掘进机截割减速器限位副失效机理研究

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EBZ-260型掘进机是我国新近自主研发的一款重型纵轴式悬臂掘进机。此机型主要用于开掘深井煤矿巷道,同时也可用于掘进工程隧道。掘进机截割减速器位于掘进机截割部中间位置,将掘进机截割电机输出端的旋转运动降速,同时增加截割电机输出端的扭矩后,通过悬臂段主轴传递给掘进机截割头的截齿。掘进机截割减速器是掘进机截割臂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。在掘进机实际的使用中,存在着掘进机截割减速器太阳轮限位副接触表面失效的情况。因此,进行掘进机截割减速器太阳轮限位副失效机理研究对提高国产掘进机的可靠性具有非常重要的现实意义。  第一章对掘进机作了概述,对本课题的研究现状进行了总结,为本文开展研究奠定了基础,指明了方向。接着阐述了课题的研究背景及研究意义。最后介绍了本文的主要研究内容。  第二章介绍了 EBZ-260型掘进机的技术特点、主要结构和技术参数以及行星齿轮传动的基本定义、分类情况及特点。在分析 EBZ-260型掘进机截割减速器结构及原始基本参数的基础上,对 EBZ-260型掘进机截割减速器各级传动比及截割减速器运动构件的转速进行了计算,求得第一、二级太阳轮输出端限位副接触面相对转速。  第三章应用SolidWorks2014三维实体建模软件对EBZ-260型掘进机截割减速器第一级太阳轮进行三维实体建模。应用有限元软件SolidWorks Simulation对第一级太阳轮三维实体模型进行静力分析,求得其所受应力大小和花键齿部变形位移大小。带入轴向力计算模型计算求得由于第一级太阳轮花键齿部变形产生的轴向力。根据掘进机截割臂的工作位置,综合考虑重力作用以及其它可能影响轴向力的因素,最终求得第一级太阳轮输出端受到的轴向总力F1、第二级太阳轮输出端受到的轴向总力F2,以掘进机截割臂俯仰角度α为自变量的函数表达式。在 MATLAB编程软件中编写程序,求得第一级太阳轮输出端受到的轴向总力F1、第二级太阳轮输出端受到的轴向总力F2,随掘进机截割臂俯仰角度α变化的关系图。  第四章应用球-球赫兹接触模型推导出材料相同,泊松比等于0.3的球-平面接触副的接触面中心的最大压应力 pmax和接触圆面半径 a的函数表达式。代入第一级太阳轮输出端受到的轴向总力F1、第二级太阳轮输出端受到的轴向总力F2、太阳轮限位销球面半径 R=45 mm以及太阳轮限位板和限位销材料的弹性模量 E=206 GPa,最终求得第一级太阳轮输出端限位板-限位销的接触面中心的最大压应力pmax1、第二级太阳轮输出端限位板-限位销的接触面中心的最大压应力 pmax2、第一级太阳轮输出端限位板-限位销的接触圆面半径 a1和第二级太阳轮输出端限位板-限位销的接触圆面半径 a2,以掘进机截割臂俯仰角度α为自变量的函数表达式。在 MATLAB编程软件中编写程序,求得第一级太阳轮输出端限位板-限位销的接触面中心的最大压应力 pmax1、第二级太阳轮输出端限位板-限位销的接触面中心的最大压应力pmax2、第一级太阳轮输出端限位板-限位销的接触圆面半径 a1和第二级太阳轮输出端限位板-限位销的接触圆面半径 a2,随掘进机截割臂俯仰角度α变化的关系图。  第五章首先通过太阳轮限位副实际工况分析以及磨损失效分类定义判断出其磨损类型主要是表面接触疲劳磨损和粘着磨损。接着利用第二章计算得出的太阳轮输出端限位副接触面相对转速的数据结果、第四章计算得出的太阳轮输出端限位副接触面接触应力的数据结果,基于机械零件疲劳磨损、粘着磨损理论,利用有限元软件 SolidWorks Simulation对太阳轮限位副的磨损进行了研究,并且计算了太阳轮限位副的疲劳磨损寿命和粘着磨损寿命。
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