行星輪系的虛擬樣機(jī)設(shè)計與分析

1、一行星輪系的結(jié)構(gòu)組成和工作原理 31行星輪系 32工作特點 33運用場所 44工作原理 4二 零件三維實體模型建立的方法 51主要齒輪類零件三維實體模型建立的方法（插件法Toolbox） 52典型零件三維實體模型建立的方法（直接造型法） 63其他零件三維實體模型建立方法簡介 11三裝配模型建立的方法和步驟 121生成新的裝配體文檔 122插入行星輪個各零件 123添加裝配關(guān)系 124齒輪嚙合的裝配 13四 裝配模型的運動仿真分析 141打開裝配體 142設(shè)置行星輪驅(qū)動力參數(shù) 143仿真計算 144查看結(jié)果 155生成AVI格式動畫 15五 關(guān)鍵零件的 CAE（ SolidWorks Simul

2、ation ） 151選定幾何模型 152指定材質(zhì) 153添加約束 164施加載荷 165執(zhí)行分析 176結(jié)果顯示 17六 典型零件的CAM（軟件SolidCAM錯誤交換致無法使用） 19七結(jié)論 19參考文獻(xiàn) 2025一行星輪系的結(jié)構(gòu)組成和工作原理1行星輪系是指只具有一個自由度的輪系。一個原動件即可確定執(zhí)行件（行星齒輪）的運動，原動件通常為中心輪或系桿；即與行星齒輪直接接觸的中心輪或系桿作 為原動件帶動行星齒輪，一方面繞著行星輪自身軸線01-01自轉(zhuǎn)，另一方面又隨著構(gòu)件H （即系桿）繞一固定軸線 0-0 （中心輪軸線）回轉(zhuǎn)。行星輪系和差動輪系統(tǒng)稱為周轉(zhuǎn)輪系（一個周轉(zhuǎn)輪系由三類構(gòu)件組成1.一個系

3、桿。2. 一個或幾個行星輪。3. 一個或幾個與行星輪相嚙合的中心輪。）。行星輪系中，兩個中心輪有一個固定；差動輪系中，兩個中心輪都可以動（即F=2）。任務(wù)圖2工作特點行星輪系是一種先進(jìn)的齒輪傳動機(jī)構(gòu),具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量小、承載能力大、傳遞功率范圍及傳動范圍大、運行噪聲小、效率高及壽命長等優(yōu)點3運用場所行星輪系在國防、冶金、起重運輸、礦山、化工、輕紡、建筑工業(yè)等部門的機(jī)械設(shè)備中，得到越來越廣泛的應(yīng)用4工作原理行星輪系主要由行星輪g、中心輪k及行星架H組成。其中行星輪的個數(shù)通常為26個。但在計算傳動比時，只考慮1個行星輪的轉(zhuǎn)速，其余的行星輪計算時不用考慮，稱為虛約束。它們的作用是均勻地分布

4、在中心輪的四周，既 可使幾個行星輪共同承擔(dān)載荷，以減小齒輪尺寸；同時又可使各嚙合處的徑向分 力和行星輪公轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力得以平衡，以減小主軸承內(nèi)的作用力，增加運轉(zhuǎn) 平穩(wěn)性。行星架是用于支承行星輪并使其得到公轉(zhuǎn)的構(gòu)件。中心輪中，將外齒中 心輪稱為太陽輪，用符號 a表示，將內(nèi)齒中心輪稱為內(nèi)齒圈，用符號b表示。二、行星輪系的分類根據(jù)行星輪系基本構(gòu)件的組成情況，可分為三種類型：2K-H型、3K型、K-H-V型。2K-H型具有構(gòu)件數(shù)量少，傳動功率和傳動比變化范圍大，設(shè)計 容易等優(yōu)點，因此應(yīng)用最廣泛。3K型具有三個中心輪，其行星架不傳遞轉(zhuǎn)矩，只起支承行星輪的作用。行星輪系按嚙合方式命名有NGW NW NN

5、型等。N表示內(nèi)嚙合，表示外嚙合，G表示公用的行星輪 g。行星輪系與定軸輪系的根本區(qū)別在于行星輪系中具有轉(zhuǎn)動的行星架，從 而使得行星輪系既有自轉(zhuǎn)，又有公轉(zhuǎn)。因此，行星輪系的傳動比的計算不能用定 軸輪系的計算方法來計算。按照相對運動原理（反轉(zhuǎn)法），假設(shè)行星架H不動，即繞行星架轉(zhuǎn)動中心給系統(tǒng)加一個（一H）角速度，則可將行星輪系轉(zhuǎn)化為假 想的定軸輪系，這個假想的定軸輪系稱為行星輪系的轉(zhuǎn)化輪系。轉(zhuǎn)化后的定軸輪 系和原周轉(zhuǎn)輪系中各齒輪的轉(zhuǎn)速關(guān)系為：則轉(zhuǎn)化輪系傳動比的計算公式為：因此,對于行星輪系中任意兩軸線平行的齒輪j和齒輪k，它們在轉(zhuǎn)化輪系中的傳動比為：在各輪齒數(shù)已知的情況下，只要給定nj、nk、nH中

6、任意兩項，即可求得第三項，從而可求出原行星輪系中任意兩構(gòu)件之間的傳動比。F方菜單中選取“正齒輪”，右擊鼠標(biāo)選取“生成零件”2）在界面右邊的屬性欄中，填入齒輪相應(yīng)數(shù)據(jù)，點擊“勾”確認(rèn) 生成齒輪零件圖。二零件三維實體模型建立的方法1主要齒輪類零件三維實體模型建立的方法（插件法Toolbox）1）在SolidWorks 2009的環(huán)境下，開啟軟件，在界面右邊快捷菜單中選取“設(shè)計“齒輪”，在出現(xiàn)的庫”“ Toolbox ”“ISO”“動力傳動”齒輪模型2典型零件三維實體模型建立的方法（直接造型法）下面以直齒輪行星齒輪1為例說明設(shè)計方法。設(shè)計齒輪模數(shù)為 3mm齒數(shù)為30, 齒輪寬度為25mm計算得到分度

7、圓直徑為 90mm齒頂圓直徑為 96mm齒根圓直徑 82.5mm1）生成新的零件文檔單擊標(biāo)準(zhǔn)工具欄上的“新建”按鈕。“新建SolidWorks文件”對話框。單擊“零件” 按鈕，然后單擊“確定”按鈕，彈出新零件窗口。2）拉伸齒輪基本特征選擇前視基準(zhǔn)面。單擊草 圖工具欄上的“草圖繪制”和 “圓”按鈕，將指針移到草圖 圓點，單擊并移動指針，再次 單擊即完成圓的繪制。單擊草 圖繪制工具欄上的“智能尺 寸”按鈕。選擇圓，移動指針 單擊放置該直徑尺寸的位置， 將直徑設(shè)置為齒頂圓直徑 96mm單擊“確定”按鈕。在 CommanManager 的特 征工具條中單擊“拉伸凸臺/ 基體”按鈕，在“拉伸”對話 框中

8、設(shè)拉伸方向為“兩側(cè)對稱”，設(shè)置為25mm單擊“確定”按鈕3)挖軸孔(1) 繪制軸孔選擇齒輪側(cè)面為草圖平面，單 擊“草圖”和“草圖繪制”按鈕后, 利用草圖繪制工具繪制軸孔草圖輪 廓，利用“智能尺寸”按鈕標(biāo)注尺 寸 20mm(2) 拉伸切除軸孔特征在 Comma nd Man age的 特征工 具條中單擊“特征”和“拉伸切除” 按鈕，在“拉伸”對話框中設(shè)置為“完全貫穿”，單擊確定按鈕。4)去除輻板多余材料(1) 切除左輻板多余材料選擇齒輪前面。單擊“草 圖”和“草圖繪制”按鈕后， 利用草圖繪制工具繪制輻板 草圖，利用智能尺寸按鈕標(biāo)注 相關(guān)尺寸。在 CommanManager 的特 征工具條中單擊“

9、特征”和“拉 伸切除”按鈕，在“拉伸”對 話框中設(shè)置為“給定高度”， 設(shè)置為5mm單擊“確定”按 鈕。(2) 切除右輻板多余材料 選擇齒輪后面。重復(fù)上述兩個步驟，去除齒輪后側(cè)的多余材料5)插齒槽(1) 繪制齒根圓、齒頂圓和分度圓 選擇齒輪前面，單擊視圖定向中的“正式于”按鈕后轉(zhuǎn)換視向后，單擊草圖工具 欄上的“草圖繪制”和“圓”按鈕，將指 針移到草圖原點處捕捉圓點單擊，并移動 指針，再次單擊即完成圓的繪制。單擊草 圖工具欄上的“智能尺寸”按鈕。選擇圓， 移動指針單擊放置該直徑尺寸，將尺寸數(shù) 尺設(shè)置為齒根圓直徑82.5mm單擊選中齒 根圓線，在“圓”屬性對話框的選項中選 中作為構(gòu)造線，單擊“確定”

10、按鈕。重復(fù)以上操作，完成直徑為90mm勺分度圓構(gòu)造線的繪制。(2) 繪制齒頂圓選中齒輪毛坯外輪廓線，單擊草圖工具欄上“轉(zhuǎn)換實體引用”按鈕，完成齒頂圓 繪制，單擊選中齒頂圓線，在“圓”屬性對話框的選項中選中“作為構(gòu)造線”，單擊“確 定”按鈕。(3) 繪制齒形中心線單擊草圖工具欄上的“中心線”按鈕，將指針移到草圖原點處捕捉原點單擊，并 沿垂直方向移動指針到齒頂圓外側(cè)時再次單擊，自動添加“豎直”幾何關(guān)系，單擊“確定”按鈕。(4) 繪制齒槽 單擊草圖工具欄上的“樣條曲線”，將指針移到齒頂圓處捕捉到焦點后指針 變?yōu)榻稽c后單擊，將指針移到分度圓處 捕捉到焦點后指針變?yōu)榻稽c后單擊，將 指針移到齒根圓處捕捉到

11、焦點后指針變 為交點后單擊，單擊草圖工具欄上的“樣 條曲線”按鈕完成樣條曲線繪制。單擊草圖工具欄上的“智能尺寸” 按鈕，分別將中心線和樣條曲線與齒頂圓、分度圓和齒根圓的交點距離標(biāo)注為 4.13mm 2.54mm和1.39mm單擊“確定”按鈕 用局部放大工具放大齒形繪制區(qū)（5）拉伸齒特征在Comma nd Man age的特征工具條中單擊“特征”和“拉伸切除”按鈕，在“拉 伸”對話框中設(shè)置為“安全貫穿”，單擊“確定”按鈕。單擊特征樹中的名稱，并給改 為“插齒槽一一切除”。6）陣列（1）插入基準(zhǔn)軸“插入”“陣列/鏡像”鈕。（2）陣列齒特征“插入”“陣列/鏡像”切除”，在參數(shù)中設(shè)置陣列角度參數(shù)為“基

12、準(zhǔn)軸”，選基體圓柱面，單擊“確定”按“圓周陣列”。選“基準(zhǔn)軸 T和“插齒槽一360，陣列數(shù)目30，并選中“等間距”，單擊“確定”按鈕，完成齒輪造型。3其他零件三維實體模型建立方法簡介表1各零件的建模方法序號零件名稱主要特征樣圖一齒輪：拉伸、拉伸切1行星輪齒輪1除、插齒、圓周陣列一齒輪：拉伸、拉伸切2行星輪齒輪2除、插齒、圓周陣列3行星輪內(nèi)齒輪齒輪：拉伸、拉伸切除、插齒、圓周陣列行星架行星架：拉伸、拉伸切除。三裝配模型建立的方法和步驟1生成新的裝配體文檔單擊標(biāo)準(zhǔn)工具欄上的“新建”按鈕?！靶陆⊿olidWorks文件”對話框。單擊“裝 配體”按鈕，然后單擊“確定”按鈕，彈出新零件窗口。2插入行星輪

13、個各零件系統(tǒng)出現(xiàn)SolidWorks建立裝配體界面，并彈出“插入零件體”的對話框，單擊“瀏 覽”按鈕，系統(tǒng)彈出“打開”文件對話框，選擇各零件“行星輪齒輪 1”、“行星輪齒 輪2”、“行星輪內(nèi)齒輪”和“行星架”。3添加裝配關(guān)系單擊裝配體工具欄中的“配合”按鈕，系統(tǒng)彈出“配合”對話框，添加如下關(guān)系：1) “行星輪齒輪1”、與“行星輪內(nèi)齒輪”的軸心添加“同軸”關(guān)系；2) “行星輪齒輪1”、“行星輪齒輪2”和“行星輪內(nèi)齒輪”的同一側(cè)面添加“重合”與“平行”關(guān)系；3) “行星輪齒輪1”、“行星輪齒輪2”和“行星架”的兩軸心添加“同軸”關(guān)系；4) “行星輪齒輪1”、“行星輪齒輪2”和“行星架”的同一側(cè)面添

14、加“重合”與“平行”關(guān)系；4齒輪嚙合的裝配1） 插入輔助裝配草圖，在裝配圖設(shè)計樹中用鼠標(biāo)右鍵單擊“行星輪齒輪 1”，選擇 “編輯零件”在裝配圖中進(jìn)入“零件編輯狀態(tài)”。然后，鼠標(biāo)右鍵單擊“前視”，選擇 “插入草圖”。單擊“視圖定向”中“前視”按鈕，使草圖平面正對屏幕。然后，以“作為構(gòu)造線”的方式繪制一個圓，并標(biāo)注其直徑為90mm再單擊草圖繪制工具欄上的“中 心線”命令繪制一條通過小齒輪槽中面的中心線，退出草圖繪制。重復(fù)上述步驟，在“行星輪齒輪2” “前視”面上“作為構(gòu)造線”的方式繪制一個 圓，并標(biāo)注其值為90mm再單擊草圖繪制工具欄上的“中心線”命令繪制一條通過小 齒輪輪齒中面的中心線，退出草圖

15、繪制。2）齒輪嚙合的裝配為兩齒輪分度圓與各自中心線交點添加“重合”裝配關(guān)系，然后將該“重合”關(guān) 系設(shè)為“壓縮”狀態(tài)，及只限用于定位。四裝配模型的運動仿真分析1打開裝配體打開目錄中的“裝配體運動仿真分析”，并在在界面頂部菜單中選取“插入”“新建運動算例”。2設(shè)置行星輪驅(qū)動力參數(shù)在“Motion ”工具欄中單擊“馬達(dá)”按鈕，在“馬達(dá)”對話框中選“馬達(dá)類型”為“旋轉(zhuǎn)馬達(dá)”；在圖形區(qū)中選中“行星架”作為馬達(dá)“零部件/方向”；設(shè)定“運動參數(shù)” 為“等速，10RPM，選中“行星輪齒輪1”作為馬達(dá)“零部件/方向”；設(shè)定“運動參數(shù)”為“反向” “等速，15RPM單擊“確定”按鈕1珞零制件2） 配合型）5fIl

16、零部件晦列ffi）. 鏡向雲(yún)劭件但幾. 智能抑件（B-對套隹） 爆炸觀圖收+新建運動算洌個）範(fàn)兩|工貝OQ Tootrax會I4 X設(shè)定驅(qū)動力速度3仿真計算如圖，鼠鍵拖動“方塊”，設(shè)置仿真時間為5s，單擊“計算”按鈕，系統(tǒng)自動計算運動。烏畫 l3盛A A a100|OO：DU：UUI I I I I I I i aUO：UU：U00:00:04WOOlOBO0；ooiie| II i I | I勒觀討及柯機(jī)觀圖 囲加廳相機(jī)號布帛 磁旋勇馬達(dá) 啟艇轉(zhuǎn)馬達(dá)2 軸行星蛇齒輪1.10箱（-）行呈架 號（-）行星鞄內(nèi)齒輪住 直個定）E1定毎"rrr4查看結(jié)果單擊Moyion Manager工具

17、欄上“圖解”按鈕，在結(jié)果 Property Manager中選擇 為“位移/速度/加速度力”、子類別為線性位移和結(jié)果分量為“幅值”，單擊在圖形區(qū) 中選擇Part2側(cè)面，單擊“確定”按鈕，在圖形區(qū)域中出位移曲線。5生成AVI格式動畫單擊菜單工具欄上“保存動畫”按鈕，將動畫文件保存到指定文件夾。五 關(guān)鍵零件的 CAE( SolidWorks Simulation )下面用SolidWorks Simulation 分析“行星架”的應(yīng)力分布情況1選定幾何模型打開“行星架”零件圖，在“評估”中的“ n Simulati on Xpress 分析向?qū)А?，彈出?SolidWorksSimulatio n

18、Xpress ” 窗口。2指定材質(zhì)在“材料”對話框中選擇 “ SolidWorksmaterials ”，選中“鋼”中的“ 1023碳鋼板”材料，單擊確定按鈕。丿曲率DimXpeft公塞L 品絢束ii鞍畫：I另祈化化結(jié)臬SolidWorks SinwjIationXprs評牯就迎便用SoliSifnuLatj obXurtssa該被計&朽向曇舟”懇龍引辱悔決叵您的設(shè)訂左某空幅況丁性世如荷'它證可幫朗館回普工程難題宙 如：券| SolidWorks SimulattonXpr白曲 ww* Si-nuiatiEnXpres雪件會折斷嗎？我可M便用耳少材就術(shù)K影I吋些能嗚？疋港關(guān)團(tuán)3

19、 1取鴨UJ 一 I祁助I3添加約束選取卡里的“夾具”中的“拉伸4”按鈕，選擇圓柱面，單擊確定按鈕為表面添加約束約束設(shè)置“確定”按鈕| 0眈血 &稱血1®®毎15姑祈ttit.合井苗上短邊戎-:L SolidWor5»niurationXpress ew 乩缶皿護(hù)吟衛(wèi)議魏篠鍵雇勰：聲精趣窗卸隔4施加載荷在選項卡里的“載荷”中的“力”按鈕，如圖，選擇兩圓柱銷，設(shè)定值為2000N,單擊“確定”按鈕?！拜d荷”中的“力”按鈕，如圖，選擇“行星架”桿側(cè)面，設(shè)定值為1000N,單擊C上一歩t下一齒QD打I丟崗|取植用肋叫載荷設(shè)置5執(zhí)行分析在選項卡里點擊分析“運行”按鈕

20、，開始計算。計算結(jié)束后，自動顯示應(yīng)力圖解。75&27104.Q&324646. 0S3O225S6. 05S?£O328. 0計算進(jìn)程對話框6結(jié)果顯示1）點擊“給我顯示模型中的應(yīng)力分布”，單擊“下一步”按鈕顯示應(yīng)力分布圖_ 44115G12. G-37813555. 0.3151124. 0.2520-9014. 0” l?90&r76.012504517. 0.&302259.5應(yīng)力分布圖解WS (im)4.対5e-SO24.029t-00233. 296e-002Z n0t-002.2. 5fc4e-002.i. S5le-OO?.i. 4fe5i-OO?.1.0，強一 ME7. 925s-(J03i 662»"0031. OCOe-QSO位移分布圖解3.材料封車1布星配？T 1白 ixxEC'Vsbl: 4cd tTac.rl-5.li qdJ .SWl 佈是如干空壁用毎向力 woo 礁周対勻