基于ProE的2K-H行星減速器的參數(shù)化設計與仿真動畫

1、基于ProE的2K-H行星減速器的參數(shù)化設計和仿真動畫從齒輪的建立開始第一部分：零件設計部分（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，設行星輪數(shù)k=4，并采用標準齒輪傳動，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)應該滿足下條件：由配齒公式：可以計算得知：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做一個說明：若在A位置能裝入第2個行星輪，須使齒輪1轉過N個完整的齒，即j1恰好為中心輪1個齒距P所對應圓心角的整數(shù)倍。（二）齒輪的參數(shù)化建模齒輪的參數(shù)建模，關鍵問題有以下幾點：1、 弄清楚齒輪設計的關鍵參數(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，齒頂高ha，齒根高hf，齒頂高系數(shù)hax，頂隙系數(shù)cx，壓力角alpha，有時候會用到變位系數(shù)x。看起來參數(shù)繁多，其實有章可循。齒輪的問題關鍵在于模數(shù)

3、，模數(shù)的確定根據(jù)齒輪的失效形式進行確定，這里不做討論。題目中已經給定了模數(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。結合齒輪的相關公式，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ha=(hax+x)*m齒根高hf=(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，其一端點A劃過的軌跡

4、即為漸開線。圖中點（x1，y1）的坐標為： x1=r*cos（ang），y1=r*sin（ang）。在pro/E中，系統(tǒng)存在一個變量t，0=t=1,通過x1，y1建立（x，y）坐標，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，其它項不要動。將表2-1里面的參數(shù)都添加進去(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系了，所謂的關系就是表達式，因為通過上面的分析我們知道了很多尺寸是需要計算才能得到了，而添加關系就是添加計算的表達式和把參數(shù)跟圖中實際的尺寸相關聯(lián)的賦值語句。具體操作是在主菜單上依次單擊“工具”“關系”，彈出“關系”對話框,并在里面輸入表2-1列出的要求的量的表達式：這個時候會發(fā)現(xiàn)下面有個“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)，而且在這個地方也可以編輯。添加關系，單擊確

6、定之后，再次打開關系對話框，在局部參數(shù)里面，通過計算或者賦值得到的量會被鎖定：“源”變?yōu)榱恕瓣P系”，而其它的是“用戶定義的”。5)做好準備工作之后，開始基本圓的創(chuàng)建，基本圓有四個：基圓，齒根圓，分度圓，齒頂圓。選擇FRONT平面，單擊草繪按鈕進入草繪，草繪四個同心圓，直徑隨便定義，這里就假定從內到外依次為：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“關系”對話框，光標另起一行，圖中尺寸變?yōu)槌叽绱?，單擊尺寸代?關系對話框中出現(xiàn)它的尺寸代號，對它進行賦值，如d0=db.依次重復，把四個圓的直徑全

7、部賦值，完成后如圖：（說這么多，核心思想就是尺寸驅動，就d0=db來說，d0是一個變量，但是它有實際意義，是圖形中一個圓的尺寸，db也是變量，但是它沒有實際意義。它的值由開始給的關系確定。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”“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”，打開坐標系顯示開關，選擇坐標系。點選坐標系之后選擇“笛卡爾”。系統(tǒng)彈出一個記事本，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鍵在于找到鏡像的面。從軸向上看，齒輪平面存在這個關系：創(chuàng)建基準平面時，輸入360/(4*z)會提示是否添加特征關系，點選“是”。（4）做出一個齒形1）以齒根圓為輪廓，拉伸出齒根圓。厚度為b。2) 復制輪廓如下圖，拉伸出第一個齒（厚度當然是b）。注意齒根圓角（其實齒根圓角的計算問題還沒有解決，沒有找到標準，書上也沒有，不過影響不大，這里隨便做個樣子好了）。 （5）陣列這個齒1）在模型樹中選中這個齒，點擊工具，選擇軸陣列，不用管后面的個數(shù)和角度，直接選擇齒輪的軸之后點確定。2）在模型樹中右擊陣列，點選編輯。出現(xiàn)如下尺寸：3）打開關系對話框，對這兩個尺寸分別添加關系。

9、角度方向當然是360/z,個數(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：（關于中心小孔的尺寸，由于這里不涉及強度等的計算，所以隨我自己定為直徑15，后面的所有軸孔都是這個直徑）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。只是這個時候的齒根圓和齒頂圓要交換，計算方法有些不同。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候，還是找漸開線跟分度圓的交點與軸創(chuàng)建一個平面，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） 自定義一個外圈厚度，計算的話應該跟各種強度計算有關，這里只做個演示，所以選擇厚度為100，拉伸后再通過查表切一個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)建一個軸，作為中心輪的軸心這個軸是我后來才意識到必須創(chuàng)建的。待會兒裝配的時候再講它的必要性。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+鼠標左鍵，拖動使整個機構運轉 alt+ctrl+鼠標右鍵，平移對象（受運動副約束） alt+ctrl+鼠標中建，旋轉對象（受運動副約束）（二） 裝入機架由機構運動簡圖可以看出來，機架有兩個，一個是大的固定中心輪，一個用來固定行星架。雖

12、然在裝配行星架的時候，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軸，也就是說這里是復合鉸鏈。但是pro/E只給出了一個轉動副，漏算一個轉動副的直接結果是后的定義齒輪副的時候找不到跟行星架配合的軸。這就是為什么不要那個軸可以確定行星架的連接定義，但是還是要創(chuàng)建一個軸的原因。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。反正選的時候要知道自己是選的哪

13、個的軸心，系統(tǒng)識別為淺綠色后，右擊可以切換。我打錯成zzl3了，不想改名字了，所以沒有換。選擇軸之后，再選兩個零件的上表面對齊，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：形成單獨的轉動副，消除復合鉸鏈的影響。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（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 時候盡量不發(fā)生干涉，我的做法是裝配行星架的時候讓它固定成

14、機架（不然拖動的時候行星架會轉動，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。記得調整好之后創(chuàng)建快照。當然，根據(jù)pro/E齒輪副的定義規(guī)則，你即使發(fā)生再嚴重的干涉它還是不影響轉動的。我想區(qū)別在于仿真分析的時候吧。第三部分：建立機構運動模型（一） 定義齒輪副運動副的定義從裝配時候就已經開始了，比如選擇“銷釘”連接類型的時候就是在兩構件間定義了一個轉動副。但是裝配的時候不能定義齒輪副。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：齒輪1、齒輪2和屬性。每個齒輪的定義又包括了運動軸、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)建零件的時候特意創(chuàng)建一個軸。它的存在使得中心位置有了兩個轉動副（準確來說是表現(xiàn)出了兩個轉動副），從而有了兩個運動軸。具體到這個題目，一個是中心太陽輪的運動軸，一個是行星架的運動軸。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系的。即使畫兩個圓柱，只要在這里定義了適當?shù)墓?jié)圓直徑，也可以像齒輪那樣轉動。（3）中心兩個運動軸哪個屬于哪個我也不知道怎么區(qū)分，反正選擇之后轉動主體被綠色加亮，托架被青色加亮。如果不對重新選擇就好了。假設我已經知道怎么能夠選到中心太陽輪的運動軸。點選它。齒輪副定義對

16、話框做出相應反應，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（漸開線標準齒輪正確嚙合的條件是模數(shù)相等，這個在設計的時候就是那樣做的。這里安裝按照標準中心距安裝，就要求節(jié)圓跟分度圓重合）：（4）單擊“齒輪2”選項卡，選擇一個行星輪的運動軸。節(jié)圓直徑輸入125。單擊確定，第一個齒輪副定義完成。（5）定義行星輪1跟機架的齒輪副。這里是一個坎，我最開始遇到的問題是，在我看來，這個齒輪副的齒輪1是行星輪1（托架為行星架H），齒輪2為機架（它真的是有齒嘛）可是這樣的問題是1，機架根本就沒有運動軸可選；2，即使選了，那么托架是什么？?？墒钱斘壹恿四莻€軸之后，一切問題都解決了。

17、齒輪2的運動軸選行星輪的運動軸就好了，這個時候系統(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運動軸選擇行星輪1的運動軸，節(jié)圓直徑125，齒輪2選擇行星架的運動軸，交換托架跟齒輪，節(jié)圓直徑輸入325.下面是做第二個的時候的截圖：（6） 重復（1）-（5）完成所有齒輪副的定義。（7） 補充說明一下，屬性里面的內容，基本不需要管它。下面有一個叫托架主體的部分，有個復選框為禁用創(chuàng)建內部托架主體，不要勾選它。所謂的內部托架主體就是當兩個齒輪不公用一個托架主體的時候，系統(tǒng)會創(chuàng)建一個內部托架主體。以后在運動的時候會有提示。（二） 定義伺

18、服電機（1） 單擊創(chuàng)建一個伺服電機，彈出伺服電機定義對話框。直接點選中心太陽輪的運動軸，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） 機構分析（1） 單擊工具欄中，彈出分析定義對話框：類型選擇運動學，終止時間輸入18，快照選擇當時使得沒有明顯干涉時創(chuàng)建的快照。單擊運行，機構就開始運動了。（2） 分析完成后單擊確定，可以生成分析的測量結果，或者回放以前的運動分析等等。這些分析內容這里也不做了，這個教