周转轮系几何建模与运动仿真

hywsnhz · 发表于 2012-11-12 14:40:00

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周转轮系几何建模与运动仿真通过对周转轮系结构分析，完成周转轮系组成零件的实体建模，零件的动态装配及基于插件Animator的运动原理动态仿真。
　
1 引言
如图1所示，为一周转齿轮系，由行星齿轮、行星架和中心轮所组成。在周转齿轮系中，活套在行星架上的齿轮一方面绕自身轴线回转，一方面又随行星架绕固定轴线回转。若两个中心轮均不固定，这种周转轮系的自由度为2，称为差动轮系。若一个中心轮固定，则自由度为1，这种周转轮系称为行星轮系。

图1 周转轮系组成
周转齿轮系广泛用于各种机械设备中，能够正确分析周转轮系的运动有助于分析这些机械设备的原理。SdidWorks软件中实体建模和动画仿真功能，能让课本上抽象的原理图转变为实体动画显示。SolidWorks中Animator功能可以实现动画仿真。因此，我们可以采用SolidWorks中三维实体建模功能绘制组成周转轮系的基本零件，然后利用装配功能实现安装功能，利用动画仿真功能进行虚拟运转。图2中列举了本研究工作的基本流程。

图2 SolidWorks软件仿真基本流程
2 周转轮系组成零件的实体建模
周转轮系的主要零件为齿轮，在SolidWorks中绘制齿轮的方法有很多种，有添加方程式、用计算机语言编制程序的，当然绘制渐开线齿轮的较简单的方法就是利用SolidWorks中插件可以直接绘制渐开线曲线，然后拉伸就可以了。图1所示周转轮系中各个零件参数为：(1)中心轮1齿轮参数：Z1=24，模数m=2mm，压力角α=20°；(2)行星轮，参数：Z2=26，模数m=2mm，压力角α=20°；(3)中心轮2齿轮参数：Z2=56，模数m=2mm，压力角α=20°，拉伸厚度均为10mm。得到各个零件如图3所示。

图3 零件图
3 周转轮系的装配过程
新建文件→装配体，打开SolidWorks装配体界面，先插入轴1零件，然后插入中心轮1零件，键1零件，通过重合、同轴心等装配关系完成配合。用同样的方法可以完成轴2和行星轮的配合，利用高级配合里面的齿轮配合完成配合关系。再插入行星架零件，利用同轴心和面重合的关系完成行星架和两个轴的配合，最后插入中心轮2，选择面重合和同轴心，中心轮2和行星轮利用高级配合关系中的齿轮配合完成配合关系，装配过程如图4所示，得到的装配体如图5所示。

图4 周转轮系装配过程

图5 周转轮系装配体
4 周转轮系工作原理动态仿真
Animator是SolidWorks软件中的动画制作插件，它可以将SolidWorks的三维模型动态化，可以模拟产品装配过程及拆卸过程，进而实现动态设计。
在实现动态仿真前，我们先在装配体模式下对齿轮进行动态模拟。单击装配体中“模拟”按钮，点击“旋转马达”，给两个中心轮分别设置一个速度和方向，然后选择工具→插件，选中Animator插件，在菜单栏上会出现，如图6所示。点击动画向导，设置开始时间和动画时间长度，单击工具栏左侧的“播放”按钮观看动画效果。在工具栏上，单击“保存”按钮可将制作的动画以.AVI格式保存。可以改变旋转马达，观察轮系的运转情况。由于齿轮的画法采用插件画法，画出的渐开线齿形为近似的，齿轮啮合并不完全精确，不能用于精密的齿轮传动中，但其研究运动原理完全可以实现。

图6 动画插件Animator
5 结论
应用SolidWorks中实体建模功能可以绘制齿轮等零件，利用装配功能实现对周转轮系中各零件实体的动态装配，利用SolidWorks中Animator插件功能可以实现周转轮系运行原理仿真，而且动画可以以AVI格式保存，以用于课堂教学及课件的制作，提高教学效果。