基于Pro_E與ADAMS行星齒輪輪系的參數(shù)化設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)仿真

1、 0引言機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析主要涉及系統(tǒng)及其各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)分析,它與引起運(yùn)動(dòng)的力無關(guān)1。運(yùn)動(dòng)仿真是在已知機(jī)構(gòu)尺寸及原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的情況下,確定機(jī)構(gòu)中其他構(gòu)件上某些點(diǎn)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(jī)分析軟件,它具有強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)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(gè)問題。1齒輪的參數(shù)化2建模利用Pr o/E,并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)漸開線方程和齒根過渡曲線方程準(zhǔn)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(jì)新的齒輪時(shí),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(dòng)生成新的齒輪。齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)可以方便齒輪的修改,在優(yōu)化設(shè)計(jì)中不必重新建模,而省去大量時(shí)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(dòng)的2Z-A行星齒輪傳動(dòng)(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(xiàng),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(gè)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(biāo)準(zhǔn)漸開線直齒圓柱齒輪輪廓線漸開線的形成可以看作是當(dāng)一條直線沿著一個(gè)圓的圓周作純滾動(dòng)時(shí),直線上任意一點(diǎn)的軌跡便是該圓的漸開線,這個(gè)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(zhǔn)曲線/從方程”,然后坐標(biāo)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(jì)和運(yùn)動(dòng)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(jī)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(duì)齒輪進(jìn)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(jī)模型,繼而對(duì)該模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)仿真中圖分類號(hào):TP391.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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(dòng)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(jì)和運(yùn)動(dòng)仿真115科技廣場(chǎng)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(duì)于參數(shù)化設(shè)計(jì)的齒輪,只須在“參數(shù)”窗口中靈活地更改設(shè)計(jì)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(jì)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(duì)裝配后的模型進(jìn)行干涉分析檢查,結(jié)果中會(huì)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(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真時(shí)不考慮力的影響,嚙合齒輪之間的約束通過齒輪副實(shí)現(xiàn),可以得到準(zhǔn)確的傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)速。 齒輪副關(guān)聯(lián)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副和一個(gè)方向坐標(biāo)系(M ar ker ,這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)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(dòng)形式

8、3。行星齒輪系的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)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(jī)架設(shè)為大地,但行星輪系中的行星輪需要?jiǎng)?chuàng)建兩個(gè)旋轉(zhuǎn)副,一個(gè)繞軸心公轉(zhuǎn),一個(gè)繞本身質(zhì)心自轉(zhuǎn)。而行星輪的質(zhì)心相對(duì)于大地是運(yùn)動(dòng)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(jī)架,而選擇行星架作為公共機(jī)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(biāo),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(biāo)點(diǎn)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(biāo),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(biāo)點(diǎn)上;在Joi nt nam e 欄內(nèi)點(diǎn)鼠標(biāo)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(diǎn)的坐標(biāo)系(M aeker ,創(chuàng)建了一個(gè)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(biāo),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(biāo)點(diǎn)上;在Joint name欄內(nèi)點(diǎn)鼠標(biāo)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(diǎn)的坐標(biāo)系(Maeker,創(chuàng)建了一個(gè)行星輪與齒圈之間的齒輪副。注意:Maeker點(diǎn)要建立在行星架上,并且Maeker點(diǎn)的z軸方向與

11、齒輪副嚙合點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向一致。3運(yùn)動(dòng)仿真在行星架建立在大地上的旋轉(zhuǎn)副上施加驅(qū)動(dòng),在驅(qū)動(dòng)庫中選擇旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)圖標(biāo),在Speed一欄中輸入360,表示每秒鐘旋轉(zhuǎn)360度。點(diǎn)擊仿真按鈕,設(shè)置仿真終止時(shí)間為1s,仿真步長為10步,然后點(diǎn)擊開始仿真按鈕,進(jìn)行仿真。由仿真結(jié)果可以測(cè)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(dòng)方向相反。2Z-A型行星傳動(dòng)相對(duì)角速度的傳動(dòng)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(dòng)的特性參數(shù)(或稱內(nèi)傳動(dòng)比,一般可取p=28。其中兩式相等,實(shí)際結(jié)果和理論數(shù)值相等,這說明該行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是正確的,且運(yùn)動(dòng)時(shí)各構(gòu)件相對(duì)比較穩(wěn)定,裝配達(dá)到了約束要求。4結(jié)束語通過本文的實(shí)例我們可以在ADAMS中對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真,并分析其仿真結(jié)果及數(shù)據(jù),進(jìn)行優(yōu)化,有助于在短期內(nèi)得到更好的產(chǎn)品。參考文獻(xiàn)1鄭凱,胡仁喜,陳鹿民.ADAMS2005機(jī)械設(shè)計(jì)高級(jí)應(yīng)用實(shí)例M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.2鐘日銘.Pro/ENGINEER Wildfire3.0中文版機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)例教程M.北京:清華大學(xué)出版社