齒輪傳動(dòng)中仿真系統(tǒng)的分析

    1.內(nèi)平動(dòng)齒輪傳動(dòng)的建模

    傳統(tǒng)的齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)方法相當(dāng)復(fù)雜，設(shè)計(jì)周期長，工作量大。設(shè)計(jì)過程重復(fù)，工作效率低。在齒輪裝配環(huán)節(jié)，也是僅僅在理論上進(jìn)行可行性裝配計(jì)算。對于裝配過程中可能出現(xiàn)的問題無法預(yù)知，可視性差；當(dāng)齒輪的某一參數(shù)改變時(shí)，整個(gè)設(shè)計(jì)過程都要跟著改變，設(shè)計(jì)智能化低。因此，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)齒輪的參數(shù)化、智能化設(shè)計(jì)和虛擬裝配是非常必要的。

    比較流行的3D設(shè)計(jì)軟件有，SOLID-WORKS、PRO/E、UG等。筆者就利用PRO/E軟件進(jìn)行齒輪虛擬設(shè)計(jì)。對在虛擬環(huán)境下實(shí)現(xiàn)齒輪的精確建模與裝配方法進(jìn)行了研究。

    1.1外齒輪精確建模

    首先在Pro/E中新建一個(gè)零件模塊。在模板的選用中注意應(yīng)選擇“mmns_part_so-lid”。并且各零件模型和裝配模型應(yīng)一致，否則會(huì)造成單位上的不一致，使裝配無法進(jìn)行。在主菜單中依次選擇“工具”,“關(guān)系”選項(xiàng)，系統(tǒng)將自動(dòng)彈出“關(guān)系”對話框。在對話框中將齒輪的各參數(shù)依次添加到參數(shù)列表框中。繪制齒輪基本圓，在草繪狀態(tài)下，繪制出分度圓，齒頂圓，齒根圓。

    創(chuàng)建齒輪關(guān)系式。在主菜單中依次選擇“工具”,“關(guān)系”選項(xiàng)，在關(guān)系對話框中添加齒輪的幾何尺寸關(guān)系。創(chuàng)建齒輪齒廓線。在菜單中依次選擇“曲線選項(xiàng)”,“從方程”,“完成”選項(xiàng)，系統(tǒng)彈出“曲線：從方程”對話框。根據(jù)系統(tǒng)提示，在模型窗口中選擇“PRT_CSYS_DEF”坐標(biāo)系，并定義為笛卡兒坐標(biāo)。

    創(chuàng)建齒廓鏡像平面。漸開線建立之后，為保證所建立齒輪的對稱性，建立一個(gè)鏡像平面就尤為重要了。對于非變位齒輪它在分度圓處的齒厚和槽寬是相等的。所以鏡像平面的旋轉(zhuǎn)角度等于三百六十度除以二倍的齒數(shù)。

    鏡像漸開線。在工作區(qū)中選擇創(chuàng)建的漸開線齒廓曲線，以DTM2為鏡像平面。完成另一側(cè)輪廓線的創(chuàng)建。通過創(chuàng)建的輪廓線建立輪齒的草圖，利用拉伸特征創(chuàng)建第一個(gè)齒槽。通過圓周陣列操作生成其余齒槽。最后生成外齒輪。

    1.2內(nèi)齒輪精確建模

    在Pro/E中新建一個(gè)零件模塊，模板選用“mmns_part_solid”。在主菜單中依次選擇“工具”，“關(guān)系”選項(xiàng)，系統(tǒng)將自動(dòng)彈出“關(guān)系”對話框。在對話框中將齒輪的各參數(shù)依次添加到參數(shù)列表框中。

    創(chuàng)建齒輪關(guān)系式。在主菜單中依次選擇“工具”，“關(guān)系”選項(xiàng)，在“關(guān)系”對話框中添加齒輪的幾何尺寸關(guān)系。

    創(chuàng)建齒輪齒廓線。在菜單中依次選擇“曲線選項(xiàng)”“從方程”“完成”選項(xiàng)，系統(tǒng)彈出“曲線：從方程”對話框,在對話框中進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值設(shè)置。此處與外齒輪的齒廓曲線形成相同，同樣選用笛卡兒坐標(biāo)，曲線方程與上式相同，得到漸開線。

    創(chuàng)建圓環(huán)體。通過鏡像建立與齒頂圓相切的半徑相同的圓，再建立與齒根圓相切的半徑相同的圓。再經(jīng)過拉伸創(chuàng)建圓環(huán)體。創(chuàng)建鏡像平面，首先找出漸開線曲線與分度圓的交點(diǎn)，通過該交點(diǎn)，做出平面DTM1，再做出齒隙的中心對稱面DTM2,其做法與外齒輪相同。然后通過該中心面鏡像生成組成齒隙輪廓的另外一根漸開線曲線，最后通過拉伸切除功能切除齒隙。陣列齒隙。將上面創(chuàng)建的齒隙進(jìn)行圓周陣列，完成的內(nèi)齒輪模型。

    1.3內(nèi)平動(dòng)齒輪傳動(dòng)的裝配

    新建一個(gè)裝配文件，四根軸線，其中AA_1為內(nèi)齒輪的軸線，AA_2、AA_4、AA_5為三根輸入軸的軸線。

    2.結(jié)論

    在內(nèi)平動(dòng)齒輪傳動(dòng)中，實(shí)際接觸齒數(shù)大于理論嚙合齒數(shù)，嚙合由單齒接觸變?yōu)槎帻X接觸，必然會(huì)使齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性增大，承載能力提高。正如本章所述，主要接觸的兩對輪齒只承受了不到一半的載荷，所以應(yīng)合理進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)、選擇材料，避免造成不必要的盈余。由于輪齒變形和內(nèi)齒輪變形，可能會(huì)發(fā)生輕微碰撞，產(chǎn)生振動(dòng)和噪音問題。這又說明多齒接觸有其不利的一面，如何能更好得將實(shí)際接觸齒數(shù)與傳動(dòng)平穩(wěn)性的關(guān)系控制在合理的范圍內(nèi)，將是欲待解決的問題。

    內(nèi)平動(dòng)齒輪傳動(dòng)與普通行星齒輪傳動(dòng)的不同點(diǎn)在于其三個(gè)外齒輪在軸向上處于不同位置，內(nèi)齒輪受到的作用力不能平衡，將產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)力矩。在內(nèi)平動(dòng)齒輪減速器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)力矩的方向連續(xù)變化，會(huì)對齒輪減速器的輸出軸、輸入軸產(chǎn)生影響，帶來振動(dòng)和變形。合理的解決此問題將更好的改善內(nèi)平動(dòng)齒輪傳動(dòng)的性能，例如在內(nèi)齒輪與機(jī)體間添加滑動(dòng)軸承。