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近幾年，隨著采煤機(jī)的不斷發(fā)展，以及薄煤層和極薄煤層的開(kāi)采難度日益增大，為了滿足該種開(kāi)采工況的需要，截割部已廣泛采用雙電機(jī)機(jī)械串接驅(qū)動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)是：在不增加機(jī)身高度的條件下，使截割功率成倍增加；同時(shí)具有機(jī)面高度低、采高范圍大、適應(yīng)性好等特點(diǎn)。傳動(dòng)惰輪作為雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)采煤機(jī)傳遞動(dòng)力的重要部件，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于同時(shí)受到兩個(gè)主動(dòng)齒輪的交變應(yīng)力，其發(fā)生失效的概率較大。此時(shí)，會(huì)引起動(dòng)力傳遞故障，從而造成動(dòng)力損失，同時(shí)也會(huì)造成截割部的振動(dòng)、噪音，影響整個(gè)采煤機(jī)的工作平穩(wěn)性，從而直接影響煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
國(guó)內(nèi)外部分專家學(xué)者在相關(guān)方面做了許多相關(guān)的研究。L.Wilcox和W.Coleman采用有限元分析對(duì)稱/不對(duì)稱齒形的拉伸圓角應(yīng)力，推導(dǎo)出適用于各類牙型和載荷條件的齒輪拉伸圓角幾何尺寸的計(jì)算公式。蔡桂英等通過(guò)對(duì)截割部雙電機(jī)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，得出雙電機(jī)動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩電流對(duì)時(shí)間的動(dòng)態(tài)特性。靳立紅等通過(guò)研究雙電機(jī)采煤機(jī)截割部在不同載荷作用下，證實(shí)了雙電機(jī)間的連接剛度對(duì)其同步運(yùn)行有顯著的影響，系統(tǒng)剛度和雙電機(jī)的機(jī)械特性差異對(duì)同步性影響不大。葉友東等通過(guò)ANSYS對(duì)齒輪進(jìn)行模態(tài)分析，得到了齒輪的低階固有振動(dòng)頻率和主振型，為齒輪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)計(jì)算和分析奠定了基礎(chǔ)。王亮等運(yùn)用ANSYS對(duì)齒輪齒根在理論和實(shí)際兩種情況的應(yīng)力計(jì)算做了比較，證明了ANSYS分析在齒輪計(jì)算中的有效性，并對(duì)齒輪結(jié)構(gòu)提出了改進(jìn)方案，為齒輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
以上研究主要對(duì)雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)采煤機(jī)的整體動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了研究，并未對(duì)傳遞惰輪進(jìn)行專門(mén)的分析研究。因此，本文首先對(duì)傳動(dòng)惰輪的理論運(yùn)行情況和實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行靜力學(xué)分析比較，隨后對(duì)其進(jìn)行諧響應(yīng)分析，得到相應(yīng)的曲線，為雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)采煤機(jī)傳動(dòng)惰輪的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
杭州那泰有限元分析公司采用CAXA軟件進(jìn)行齒輪輪廓曲線的繪制，并導(dǎo)入到SolidWorks2013進(jìn)行三維模型的構(gòu)建。
由于齒輪相互作用時(shí)的嚙合部位為一條線。在理想狀態(tài)下，每個(gè)齒的受力情況相同，故只需單獨(dú)對(duì)傳動(dòng)惰輪的某個(gè)齒進(jìn)行分析，在對(duì)稱的兩個(gè)齒面上施加相同大小的線性力，模擬傳動(dòng)惰輪嚙合時(shí)的受力情況。理論上，傳動(dòng)惰輪兩個(gè)對(duì)稱的受力齒的受力點(diǎn)應(yīng)分別同時(shí)沿齒輪嚙合線從齒頂往齒根運(yùn)動(dòng)，但是由于制造、裝配誤差的存在，使得齒輪在實(shí)際工作過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)對(duì)稱齒的受力點(diǎn)并不相同的情況。對(duì)理論與實(shí)際的受力情況進(jìn)行比較，從而得到傳動(dòng)惰輪在嚙合時(shí)最大應(yīng)力分布情況。
設(shè)定采煤機(jī)截割電機(jī)的額定功率P額=100kw，傳動(dòng)效率η=0.98，電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1470r/min，小齒輪的分度圓d=140mm，得到作用于大齒輪上的力為F=9094.28N。
首先設(shè)置齒輪的材料為45鋼 ， 彈性模量E=1.93×105MPa，泊松比η=0.29，靜應(yīng)力分析采用疏密的網(wǎng)格劃分，單元類型設(shè)置為四面體單元。然后分別對(duì)理論和實(shí)際兩種情況進(jìn)行靜應(yīng)力仿真分析，力的大小為9094.28N，方向垂直于受力線指向齒面，最后得到兩種情況下傳動(dòng)惰輪的位移云圖和應(yīng)變?cè)茍D，以及整體的形變。
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