(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111405645.X (22)申请日 2021.11.24 (71)申请人 大连理工大 学 地址 116024 辽宁省大连市甘井 子区凌工 路２ 号 申请人 大连工业大 学 (72)发明人 孙伟　马浩然　张旭　宣立特　 赵英杰　 (74)专利代理 机构 辽宁鸿文知识产权代理有限 公司 21102 代理人 苗青 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 111/04(2020.01)G06F 119/02(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种大型掘进机驱动齿轮组承载能力分析 方法 (57)摘要 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。 权利要求书2页 说明书8页 附图4页 CN 114169092 A 2022.03.11 CN 114169092 A 1.一种大型掘进机驱动齿轮组承载能力分析方法， 其特征在于， 包括步骤如下： 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； 释放大齿圈旋转自由度， 限制其 余方向自由度， 且其上 添加覆盖齿宽方向的均布载荷； S3、 设置驱动小 齿轮的载荷 及约束条件； 释放每个驱动小齿轮旋转自由度， 限制其余方向自由度， 且其上添加覆盖齿宽方向的 均布载荷； S4、 在齿轮箱中装配驱动齿轮组； 以大齿圈在齿轮箱中X、 Y、 Z方向的坐标为基准坐标， 计算各个驱动小齿轮在齿轮箱中 的坐标， 对每个驱动小齿轮与大齿圈进行装配； 大齿圈和驱动小齿轮的极限载荷数据添加 至齿轮箱载荷谱中； S5、 基于Roamx仿真 分析结果验证驱动齿轮组承载能力； 以直齿轮和斜齿轮承载能力计算标准为驱动齿轮组仿真分析的计算依据标准， 运行所 有载荷谱完成静态分析， 得到驱动齿轮组在极限工况下的最大接触应力值和最大弯曲应力 值， 二者分别小于驱动齿轮组材料的许用接触应力和屈服强度时， 驱动齿轮组通过基于 Romax的承载能力校核； 步骤二、 基于Ansys 建立大型掘进机驱动齿轮组模型承载能力校核； S6、 简化驱动齿轮组有限元模型； 根据步骤S5获得的分析结果判断各小齿轮与大齿圈的接触力学特性相同， 简化大型掘 进机驱动齿轮组仿真模型， 仅保留一个小齿轮和部分大齿圈， 通过分析该小齿轮与大齿圈 间的接触力学 特性， 得出其余小齿轮的接触力学 特性； S7、 驱动齿轮组的有限元模型网格划分； 简化后的大型掘进机驱动齿轮组有限元模型采用10节点solid185二阶网格单元进行 网格划分， 保证驱动小 齿轮与大齿圈的接触区域网格质量达 到0.9以上； S8、 设置驱动齿轮组的接触 类型； 将完成网格划分的大型掘进机驱动齿轮组有限元模型导入静力学分析模块中； 摩擦系 数和法向刚度 因数根据有限元仿真需求进行设置； 更新刚度设置为每次迭代， 时步控制设 置为自动平分， 其 余设置保持初始默认设置不进行调整； 驱动齿轮组的齿轮副接触类型设置为摩擦接触； 选择驱动小齿轮和大齿 圈相啮合的轮 齿表面分别设置为接触面和目标面； S9、 设置驱动齿轮组的载荷 及约束条件； 以驱动小齿轮内孔表面为几何参照面， 建立圆柱坐标系为基准坐标系， 添加位移约束； 释放小齿轮的绕轴线旋转方向的自由度， 抑制其他方向自由度； 对大齿圈外圈表面施加 位权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114169092 A 2移约束， 限制大齿圈全部方向 自由度； 在驱动小齿轮 内孔表面施加转矩， 按照极限工况的载荷数据设置驱动小齿轮的扭矩及 转速； S10、 基于Ansys仿真 分析结果验证驱动齿轮组承载能力； 针对仅一对轮齿相 啮合的极限工况， 计算驱动齿轮组的最大接触应力、 最大弯曲应力 值和应变情况； 验证驱动齿轮组在极限工况 下是否满足承载能力要求； 步骤三、 基于Romax、 Ansys大 型掘进机驱动齿轮组承载能力仿真 分析结果的对比校核； S11、 验证驱动齿轮组承载能力仿真结果可靠性； 基于Romax和Ansys两种仿真分析方法对驱动齿轮组的承载 能力结果， 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； 两种 方法所得仿真计算结果均设计及使 用要求， 且二 者的结果偏差在百分之十以内， 此驱动齿轮组通过承载能力仿真对比校核； 若两种仿真分析方法的结果偏差超出百分之十， 则需完善有限元模型的网格划分前处 理工作， 并重新进行有限元仿真 分析， 直至结果偏差满足偏差要求； S12、 优化驱动齿轮组； 根据驱动齿轮组 的应变情况对大齿圈和驱动小齿轮的齿廓、 齿向进行轮齿修型并增大 齿根过渡圆角； 将优化后的驱动齿轮组进 行步骤一和步骤二 获得优化前后接触力学特性对 比分析。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114169092 A 3