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1、精选优质文档-倾情为你奉上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 ?.2 V01.29 陕西科技大学 JOURNALOFSHAANXIUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY Apr.2011 ?81? 文章编号:i0005811(2011)02008104 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
2、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:A 0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
3、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gearprt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
4、 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=o RTCrpUDGiT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
5、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
6、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gearasm的装配文件,选用mmnsasiadesign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
7、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
8、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
9、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gearasm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
10、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
11、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
12、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,1997:157166. 2濮良贵,纪名刚.机械设计M.北京:高等教育出版社,2006:213223. 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,2008:139182 4解梦秋.齿轮传动在汽车上的应用J.现代零部件,2010,(9):7275. 5朱建勇.渐开线圆柱齿轮传动
13、的优化设计J.电子机械工程,2001,(4):5962. MoDELING.ASSEMBLAGEANDFoRCEANALYSISFORTHE HELICALGEARTRANSMISSIONBASEDONPRO/E QUYi,GEZhenghao,LIYanni,ZHANGKaikai (SchoolofMechanicalandElectricalEngineering.ShaanxiUniversityofScience&Terqyn14ZNXIchnology.Xian ,China) Abstract:Thispaperintroducesthemethodologyfortheinvo
14、lutehelicalgearinenvironment EmxvxOtOcoofPro/EngineerWildfire4.0,itcanensuretheaccuracyoftheinvolutegearshape.The SixE2yXPq5virtualassemblageanddynamicsimulationofgeararefinishedanddynamicstateisobserved 6ewMyirQFLinthisenvironment.Finally,theforceanalysisofhelicalgearisfinishedbytheanalysiskavU42VR
15、UsmoduleofPro/E4.0.Themethodofdesigncanimprovethedesignefficiency. y6v3ALoS89Keywords:helicalgear;modeling;assemblage;forceanalysis M2ub6vSTnP(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:
16、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):466472. 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):6972 eUts8ZQVRd6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. RESEARCHoFINTELLIGENTREGULAToRTHREETANK LIQUID-LEVELC
17、ONTROLSYSTEMBASEDoNMCGS DINGTao,WANGFang sQsAEJkW5T(1.InstituteofChemicalEngineering,YananUniversity,Yanan,China;2.InstituteofGMsIasNXkAEnergyand Environment,YananUniversity,Yanan,China) Abstract:DescriptionofthethreetankliquidTIrRGchYzglevelcontrolsystemcomponentsandtheimple mentationbasedonMCGS.Th
18、ethreewatertankiscontrolledobjectandunderthetankliq 7EqZcWLZNXuidlevelisthemaincontrolvariable.ThesystemisbasedontheTHJ一3Advancedprocess controldevice.ThissystemcarriesoutexperimentsintheconfigurationsoftwareMCGS.lzq7IGf02ETheprocessparametersachieveasteadystateerrorfreecontrol,withgoodsteadystateper formanceanddynamicperformance. Keywords:liquidLevel;intelligentregulator;PID-control;configurationsoftwarezvpgeqJ1hk本文档来源于第一文库网： 专心-专注-专业