大摆锤减速机齿轮有限元接触的分析

孙 超，项辉宇，李 鹤，张 勇

（1.北京工商大学 材料与机械工程学院，北京 100048；2.中国特种设备检测研究院，北京 100013）

0 引言

2006年，德国HUSS 制造的大摆锤设备首次引入中国，受到游客的普遍欢迎。而后，国内各个厂家竞相设计制造各种载客量从30 人到56 人不等的大摆锤。我国目前已有国内外制造的大摆锤几百台，在旋转类游乐设施中增长速度最快、年载客最多。但是，也是我国目前存在潜在风险最大的游乐设施。大摆锤回转支承中高强螺栓断裂、减速机传动轮轴断裂、减速机齿轮传动失效等事故近几年时常发生[1]。因此，研究发现各种危险因素，勘察其形成原因与机理，预防大摆锤危险事故发生很有必要。研究表明，大摆锤最主要的故障原因是齿轮故障。而接触强度的计算是齿轮的设计中主要计算强度之一，也是齿轮强度计算和数值模拟中的重点和难点。

有限元法应用于齿轮应力分析大约起始于上个世纪60年代末70年代初，计算接触问题的非线性有限元技术的出现和不断发展，为解决复杂的接触问题创造了条件。目前已有很多学者研究过各种直齿圆柱齿轮的ANSYS 有限元接触分析[2～5]，本文针对大摆锤的特殊工况，应用最新的三维建模软件和有限元分析软件，得出了齿轮的应力分布，验证了模型处理、单元类型选择与网格划分、加载位置和方式等合理准确。

1 齿轮传动的接触有限元分析

本文选取的大摆锤设备由4 台30KW 的直流电机驱动，其额定转速nN=1500rpm；直流电机后接SLP2 型减速机，减速机的传动示意图如图1 所示。……