齒輪傳動中仿真系統(tǒng)的分析

    1.內(nèi)平動齒輪傳動的建模

    傳統(tǒng)的齒輪傳動設(shè)計方法相當復(fù)雜，設(shè)計周期長，工作量大。設(shè)計過程重復(fù)，工作效率低。在齒輪裝配環(huán)節(jié)，也是僅僅在理論上進行可行性裝配計算。對于裝配過程中可能出現(xiàn)的問題無法預(yù)知，可視性差；當齒輪的某一參數(shù)改變時，整個設(shè)計過程都要跟著改變，設(shè)計智能化低。因此，利用計算機技術(shù)實現(xiàn)齒輪的參數(shù)化、智能化設(shè)計和虛擬裝配是非常必要的。

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

    1.1外齒輪精確建模

    首先在Pro/E中新建一個零件模塊。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，否則會造成單位上的不一致，使裝配無法進行。在主菜單中依次選擇“工具”,“關(guān)系”選項，系統(tǒng)將自動彈出“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，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”,“從方程”,“完成”選項，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”坐標系，并定義為笛卡兒坐標。

    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，系統(tǒng)將自動彈出“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，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”“從方程”“完成”選項，系統(tǒng)彈出“曲線：從方程”對話框,在對話框中進行相應(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，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，通過該交點，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)建的齒隙進行圓周陣列，完成的內(nèi)齒輪模型。

    1.3內(nèi)平動齒輪傳動的裝配

    新建一個裝配文件，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)平動齒輪傳動中，實際接觸齒數(shù)大于理論嚙合齒數(shù)，嚙合由單齒接觸變?yōu)槎帻X接觸，必然會使齒輪傳動的平穩(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)合理進行尺寸設(shè)計、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，可能會發(fā)生輕微碰撞，產(chǎn)生振動和噪音問題。這又說明多齒接觸有其不利的一面，如何能更好得將實際接觸齒數(shù)與傳動平穩(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)平動齒輪傳動與普通行星齒輪傳動的不同點在于其三個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)平動齒輪減速器運轉(zhuǎn)時力矩的方向連續(xù)變化，會對齒輪減速器的輸出軸、輸入軸產(chǎn)生影響，帶來振動和變形。合理的解決此問題將更好的改善內(nèi)平動齒輪傳動的性能，例如在內(nèi)齒輪與機體間添加滑動軸承。