[发明专利]一种大型掘进机驱动齿轮组承载能力分析方法

说明书

本发明属于大型掘进机主轴承多参数优化与可靠性设计领域，提出了一种大型掘进机驱动齿轮组承载能力分析方法。该方法分别基于Romax、Ansys对大型掘进机驱动齿轮组承载能力进行仿真分析，确定驱动齿轮组在极限工况下的接触应力、弯曲应力的应力区间，与驱动齿轮组材料的许用接触应力、屈服强度进行对比，完成承载能力仿真对比校核；并通过分析Romax和Ansys的仿真计算结果偏差验证仿真分析计算结果的合理性与准确性。该方法灵活性高，可满足不同仿真需求，适用于齿轮优化前后接触力学特性的对比分析以及具有较强的通用性。

技术领域

本发明涉及大型掘进机主轴承多参数优化与可靠性设计领域，具体涉及一种大型掘进机驱动齿轮组承载能力分析方法。

背景技术

大型掘进机主驱动系统采用的是齿轮传动形式，掘进机工作时需要传动系统传递很大的转矩，单对齿轮难以提供如此大的动力，且单对齿轮传动的强度和寿命也难以满足要求；因此大型掘进机主驱动系统采用的是多个小齿轮并联驱动一个大齿圈的传动结构。

大型掘进机驱动齿轮组是掘进机动力输出的中心，在施工过程中为刀盘开挖掘进提供需要的动力，并起到连接轴承内圈和支撑刀盘的作用，是掘进机的关键子系统；驱动齿轮组的工作性能直接影响掘进机的掘进速度和施工安全，从而影响整个工程的进度和效益；掘进机刀盘的旋转掘进是在低速、大惯量、重负荷的工况下进行的，由于土层的硬度不同，驱动齿轮组在工作过程中会承受交变载荷，且载荷变化较为剧烈，持续的交变载荷会降低掘进机的掘进能力和寿命，严重时更会发生齿根折断的事故，造成掘进机主驱动系统失效；施工过程中掘进机驱动齿轮组的损坏对整个项目是巨大的损失，地下维修或更换十分困难，因此对掘进机主驱动系统的驱动齿轮组承载能力校核具有现实的工程意义。

齿轮作为在机械结构中经常用的重要传动部件，其承载能力直接影响到整个机械结构的工作性能和寿命；大型掘进机驱动齿轮组的体积较大、生产成本较高，由于成本及技术等多方面因素，较难实现通过实验方法对驱动齿轮组进行承载能力的分析，大型齿轮的承载能力分析多采用理论计算和仿真分析方法进行；在传统齿轮设计中，齿轮的承载能力分析过程主要是通过人工计算完成，流程繁琐，计算周期长且难以实现优化设计；目前针对大型掘进机驱动齿轮组这类大型齿轮的承载能力仿真分析方法较少，现存仿真分析方法的分析流程尚不完善，较难验证仿真分析的准确性。

发明内容

本发明针对人工计算齿轮承载能力流程繁琐、计算周期长，现有大型掘进机驱动齿轮组承载能力仿真分析方法流程的不完善等技术问题，提出了一种大型掘进机驱动齿轮组承载能力分析方法，拟解决大型掘进机驱动齿轮组承载能力理论计算周期长、仿真分析难于收敛，较难获得合理的仿真计算结果，且无法快速对仿真计算结果准确性进行合理验证的难题；

为解决上述技术问题，本发明提出的承载能力分析方法应用Romax、Ansys仿真软件对大型掘进机驱动齿轮组承载能力进行仿真对比校核；确定驱动齿轮组在极限工况下的接触应力、弯曲应力的应力区间，与驱动齿轮组材料的许用接触应力、屈服强度进行对比，完成承载能力仿真对比校核；并通过分析Romax和Ansys的仿真计算结果偏差验证仿真分析计算结果的合理性与准确性；驱动齿轮组承载能力分析方法包括以下3个部分，共12个步骤：

步骤一、基于Romax建立大型掘进机驱动齿轮组模型承载能力校核；

S1、建立大型掘进机驱动齿轮组仿真模型；

驱动齿轮组包括驱动小齿轮和大齿圈，将驱动小齿轮和大齿圈放置于齿轮箱中；根据大齿圈的最大尺寸，建立一个带有内孔的驱动轴a，将大齿圈安装到驱动轴a的内孔中，设置驱动轴a和大齿圈集成为一个整体；在驱动轴a外侧均匀分布添加5个刚性轴承以支撑驱动轴a旋转；大齿圈内侧均布建立16个用于安装驱动小齿轮的驱动轴b，每个驱动轴b与其上安装的驱动小齿轮集成为整体；在驱动轴b的两侧分别添加1个轴承以支撑驱动轴b的旋转；

S2、设置大齿圈的载荷及约束条件；