割台输送链轴系斜交锥齿轮设计以及仿真分析

　　农业装备与车辆工程2015引言随着国家十二五规划对农业机械的大力投农业机械的标志———半喂入式联合收割机的研制变得尤为重要但其作业环境恶劣，输送链槽会经常堵塞，轻者造成谷物损失降低生产量，重者烧损传动带，甚至使输送槽主动轴断裂因此在生产和研发时要充分考虑到输送带的线速度是取决于主动轴转速这一因素。其线速度过快或过低均不能满足要求，快则机械振动大，机具使用寿命会降低；速度低于割台搅龙叶片的线速度则会造成输送槽的堵塞。与割台相连的输送链是整条输送链的始端，直接关系到后续输送链条的稳定而位于割台输送链轴系的斜交锥齿轮则是研究的核心。机械传动里一种重要的形式是锥齿轮传动，其常见形式为正交轴传动，即轴交角为90，而位于割台输送链轴系里，轴交角不为90的斜交轴锥齿轮传动有着广泛的应用，虽然对这种传动形式的特点及其设计公式有一定的研究，但是对其仿真分析还有待于深入探讨。锥齿轮的几何参数设计及强度校核计算1.1几何参数设计由经验设计可初步得出一些参数：锥齿轮轴输入功率16.5kW，小齿轮工作速度为800min，平稳匀速转动，两轴交角Σ73,传动比i=3.75，材料选用2CrMnTi，渗碳淬火处理，加工精度由上述已知条件，可以考虑采用一对等顶隙直齿锥齿轮。直齿锥齿轮选取大端端面模数=45，齿形角则锥齿轮的几何参数计算过程如表(未注单位均为mm)。1.2强度计算校核在非正交情况下，弯曲疲劳强度计算公式与正交时并无不同，但接触疲劳强度的计算则有所不同[4-5]。直齿锥齿轮传动是以大端参数为标准值，在强度计算时，则以齿宽中点处的当量齿轮作为收稿日期：2014－2－8修回日期：2014－2－24doi：10．3969jssn1673－12割台输送链轴系斜交锥齿轮设计以及仿线四川省成都市西华大学机械工程与自动化学院)［摘要］针对割台输送链轴系斜交锥齿轮，对其进行了几何参数的推导与计算，并且对其结果进行了弯曲疲劳强度及接触疲劳强度的校核。将设计出来的斜交锥齿轮用大型三维CAD建模软件Creo2.0建立了传动系统的三维图，并利用Creo2.0ADAMS两者之间接口的无缝连接，将三维模型导入到ADAMS中建立虚拟样机，对之进行了啮合力仿真计算，验证设计的可靠性。［关键词］斜交锥齿轮；动力学仿真分析；ADAMS［中图分类号］S225.3［文献标志码］［文章编号］673-342(205)04-0044-04DesignSimultionAnlysisAngulrBevelGerHederConveyorChainhaftingKuangRongYinYang（CollegeMechanicalEngineeringAutomation，XihuaUniversity，Chengdu610039，China）［bstrct］Aimedangularbevelgearheaderconveyorshaft，itsgeometricalparameterswerededucedbendingfatiguestrengthcontactfatiguestrengthwerecheckedthree－dimensionalmodeltransmissionsystemdesignedangularbevelgearusinglargethree－dimensionalCADmodelingsoftwareCreo20applyingseamlessconnectioninterfacesbetweenCreo20dynamicssimulationsoftwareADAMS，three－dimen-sionalmodelvirtualprototype，meshingforcesimulationdesign［Keywords］angularbevelgear；dynamicssimulationanalysis；ADAMS农业装备与车辆工程AGRICULTURALEQUIPMENTVEHICLEENGINEERINGVol53April2015名称公式结果分度圆直径d=mzd1=36d2=5分度圆锥角δ=arctansinΣu+cosΣδ1=1.36δ2=5964b=276b2=2466z2752sinσ=77922=7822当量齿数zν2=8904计算的依据=225。针对具体的齿面接触疲劳强度参数以及齿根弯曲疲劳强度参数有相应的推导如下1．2．1齿根弯曲疲劳强度sabm—齿轮许用弯曲应力；k———载荷系数；F—圆周力，N；YFa查表得出，本例中，YFa—应力修正系数，根据sa=85，Ysa2—当量齿轮模数；同理于Ft2—小齿轮传递的转矩，Nmm；Ft2（大齿轮）圆周力；—齿轮当量齿数；z———齿轮齿数；δ——其中：P———轴传递的功率，kW；n—小齿轮传动轴转速，r/min。同理于dm2—大齿轮齿宽中点分度圆直径，mm。宽系数，一般取025—05;b其中：m———标准模数。—弯曲疲劳强度计算的寿命系数；σFlim—弯曲疲劳强度的最小安全系数．由式（1）～（8）得到]=00。1．2．2齿面接触疲劳强度（11）上式中：σ—有效齿宽，beH=0.85b，mm；—齿轮齿宽中点分度圆直径，mm；其中：σHP—许用接触应力；KHN—接触疲劳强度计算的寿命系数；σ—接触强度的最小安全系数。参数带入式=45879，σH2]=700，[σH2]=875。经过对齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强锥齿轮几何参数Tab．1Geometricalparametersbevelgear割台输送链轴系斜交锥齿轮设计以及仿线斜交锥齿轮虚拟样机Fig．3Virtualprototypenulrbvel符合设计要求。斜交锥齿轮三维模型的建立割台转动链动力输入轴系如图动力由发动机经过静液压无极变数器和增加扭矩的齿轮箱后接入图中右端的皮带轮，带动号轴转动将动力分别输送到正交锥齿轮和斜交锥齿轮，正交锥齿轮将动力传输到其他机构，而斜交锥齿轮则将动力由1号轴传递到号轴上面的链轮和皮带轮可以旋转，以完成既定的工作要求，完成割台输送链条对谷物的运输作用。如图所示为运用前面的计算参数在大型三维建模软件Creo2.0中建立的三维图。因为要在Adams中进行运动仿真，需要将三维数字化虚拟样机整体模型另存为一种中间格式如*.x_t、*.igs将模型导出（最好是*.x_t格式，两种软件之间可以将模型实现无缝连接，模型不会出现断面等缺接下来就可以将模型导入ADAMS斜交锥齿轮在ADAMS中运动副定义3.1运动副定义1）启动ADAMS/View,在欢迎对话框中选择打 开导入模型文件，单击 OK 后，弹出打开文件的对 话框，选择文件类型为后缀 x_t，导入模型。 2）创建锥齿轮的方向坐标系。 由于大小锥齿 轮的齿数比为 3.75，轴交角为 73，为此首先要在 Part2 Part3旋转轴坐标系原点为 P1 P2，然后经过计算推导出啮合点的坐标 P3。 单击工具箱 Marker按钮，设置坐标系，最终要确定锥齿 轮的啮合方向与方向坐标系 轴一致，具体操作 是将选项设置为 Add GlobalYZ plane，将方向坐标系的 设为平行即可。设置了以上选项后，在工作栅格的 任意处点击鼠标左键，然后双击该坐标系，在弹出 的编辑对话框中，将其原点坐标 location 设置为前 面已计算出的P3 坐标值，单击OK 按钮。 设定大小锥旋转副。在大锥齿轮 part1 ground之间设定旋转的运动副 joint1，选择 1Loca- tion 的方式。 同理在小锥齿轮 part2 和ground 之间 设定旋转的运动副 joint2， 值得注意的是， 1Location方式的齿轮啮合，Ground 定义为大小锥齿轮啮合所需要一个共同的连杆。4）设定齿轮副。 齿轮副约束用于具有等速点 的齿轮传动， 其关键是正确建立等速点即