輥式破碎機變軸距等速比傳動機構動態仿真分析

譚 智

（湖南科技職業學院，湖南 長沙410118）

0 前言

輥式破碎機廣泛應用于塊狀物料的細碎加工，主要由兩個轉速大小相等、轉向相反的輥子將物料擠壓破碎[1]，具有噪聲低、能量利用率高及物料破碎后粒度比較均勻的特點。為了防止當硬度較大的異物或物料過多時，破碎力超過設定值破壞輥子的傳動機構，部分學者提出了時變軸距等速比傳動機構，目前主要采用六桿四齒輪變軸距等速比傳動機構，王洪欣[2]等采用理論力學的方法對六桿四齒輪機構中各運動副的約束力進行了計算，實現各運動副的等強度設計。但是從破碎機的傳動原理可知，所有的動力均通過4個齒輪來傳遞，從而帶動2個輥子破碎物料。傳動齒輪作為設備的關鍵部件，其可靠性決定了整個設備的可靠性，具有極其重要的作用[3]。

因此，本文主要采用ADAMS仿真軟件對六桿四齒輪變軸距等速比傳動機構在運動過程中的齒輪運動情況和嚙合力進行動態仿真分析，從而為各齒輪的強度設計提供參考，提高設備的可靠性。

1 六桿四齒輪變軸距等速比傳動機構工作原理

六桿四齒輪變軸距等速比傳動機構工作原理如圖1所示，行星傳動裝置中齒輪2與齒輪3的齒數相等，齒輪1與齒輪4的齒數相等，并且齒輪4安裝在可移動支座上，并用液壓油缸或彈簧頂住，當硬度較大或物料過多時，物料與輥子的擠壓力增大，推動支座左右移動，實現變軸距傳動，通過OABO1對齒輪2、齒輪3進行約束，使得OBCO2在動態軸距下始終為等腰梯形，實現等速比傳動。

圖1 六桿四齒輪變軸距等速比傳動機構

2 六桿四齒輪變軸距等速比傳動機構A D A MS建模與仿真

2.1 虛擬樣機建模及仿真

本文采用Pro/E繪圖軟件建立六桿四齒輪傳動機構的三維模型，根據圖1所示的工作原理，對各主要零件之間的約束關系作出定義，為了進行齒輪副之間的嚙合力仿真，齒輪之間采用接觸副連接，定義接觸剛度為1×105N/m，碰撞指數為1.5，阻尼系數為50 N·S/mm，透深為0.1，通過數據接口將模型導入ADAMS中。

通過對齒輪1添加扭矩實現恒轉速輸入，并新建一個測量函數WZ（d/s），對齒輪1繞Z軸的角速度進行測量，修改扭矩的Function為15 916*（360-WZ（d/s）），式中，15916 表示輸出功率為 100 kW，360是目標轉速值，在滑塊上添加x方向的負載，大小為1 000 N，最終建立的虛擬樣機模型如圖2所示。設置仿真時間為0.5 s，仿真步數為5 000，對模型進行仿真分析，得到角速度變化曲線和齒輪副之間的接觸力曲線如圖3～圖6所示。

圖2 A D A MS虛擬仿真模型

2.2 仿真結果分析

由圖3可知，由于受破碎機工作過程負載的影響，作用在齒輪1上扭矩會根據負載變化做出相應的調整，以保證齒輪1恒速轉動，因此，齒輪1的角速度在360 d/s附近小幅浮動，而不是保持恒定不變，與實際情況比較相符。由圖5、圖6可知，由于齒輪在嚙合過程中，重合度不等于1，所以將發生單雙齒交替嚙合的現象，并且在齒輪退出與進入嚙合時將有可能產生沖擊振動，因此，齒輪嚙合力中含有明顯的動載成分，而且嚙合力繞某一定值上下振蕩，嚙合力的波動導致齒輪4的角速度在-360 d/s發生上下波動，與齒輪1與齒輪4的傳動比為-1相符。

圖3 齒輪1角速度變化曲線

圖4 齒輪4角速度變化曲線

圖5 x方向接觸力對比曲線

圖6 y方向接觸力對比曲線

由圖5、6可知，齒輪1與齒輪2的嚙合力最大，而齒輪3與齒輪4之間的嚙合力最小，主要原因是，動力經齒輪1傳遞到齒輪2，然后經過齒輪3傳遞給齒輪4，因此，對于齒輪2與齒輪3，輸入載荷為齒輪1與齒輪2的嚙合力，而齒輪3與齒輪4的輸入載荷為齒輪2與齒輪3的嚙合力，因此，傳遞的載荷層層遞減，相應的嚙合力逐漸減小，因此，在四個齒輪中，齒輪1與齒輪2之間的嚙合力最大，最容易被破壞。所以，在設計過程中，為了保證設備的可靠性，要提高齒輪1與齒輪2的強度[4]。

3 結束語

本文采用ADAMS軟件對六桿四齒輪變軸距等速比傳動機構進行了仿真分析，仿真結果表明，該機構能夠實現等速比傳動，但是由于受齒輪嚙合動載的影響，齒輪4的角速度在目標值附件上下波動，并且通過對3對齒輪副之間嚙合力的對比分析，表明齒輪1與齒輪2之間的嚙合力最大，為了保證設備的可靠性，在設計過程中，可適當提高齒輪1與齒輪2的強度。