整体式履带行走机构驱动轮设计及cae分析

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1、整体式履带行走机构驱动轮轮齿设计及CAE分析郭赟、王宇（三一重型装备有限公司，沈阳110027）摘要：驱动轮作为煤矿机械行走机构的关键零件，其结构的优劣直接影响设备性能及行走机构的使用寿命。本文介绍两种驱动轮轮齿的结构设计方法，并且进行CAE分析，验证安全系数。关键字：驱动轮；结构设计；安全系数Abstract:Itisakeypartthatthedrivewheelisintravelingmechanismofcoalminemachinery,suchconfigurationiswellornotthatwi

2、llmakeaimpactonequipmentperformanceandlifeoftravelingmechanism.Thearticleintroducethattherearetwosortsofconfigurationandcomparingwiththem,andmakingCAEanalysistovalidatesafetyfactor.Keywords:drivewheel;wheel-toothconfigurationdesign;safetyfactor0引言煤矿机械的主要工作场所是煤矿巷

3、道，巷道工作面空间狭小，如果机械零部件发生故障，维修很不方便，这决定了机械零部件要有很高的可靠性。煤矿掘进机械全部采用履带行走机构，在掘进设备工作时，经常需要前后运动以及从此工作面移向另一工作面，并且在巷道有坡度时，掘进设备还需要上山或下山移动，这决定了行走机构要有很高的可靠性。行走部驱动轮作为煤矿机械行走机构的关键零件，其结构的优劣直接影响设备性能及行走机构的使用寿命。1行走机构简介大多数工程机械都采用履带行走机构，履带又分为组合式履带与整体式履带。地上路面工程机械大多数采用组合式履带行走机构，组合式履带由履带节、履

4、带销、销套、履带板和履带螺栓等组成，各零件个单独更换，且泥沙不易进入销套内，但拆装困难。与组合式履带啮合传递动力驱动轮可以参照GB/T1243-1997制造。国内煤矿机械行走机构几乎都采用整体式履带板，履带板整体制造，制造拆装简单，成本低，低速行走功率损耗小。驱动轮与履带啮合属于非共轭啮合传动，在传动过程中，节距的积累偏差主要反应在啮合齿上，啮合的齿数越多，这个偏差的影响越大，在这钟情况下，整体式履带的驱动轮都采用特殊啮合方式设计，即履带节距比驱动轮节距小1%～5%，这时，只有最前面一个轮齿和即将脱出啮合的一个节销在啮

5、合，其他节销都和各齿不接触。特殊啮合的优点是，节销退出啮合时不发生冲击，以及当履带因磨损而节距增大时，就变成正常啮合。2驱动轮轮齿结构设计行走机构的整体高度决定驱动轮分度圆的大小，分度圆大小又与驱动轮齿数以及节距有关。驱动轮与履带板节距可以按照MT/T579-1996《悬臂式掘进机履带板及其销轴》选取，也可以根据行走机构实际情况在此标准基础上进行调整。2.1两圆弧轮齿驱动轮设计所涉及的参数有：p—节距；Z—驱动轮旋转一圈，参与啮合的工作齿数（一般选10～15）；d0—度圆直径；d—滚子直径（根据履带板结构确定）；da—

6、齿顶圆直径；df—齿底圆直径；b—齿宽计算公式有：———（公式一）；———（公式二）；———（公式三）；bl=0.4p———（公式四）；具体作图步骤如下（作图轨迹见图1）：1）、在分度圆上取任意一点为点A，以点A为圆心，分别以p、（1+0.03）p为半径作弧，交于分度圆点B、点C；2）、以点A为圆心，d为半径作弧；以点C为圆心，p为半径作弧，两弧交于点D；3)、以点D为圆心，p为半径作弧，与经过点B的弧交于点E；4）、以点E为圆心，p-d/2为半径作弧；以点A为圆心，d为直径作弧，两圆弧相切，即驱动轮一个轮齿齿廓的一半

7、；5）、根据履带板结构，计算出相邻滚子圆心距e；6）、重复步骤1）～6），画处该轮齿齿廓的另一半，即两圆弧相切轮齿齿廓设计完成。图12.2三圆弧-直线轮齿该结构来源于GB/T1243-1997，主要不同之处在于，驱动轮齿形半角包含有一个补偿角′。补偿角′越大，分度圆齿厚越小，所以在确定补偿角′时，要根据履带板结构，以及强度校核公式进行调整。需要有补偿角γ′的计算公式有：1）、齿顶圆弧中心O3的坐标：———（公式五）；———（公式六）；2）、齿形半角：———（公式七）；其余公式与GB/T1243-1997所提供的公式相同

8、，这里不再赘述。3、强度校核校核驱动轮轮齿的弯曲强度和挤压强度。弯曲疲劳强度：≤[]———（公式八）；接触疲劳强度：0.418≤[]———（公式九）；式中———驱动轮圆周力———齿高———抗弯截面系数E———材料的弹性模量———接触点处齿形的曲率半径bl———链轮齿宽d———滚子直径以p=150mm，z=10，d=60mm为例，取