卷扬机传动装置齿轮结构应力分析
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Ｅｑ ｉ ｍｅ ｔ ｕ ｐ ｎ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｎｏ８， ０ ｎ ｆ ｅｒ ｇ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ． ２ １ ｉ １
卷扬机传动装置齿轮 结构应 力分析
胡 琮
（ 中煤科工集团 上海研究院 ， 上海 ２ ０３ ） ０００
摘 要 ： 于 Ｐｏ Ｅ软件对卷扬 机传 动装 置齿轮进行 有限元 建模 ， 经过对齿轮有 限元模型进行 网格 划分后 ， 基 ｒ／ 在 分析其 实 际受 力情 况及 工作状 况 ， 其施加位移 、 对 载荷 约束 ， 而进行 结构应力分析 ， 出齿轮在承 受应 力 中的最 大变形位 从 找 移及 应力数据 ， 为卷扬机传动装置设计研 究提供参考依据 。 关键 词 ： 减速 器； 齿轮 ； 力分析 ； 应 有限元
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ＨＵ Ｊｎ ｉｇ
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中图分 类号 ：Ｈ１ ２４ Ｔ ３ ． 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：６ ２ ５ ５ （ ０ １０ — ０ ６ ０ １ ７ — ４ Ｘ ２ １ 】８ ０ ３ — ２
卷扬机是起重机械中最简单 的常用起 重设备之 既可以单独使用 ， 也可作为起重 、 筑路和矿井提 升等机械 中的组成部件 ， 因操作简单 、 绕绳量 大 、 移 置 方便 而被 广 泛应 用 。传 动 装 置 作为 卷 扬 机最 为 重 要 的部 件 之一 ， 可 靠性 和安 全 性 等性 能 ， 卷扬 机 其 对 的稳定性具有决定性影响。减速器是传动装置中的 基础部件之一 ， 包括齿轮 、 传动轴 、 箱体等。 齿 轮 是 减 速器 中 的关 键 部 件 ， 传 动过 程 中 ， 在 因 承受 自身 重 力 及 扭 矩 、 性 力 等 ， 产 生齿 轮失 效 ， 惯 会 般 归结 为 ４种 形 式 ： 齿 折 断 、 面胶 合 、 面 点 轮 齿 齿 蚀 及 齿 面 塑性 变形 等 。严 重 时在 齿 顶 的边 棱 或 端部 出现 飞 边 、 顶 变 圆 ， 动齿 轮 的齿 面 上有 凹 洼 ， 齿 主 被 动齿 轮 的 节 线 附近 升起 一 脊形 ，使 齿 面失 去 正 确 的 齿形【 ” 。因此对齿轮进行结构应力分析 ， 具有十分重
（） １ 国内外对太 阳能一地源热泵 系统 的研究都 能 利用 过 程 中存 在 的 间歇性 及 不稳 定 性 等 缺点 。我 比较少 ，对此系统运行 的可靠性及太 阳能与地源 的 国处 于利 用 太 阳 能较 有 利 的 区域 内 ，随 着技 术 条 件
的不 断进 步 ，太 阳能 一地 源热 泵空 调 系 统 目前 所 存 最佳耦合方式 ， 还没有形成成熟的理论 ； （ ） 阳 的能 源密 度 、 ２太 土壤 的 热 流率 低 ， 因此 需 在 的一 些 问题 ， 将 逐 渐得 到解 决 ， 阳能一 地 源 热 也 太
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收 稿 日期 ：０ １ ０ — ４ ２ １－ ５ １
一 ｏ
图 １ 减速器 总装配 图 图 ２ 齿轮 ４几何模型
作者简 介 ： 璩 （９ １ ）安徽黄 山人 ， 胡 １ ８一 ， 工程师 ， 士 ， 硕 主要从事矿 山机械研发工作 。 ３ ６
Ｅｑ ｉ ｍｅ ｔ ｕ ｐ ｎ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｎｏ８， ０１ ｎ ｆ ｃｒ ｇ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ． ２ ｉ １
近年来 ，随着高速数字电子计算机 的出现和发 展 ， 限 元 法得 到 迅 速发 展 ， 公 认 为是 一 种有 效 的 有 被 数值计算方法 ， 其应用领域 ， 由单纯的弹性力学平面 问题扩展到空间 、 板壳问题 ； 由静立平衡问题扩展到 稳定 性 问题 、 动力 学 问题 和 波 动 问题 ； 析 的对 象 由 分
５ ２
Ｋ ｙｗｏ ｄ ： ｏａ ；ｕ ｉａｙｐ ｗｅ ｇｏ ｎ ｏ ｒｅｈ ａ ｕ ｅ ｒ ｓ ｓｌ ａ ｘｌ ｒ ｏ ｒ； ｕ ｄｓ ｕ ｃ ｅ ｔ ｍｐ ｒ ｉ ｒ ｐ
（ 上接第 ３ ７页 ）
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要的换热器及太阳能集热器的面积大 ，应用受建筑 泵技术 ， 将更好地发挥节能环保 的作用 ， 成为暖通空 物的环境条件及建筑物的负荷量大小的限制 ； 调 可持 续发 展 新方 向。 （） ３ 太阳能一地源热泵系统 的研究 ， 还没有形成
一
套完整 的理论体系 ， 应用基础数据不足 ， 还不能为 参 考 文 献 ：
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弹性材料扩展到塑性 、 粘塑性和复合材料等 ； 固体 从 力学扩展 到流体力学 、 热传导学、 电磁学等领域。其 运用 于计算 的应用领域不断扩大 ，国外在这一领域 的研究工作 十分活跃 ，而国内 目前在这一方面的研 究工作还处于初期阶段［ ２ 】 。 有 限元分析总体上可分成三个部分 ：前处理部
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太 阳能一地源热泵的应用 ， 提供充足的理论依据。
［］ １涂逢祥 ， 庆一． 国建筑 节能现状及发 展［． １ 王 我 Ｊ 保温材料 与 ］ 建筑节能 ，０ ４ （ ）４ 一 ２ ２ ０ ，７ ：Ｏ ４ ．
［］ 军 ， ２赵 袁伟 峰 ， 强 ． 源热 泵 系 统【 ． 阳 能 ，０ １ 朱 地 Ｊ太 】 ２０ ，
（ ：７ １２． ）
６ 结束语
太 阳能 属 于 可再 生 能源 ， 清洁 无 污染 ， 且 资源 丰 富 ， 阳能 可 将 作 为 辅 助热 源应 用 在 空 调 、 太 制冷 、 供 暖等 各方 面 ， 具有 广 阔的发 展前 景 。太 阳能一 地 源 热 泵技 术 ， 以充 分利 用太 阳能 的优 势 ， 可避 免 太 阳 可 又
显示【 。
本文 基 于 Ｐｏ ｒ／ Ｅ中 Ｐ ＭＥ Ｈ Ｎ Ｃ ｍ／ Ｃ Ａ ＩＡ结 构分 析模
一
Biblioteka Baidu
块， 对卷扬机减速器齿轮进行结构应力分析 ， 验证齿 轮失效形式 ， 以提高齿轮设计效率 。
２ 齿轮有 限元模 型建立
２１ 建 立几 何模 型 ．
要 的意 义 。
１ 有 限元法 的应用
Ｐｏ ｒＥ软件建立零部件 的几何模型 ， ／ 是基 于参数 化设计建模技术进行的。参数化建模在完成一个齿 轮几何模型后 ， 通过修改参数 ， 就可以实现不同齿轮 的设计 ， 操作简洁方便 ， 效率高 。如图 １ 所示为卷扬 机传动装置减 速器总装配 图，建模 时忽略了模型 的 倒 角 和 圆角 。在 力 学分 析过程 中 ， 现齿 轮 ４受 力较 发 大， 因此对齿轮 ４进行结构应力分析 ， 如图 ２ 所示为 齿 轮 ４的几 何模 型 图 。
【］ ３ 毕月 虹 ． 阳能一土 壤源 热泵 用于 冬季 供 暖 的性 能研 究 太
［］天津 ： Ｄ． 天津大学 ，９ ５ １９ ．
［］ ４ 孙培杰． 辅助冷却 复合地源热泵系统实验研究［ 】邯郸 ： Ｄ． 河
北工程学 院 ，０ ５ ２０ ． 【］ ５孙洲 阳． ５ 太阳能 ＋地源热泵暖通空调新技术 研究［】上海 ： Ｄ． 上海交通大学 ，０ ５ ２０ ．
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一
，
分， 分析计算部分 以及后处理部分 。前处理部分 ， 主 要 是 生 成有 限 元模 型 ， 义 材料 属性 ， 几 何模 型进 定 对 行 网格划分 ， 施加载荷和位移约束 ， 得到有限元模型 的相关数据 ； 分析计算部分 ， 根据有限元模型的数据 文 件 ， 行 有 限 元 分 析 ； 处 理 部 分 ， 有 限元 计 算 进 后 是 后 输 出结果 的加 工 阶段 ，主要 包 括 数 据输 出和 图形
卷扬机传动装置齿轮 结构应 力分析
胡 琮
（ 中煤科工集团 上海研究院 ， 上海 ２ ０３ ） ０００
摘 要 ： 于 Ｐｏ Ｅ软件对卷扬 机传 动装 置齿轮进行 有限元 建模 ， 经过对齿轮有 限元模型进行 网格 划分后 ， 基 ｒ／ 在 分析其 实 际受 力情 况及 工作状 况 ， 其施加位移 、 对 载荷 约束 ， 而进行 结构应力分析 ， 出齿轮在承 受应 力 中的最 大变形位 从 找 移及 应力数据 ， 为卷扬机传动装置设计研 究提供参考依据 。 关键 词 ： 减速 器； 齿轮 ； 力分析 ； 应 有限元
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卷扬机是起重机械中最简单 的常用起 重设备之 既可以单独使用 ， 也可作为起重 、 筑路和矿井提 升等机械 中的组成部件 ， 因操作简单 、 绕绳量 大 、 移 置 方便 而被 广 泛应 用 。传 动 装 置 作为 卷 扬 机最 为 重 要 的部 件 之一 ， 可 靠性 和安 全 性 等性 能 ， 卷扬 机 其 对 的稳定性具有决定性影响。减速器是传动装置中的 基础部件之一 ， 包括齿轮 、 传动轴 、 箱体等。 齿 轮 是 减 速器 中 的关 键 部 件 ， 传 动过 程 中 ， 在 因 承受 自身 重 力 及 扭 矩 、 性 力 等 ， 产 生齿 轮失 效 ， 惯 会 般 归结 为 ４种 形 式 ： 齿 折 断 、 面胶 合 、 面 点 轮 齿 齿 蚀 及 齿 面 塑性 变形 等 。严 重 时在 齿 顶 的边 棱 或 端部 出现 飞 边 、 顶 变 圆 ， 动齿 轮 的齿 面 上有 凹 洼 ， 齿 主 被 动齿 轮 的 节 线 附近 升起 一 脊形 ，使 齿 面失 去 正 确 的 齿形【 ” 。因此对齿轮进行结构应力分析 ， 具有十分重
（） １ 国内外对太 阳能一地源热泵 系统 的研究都 能 利用 过 程 中存 在 的 间歇性 及 不稳 定 性 等 缺点 。我 比较少 ，对此系统运行 的可靠性及太 阳能与地源 的 国处 于利 用 太 阳 能较 有 利 的 区域 内 ，随 着技 术 条 件
的不 断进 步 ，太 阳能 一地 源热 泵空 调 系 统 目前 所 存 最佳耦合方式 ， 还没有形成成熟的理论 ； （ ） 阳 的能 源密 度 、 ２太 土壤 的 热 流率 低 ， 因此 需 在 的一 些 问题 ， 将 逐 渐得 到解 决 ， 阳能一 地 源 热 也 太
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近年来 ，随着高速数字电子计算机 的出现和发 展 ， 限 元 法得 到 迅 速发 展 ， 公 认 为是 一 种有 效 的 有 被 数值计算方法 ， 其应用领域 ， 由单纯的弹性力学平面 问题扩展到空间 、 板壳问题 ； 由静立平衡问题扩展到 稳定 性 问题 、 动力 学 问题 和 波 动 问题 ； 析 的对 象 由 分
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要的换热器及太阳能集热器的面积大 ，应用受建筑 泵技术 ， 将更好地发挥节能环保 的作用 ， 成为暖通空 物的环境条件及建筑物的负荷量大小的限制 ； 调 可持 续发 展 新方 向。 （） ３ 太阳能一地源热泵系统 的研究 ， 还没有形成
一
套完整 的理论体系 ， 应用基础数据不足 ， 还不能为 参 考 文 献 ：
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弹性材料扩展到塑性 、 粘塑性和复合材料等 ； 固体 从 力学扩展 到流体力学 、 热传导学、 电磁学等领域。其 运用 于计算 的应用领域不断扩大 ，国外在这一领域 的研究工作 十分活跃 ，而国内 目前在这一方面的研 究工作还处于初期阶段［ ２ 】 。 有 限元分析总体上可分成三个部分 ：前处理部
Ａｂ ｔ ｃ ： ａ ｒ ｎ ｔ ｅ ｆ ｉ ｌｍｅ ｔ ｍｏ ｅ ｏ ｔ ｅ ｈ ｉ ｒ ｍ’ ｔ ｓ ｓ ｉ ｎ ｏ ｈ ａ ｉ ｏ ｒ ／ ｏｔ ａ ｅ ｓ ｒ ｔ Ｃ ｒｙ ｏ ｎ ｔ ｅ ｅ ｎ ｄ ｌ ｔ ｈ ｏ ｓ ｄ ｕ Ｓ ｒ ｍｉｓｏ ｎ ｔ ｅ ｂ ｓｓ ｆ Ｐ ｏ Ｅ ｓ ｆ ｒ ．Ａｆ ｒ ａ ｈ ｉ ｅ ｔ ａ ｎ ｗ ｔ ｅ
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６ 结束语
太 阳能 属 于 可再 生 能源 ， 清洁 无 污染 ， 且 资源 丰 富 ， 阳能 可 将 作 为 辅 助热 源应 用 在 空 调 、 太 制冷 、 供 暖等 各方 面 ， 具有 广 阔的发 展前 景 。太 阳能一 地 源 热 泵技 术 ， 以充 分利 用太 阳能 的优 势 ， 可避 免 太 阳 可 又
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本文 基 于 Ｐｏ ｒ／ Ｅ中 Ｐ ＭＥ Ｈ Ｎ Ｃ ｍ／ Ｃ Ａ ＩＡ结 构分 析模
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块， 对卷扬机减速器齿轮进行结构应力分析 ， 验证齿 轮失效形式 ， 以提高齿轮设计效率 。
２ 齿轮有 限元模 型建立
２１ 建 立几 何模 型 ．
要 的意 义 。
１ 有 限元法 的应用
Ｐｏ ｒＥ软件建立零部件 的几何模型 ， ／ 是基 于参数 化设计建模技术进行的。参数化建模在完成一个齿 轮几何模型后 ， 通过修改参数 ， 就可以实现不同齿轮 的设计 ， 操作简洁方便 ， 效率高 。如图 １ 所示为卷扬 机传动装置减 速器总装配 图，建模 时忽略了模型 的 倒 角 和 圆角 。在 力 学分 析过程 中 ， 现齿 轮 ４受 力较 发 大， 因此对齿轮 ４进行结构应力分析 ， 如图 ２ 所示为 齿 轮 ４的几 何模 型 图 。
【］ ３ 毕月 虹 ． 阳能一土 壤源 热泵 用于 冬季 供 暖 的性 能研 究 太
［］天津 ： Ｄ． 天津大学 ，９ ５ １９ ．
［］ ４ 孙培杰． 辅助冷却 复合地源热泵系统实验研究［ 】邯郸 ： Ｄ． 河
北工程学 院 ，０ ５ ２０ ． 【］ ５孙洲 阳． ５ 太阳能 ＋地源热泵暖通空调新技术 研究［】上海 ： Ｄ． 上海交通大学 ，０ ５ ２０ ．
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，
分， 分析计算部分 以及后处理部分 。前处理部分 ， 主 要 是 生 成有 限 元模 型 ， 义 材料 属性 ， 几 何模 型进 定 对 行 网格划分 ， 施加载荷和位移约束 ， 得到有限元模型 的相关数据 ； 分析计算部分 ， 根据有限元模型的数据 文 件 ， 行 有 限 元 分 析 ； 处 理 部 分 ， 有 限元 计 算 进 后 是 后 输 出结果 的加 工 阶段 ，主要 包 括 数 据输 出和 图形