基于ProE的2K-H行星減速器的參數(shù)化設(shè)計(jì)與仿真動畫

1、基于ProE的2K-H行星減速器的參數(shù)化設(shè)計(jì)和仿真動畫從齒輪的建立開始第一部分：零件設(shè)計(jì)部分（一）齒數(shù)的確定2K-H型行星減速器的要求如下：2KH型行星減速器，要求的減速比為5.33，設(shè)行星輪數(shù)k=4，并采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動，試確定各輪的齒數(shù)。假定模數(shù)m=2.5，齒寬b=50mm。首先需要解決的是齒數(shù)的問題，各輪的齒數(shù)應(yīng)該滿足下條件：由配齒公式：可以計(jì)算得知：Z1 : Z2 : Z3 : N = 3 : 5 : 13 : 2.5取Z1=30 得Z2=50 ; Z3=130 （為避免根切，在的取值要大于等于17，節(jié)省材料的話選擇最小滿足條件齒數(shù)，這里為了是模型看起來更大，選擇了z1=30）驗(yàn)算鄰接條

2、件：（Z1+Z2）sin（/k）=56.6 50+2 = Z2+2*hax 滿足條件。對N做一個(gè)說明：若在A位置能裝入第2個(gè)行星輪，須使齒輪1轉(zhuǎn)過N個(gè)完整的齒，即j1恰好為中心輪1個(gè)齒距P所對應(yīng)圓心角的整數(shù)倍。（二）齒輪的參數(shù)化建模齒輪的參數(shù)建模，關(guān)鍵問題有以下幾點(diǎn)：1、 弄清楚齒輪設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。齒輪的參數(shù)有哪些呢，查看課本會看到這些：模數(shù)m，齒數(shù)z，齒頂圓直徑da，齒根圓直徑df，基圓直徑db，分度圓直徑d，齒距p，齒厚s，齒槽寬e，齒高h(yuǎn)，齒頂高h(yuǎn)a，齒根高h(yuǎn)f，齒頂高系數(shù)hax，頂隙系數(shù)cx，壓力角alpha，有時(shí)候會用到變位系數(shù)x。看起來參數(shù)繁多，其實(shí)有章可循。齒輪的問題關(guān)鍵在于模數(shù)

3、，模數(shù)的確定根據(jù)齒輪的失效形式進(jìn)行確定，這里不做討論。題目中已經(jīng)給定了模數(shù)，齒寬。通常正常齒制的hax=1.0，cx=0.25，alpha=20度，x=0.對于建模來說，這些都是已知量。結(jié)合齒輪的相關(guān)公式，可以得到下面的表格：已知量模數(shù)m齒數(shù)z齒頂高系數(shù)hax頂隙系數(shù)cx齒寬b壓力角alpha變位系數(shù)x可求量齒頂高h(yuǎn)a=(hax+x)*m齒根高h(yuǎn)f=(hax+cx-x)*m分度圓直徑d=m*z齒頂圓直徑da=d+2*ha基圓直徑db=d*cos(alpha)齒根圓直徑df=d-2*hf表2-1 齒輪參數(shù)表2.1 漸開線的參數(shù)化畫法圖1-1 漸開線的幾何分析線段s繞圓弧旋轉(zhuǎn)，其一端點(diǎn)A劃過的軌跡

4、即為漸開線。圖中點(diǎn)（x1，y1）的坐標(biāo)為： x1=r*cos（ang），y1=r*sin（ang）。在pro/E中，系統(tǒng)存在一個(gè)變量t，0=t=1,通過x1，y1建立（x，y）坐標(biāo)，即為漸開線的方程。ang=t*90r=db/2s=(PI*r*t)/2x1=r*cos（ang）y1=r*sin（ang）x=x1+(s*sin(ang)y=y1-(s*cos(ang)z=02.2 漸開線齒輪建模分析（1）創(chuàng)建基本圓1）新建零件，取名zxl_1，取消缺省模板，選擇mmns_part_solid模板.進(jìn)入工作界面之后首先創(chuàng)建各種參數(shù)（類似于C語言里面各種常量和變量的定義）。2）單擊主菜單上的“工具”

5、“參數(shù)”，彈出參數(shù)對話框如下圖所示：3）單擊左下角的添加參數(shù)，修改參數(shù)名稱和初始值，說明里面寫好備注，其它項(xiàng)不要?jiǎng)印⒈?-1里面的參數(shù)都添加進(jìn)去(參數(shù)不區(qū)分大小寫)。X完成后如下：4）參數(shù)定義好了之后就要定義關(guān)系了，所謂的關(guān)系就是表達(dá)式，因?yàn)橥ㄟ^上面的分析我們知道了很多尺寸是需要計(jì)算才能得到了，而添加關(guān)系就是添加計(jì)算的表達(dá)式和把參數(shù)跟圖中實(shí)際的尺寸相關(guān)聯(lián)的賦值語句。具體操作是在主菜單上依次單擊“工具”“關(guān)系”，彈出“關(guān)系”對話框,并在里面輸入表2-1列出的要求的量的表達(dá)式：這個(gè)時(shí)候會發(fā)現(xiàn)下面有個(gè)“局部參數(shù)”，單擊展開，看到里面就是剛才添加的一下參數(shù)，而且在這個(gè)地方也可以編輯。添加關(guān)系，單擊確

6、定之后，再次打開關(guān)系對話框，在局部參數(shù)里面，通過計(jì)算或者賦值得到的量會被鎖定：“源”變?yōu)榱恕瓣P(guān)系”，而其它的是“用戶定義的”。5)做好準(zhǔn)備工作之后，開始基本圓的創(chuàng)建，基本圓有四個(gè)：基圓，齒根圓，分度圓，齒頂圓。選擇FRONT平面，單擊草繪按鈕進(jìn)入草繪，草繪四個(gè)同心圓，直徑隨便定義，這里就假定從內(nèi)到外依次為：10,20,30,40. 如下圖：6)單擊，返回到零件界面。在模型樹中右擊草繪1，在彈出的右鍵菜單中選擇“編輯”，圖中出現(xiàn)各圓的直徑。7)打開“關(guān)系”對話框，光標(biāo)另起一行，圖中尺寸變?yōu)槌叽绱枺瑔螕舫叽绱?關(guān)系對話框中出現(xiàn)它的尺寸代號，對它進(jìn)行賦值，如d0=db.依次重復(fù)，把四個(gè)圓的直徑全

7、部賦值，完成后如圖：（說這么多，核心思想就是尺寸驅(qū)動，就d0=db來說，d0是一個(gè)變量，但是它有實(shí)際意義，是圖形中一個(gè)圓的尺寸，db也是變量，但是它沒有實(shí)際意義。它的值由開始給的關(guān)系確定。對db等的定義有助于圖形的兼容性，也易于修改，就好像c語言里面的宏一樣。）8)確定后單擊”再生” ,得到圖形如下:(2)創(chuàng)建漸開線1)依次單擊”插入”“模型基準(zhǔn)”“曲線”。或者在工具欄上單擊,在彈出的菜單管理器中選擇“從方程”“選取”，打開坐標(biāo)系顯示開關(guān)，選擇坐標(biāo)系。點(diǎn)選坐標(biāo)系之后選擇“笛卡爾”。系統(tǒng)彈出一個(gè)記事本，要求輸入方程。2）在記事本中輸入2.1 漸開線的參數(shù)化畫法中分析過的方程：保存退出。得到漸開線

8、：（3）鏡像漸開線鏡像漸開線的關(guān)鍵在于找到鏡像的面。從軸向上看，齒輪平面存在這個(gè)關(guān)系：創(chuàng)建基準(zhǔn)平面時(shí)，輸入360/(4*z)會提示是否添加特征關(guān)系，點(diǎn)選“是”。（4）做出一個(gè)齒形1）以齒根圓為輪廓，拉伸出齒根圓。厚度為b。2) 復(fù)制輪廓如下圖，拉伸出第一個(gè)齒（厚度當(dāng)然是b）。注意齒根圓角（其實(shí)齒根圓角的計(jì)算問題還沒有解決，沒有找到標(biāo)準(zhǔn)，書上也沒有，不過影響不大，這里隨便做個(gè)樣子好了）。 （5）陣列這個(gè)齒1）在模型樹中選中這個(gè)齒，點(diǎn)擊工具，選擇軸陣列，不用管后面的個(gè)數(shù)和角度，直接選擇齒輪的軸之后點(diǎn)確定。2）在模型樹中右擊陣列，點(diǎn)選編輯。出現(xiàn)如下尺寸：3）打開關(guān)系對話框，對這兩個(gè)尺寸分別添加關(guān)系。

9、角度方向當(dāng)然是360/z,個(gè)數(shù)就是z啦。完成后再生，就可以得到所有的齒輪了。(6) 創(chuàng)建中間孔，鍵槽，小孔等其它特征。這些創(chuàng)建都比較簡單，這里就不做說明了。添加顏色，隱藏草繪的圓和漸開線，得到的圖形最終得到的圖形如下：（關(guān)于中心小孔的尺寸，由于這里不涉及強(qiáng)度等的計(jì)算，所以隨我自己定為直徑15，后面的所有軸孔都是這個(gè)直徑）3、 把中心輪保存副本，命名為xxl_1用來創(chuàng)建行星輪。打開保存的副本，修改參數(shù)里面的齒數(shù)為50，單擊再生就可以得到行星輪。4、 具有內(nèi)齒輪的中心輪zxl_3的創(chuàng)建（1） 創(chuàng)建方法與中心輪zxl_1的方法類似。只是這個(gè)時(shí)候的齒根圓和齒頂圓要交換，計(jì)算方法有些不同。如下：da=m

10、*(z-2*hax)df=m*(z+2*(hax+cx)（2） 漸開線的創(chuàng)建方法完全一樣，只是鏡像漸開線的時(shí)候，還是找漸開線跟分度圓的交點(diǎn)與軸創(chuàng)建一個(gè)平面，新建的平面跟它的夾角也是360/(4*z)。（3） 從齒根圓和齒頂圓處修剪，創(chuàng)建齒輪。（4） 自定義一個(gè)外圈厚度，計(jì)算的話應(yīng)該跟各種強(qiáng)度計(jì)算有關(guān)，這里只做個(gè)演示，所以選擇厚度為100，拉伸后再通過查表切一個(gè)鍵槽出來得到固定中心輪。、（三）行星架xxj_H_1的創(chuàng)建。行星架的創(chuàng)建比較靈活，只要保證四個(gè)軸是均勻分布的，與中心軸的距離為100就可以。中心輪和行星輪嚙合的時(shí)候，分度圓相切，所以行星輪軸距行星架軸心的距離L=(dxxl+dzxl)/2

11、 = (125+75)/2=100至于外形可以自己隨便發(fā)揮。（四）創(chuàng)建一個(gè)軸，作為中心輪的軸心這個(gè)軸是我后來才意識到必須創(chuàng)建的。待會兒裝配的時(shí)候再講它的必要性。軸的直徑跟齒輪中心孔的直徑相同就行了。至此，零件的創(chuàng)建完畢。第二部分：裝配部分（一） 環(huán)境的創(chuàng)建新建-組建（取消缺省模板的勾選）-選擇mmns_asm_desing裝配過程中常用的快捷鍵：alt+ctrl+鼠標(biāo)左鍵，拖動使整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn) alt+ctrl+鼠標(biāo)右鍵，平移對象（受運(yùn)動副約束） alt+ctrl+鼠標(biāo)中建，旋轉(zhuǎn)對象（受運(yùn)動副約束）（二） 裝入機(jī)架由機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖可以看出來，機(jī)架有兩個(gè)，一個(gè)是大的固定中心輪，一個(gè)用來固定行星架。雖

12、然在裝配行星架的時(shí)候，可以通過銷釘確定行星架的連接定義，但是由于跟中心輪公用了一個(gè)軸，也就是說這里是復(fù)合鉸鏈。但是pro/E只給出了一個(gè)轉(zhuǎn)動副，漏算一個(gè)轉(zhuǎn)動副的直接結(jié)果是后的定義齒輪副的時(shí)候找不到跟行星架配合的軸。這就是為什么不要那個(gè)軸可以確定行星架的連接定義，但是還是要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)軸的原因。1、 先裝入固定中心輪zxl_3，“約束”中選擇“缺省”，狀態(tài)變?yōu)椤巴耆s束”。單擊確定。2、 裝入軸。使用軸對齊和將底面匹配約束，將它固定到固定中心輪的軸心，狀態(tài)一定要是“完全約束”。（三） 裝配中心輪zxl_1.連接類型選擇“銷釘”將中心輪的軸跟固定中心輪zxl_3的軸對齊。反正選的時(shí)候要知道自己是選的哪

13、個(gè)的軸心，系統(tǒng)識別為淺綠色后，右擊可以切換。我打錯(cuò)成zzl3了，不想改名字了，所以沒有換。選擇軸之后，再選兩個(gè)零件的上表面對齊，狀態(tài)變?yōu)椋和瓿蛇B接定義。（四） 裝配行星架XXJ_H_1裝配方法跟裝配中心太陽輪的方法類似。這次選用上次沒有用的那根軸總之，目的只有一個(gè)：形成單獨(dú)的轉(zhuǎn)動副，消除復(fù)合鉸鏈的影響。裝入后如圖：（5） 行星輪xxl_1的裝配裝入行星輪，連接類型選擇銷釘，選擇行星架上任意一根軸，上表面對齊。注意拖動齒輪是齒和齒之間不發(fā)生明顯干涉。創(chuàng)建快照。(6) 重復(fù)（5）得到如下圖： （至此，裝配完成。）裝配過程中要注意讓齒輪嚙合的 時(shí)候盡量不發(fā)生干涉，我的做法是裝配行星架的時(shí)候讓它固定成

14、機(jī)架（不然拖動的時(shí)候行星架會轉(zhuǎn)動，根本就無法控制）然后把所有齒輪裝配好之后編輯它的裝配定義，更改為銷釘連接。記得調(diào)整好之后創(chuàng)建快照。當(dāng)然，根據(jù)pro/E齒輪副的定義規(guī)則，你即使發(fā)生再嚴(yán)重的干涉它還是不影響轉(zhuǎn)動的。我想?yún)^(qū)別在于仿真分析的時(shí)候吧。第三部分：建立機(jī)構(gòu)運(yùn)動模型（一） 定義齒輪副運(yùn)動副的定義從裝配時(shí)候就已經(jīng)開始了，比如選擇“銷釘”連接類型的時(shí)候就是在兩構(gòu)件間定義了一個(gè)轉(zhuǎn)動副。但是裝配的時(shí)候不能定義齒輪副。1、 齒輪副的定義（1）單擊工具欄中，彈出齒輪副定義對話框：（2）從對話框可以看出來，齒輪副的定義有三項(xiàng)：齒輪1、齒輪2和屬性。每個(gè)齒輪的定義又包括了運(yùn)動軸、齒輪和托架。齒輪和托架很好理

15、解右邊的按鈕是交換齒輪和托架。這里就有必要提一下創(chuàng)建零件的時(shí)候特意創(chuàng)建一個(gè)軸。它的存在使得中心位置有了兩個(gè)轉(zhuǎn)動副（準(zhǔn)確來說是表現(xiàn)出了兩個(gè)轉(zhuǎn)動副），從而有了兩個(gè)運(yùn)動軸。具體到這個(gè)題目，一個(gè)是中心太陽輪的運(yùn)動軸，一個(gè)是行星架的運(yùn)動軸。對于節(jié)圓直徑，有必要提一下，節(jié)圓直徑在這里定義說明了對于齒輪副的定義來說，前面的齒輪畫成什么樣子是沒有關(guān)系的。即使畫兩個(gè)圓柱，只要在這里定義了適當(dāng)?shù)墓?jié)圓直徑，也可以像齒輪那樣轉(zhuǎn)動。（3）中心兩個(gè)運(yùn)動軸哪個(gè)屬于哪個(gè)我也不知道怎么區(qū)分，反正選擇之后轉(zhuǎn)動主體被綠色加亮，托架被青色加亮。如果不對重新選擇就好了。假設(shè)我已經(jīng)知道怎么能夠選到中心太陽輪的運(yùn)動軸。點(diǎn)選它。齒輪副定義對

16、話框做出相應(yīng)反應(yīng)，自動選擇了齒輪和托架，在名稱部分，我輸入太陽輪-行星輪1，節(jié)圓直徑輸入75（漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪正確嚙合的條件是模數(shù)相等，這個(gè)在設(shè)計(jì)的時(shí)候就是那樣做的。這里安裝按照標(biāo)準(zhǔn)中心距安裝，就要求節(jié)圓跟分度圓重合）：（4）單擊“齒輪2”選項(xiàng)卡，選擇一個(gè)行星輪的運(yùn)動軸。節(jié)圓直徑輸入125。單擊確定，第一個(gè)齒輪副定義完成。（5）定義行星輪1跟機(jī)架的齒輪副。這里是一個(gè)坎，我最開始遇到的問題是，在我看來，這個(gè)齒輪副的齒輪1是行星輪1（托架為行星架H），齒輪2為機(jī)架（它真的是有齒嘛）可是這樣的問題是1，機(jī)架根本就沒有運(yùn)動軸可選；2，即使選了，那么托架是什么？?？墒钱?dāng)我加了那個(gè)軸之后，一切問題都解決了。

17、齒輪2的運(yùn)動軸選行星輪的運(yùn)動軸就好了，這個(gè)時(shí)候系統(tǒng)選擇固定中心輪為托架，交換托架跟齒輪，固定中心輪成為齒輪，行星架成為 托架。定義行星輪1-固定中心輪齒輪副：齒輪1運(yùn)動軸選擇行星輪1的運(yùn)動軸，節(jié)圓直徑125，齒輪2選擇行星架的運(yùn)動軸，交換托架跟齒輪，節(jié)圓直徑輸入325.下面是做第二個(gè)的時(shí)候的截圖：（6） 重復(fù)（1）-（5）完成所有齒輪副的定義。（7） 補(bǔ)充說明一下，屬性里面的內(nèi)容，基本不需要管它。下面有一個(gè)叫托架主體的部分，有個(gè)復(fù)選框?yàn)榻脛?chuàng)建內(nèi)部托架主體，不要勾選它。所謂的內(nèi)部托架主體就是當(dāng)兩個(gè)齒輪不公用一個(gè)托架主體的時(shí)候，系統(tǒng)會創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)部托架主體。以后在運(yùn)動的時(shí)候會有提示。（二） 定義伺

18、服電機(jī)（1） 單擊創(chuàng)建一個(gè)伺服電機(jī)，彈出伺服電機(jī)定義對話框。直接點(diǎn)選中心太陽輪的運(yùn)動軸，確定太陽輪為原動件。（2） 單擊“輪廓”。規(guī)范里面選擇“速度”?！澳！边x擇常數(shù)。A的值為大小，輸入60（也就是速度大小為60 deg/sec）。（3） 圖形下面可以查看速度，位置，加速度的圖形，這些分析這里不做了，相信到了這一步之后就很好摸索了。（三） 機(jī)構(gòu)分析（1） 單擊工具欄中，彈出分析定義對話框：類型選擇運(yùn)動學(xué)，終止時(shí)間輸入18，快照選擇當(dāng)時(shí)使得沒有明顯干涉時(shí)創(chuàng)建的快照。單擊運(yùn)行，機(jī)構(gòu)就開始運(yùn)動了。（2） 分析完成后單擊確定，可以生成分析的測量結(jié)果，或者回放以前的運(yùn)動分析等等。這些分析內(nèi)容這里也不做了，這個(gè)教