1、整體式履帶行走機構(gòu)驅(qū)動輪輪齒設(shè)計及CAE分析郭贊、王宇（三一重型裝備有限公司，沈陽110027）摘要:驅(qū)動輪作為煤礦機械行走機構(gòu)的關(guān)鍵零件，其結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣直接影響設(shè)備性能及行走機構(gòu)的使用壽命。本文介紹兩種驅(qū)動輪輪齒的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，并且進(jìn)行CAE分析，驗證安全系數(shù)。關(guān)鍵字：驅(qū)動輪；結(jié)構(gòu)設(shè)計；安全系數(shù)Abstract :It is a key part that the drive wheel is in traveling mechanism of coal mine machinery,suchconfiguration is well or not that will make a impac

2、t on equipment performance and life of travelingmechanism.The article introduce that there are two sorts of configuration and comparing with them, andmaking CAE analysis to validate safety factor.Key words: drive wheel; wheel-tooth configuration design; safety factor 0引言煤礦機械的主要工作場所是煤礦巷道，巷道工作面空間狹小，如果

3、機械零部件發(fā)生故 障，維修很不方便，這決定了機械零部件要有很高的可靠性。煤礦掘進(jìn)機械全部采用履帶行走機構(gòu)，在掘進(jìn)設(shè)備工作時，經(jīng)常需要前后運動以及從此工作面移向另一工作面，并且在巷道有坡度時，掘進(jìn)設(shè)備還需要上山或下山移動，這決定了行走機構(gòu)要有很高的可靠性。行走部驅(qū)動輪作為煤礦機械行走機構(gòu)的關(guān)鍵零件，其結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣直接影響設(shè)備性能及行走機構(gòu)的使用壽命。1行走機構(gòu)簡介大多數(shù)工程機械都采用履帶行走機構(gòu)，履帶又分為組合式履帶與整體式履帶。地上路面工程機械大多數(shù)采用組合式履帶行走機構(gòu)，組合式履帶由履帶節(jié)、履帶銷、銷套、履帶板和履帶螺栓等組成，各零件個單獨更換，且泥沙不易進(jìn)入銷套內(nèi)，但拆裝困難。與組合式履帶

4、嚙合傳遞動力驅(qū)動輪可以參照GB/T 1243-1997制造。國內(nèi)煤礦機械行走機構(gòu)幾乎都采用整體式履帶板，履帶板整體制造，制造拆裝簡單，成本低，低速行走功率損耗小。驅(qū)動輪與履帶嚙合屬于非共軸嚙合傳動，在傳動過程中，節(jié)距的積累偏差主要反應(yīng)在嚙合齒上，嚙合的齒數(shù)越多，這個偏差的影響越大，在這鐘情況下， 整體式履帶的驅(qū)動輪都采用特殊嚙合方式設(shè)計，即履帶節(jié)距比驅(qū)動輪節(jié)距小1%5%,這時，只有最前面一個輪齒和即將脫出嚙合的一個節(jié)銷在嚙合，其他節(jié)銷都和各齒不接觸。特殊嚙合的優(yōu)點是，節(jié)銷退出嚙合時不發(fā)生沖擊，以及當(dāng)履帶因磨損而節(jié)距增大時，就變成正常嚙合。2驅(qū)動輪輪齒結(jié)構(gòu)設(shè)計行走機構(gòu)的整體高度決定驅(qū)動輪分度圓的

5、大小，分度圓大小又與驅(qū)動輪齒數(shù)以及節(jié)距有關(guān)。驅(qū)動輪與履帶板節(jié)距可以按照MT/T 579-1996懸臂式掘進(jìn)機履帶板及其銷軸選取，也可以根據(jù)行走機構(gòu)實際情況在此標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整。2.1兩圓弧輪齒驅(qū)動輪設(shè)計所涉及的參數(shù)有：p 節(jié)距；Z一 驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)一圈，參與嚙合的工作齒數(shù)（一般選1015）;d0度圓直徑；d一滾子直徑（根據(jù)履帶板結(jié)構(gòu)確定）；da齒頂圓直徑；出一齒底圓直徑；b一齒寬計算公式有:df=d。d-（公式三）；bi= 0.4p-（公式四）；具體作圖步驟如下（作圖軌跡見圖1）:1）、在分度圓上取任意一點為點A ,以點A為圓心，分別以p、（1+0.03 ） p為半徑作弧, 交于分度圓點B、點C

6、;2）、以點A為圓心，d為半徑作弧；以點C為圓心，p為半徑作弧，兩弧交于點D;3）、以點D為圓心，p為半徑作弧，與經(jīng)過點B的弧交于點E;4）、以點E為圓心，p-d/2為半徑作弧；以點A為圓心，d為直徑作弧，兩圓弧相切， 即驅(qū)動輪一個輪齒齒廓的一半；5）、根據(jù)履帶板結(jié)構(gòu)，計算出相鄰滾子圓心距e；6）、重復(fù)步驟1）6）,畫處該輪齒齒廓的另一半，即兩圓弧相切輪齒齒廓設(shè)計完成。2.2三圓弧-直線輪齒該結(jié)構(gòu)來源于GB/T 1243-1997,主要不同之處在于， 驅(qū)動輪齒形半角T/2包含有一個 補償角丫 。補償角丫 越大，分度圓齒厚越小，所以在確定補償角 丫 時，要根據(jù)履帶板 結(jié)構(gòu)，以及強度校核公式進(jìn)行調(diào)

7、整。需要有補償角丫的計算公式有：1）、齒頂圓弧中心03的坐標(biāo)：. 180八W =1.3*d cos（ -y）-（公式五）;z1 80,V=1.3XdXsinL-T）-（公式六）；z2）、齒形半角Y/2 :.一64Y /2=17 -+丁- （公式七）；zd。P.180 sinzda=do(0.81.0)d（公式一） ；（公式二） ；圖1其余公式與GB/T 1243-1997所提供的公式相同，這里不再贅述。3、強度校核校核驅(qū)動輪輪齒的彎曲強度和擠壓強度。彎曲疲勞強度：S =W V Flim-（公式八）；接觸疲勞強度：BH=0.418 |! x（ 1） V bHlim-（公式九）；2b d/2 R式

8、中T -驅(qū)動輪圓周力h -齒高W -抗彎截面系數(shù)E -材料的彈性模量R -接觸點處齒形的曲率半徑bl -鏈輪齒寬-滾子直徑以p=150mm , z=10 , d =60mm為例，取分度圓齒寬42mm，查手冊cF lim= 300MPa ;bHlim=750MPa繪制上述兩中驅(qū)動輪輪齒，測量兩種齒形的齒高分別為h1=28.1mm ; h2=28.6mm，計算抗彎截面系數(shù)W,并根據(jù)公式八、公式九計算得出FI=144.37MPa ;。2=142.46MPa ;HI=bH2=128.64MPa ;安 全系數(shù)SFI=。響/FI=2.07 ;SF2=bFlim/bF1=2.11 ； SH1=SH2=bHl

9、im/1=5.83。4、利用ANSYS workbench軟件進(jìn)行CAE分析通過ANSYS workbench軟件進(jìn)行CAE分析，驗證驅(qū)動輪輪齒的安全系數(shù)。如圖二 兩圓弧輪齒所示，最大等效應(yīng)力是132.36MPa,鏈輪材料的彎曲極限應(yīng)力是930MPa，所以最大等效安全系數(shù)是Se = 930/132.36 = 7.03。如圖三 三圓弧-直線輪齒所示，最大等效應(yīng)力是134MPa,鏈輪材料的彎曲極限應(yīng)力是930MPa，所以最大等效安全系數(shù)是Se = 930/134 = 6.94。EMTO圖二兩圓弧輪齒圖三 三圓弧-直線輪齒5、結(jié)論大節(jié)距且特殊嚙合的整體式履帶板驅(qū)動鏈輪輪齒，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上有很大的靈活性，本文介紹了兩種典型的驅(qū)動輪輪齒結(jié)構(gòu)，三圓弧-直線齒形與兩圓弧齒形相比，該齒形包括齒溝圓弧、工作段圓弧、齒頂圓弧，以及與工作段圓弧、齒頂圓弧都相切的直線段，輪齒表面 過渡平滑，在與履帶板嚙合轉(zhuǎn)動過程中沖擊小，所以三圓弧-直線輪齒齒形為優(yōu)選齒形，合理選取齒寬、齒厚，提高驅(qū)動輪的可靠性。參考文獻(xiàn)：1成大先 主編.機械設(shè)計手冊M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20032吉林工業(yè)大學(xué)拖拉機教研室.拖拉機設(shè)計下冊M.吉林：吉林工業(yè)大學(xué)，19773