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齿轮传动中仿真系统的分析

发布时间:2019-8-28 9:16:05 浏览次数:72

    1.内平动齿轮传动的建模

    传统的齿轮传动设计方法相当复杂,设计周期长,工作量大。设计过程重复,工作效率低。在齿轮装配环节,也是仅仅在理论上进行可行性装配计算。对于装配过程中可能出现的问题无法预知,可视性差;当齿轮的某一参数改变时,整个设计过程都要跟着改变,设计智能化低。因此,利用计算机技术实现齿轮的参数化、智能化设计和虚拟装配是非常必要的。

    比较流行的3D设计软件有,SOLID-WORKS、PRO/E、UG等。笔者就利用PRO/E软件进行齿轮虚拟设计。对在虚拟环境下实现齿轮的精确建模与装配方法进行了研究。

    1.1外齿轮精确建模

    首先在Pro/E中新建一个零件模块。在模板的选用中注意应选择“mmns_part_so-lid”。并且各零件模型和装配模型应一致,否则会造成单位上的不一致,使装配无法进行。在主菜单中依次选择“工具”,“关系”选项,系统将自动弹出“关系”对话框。在对话框中将齿轮的各参数依次添加到参数列表框中。绘制齿轮基本圆,在草绘状态下,绘制出分度圆,齿顶圆,齿根圆。

    创建齿轮关系式。在主菜单中依次选择“工具”,“关系”选项,在关系对话框中添加齿轮的几何尺寸关系。创建齿轮齿廓线。在菜单中依次选择“曲线选项”,“从方程”,“完成”选项,系统弹出“曲线:从方程”对话框。根据系统提示,在模型窗口中选择“PRT_CSYS_DEF”坐标系,并定义为笛卡儿坐标。

    创建齿廓镜像平面。渐开线建立之后,为保证所建立齿轮的对称性,建立一个镜像平面就尤为重要了。对于非变位齿轮它在分度圆处的齿厚和槽宽是相等的。所以镜像平面的旋转角度等于三百六十度除以二倍的齿数。

    镜像渐开线。在工作区中选择创建的渐开线齿廓曲线,以DTM2为镜像平面。完成另一侧轮廓线的创建。通过创建的轮廓线建立轮齿的草图,利用拉伸特征创建第一个齿槽。通过圆周阵列操作生成其余齿槽。最后生成外齿轮。

    1.2内齿轮精确建模

    在Pro/E中新建一个零件模块,模板选用“mmns_part_solid”。在主菜单中依次选择“工具”,“关系”选项,系统将自动弹出“关系”对话框。在对话框中将齿轮的各参数依次添加到参数列表框中。

    创建齿轮关系式。在主菜单中依次选择“工具”,“关系”选项,在“关系”对话框中添加齿轮的几何尺寸关系。

    创建齿轮齿廓线。在菜单中依次选择“曲线选项”“从方程”“完成”选项,系统弹出“曲线:从方程”对话框,在对话框中进行相应的数值设置。此处与外齿轮的齿廓曲线形成相同,同样选用笛卡儿坐标,曲线方程与上式相同,得到渐开线。

    创建圆环体。通过镜像建立与齿顶圆相切的半径相同的圆,再建立与齿根圆相切的半径相同的圆。再经过拉伸创建圆环体。创建镜像平面,首先找出渐开线曲线与分度圆的交点,通过该交点,做出平面DTM1,再做出齿隙的中心对称面DTM2,其做法与外齿轮相同。然后通过该中心面镜像生成组成齿隙轮廓的另外一根渐开线曲线,最后通过拉伸切除功能切除齿隙。阵列齿隙。将上面创建的齿隙进行圆周阵列,完成的内齿轮模型。

    1.3内平动齿轮传动的装配

    新建一个装配文件,四根轴线,其中AA_1为内齿轮的轴线,AA_2、AA_4、AA_5为三根输入轴的轴线。

    2.结论

    在内平动齿轮传动中,实际接触齿数大于理论啮合齿数,啮合由单齿接触变为多齿接触,必然会使齿轮传动的平稳性增大,承载能力提高。正如本章所述,主要接触的两对轮齿只承受了不到一半的载荷,所以应合理进行尺寸设计、选择材料,避免造成不必要的盈余。由于轮齿变形和内齿轮变形,可能会发生轻微碰撞,产生振动和噪音问题。这又说明多齿接触有其不利的一面,如何能更好得将实际接触齿数与传动平稳性的关系控制在合理的范围内,将是欲待解决的问题。

    内平动齿轮传动与普通行星齿轮传动的不同点在于其三个外齿轮在轴向上处于不同位置,内齿轮受到的作用力不能平衡,将产生翻转力矩。在内平动齿轮减速器运转时力矩的方向连续变化,会对齿轮减速器的输出轴、输入轴产生影响,带来振动和变形。合理的解决此问题将更好的改善内平动齿轮传动的性能,例如在内齿轮与机体间添加滑动轴承。


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