UG NX5的漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒廓嚙合仿真

2013-05-18 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

戴春祥徐國俊來源:e-works
關(guān)鍵字:漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒廓參數(shù)化設(shè)計嚙合傳動運(yùn)動仿真
在UG NX5環(huán)境下對通過參數(shù)化設(shè)計獲得的漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪齒廓模型進(jìn)行嚙合裝配,然后建立運(yùn)動仿真模型,包括設(shè)置桿件、運(yùn)動副及解算參數(shù)等,最后通過創(chuàng)建嚙合線以及齒輪模型的嚙合傳動仿真分析,驗(yàn)證所建立的幾何模型和運(yùn)動模型的正確性及參數(shù)相關(guān)性。

1、前言

齒輪傳動是最重要的機(jī)械傳動形式之一,它可用于傳遞空間任意兩軸之間的運(yùn)動和動力,是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種傳動機(jī)構(gòu),其特點(diǎn)是傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長等。齒輪機(jī)構(gòu)常用的齒廓曲線有漸開線、圓弧曲線、擺線等,而在目前工程實(shí)際中,漸開線齒廓是最常用的一種齒廓曲線。

在一般的齒輪嚙合仿真分析中,常常存在兩個問題:一是沒有通過正確的嚙合裝配就對齒輪副進(jìn)行嚙合仿真分析;二是在分析中沒有利用漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪的嚙合線進(jìn)行正確傳動的驗(yàn)證分析。本文在UG NX5環(huán)境下對通過參數(shù)化設(shè)計獲得的漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪齒廓模型,進(jìn)行參數(shù)化嚙合裝配,然后建立運(yùn)動仿真模型,包括設(shè)置桿件、運(yùn)動副及解算參數(shù)等,最后通過創(chuàng)建嚙合線以及齒輪模型的嚙合傳動仿真分析,驗(yàn)證所建立的幾何模型和運(yùn)動模型的正確性及參數(shù)相關(guān)性。

    2、漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒廓的嚙合裝配

通過UG NX5的參數(shù)化設(shè)計可以獲得漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪齒廓模型。由機(jī)械原理課程可知,兩個漸開線齒輪正確嚙合的條件是它們的模數(shù)和壓力角分別相等,而對于標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒輪,國標(biāo)規(guī)定壓力角為20°,因此只要模數(shù)相等即可。

假設(shè)已經(jīng)生成兩個模數(shù)相同(m=4)齒數(shù)不同(Z1=25,Z2=35)的標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪模型,通過UG NX5的裝配模塊可將它們精確地嚙合裝配在一起。

為了確定齒輪的嚙合位置,首先在齒輪模型中創(chuàng)建一個帶鍵槽的中心孔,其中小齒輪的鍵槽方位由齒廓鏡像線確定,大齒輪的鍵槽方位由齒槽鏡像線確定,其草圖位置及約束情況如圖1所示。以下闡述兩個齒輪模型的嚙合裝配方法。

UG NX5的漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒廓嚙合仿真autocad應(yīng)用技術(shù)圖片圖片1

圖1 創(chuàng)建帶鍵槽的中心孔及其約束

通過裝配模板新建一個裝配文件。按裝配約束先裝配小齒輪模型(注意不是按絕對位置裝配),層選項(xiàng)為原始層(Original),這樣可保持主模型里層的設(shè)置不變。裝配約束關(guān)系為:

    --小齒輪模型空間里的基準(zhǔn)Z軸與裝配空間里的基準(zhǔn)Z軸對齊;

    --小齒輪模型空間里的齒廓鏡像線與裝配空間里的基準(zhǔn)Y軸對齊,此裝配約束的目的是讓鍵槽處在垂直位置。

    裝配結(jié)果如圖2所示,此時小齒輪模型在裝配空間里是完全約束的。

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圖2 小齒輪模型的裝配結(jié)果

裝配大齒輪模型的裝配設(shè)置同上。其裝配約束關(guān)系為:

    --大齒輪模型空間里的節(jié)圓圓弧與小齒輪模型空間里的節(jié)圓圓弧相切;

    --大齒輪模型空間里的XY基準(zhǔn)平面與裝配空間里的XY基準(zhǔn)平面對齊;

    --大齒輪模型空間里的齒槽鏡像線與裝配空間里的基準(zhǔn)Y軸對齊。

裝配結(jié)果如圖3所示,此時大齒輪模型在裝配空間里也是完全約束的。其中圖3(a)所示為顯示出了裝配約束所需的節(jié)圓圓弧和齒廓、齒槽的鏡像線,圖3(b)所示為僅顯示齒輪齒廓截面模型,圖3(c)所示為兩個齒輪齒廓裝配后嚙合處的放大視圖。

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圖3 兩個齒輪模型的裝配結(jié)果

    至此,兩個齒輪模型的嚙合裝配已經(jīng)完成。

    3、漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒廓的嚙合傳動仿真

在UG NX5環(huán)境下建立一個運(yùn)動學(xué)(Kinematics)仿真分析模型,如圖4(a)所示。建立步驟如下:

    --建立桿件(Link):分別選擇兩個齒輪的截面模型(齒廓和鍵槽孔)作為桿件;

    --建立旋轉(zhuǎn)運(yùn)動副(Revolute):分別在兩個齒輪截面模型的中心建立旋轉(zhuǎn)運(yùn)動副,并對大齒輪模型施加一個常數(shù)運(yùn)動驅(qū)動(假設(shè)大齒輪為主動輪),其初始速度為(-30degree/second),負(fù)值表示齒輪運(yùn)動與圖示驅(qū)動符號相反;

    --建立齒輪運(yùn)動副(Gear):分別選擇大齒輪和小齒輪的轉(zhuǎn)動副,并輸入傳動比(Ratio)為1.4(傳動比由齒數(shù)比確定:Z2/Z1=35/25=1.4)。

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圖4 建立并解算運(yùn)動仿真模型

在建立運(yùn)動仿真模型后,即可對其進(jìn)行解算。解算參數(shù)設(shè)置如下:

    --解算類型:選擇常態(tài)運(yùn)行(Normal Run);

    --分析類型:選擇運(yùn)動學(xué);

    --時長(Time):由于主動輪的初始速度為30(度/秒),為了使主動輪能夠旋轉(zhuǎn)一周,選擇時長為12(秒),即12秒×30度/秒 =360度;

    --步數(shù)(Step):在速度和時長確定后,步數(shù)決定該時段內(nèi)運(yùn)動的快慢,為了詳細(xì)觀察齒廓嚙合過程,選擇步數(shù)為3600。

解算后即可對齒輪嚙合傳動進(jìn)行運(yùn)動仿真顯示,如圖4(b)所示為其中一幅運(yùn)動截圖。

為了說明標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒廓的嚙合過程,在齒輪裝配模型里創(chuàng)建以下輔助線(如圖5所示):

    --通過WAVE Geometry Linker的方法分別拷貝兩個齒輪的基圓和齒頂圓;

    --作直線,分別與兩個齒輪的基圓內(nèi)切,該直線即為兩個齒輪的理論嚙合線;

    --分別過理論嚙合線與兩個齒輪齒頂圓的交點(diǎn)作直線,該直線即為兩個齒輪的實(shí)際嚙合線。

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圖5 標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒輪嚙合中的嚙合線

在創(chuàng)建理論嚙合線和實(shí)際嚙合線后,繼續(xù)對齒輪嚙合傳動進(jìn)行運(yùn)動仿真顯示,就可以非常直觀地看到兩個齒輪在嚙合線的B1點(diǎn)進(jìn)入嚙合(如圖6(a)所示),在嚙合線的B2點(diǎn)退出嚙合(如圖6(b)所示),所以稱為實(shí)際嚙合線。

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圖6 觀察兩個齒輪的實(shí)際嚙合過程

如果修改齒輪參數(shù),例如將兩個齒輪的齒數(shù)分別改為Z1=28,Z2=36,同樣也可以進(jìn)行嚙合傳動分析(注意此時的傳動比為Z2/Z1=36/28),其分析結(jié)果與圖6所示的結(jié)果相似。由此可以證明以上漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪齒廓的嚙合裝配是參數(shù)化相關(guān)的,同時也驗(yàn)證了漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒廓模型及其運(yùn)動模型的正確性。

    4、結(jié)論

通過嚙合裝配獲得了兩個漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪齒廓的裝配模型,通過嚙合傳動獲得了兩個漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪齒廓的運(yùn)動仿真模型,運(yùn)動分析結(jié)果表明,本文論述的漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪齒廓的嚙合裝配是參數(shù)化相關(guān)的,漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒廓模型及其運(yùn)動模型均是正確的。

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