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基于SolidWorks周转轮系装配与运动仿真

发表时间: 2017/10/5 作者: 李翠翠*张清萍*郑磊*何银川 来源: 互联网
通过对周转轮系装配条件的分析。提出了对齐装配线和对其装配点自动旋转来使行星轮均布无干涉的装配方法,运用该方法可以完成周转轮系的快速装配。并以某驱动装置中行星轮系为例在完成建模、装配的基础上进行了Motion分析。
 

    周转轮系是由一个或几个齿轮的几何轴线绕着其他齿轮的固定轴线回转的轮系。周转轮系主要由中心轮1和3、行星轮2和行星架H组成,如图1所示。周转轮系应用在各种机械传动场合,对周转轮系在三维建模软件中的装配研究已有许多研究成果,现有多种装配方法。这些方法有的装配理论过于复杂,有的需要计算齿轮的多个偏转角或初转角容易出现计算错误而导致装配失败,有的装配过程繁琐,不能实现快速装配。

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    图1 周转轮系

    本文以周转轮系在SolidWorks中的装配为研究对象,提出了周转轮系新的装配方法,利用周转轮系中各齿轮的实际啮合特点和行星轮均匀分布特点进行装配。该方法原理简单,装配过程不复杂,为后续周转轮系运动学和动力学仿真提供模型基础。

    1 周转轮系装配方法研究

    根据周转轮系的装配条件可知:在满足周转轮系装配条件下,假设有k个行星轮,中心轮1和3的轮齿相对位置图形如图2所示,当在位置I处装入第一个行星轮后,将行星架转动360°/k,使第一个行星轮到达位置Ⅱ,此时I位置处中心轮1和3的轮齿相对位置关系和未转动行星架前一样,在位置I处又可装入第二个行星轮,按照此方法可以依次装入其他的行星轮。

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    图2 周转轮系装配原理

    通过观察位置I处各齿轮轮齿的相对位置可以发现,两中心轮的齿对称线与行星轮的齿槽对称线重合,那么在SolidWorks中就可以用辅助对称线重合的方法确定位置I处各齿轮轮齿的相对位置关系(下文称这两种对称线为齿装配线和齿槽装配线)。本文统一规定过中心轮l中心做齿装配线,过行星轮中心做齿槽装配线。如果行星轮齿数为偶数,过中心轮3做齿装配线;如果行星轮齿数为奇数,过中心轮3做齿槽装配线。为使多个行星轮均布,以中心距为长度,以中心轮1中心O1为起点l (k-1)条辅助线(下文称均布线),如图3中O1K。在位置K处,先将中心轮1和行星轮对齐装配线如图3所示,经过齿轮配合后,再将行星轮的中心与K点重合配合,即相对中心轮l,行星轮的中心自动旋转到点K,如图4所示。

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    2 周转轮系模型装配实例

    某周转轮系传动机构有3个行星轮,中心轮3固定,为NGW 行星轮系。其中各齿轮主要参数如表1所示,用迈迪丁具集插件或Toolbox模块在SolidWorks巾完成齿轮零件二维建模,并根据上文中的规定绘制辅助线。作中心轮l的齿装配线① ,以齿装配线① 为基准作另外两条均布线②和③ ,为使3个行星轮全部装入,根据就近原则,在靠近均布线②和③ 的位置分别做一条齿装配线在④ 和⑤ ,中心轮l的辅助线绘制完毕如网5a所示;作行星轮的齿槽装配线,由于该行星轮是奇数齿,该齿槽装配线另一端必定过行星轮齿的中心,如图5b所示;冈为该行星轮是奇数齿,所以过中心轮3作齿槽装配线,如罔5c所示。

    表1 周转轮系各齿轮主要参数

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    图5 齿轮零件

    下面在SolidWorks中新建装配体文件,完成周转轮系的装配,具体过程如下:

    (1)插入中心轮1并同定,再插人中心轮3。定义所有零件只在同一面上旋转,将两个中心轮的轴线定义“重合”配合,保证了中心轮3只有一个旋转的自由度。

    (2)插入第一个行星轮,将中心轮1的齿装配线① 与该行星轮的齿槽装配线定义“重合”配合,并以两轮的中心距定义“距离”配合,这样可以确定该行星轮在该位置处相对中心轮l的轮齿相对位置。选择机械配合中的齿轮配合定义两轮的传动比哭系,将两轮的装配线“重合”配合压缩,保证该行星轮只有一个旋转的自由度,如图6a所示。

    (3)将中心轮3的装配线与中心轮1的齿装配线① 定义“承合”配合,这样可以确定中心轮3在该位置处轮齿相对位置。同上定义中心轮3与行星轮的传动比关系,将两中心轮的装配线“重合”配合压缩,保证中心轮3只有一个旋转的自由度,如图6b所示。

    (4)插入第二个行星轮,按步骤(2)装配该行星轮后的结果如图6c:所示,再将该行星轮的轴心与中心轮1上均布线② 的端点定义“重合”配合,这样可以确定该行星轮在该位置处相对巾心轮1的轮齿相对位置。选择机械配合中的齿轮配合定义该行星轮与中心轮3的传动比关系,将该行星轮的轴心与中心轮1上辅助线的端点定义“重合”配合压缩,保证该行星轮只有一个旋转的自由度,如图6d所示。

    (5)按步骤(4)装配第三个行星轮,装配后的结果如图6e所示。如果周转轮系中行星轮的个数大于3个,其他行星轮的装配方法同步骤(4)。

    (6)捕入行星架,将中心轮1和行星架的轴线定义“匝合”配合,将行星轮轴线与行星架上的行星轮轴孔的轴心定义“重合”配合,保证行星架只有一个旋转的自由度,如图6f所示。

    因为该机构为固定中心轮3的NGW 行星轮系,所以在装配过程的最后将中心轮1设为浮动,中心轮3设为固定。对装配后的周转轮系进行了静态干涉检查,检查结果如图7所示。从图7可以看出,检查结果很好的验证了该装配方法的正确性。

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    图6 装配过程

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    图7 干涉检查结果

    3 周转轮系运动仿真

    选中SolidWorks Motion插件进行运动仿真,它可以提供最逼真的模拟。新建运动算例,选择中心轮1的端面定义旋转马达,并定义旋转马达的方向与运动速度为等速90 r/min。点击计算运动算例按钮对齿轮传动进行计算,点击播放按钮,可以看到此周轮系的运动仿真结果。点击结果和图解按钮,可以输出该周转轮系各个零件的运动学参数曲线,如图8所示。

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    图8 角速度曲线

    用相对速度法计算该轮系中行星轮2和行星架H的转速:

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    可以看出该运动仿真输出结果与用相对速度法汁算出的该周转轮系中各零件的角速度值是一样的,进一步说明了上述装配方法的正确性。

    4 结语

    (1)在周转轮系满足装配条件的基础上,对周转轮系在SolidWorks环境下的装配进行了研究,提出了对齐装配线和对其装配点自动旋转来使行星轮均布无干涉的基本装配方法。

    (2)以某周转轮系为例,在SolidWorks中进行了三维零件建模与装配体的装配,并对装配体进行了干涉检查,证明了该装配方法的准确高效性。

    (3)对该周转轮系进行了Motion分析,逼真地模拟了该周转轮系的实际运行状态,以图解的方式给出了周转轮系各零件的运动学参数曲线,进一步验证了该装配方法的准确合理性。



责任编辑:郝秋红