漸開線齒輪傳動機(jī)構(gòu)模型的設(shè)計1_圖文

1、第26卷第6期機(jī)械設(shè)計JOURNAL OF MACHINE DESIGNJun.2009漸開線齒輪傳動機(jī)構(gòu)模型的設(shè)計。張瑞亮,王鐵,趙富強(qiáng)(太原理T大學(xué)齒輪研究所,山西太原031】0=24摘要:討論了精確建立漸開線變位齒輪參數(shù)化模型的關(guān)鍵過程,根據(jù)齒輪嚙合原理運用骨架模型進(jìn)行參數(shù)化控制。完成齒輪虛擬裝配,實現(xiàn)了參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)設(shè)計。對完成不同系列齒輪傳動機(jī)構(gòu)的快速設(shè)計縮短了設(shè)計開發(fā)周期、提高了設(shè)計效率。關(guān)鍵詞:齒輪傳動;骨架模型;過渡曲線;參數(shù)化中圖分類號:THl32.41;TP39文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1001-2354(200906-005703漸開線齒輪傳動機(jī)構(gòu)作為動力裝置應(yīng)用廣泛,在較

2、成熟的設(shè)計中多采用類比結(jié)構(gòu),當(dāng)修改齒輪參數(shù)時,必須進(jìn)行大量的變型設(shè)計。 當(dāng)前,多數(shù)廠家在對齒輪傳動機(jī)構(gòu)模型裝配時,采用自下而上的裝配方法,給空間設(shè)計和干涉分析帶來困難,還會因為原始設(shè)計錯誤、零部件過多造成限制條件相沖突,使裝配難以進(jìn)行,對提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量、滿足系列化變型設(shè)計十分不利【1.2】。國內(nèi)外學(xué)者對漸開線齒輪參數(shù)化模型已有深入研究【5。,但對直齒和斜齒漸開線齒輪建模與裝配的關(guān)聯(lián)設(shè)計研究不多,對實現(xiàn)齒輪輪齒的無干涉裝配和按照刀具加工過渡曲線也沒有較好地體現(xiàn)。文中以某車輛發(fā)動機(jī)齒輪傳動系統(tǒng)設(shè)計實際需求為背景,以Pro/E軟件為平臺,根據(jù)齒輪嚙合原理,采用了基于骨架模型的自上而下設(shè)計方法,先設(shè)

3、計各零件在空間中靜止或者運動時相對位置的結(jié)構(gòu)圖,再裝配各個零件,實現(xiàn)了齒輪傳動機(jī)構(gòu)的任意嚙合位置無干涉裝配。在齒輪模型上建立了與裝配相關(guān)聯(lián)的嚙合基準(zhǔn),較好地實現(xiàn)了關(guān)聯(lián)設(shè)計,并對刀具加工齒根過渡曲線進(jìn)行了分析。該方法提高了設(shè)計效率,對CAE精細(xì)化研究有一定參考價值。1齒輪傳動機(jī)構(gòu)模型基本參數(shù)某大型發(fā)動機(jī)齒輪傳動系統(tǒng)如圖1所示。該機(jī)構(gòu)包括直 齒和斜齒漸開線齒輪、雙聯(lián)齒輪等。曲軸齒輪為動力輸入端,通過中間軸大小惰輪,將動力和轉(zhuǎn)矩分配給各工作齒輪。在模型中需要經(jīng)常變動的參數(shù)有:各齒輪參數(shù)(如齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、螺旋角、齒寬等,各齒輪裝配參數(shù)(如中心距、齒輪軸向位置尺寸等。將這些參數(shù)設(shè)置為可輸入?yún)?shù)。2

4、齒輪傳動機(jī)構(gòu)模型建立與裝配創(chuàng)建齒輪模型、齒輪嚙合基準(zhǔn)、裝配模型3部分。1曲軸齒輪;2中間軸小惰輪;3中問軸大惰輪;4噴油泵齒輪;5配氣齒輪;6缸蓋惰輪;7排氣齒輪;8進(jìn)氣齒輪;9左惰輪;lO機(jī)油泵齒輪;11右情輪;12發(fā)電機(jī)齒輪圈1某發(fā)動機(jī)齒輪傳動機(jī)構(gòu)示意圖齒輪模型采用參數(shù)化建模,加以程序控制,實現(xiàn)快速設(shè)計。漸開線齒輪精確建模關(guān)鍵是端面齒廓曲線的參數(shù)化設(shè)計,端面齒廓主要由齒頂圓、齒根圓、漸開線、齒根過渡曲線等組成。如圖2所示,配氣惰輪為雙聯(lián)齒輪,其大、小齒輪分別為斜齒、直齒漸開線變位齒輪。對齒頂圓、齒根圓、漸開線可參考文獻(xiàn)6中雙聯(lián)齒輪參數(shù)化建模。Pro/E提供的骨架模型功能允許在設(shè)計階段按照產(chǎn)

5、品的基本功能和要求,通過構(gòu)建骨架模型定義裝配體的基本結(jié)構(gòu)、全圖2配氣情輪雙聯(lián)齒輪模型局參數(shù)及參數(shù)之間的順序依賴關(guān)系。利用此結(jié)構(gòu)裝配零件,避對于齒根過渡曲線的設(shè)計,現(xiàn)有模型多采用圓弧替代方免不必要的裝配限制的沖突。因此,文中把建立模型過程分為法,這種替代的缺點有:圓弧模型與實際加工的過渡曲線形狀收稿日期:2008一憾-01;修訂日期:2008一1223基金項目:山西高?？萍佳芯块_發(fā)資助項目(20051213作者簡介:張瑞亮(1977一,男,山西清徐人,講師,博士研究生,研究方向:機(jī)械制造、齒輪傳動。萬方數(shù)據(jù)58機(jī)械設(shè)計第26卷第6期上存在顯著誤差;由于過渡圓角對齒輪輪齒的彎曲強(qiáng)度有很大的影響.8

6、,因此在彎曲強(qiáng)度有限元分析時,圓弧替代產(chǎn)生較大模型誤差。根據(jù)展成法加工原理,不同刀具生成不同的齒根過渡曲線”】。用齒條型刀具加工時,生成延伸漸開線的等距曲線;用齒輪型刀具加工時,生成延伸外擺線的等距曲線m】。滾刀在加工齒輪可假想為齒條,展成運動實質(zhì)上與齒條刀具加工一樣,其過渡曲線是延伸漸開線的等距曲線。在模型中,用刀具齒廓頂部具有兩個圓角的齒條型刀具生成齒輪,過渡曲線按照延伸漸開線的等距曲線創(chuàng)建,其參數(shù)方程如下:Cm.,P2F蕊口=f mI+cmt一鮒拓I一0b=0.251rmt+:mttan口+rpcos d妒=180巾籌幕篇+6麗2茸t=05d8i“9一;iT亍而+_cos(70+20一妒

7、孔205dsin妒。忑可而+rpsin(70t+20。9式中:r口刀頂圓角半徑。口刀頂圓角圓心距中線的距離;矗一刀頂圓角圓心距刀具齒槽中心線的距離;r輪齒轉(zhuǎn)過的角度;mt端面模數(shù);卜分度圓壓力角;髫一變位系數(shù):齒頂高系數(shù);c。徑向間隙系數(shù);d一齒輪加工節(jié)圓直徑;,兒分別為參數(shù)方程的x,y坐標(biāo);I角度變量.取值范圍為Co,1。當(dāng)采用刀具齒廓頂部具有兩個圓角的齒輪型刀具時,變換延伸外擺線的等距曲線參數(shù)方程如下:cmt2F瓦j審=k+:mt+cmIxmtrp 盧。s南監(jiān)昔簀竽堂肛罷+警(ta飛一tan a+arcsin(寧妒=(盧+盧Xt=rpsin妒一(三:iii3+cos(70+20rpcos(

8、20921“妒一三:iii6F:1麗+一9J 兒=。c。B妒一(:夏i亍3+(70+20s i n(70z20一妒兒2o008妒一:夏躉了茜_i互而+一妒式中:;。刀具齒數(shù);d。刀具頂圓壓力角;rc刀具分度圓半徑;r鐘刀具節(jié)圓半徑;Z。刀具圓心到刀頂圓角圓心的距離;(盧+刀具轉(zhuǎn)過的角度。為實現(xiàn)齒輪模型與裝配參數(shù)化關(guān)聯(lián)設(shè)計,在主動輪模型中加入嚙合線所在的基準(zhǔn)平面來確定嚙合位置,使其在裝配中與骨架模型的基準(zhǔn)相重合。在主動輪上建立嚙合線如圖3所示,嚙合線與虛擬從動輪頂圓的交點在漸開線齒廓上,通過關(guān)系式控制嚙合線,使點7位于主動輪齒廓線上。1從動輪基圓;2嚙合線;3從動輪節(jié)圓;4主動輪基圓;5主動輪節(jié)

9、圓;6從動輪齒頂圓;7主動輪齒頂圓圈3齒面嚙合線示意圖過嚙合線建立垂直于齒輪端面的基準(zhǔn)平面如圖4所示,基準(zhǔn)平面DTMl7與齒面的交線即為齒輪副的接觸線?；鶞?zhǔn)點PNT2為齒輪端面上的嚙合點。田4嚙合基準(zhǔn)平面骨架模型的設(shè)計原則是采用簡單的點、線、面建立骨架,為后續(xù)仿真設(shè)計提供足夠的參考信息。該機(jī)構(gòu)的骨架模型是通過簡單的幾何基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)平面來具體化傳動機(jī)構(gòu)的主架構(gòu),并作為后續(xù)設(shè)計的參考與規(guī)范。裝配時以骨架特征作為零件裝配的參照基準(zhǔn),通過關(guān)系式將齒輪傳動機(jī)構(gòu)易變動尺寸與骨架模型中的控制尺寸聯(lián)系起來。文中的齒輪傳動機(jī)構(gòu)模型只考慮齒輪裝配。齒輪裝配在基準(zhǔn)軸上即表示安裝在其對應(yīng)軸上;齒輪裝配在各個基準(zhǔn)平面上

10、即確定徑向位置。以曲軸齒輪與中間軸大惰輪嚙合為例,該對齒輪為變位漸開線斜齒輪,其骨架模型結(jié)構(gòu)如圖5所示?；鶞?zhǔn)軸從J和從一2分別表示曲軸、中間軸中心線,基準(zhǔn)平面ASM_TOP為曲軸齒輪端面所在位置,ADTM2為大惰輪端面所在位置,ADTM3為定義齒輪嚙合的基準(zhǔn)平面。利用PROGRAM可程序化工具,將骨架模型中齒輪中心距、端面位置等編寫成語句,輸入控制關(guān)系式,并為參數(shù)賦初值,如下所示:礬PUTZI NUMBERZ2NUMBERMJ NUMBERALPHA T NUMBER萬方數(shù)據(jù) 萬方數(shù)據(jù) 漸開線齒輪傳動機(jī)構(gòu)模型的設(shè)計作者:張瑞亮, 王鐵, 趙富強(qiáng), ZHANG Rui-liang, WANG T

11、ie, ZHAO Fu-qiang作者單位:太原理工大學(xué)齒輪研究所,山西,太原,030024刊名: 機(jī)械設(shè)計英文刊名:JOURNAL OF MACHINE DESIGN年,卷(期:2009,26(6參考文獻(xiàn)(10條1.王鐵;寧汝新;王恒基于參數(shù)化特征元的快速設(shè)計期刊論文-組合機(jī)床與自動化加工技術(shù) 2004(112.Wang Tie;Ning RuXin;Wang Heng Life-cycle-oriented product modeling technology 20043.包家漢;張玉華;薛家國基于ANSYS的齒輪參數(shù)化建模及應(yīng)用期刊論文-安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報 2005(014.鄭勇;龔光容

12、;王拴虎可視化虛擬裝配系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)研究期刊論文-天津理工大學(xué)學(xué)報 2003(015.張晉西;郭學(xué)琴齒輪三維參數(shù)化建模與加工運動仿真期刊論文-機(jī)械設(shè)計 2002(036.王鐵;趙富強(qiáng);李光輝手動變速器建模實例教程 20077.王進(jìn)禮;周錚;鄒廣平過渡圓角對齒根動應(yīng)力影響之有限元分析期刊論文-應(yīng)用科技 2003(088.劉禮兵;王偉齒輪過渡曲線干涉校驗及避免干涉的措施期刊論文-工具技術(shù) 2002(109.朱孝錄機(jī)械傳動設(shè)計手冊 200710.吳繼澤;王統(tǒng)齒根過渡曲線與齒根應(yīng)力 1989本文讀者也讀過(10條1.趙永東.張炳喜.任濟(jì)成基于Solidworks 2003軸的參數(shù)化設(shè)計期刊論文-機(jī)械設(shè)

13、計2004,21(z12.陳志剛齒輪機(jī)構(gòu)的最少齒數(shù)分析期刊論文-邵陽學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版2004,1(33.張傳才.賀利樂.匡偉春.ZHANG Chuan-cai.HE Li-le.KUANG Wei-chun基于VBA的齒輪加工模塊設(shè)計期刊論文-煤礦機(jī)械2008,29(54.胡志煒.Hu Zhi-wei Pro/Engineer鈑金展開的原理和Y因子的確定期刊論文-機(jī)械研究與應(yīng)用2010(55.何剛會.He Ganghui根切齒輪重合度的數(shù)值計算期刊論文-橡塑技術(shù)與裝備2005,31(66.李治.王世杰.陳明漸開線零齒差內(nèi)嚙合齒輪副嚙合過程動態(tài)仿真期刊論文-沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報2002,24(57.宋淑娥.施志輝.SONG Shu-e.SHI Zhi-hui漸開線螺旋齒輪Pro/E參數(shù)化造型方法期刊論文-大連交通大學(xué)學(xué)報2010,31(18.傅偉.柳青松.袁強(qiáng).張斌.FU Wei.LIU Q