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    直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的參數(shù)化設(shè)計(jì)及仿真

    2021-03-23 03:19:42曹國亮許晶晶朱海兵
    關(guān)鍵詞:直齒圓柱齒輪小齒輪

    曹國亮 許晶晶 朱海兵 劉 玲

    (江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院,徐州 221132)

    齒輪傳動(dòng)在機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用廣泛。輪齒齒廓的形狀為漸開線曲線,結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜。本文以JY-80 型運(yùn)輸絞車的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的第三級(jí)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)為研究對(duì)象,在Creo 5.0 軟件中實(shí)現(xiàn)對(duì)直齒圓柱齒輪的參數(shù)化建模和齒輪傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)仿真[1]。

    1 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的參數(shù)化設(shè)計(jì)

    1.1 建模參數(shù)和關(guān)系式

    基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì),主要通過尺寸驅(qū)動(dòng)對(duì)基本結(jié)構(gòu)相同但型號(hào)或尺寸不同的模型生成新的模型。在Creo 5.0軟件中,每生成一個(gè)模型都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)宏文件,以記錄該模型的生成過程。因此,通過修改宏文件中的變量可以生成不同的三維模型[2]。在Creo 5.0 軟件的“零件”模塊中,將齒輪模數(shù)m=7、齒數(shù)z=24 以及齒輪寬度a=90mm 等參數(shù)設(shè)置為變量并賦值。通過編寫齒根圓直徑d0、分度圓直徑d1以及齒頂圓直徑d2的關(guān)系式,可以繪制齒輪的齒根圓、分度圓和齒頂圓,如圖1 所示。

    圖1 漸開線曲線的生成

    1.2 生成漸開線齒廓曲線

    在Creo 5.0 軟件中,先通過“插入基準(zhǔn)曲線”功能選擇“從方程”模式,輸入漸開線曲線方程,可自動(dòng)生成一條基于設(shè)計(jì)變量m、z 和a 的漸開線曲線[2]。

    式中,R 為齒輪半徑;θ 為旋轉(zhuǎn)角度;T 為周期時(shí)間。

    1.3 直齒圓柱齒輪的參數(shù)化模型

    在Creo 5.0 軟件中,基于以上操作,運(yùn)用“拉伸”命令創(chuàng)建第一個(gè)輪齒后,利用“陣列”命令創(chuàng)建完整齒輪[3],如圖2 所示。創(chuàng)建直齒圓柱齒輪的參數(shù)化模型后,通過修改齒數(shù)和齒寬等參數(shù)可得過橋齒輪和大齒圈的模型,分別如圖3 和圖4 所示。

    圖2 小齒輪模型

    圖3 過橋齒輪模型

    圖4 大齒圈模型

    1.4 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的裝配模型

    在Creo 5.0 軟件的“裝配”模塊中,首先選取FRONT和RIGHT 兩個(gè)基準(zhǔn)平面的相交線建立基準(zhǔn)軸1;其次,根據(jù)齒輪傳動(dòng)的中心距分別建立兩條與基準(zhǔn)軸1 平行的基準(zhǔn)軸,且中心距分別為230mm 和900mm;最后,選取“元件”選項(xiàng)卡中的“組裝”按鈕,以FRONT 平面為基準(zhǔn)平面,在3 條基準(zhǔn)軸上分別裝配小齒輪、過橋齒輪和大齒圈。齒輪傳動(dòng)的裝配模型[4],如圖5 所示。

    圖5 齒輪傳動(dòng)的裝配模型和運(yùn)動(dòng)仿真

    2 直齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真

    2.1 直齒圓柱齒輪的運(yùn)動(dòng)仿真

    打開直齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)的裝配文件,在“機(jī)構(gòu)”中定義齒輪副連接。齒輪副連接可以定義兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸之間的速度關(guān)系,以模擬一對(duì)齒輪之間的嚙合關(guān)系和傳動(dòng)關(guān)系。在“齒輪副定義”對(duì)話框中,“運(yùn)動(dòng)軸”選取小齒輪的中心軸,“節(jié)圓”直徑設(shè)置為160mm。同理,完成過橋齒輪和大齒圈的齒輪副連接設(shè)置。此外,為了實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng),需要為齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)定義伺服電動(dòng)機(jī)[5]。選取小齒輪軸線處的旋轉(zhuǎn)標(biāo)識(shí)作為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的連接軸,設(shè)置小齒輪軸線上的加速度,完成運(yùn)動(dòng)定義,即先單擊“機(jī)構(gòu)分析”工具按鈕將“類型”設(shè)置為“運(yùn)動(dòng)學(xué)”,再單擊“運(yùn)行”按鈕,使齒輪傳動(dòng)開始轉(zhuǎn)動(dòng),如圖5 所示。

    2.2 仿真結(jié)果分析

    第一步,依次單擊“機(jī)構(gòu)”→“分析”→“測量”工具按鈕,彈出“測量結(jié)果”對(duì)話框。第二步,單擊“創(chuàng)建新測量”工具按鈕,系統(tǒng)彈出“測量定義”對(duì)話框,在“類型”下拉列表中選擇“速度”選項(xiàng)。第三步,單擊“測量定義”對(duì)話框中“點(diǎn)或運(yùn)動(dòng)軸”的選取箭頭,選取齒輪。第四步,點(diǎn)擊小齒頂?shù)囊粋€(gè)頂點(diǎn),在“測量結(jié)果”對(duì)話框的“測量”選項(xiàng)列表中選中“measure1”,并在“結(jié)果集”列表中選中“Analaysis Definition 1”選項(xiàng)。第五步,單擊“測量結(jié)果”對(duì)話框中的“繪制圖形”按鈕,顯示測量結(jié)果,如圖6 所示。

    圖6 小齒輪的速度線圖

    3 結(jié)語

    本文在Creo 5.0 軟件的參數(shù)化建模環(huán)境中完成了直齒圓柱齒輪的參數(shù)化三維模型,并對(duì)齒輪傳動(dòng)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真。該方法保證了齒輪建模的精確性,驗(yàn)證了連續(xù)傳動(dòng)的可靠性,實(shí)現(xiàn)了同類型齒輪的快速設(shè)計(jì),降低了設(shè)計(jì)難度,且為后續(xù)復(fù)雜齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的建模和仿真打下了良好基礎(chǔ)。

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