安装误差仿真分析研究

3．5 考虑电动机转速差仿真分析

3．5．1 电机1转速高于电机2转速

3．5．2 电机1转速低于电机2转速

3．5．3 电机不同转速差动力学特性研究

3．6 本章小结

4 考虑扭矩轴特性齿轮传动动力学仿真

4．1 引言

4．2 弹性扭矩轴简介

4．2．1 弹性扭矩轴作用

4．2．2 弹性扭矩轴材料的选择

4．2．3 弹性扭矩轴刚度计算

4．3 在不同工况下进行动力学仿真分析

4．3．1 扭矩为2200 N·m时仿真分析

4．3．2 扭矩为4400 N·m时仿真分析

4．3．3 扭矩为6600 N·m时仿真分析

4．3．4 扭矩为突变扭矩时仿真分析

4．4 对不同电机轴刚度齿轮传动动力学分析

4．5 不同中间过渡扭矩轴刚度齿轮传动动力学分析

4．6 行星轮系动力学仿真

4．7 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

作者简历

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