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弧齿接链环、锯齿接链环、梯齿接链环结构强度分析

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弧齿接链环、锯齿接链环、梯齿接链环结构强度分析

【摘要】:
目前国内常用的接链环结构种类较多,为了解各种结构的接链环的受力特性,亿东煤机应用有限元方法对工程上常用的梯齿形扁平接链环、锯齿形接链环及弧齿形接链环的强度进行较为深入的理论分析。亿东煤机将利用ANSYS有限元分析软件分别对三种齿形结构的高强度扁平接链环在静拉伸工作下的受力、应力分布等力学特性进行三维有限元分析,根据各种齿形的受力变形、破坏特点及应力分布情况,在充分考虑加工工艺的可行性、经济性和加工效率的前提下,为大家在接链环选型过程中提供可靠的依据。

目前国内常用的接链环结构种类较多,为了解各种结构的接链环的受力特性,亿东煤机应用有限元方法对工程上常用的梯齿形扁平接链环、锯齿形接链环及弧齿形接链环的强度进行较为深入的理论分析。亿东煤机将利用ANSYS有限元分析软件分别对三种齿形结构的高强度扁平接链环在静拉伸工作下的受力、应力分布等力学特性进行三维有限元分析,根据各种齿形的受力变形、破坏特点及应力分布情况,在充分考虑加工工艺的可行性、经济性和加工效率的前提下,为大家在接链环选型过程中提供可靠的依据。

一、梯齿形接链环的静力学计算分析

鉴于梯齿型扁平接链环的特点,亿东煤机首先选用有限元分析软件ANSYS对梯齿形接链环进行三维静态有限元分析。主要是了解在静拉伸状态下梯齿形接链环齿部的应力分布情况。应用有限元分析计算,则要考虑结构的接触非线性,接触问题是一种高度非线性行为,因此要有效的解决问题,建立合理的模型和选择合理的接触参数则较为重要。在此分析中,为了节省计算资源,取接链环模型的一半为对象来进行分析计算。加载时一端约束,另一端加X方向载荷,经过有限元分析计算,得出结果如下:梯齿形接链环的破断部位集中发生在梯齿形接链环的齿部结构处。随着载荷的增大,梯齿形接链环整体的等效应力逐渐增加。通过对梯齿形接链环啮合齿处的应力分布可以看出:开始加载时,梯齿形接链环受力最大的并不是主齿(既第Ⅱ对啮合齿处,俗称中齿),而是在第Ⅰ对啮合齿(小齿)处,当载荷达到300~400kN时,应力开始在梯齿形接链环各个齿上重新分配,直至达到国家规定的1020kN强度载荷极限时梯齿形接链环Ⅱ齿受力最大,而且有的达到其它个别齿的数量级差别,且啮合齿处齿面的合力的作用点位置处于齿面高度的中部偏下区段。其破坏是在剪力和拉力作用下破坏。

二、锯齿形接链环的静力学计算分析

对锯齿形接链环做静拉伸有限元分析,了解锯齿形接链环应力分布情况。亿东煤机取型号为Φ30*108的亿东煤机锯齿形接链环,其加载及约束方式与梯齿形均相同,同样也取锯齿形接链环的一半来进行计算。锯齿形接链环在实际载荷为850kN时,从锯齿形接链环的应力分布情况来看,其应力主要集中在其齿根部,且应力值较大,所以其断裂部位多在齿根。

 

三、弧齿形接链环的静力学计算分析

弧齿形接链环是齿形联接方式的接链环中的一种形式,其结构形状简单,但由于其齿部的齿面及齿侧皆为圆弧形状,因此难于保证加工精度。弧齿形有限元其加载及约束形式也与梯齿形接链环相同,同样加载为850kN。从弧齿形接链环弧齿的主应力分布及数值可以看出弧形齿的应力分布较为均匀,且应力相对较小。

由前述对梯齿接链环、锯齿接链环及弧齿接链环的分析,可以看出当接链环齿部的过渡圆角较大时,能够减小齿形接链环在受力过程中的应力集中问题。相对于锯齿接链环及梯齿接链环而言,弧齿接链环的应力状态分布比较均匀,且应力值也较其二者小(在受同样载荷的情况下)。梯齿形接链环所不足之处便是第一对啮合齿外齿的向上翘曲的问题,由于其翘曲,会导致第二对啮合齿要承受更大的负载。但是相对于锯齿接链环及弧齿接链环而言,梯齿形接链环对于加工精度的要求要相对小一些,它的齿形不似锯齿接链环的齿多且小,在加工中不容易保证齿面的接触精度。而弧齿的结构虽简单,但是由于齿形为弧形,加工工艺要求较梯齿接链环要严格,生产效率上则远低于梯齿形接链环,但从设备运行稳定性的角度考虑,亿东煤机认为弧齿接链环是三种接链环中最优的选择。