基于Pro_E與ADAMS行星齒輪輪系的參數(shù)化設(shè)計和運動仿真

1、 0引言機械系統(tǒng)的運動學(xué)分析主要涉及系統(tǒng)及其各構(gòu)件的運動分析,它與引起運動的力無關(guān)1。運動仿真是在已知機構(gòu)尺寸及原動件運動規(guī)律的情況下,確定機構(gòu)中其他構(gòu)件上某些點的軌跡、位移、速度及加速度和構(gòu)件的角位移、角速度及角加速度。A D A M S是虛擬樣機分析軟件,它具有強大的運動學(xué)、動力學(xué)仿真和后處理功能,但其幾何建模卻有很多不足之處,這就很有必要利用C A D(Pr o/E等軟件建模來解決這個問題。1齒輪的參數(shù)化2建模利用Pr o/E,并根據(jù)標準漸開線方程和齒根過渡曲線方程準確地建立了直齒輪的齒形。因此,建立參數(shù)化的通用模型設(shè)計新的齒輪時,根據(jù)需要輸入齒輪的參數(shù),如齒數(shù)、模數(shù)和齒輪寬度等數(shù)據(jù),就

2、可以自動生成新的齒輪。齒輪參數(shù)化設(shè)計可以方便齒輪的修改,在優(yōu)化設(shè)計中不必重新建模,而省去大量時間。1.1設(shè)置齒輪的參數(shù)以某特種減速器上的作為典型齒輪傳動的2Z-A行星齒輪傳動(圖一為例,其主要參數(shù)如表一所示。表一齒輪模型的基本參數(shù)由于太陽輪的齒數(shù)小于zm i n=17,所以將太陽輪做出齒輪軸。在Pr o/E工具菜單中選擇參數(shù)選項,定義m(模數(shù)、z(齒數(shù)、pa(壓力角、w i dt h(齒寬、x(變位系數(shù)、ha*(齒頂高系數(shù)、c*(頂隙系數(shù)。在草繪中畫四個圓并定義如下關(guān)系:齒頂圓直徑da=(z+2h a*+2x*m;齒根圓直徑df=(z-2h a*-2c*+2x*m;分度圓直徑d=m*z;基圓直

3、徑db=m*z*(cos(pa/(1+x/z。1.2創(chuàng)建標準漸開線直齒圓柱齒輪輪廓線漸開線的形成可以看作是當一條直線沿著一個圓的圓周作純滾動時,直線上任意一點的軌跡便是該圓的漸開線,這個圓稱為漸開線的基圓2。齒輪漸開線的生成原理如圖二所示。在Pr o/E界面中單擊“創(chuàng)建/插入基準曲線/從方程”,然后坐標系選擇“笛卡兒”,在打開的記事本中輸入如下漸開線方程式文件并保存。r=db/2t het a=t*45x=0基于Pro/E與ADAMS行星齒輪輪系的參數(shù)化設(shè)計和運動仿真Parametric Design and Motion Simulation of a Planetary Gear Tran

4、smission Based on Pro/E and ADAMS楊傳營趙飛麒崔洪新Yang Chuanying Zhao Feiqi Cui Hongxin(貴州大學(xué)機械工程學(xué)院,貴州貴陽550003(School of Mechanical Engineering,Guizhou University,Guizhou Guiyang550003摘要:利用Pro/E對齒輪進行參數(shù)化建模,將其裝配模型導(dǎo)入到ADAMS中建立虛擬樣機模型,繼而對該模型進行運動仿真,得到其轉(zhuǎn)速特性曲線。關(guān)鍵詞:Pro/E;參數(shù)化建模;ADAMS;運動仿真中圖分類號:TP391.9文獻標識碼:A文章編號:1671-4

5、792-(20097-0115-03Abstrac t:Using Pro/E for parameterized modeling of gears,establish ADAMS virtual prototyping model by the assembly modeland automatic motion simulation,reseach the characteristic curves of rotational speed.Keywords:Pro/E;Parameterized Modeling;ADAMS;Motion Simulation圖一2Z-A行星齒輪傳動原理

6、圖1太陽輪2行星架3行星輪4齒圈基于Pro/E與ADAMS行星齒輪輪系的參數(shù)化設(shè)計和運動仿真115科技廣場2009.7 z=r *si n(t het a-r *(t het a*pi /180*cos(t het ay=r *cos(t het a+r *(t het a*pi /180*si n(t het a對于參數(shù)化設(shè)計的齒輪,只須在“參數(shù)”窗口中靈活地更改設(shè)計參數(shù)經(jīng)“再生”即可。齒圈為內(nèi)嚙合齒輪,其齒頂圓與齒根圓的計算公式與外嚙合齒輪不同,應(yīng)為齒頂圓直徑d a =(z +2h a *+2c*+2x *m ,齒根圓直徑d f =(z -2h a *+2x *m 。在Pr o/E 中建好

7、的行星輪齒圈太陽輪模型如圖三,裝配圖如圖四所示。1.3裝配模型的干涉檢查在Pr o/E 環(huán)境中利用菜單“分析/模型分析/體積干涉或全局干涉”對裝配后的模型進行干涉分析檢查,結(jié)果中會列出干涉的零件,干涉的位置在模型中加亮顯示。2約束副的創(chuàng)建將三維模型導(dǎo)入A D A M S 后(模型如圖五,添加約束條件。由于進行運動仿真時不考慮力的影響,嚙合齒輪之間的約束通過齒輪副實現(xiàn),可以得到準確的傳動比和轉(zhuǎn)速。 齒輪副關(guān)聯(lián)兩個運動副和一個方向坐標系(M ar ker ,這兩個運動副可以是旋轉(zhuǎn)副、滑移副或圓柱副,通過它們的不同組合,就可以模擬直齒齒輪、斜齒齒輪、椎齒輪、行星齒輪、渦輪-蝸桿和齒輪-齒條等傳動形式

8、3。行星齒輪系的運動特點是,齒圈和大地固定,行星輪本身自傳和繞軸心公轉(zhuǎn),太陽輪繞軸心自轉(zhuǎn)。一般輪系齒輪副的公共機架設(shè)為大地,但行星輪系中的行星輪需要創(chuàng)建兩個旋轉(zhuǎn)副,一個繞軸心公轉(zhuǎn),一個繞本身質(zhì)心自轉(zhuǎn)。而行星輪的質(zhì)心相對于大地是運動的,所以不能選擇大地作為行星輪和太陽輪以及行星輪和齒圈的齒輪副的公共機架,而選擇行星架作為公共機架。2.1太陽輪與行星輪之間的齒輪副創(chuàng)建 選擇A D A M S/V i ew 約束庫中的旋轉(zhuǎn)副(R evol ut e 圖標,選擇2B od-1Loc 和N om al To G r i d 。第一Par t 選擇行星輪,第二Par t 選擇行星架,將Ji ont 1放在

9、行星輪質(zhì)心坐標點上;選擇A D A M S/V i ew 約束庫中的旋轉(zhuǎn)副(R evol ut e 圖標,選擇2B od-1Loc 和N om al To G r i d 。第一Par t 選擇太陽輪,第二Par t 選擇行星架,將Ji ont 2放在太陽輪質(zhì)心坐標點上;在Joi nt nam e 欄內(nèi)點鼠標右鍵,在Pi ck 欄內(nèi)選取Ji ont 1、Ji ont 2,在C om m on V el onci t y m ar k 欄內(nèi)選取行星輪與太陽輪嚙合點的坐標系(M aeker ,創(chuàng)建了一個行星輪與太陽輪之間的齒輪副。2.2齒圈與行星輪之間的齒輪副創(chuàng)建選擇A D A M S/V i e

10、w 約束庫中的旋轉(zhuǎn)副(R evol ut e 圖標,選擇2B od-1Loc 和N om al To G r i d 。第一Par t選擇齒圈,圖二齒輪漸開線的生成原理圖圖三行星輪輪系零件圖圖四行星輪輪系裝配圖圖五模型導(dǎo)入A D A M S 界面圖116 第二Part選擇行星架,將Jiont3放在太陽輪質(zhì)心坐標點上;在Joint name欄內(nèi)點鼠標右鍵,在Pick欄內(nèi)選取Jiont1、Jiont3,在Common Veloncity Mark欄內(nèi)選取行星輪與齒圈嚙合點的坐標系(Maeker,創(chuàng)建了一個行星輪與齒圈之間的齒輪副。注意:Maeker點要建立在行星架上,并且Maeker點的z軸方向與

11、齒輪副嚙合點的運動方向一致。3運動仿真在行星架建立在大地上的旋轉(zhuǎn)副上施加驅(qū)動,在驅(qū)動庫中選擇旋轉(zhuǎn)驅(qū)動圖標,在Speed一欄中輸入360,表示每秒鐘旋轉(zhuǎn)360度。點擊仿真按鈕,設(shè)置仿真終止時間為1s,仿真步長為10步,然后點擊開始仿真按鈕,進行仿真。由仿真結(jié)果可以測量到太陽輪和行星輪的轉(zhuǎn)速分別如圖六、圖七所示。由圖可知,太陽輪轉(zhuǎn)速為a=272rad/s,行星輪轉(zhuǎn)速為b=-473.1rad/s,方向與行星架的轉(zhuǎn)動方向相反。2Z-A型行星傳動相對角速度的傳動比為4:式中:p內(nèi)齒輪與中心輪的齒數(shù)比,稱為2Z-A型行星傳動的特性參數(shù)(或稱內(nèi)傳動比,一般可取p=28。其中兩式相等,實際結(jié)果和理論數(shù)值相等,這說明該行星齒輪傳動機構(gòu)的設(shè)計是正確的,且運動時各構(gòu)件相對比較穩(wěn)定,裝配達到了約束要求。4結(jié)束語通過本文的實例我們可以在ADAMS中對其進行動力學(xué)仿真,并分析其仿真結(jié)果及數(shù)據(jù),進行優(yōu)化,有助于在短期內(nèi)得到更好的產(chǎn)品。參考文獻1鄭凱,胡仁喜,陳鹿民.ADAMS2005機械設(shè)計高級應(yīng)用實例M.北京:機械工業(yè)出版社,2006.2鐘日銘.Pro/ENGINEER Wildfire3.0中文版機械設(shè)計實例教程M.北京:清華大學(xué)出版社