基于Solidworks Simulation的掘进机截割减速器太阳轮轴向力计算

    0 引言

    EBZ-260型掘进机是一款重型纵轴式悬臂掘进机。此机型主要用于深井煤矿巷道开采。同时亦适用于工程中的隧道施工。其截割减速器通过电机的带动将功率与转矩传递给工作部位截割头。是掘进机传动系统的关键部件。其工作性能对掘进机截割性能具有重要影响。其结构组成如图1所示。在掘进机实际的应用中。存在着截割减速器太阳轮限位板的严重磨损问题。根据经典摩擦理论，太阳轮受到轴向作用力。而当前掘进机向着大功率方向发展，使得太阳轮限位板-限位销接触面受到的轴向力越来越大。而载荷又是影响掘进机截割减速器太阳轮限位板-限位销材料摩擦学性能的主要因素，因此精确计算太阳轮轴向力，进而进行限位板一限位销失效机理研究对我国掘进机的发展具有重要的现实意义。

    1 第l级太阳轮实体建模

    利用CAXA电子图版绘图工具栏上的高级绘图【齿轮】，绘制第1级太阳轮齿部渐开线齿形，保存为块。打开，建立零件图，绘制第1级太阳轮基本结构后，插入齿形块，选择【拉伸切除】后。得到最终第1级太阳轮三维实体模型。如图2所示。

    2 第1级太阳轮有限元分析

    (1)定义材料属性

    启动 simulation，点击【应用材料】选项，自建材料20Cr2Ni4A，添加到【应用】。

    材料：20Cr2Ni4A，弹性模量E=206GPa，泊松比μ=0.3，屈服强度σ_s=1080MPa，抗拉强度R_m=1080 MPa，密度ρ=7800kg/m3。

    (2)约束条件和载荷的设定

    第1级太阳轮输入端外花键与截割减速器花键轴(即减速器输入轴)内花键联接，齿轮端与第1级行星轮啮合。且端面受到限位板的限位。故将齿轮端设定为【固定几何体】约束，在输入端花键各齿的同侧齿面加载，这与实际工作情况完全相符。

    掘进机截割电机通过联轴器与截割减速器输入端花键轴联接。将扭矩传递到第1级太阳轮花键输人端。EBz-260型掘进机配备双速截割电机：①电机功率Pl=260kw、电机转速n1=1470r／min；②电机功率P2=200kW、电机转速n2=735r／min。由于传动链较短，传动效率高，不考虑功率损失，计算第1级太阳轮所受扭矩的大小。第l级太阳轮所传递的扭矩

    选择其中大的扭矩T=2598.64 Nm转化到第l级太阳轮输入端花键上。加载方式如图3所示。

    对于第l级太阳轮输入端渐开线花键。假设每个齿同方向的一个渐开线面上受均布载荷。承载面所受的面积压力