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動力頭是旋挖鉆機的關鍵部件,其性能好壞與壽命直接影響到旋挖鉆機施工效率及施工安全性。動力頭部件中的齒輪傳動裝置在工作中主要傳遞低速重載扭矩,而且是交變載荷,齒輪傳動裝置疲勞破壞是旋挖鉆機動力頭的主要失效方式之一。在設計階段,針對動力頭齒輪傳動裝置進行全壽命虛擬預測,對薄弱模塊進行修改,優(yōu)化,可很大程度上延長動力頭使用壽命。本文以適合于鉆孔深度40m以內,直徑1200mm以內黏土層作業(yè)的小型旋挖鉆機用動力頭為研究對象,開展了以下幾個方面的研究:

1）通過理論計算得到動力頭相關結構參數,構建了動力頭的Pro/e三維模型,并進行了運動學仿真分析來驗證模型的正確性;

2）采用ADAMS動力學仿真軟件,結合動力頭標準工況,計算分析了動力頭內齒輪傳動裝置的受力情況,研究了加載快慢與主動輪分布相位角對接觸力的影響,獲得標準工況下齒輪的載荷譜。

3）采用ANSYS分析軟件,結合ADAMS中得到的載荷譜進行有限元分析,得出標準工況下齒輪的薄弱部位應力譜。將此應力譜與理論計算應力進行比較并提出優(yōu)化意見。

4）采用MSC.Fatigue結合應力譜,模擬標準鉆進工況預測齒輪疲勞壽命。通過研究分析可得以下結論:加載快慢對啟動沖擊載荷影響很大;主動輪分布相位角對此類平行軸齒輪系接觸力影響較大,以呈90°與180°分布時zui為平穩(wěn);動力頭齒輪傳動裝置的理論計算與仿真分析結果相近,設計基本滿足強度與壽命要求。