E斜齿轮传动的建模、装配及受力分析

精选优质文档-----倾情为你奉上精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业专心---专注---专业精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业E斜齿轮传动的建模、装配及受力分析E斜齿轮传动的建模、装配及受力分析?.2V01.29陕西科技大学JOURNALOFSHAANXIUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGYApr.2011?81?文章编号:i000—5811(2011)02—0081—04基于PRO/E斜齿轮传动的建模,装配及受力分析屈毅,葛正浩,李艳妮,张凯凯(陕西科技大学机电工程学院,陕西西安)摘要:研究了在Pro/EngineerWildfire4.0环境下对渐开线斜齿轮进行参数化设计的方法,b5E2RGbCAP保证了齿廓的准确性,同时在该环境下进行了虚拟装配和运动仿真,观察了齿轮的运动状态,最后借助此软件的分析模块对斜齿轮传动进行了受力分析,结果表明大大提高了设计效率.关键词:斜齿轮;建模;装配;受力分析中图法分类号:TH132.413文献标识码:A0引言齿轮传动可以达到很高的圆周速度(300m/s)和转速(105r/min),传递功率达到了105kW.目前齿p1EanqFDPw轮向着高硬度,高精度,大功率,高速度的方向发展,其设计与制造技术发展很快.齿轮的机械加工,热处理,测量所用的工具,加工和测量设备,材料等都是比较复杂的,有时因具体条件限制而对设计者有较大的制约,设计齿轮必须全面考虑齿轮的强度,硬度,精度和寿命要求.采用适当可行的加工方法和测量方法,选定合适的材料和热处理以及润滑剂和润滑方法,设计合理结构,以保证质量和满足使用要求.1斜齿轮渐开线的创建渐开线是由一条线段绕齿轮的基圆旋转而成的曲线,渐开线的几何分析如图1所示,线段绕圆弧旋转,其一端点A划过一条轨迹即为渐开线[1].如图1所示,点(,Y)的坐标为z一rcosO,Y=rsin0(r为DXDiTa9E3d基圆半径).首先打开Pro/E4.0软件,新建名称为gear—prt的文件,选择mrrlns—part—solid模式,进入零件设计环境,点击工具栏中的图标(曲线),在弹出的对话框中点击"从方程"一"完成",系统提示要选择笛卡图1渐开线的几何分析图尔坐标系,之后打开记事本,再次输入如图2所示的渐开线方程.对于Pro/E中的关系式,系统存在一个变量t,t的变换范围为O,1,可以通过点B(x,3,)建立点A(x,3,)的坐标,即为渐开线方程:0=90?f,r一,s=p?r?/2,=r?c.s,=rsinO,x=z+?sinO,yc--s?cosO;2=oRTCrpUDGiT以上定义为XY平面上的渐开线方程,也可通过修改X,y,Z的坐标关系来定义其他面的坐标方程.2斜齿轮传动的装配2.1正确啮合条件平行轴斜齿轮在端面内的啮合相当于直齿轮的啮合,所以其正确啮合的条件为端面模数及端面压力角相等.平行轴斜齿轮传动的两基圆柱螺旋角必须相等,=士,因外啮合齿轮的螺旋角大小相等,方向相*收稿日期:201I-Ol一13作者简介:屈毅(1985一)男,陕西省户县人,在读硕士生,研究方向:凸轮机构的CAD/CAE反,而内啮合时方向相同,故式中负号用于外啮合,正号用于内啮合,于是得到平行轴斜齿轮正确啮合条件:仁或仁?一土一士所以,对于所要装配的齿轮组,在建模的过程中应完全满足正确的啮合条件.2.2标准齿轮的安装对于一对模数,压力角和螺旋角分别相等的外啮合标准斜齿轮,其分度圆上的齿厚等于齿槽宽.若把两轮安装成其分度圆相切的状态,也就是两轮的节圆与分度圆重合,则能实现无侧隙啮合传动,这时的啮合角等于分度圆的压力角,而中心距称为标准中心距.因两轮轮齿间无侧隙存在,故标准中心距就是标准齿轮外啮合的最小中心距,其值为:口=r1+r2:(2)对齿轮啮合时,为了避免一轮的齿顶端与另一轮的齿槽底相抵触,并能有一定的空隙储存润滑油,则应使一轮的齿顶圆与另一轮的齿根圆之间留有一定的空隙,此空隙沿半径方向测量,称为顶隙.齿顶隙为:f=CCOsfl(3)此时顶隙为标准值.启动Pro/E4.0后,建立一个名为gear—asm的装配文件,选用mmns—asia—design模板,进入零件装5PCzVD7HxA配的模式进行标准安装.在工具栏中点击图标(装配),在弹出的路径中选择所需的零件,首先选择机架,机架上的安装距离是根据公式(2)得到的齿轮中心距,接下来在装配面板中选择"销钉"的连接方式,在绘图界面中选择齿轮的轴线和机架上安装齿轮的轴线,之后选择齿轮端面与机架端面的匹配,输入相应的距离,利用主菜单中的"应用程序"一"机构",进入机构图2装配结果3斜齿轮传动的动力学分析3.1轮齿及轴的受力分析仿真环境,利用凸轮副的连接方式,使齿轮的啮合面接触,点击工具栏中的图标(凸轮),系统弹出"凸轮从动机构连接定义"对话框,选择两个啮合面,单击"确定",此时两齿轮进入啮合,然后在"连接定义"中删除凸轮副,从而完成装配,如图2所示.图3齿轮的受力分析jLBHrnAILg力)FC引.各力的方向如图3所示.在斜齿轮传动中,作用在齿面上的法向载荷F仍垂直于齿面,如图3所示,F位于发面pabc内,与节圆柱的切面paae倾斜一法向啮合角a,力F可沿齿轮的周向,径向及轴向分解为3个相互垂直的分力.首先,将力在法线内分解为沿径向的分力(径向力)F和在paae面内的分力F,然后再将力F在paae面内分解为沿周向的分力(圆周力)及沿轴向的分力(轴向第2期屈毅等:基于PRO/E斜齿轮传动的建模,装配及受力分析?83?F=,F,=,Fda,F一一FtFt(4)式中:一节圆螺旋角,对于标准斜齿轮即分度圆螺旋角;一啮合平面螺旋角,亦即基圆螺旋角;a一法向压力角,对于标准斜齿轮为2O.;口一端面压力角.从动轮轮齿上的载荷也可解分为,Fd和F,各力,它们分别与主动轮上的各力大小相xHAQX74J0X等方向相反.3.2仿真结果及分析机构运动(Mechanism),可以把静态设计转换为活动的虚拟模型,并借助运动仿真,观察它们如何动作.既然组件要运动,在组件组装时就不能被锁死即完全约束,而是要部分约束.但是,所谓部分约束并不是组装不完全,而是根据各组件的运动形态及彼此间的相对运动情况,通过各种连接的设定来限制组件的运动自由度[3].具体过程如下:(1)首先打开名为gear—asm的装配文件.(2)对于在Pro/E中进行动力学分析时,必须给装配环境定义重力场,定义组件的质量属性,给系统添加相应的阻尼和在小齿轮的旋转轴上定义伺服电机(Servomotor1).依次点击主菜单中"应用程序"一"机构",进入运动仿真环境.依次分别单击工具栏中的图标(重力,质LDAYtRyKfE量属性,阻尼器和伺服电机),定义这些基本的参数,进行运动结果分析,从而建立齿轮机构的动力学模型.(3)点击工具栏中的图标(机构分析),建立名称为AnalysisDefiniti0n1的分析结果,在"类型"的下拉Zzz6ZB2Ltk菜单中选择"动态",设定仿真时间,帧数,帧间隔,仿真的初始状态,然后点击"运行"按钮以查看运动状态.可以看出,主动轮与从动轮沿着相反的方向转动.点击工具栏中的图标(测量),系统弹出如图4所示的"测量结果"对话框,建立所需的轴向力,扭矩等相关测量,系统会自动计算数值,轴向力会以如图3所示的红色箭头显示在相应的位置.最终在图形工具中显示测量结果,如图5所示,这些测量结果都为标准斜齿轮传动的强度计算提供了数据.(4)根据测量结果所得的轴向力Fa与公式(4),便能计算出径向力Fr和圆周力F,并能更好地为后图4测量结果对话框图5图形工具对话框续齿轮机构的干涉检验,有限元分析提供帮助.4结束语Pro/E技术的广泛应用为复杂机械零件的设计提供了一个很好的解决方案,不仅提高了产品的设计质量和设计效率,降低了设计成本,而且大大缩短了产品从设计到进入市场的时间,提高了企业的市场竞争力.本文综述了齿轮传动的特点,应用Pro/E技术实时的模拟出一对平行斜齿轮的啮合状态,预测了该机构的动力性能,从而有助于更有效,更经济灵活地组织制造生产.?84?陕西科技大学第29卷参考文献E1]郑文纬,吴克坚.机械原理[M].北京:高等教育出版社,1997:157—166.[2]濮良贵,纪名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2006:213—223.[3]葛正浩,杨芙莲.Pro/EngineerWildfire3.0机构运动仿真与动力分析[M].北京:化dvzfvkwMI1学工业出版社,2008:139—182[4]解梦秋.齿轮传动在汽车上的应用[J].现代零部件,2010,(9):72—75.[5]朱建勇.渐开线圆柱齿轮传动的优化设计[J].电子机械工程,2001,(4):59—62.MoDELING.ASSEMBLAGEANDFoRCEANALYSISFORTHEHELICALGEARTRANSMISSIONBASEDONPRO/EQUYi,GEZheng—hao,LIYan—ni,ZHANGKai—kai(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering.ShaanxiUniversityofScience&Terqyn14ZNXIchnology.Xian},China)Abstract:ThispaperintroducesthemethodologyfortheinvolutehelicalgearinenvironmentEmxvxOtOcoofPro/EngineerWildfire4.0,itcanensuretheaccuracyoftheinvolutegearshape.TheSixE2yXPq5virtualassemblageanddynamicsimulationofgeararefinishedanddynamicstateisobserved6ewMyirQFLinthisenvironment.Finally,theforceanalysisofhelicalgearisfinishedbytheanalysiskavU42VRUsmoduleofPro/E4.0.Themethodofdesigncanimprovethedesignefficiency.y6v3ALoS89Keywords:helicalgear;modeling;assemblage;forceanalysisM2ub6vSTnP(上接第8O页)?孛?孛?牵??争?专?夺?夺?牛?孛?夺?夺?幸?夺??串?夺??串?参考文献?孛?孛?夺?夺?夺?孛?[1]王毅,张早校主编.过程装备控制技术及应用I-M].北京:化学工业出版社,2007.[2]刘金琨.先进PID控制MALAB仿真(第二版)[M].北京:电子工业出版0YujCfmUCw社,2004:2-7.[3]李洪兴,王加银,苗志宏.模糊控制系统的建模[J].中国科学(A辑),2002,32(9).772-781..[4]李洪兴,王加银,苗志宏.模糊控制系统的建模中的边缘线性化方法[J].自然科学进展,2003,13(5):466—472.[5]俞海珍,史旭华,徐建瑜.模糊自适应PID控制在过程控制实验系统上的应用[J].实验技术与管理,2010,27(1):69—72eUts8ZQVRd[6]林屹,叶小岭.模糊自校正PID液位串级控制系统设计与仿真[J].实验室研究与探索,2010,29(3):17-20.RESEARCHoFINTELLIGENTREGULAToRTHREETANKLIQUID-LEVELCONTROLSYSTEMBASEDoNMCGSDINGTao,WANGFangsQsAEJkW5T(1.InstituteofChemicalEngineering,YananUniversity,Yanan,China;2.InstituteofGMsIasNXkAEnergyand