X 5 0 3 2立式銑床主傳動系統(tǒng)正交齒輪參數(shù)化實體建模及動態(tài)仿真

王素粉

（三門峽職業(yè)技術(shù)學院 機電工程系，河南 三門峽 472000）

引言

正交齒輪傳動是兩個圓錐齒輪兩正交軸之間的傳動，其軸夾角∑為90°，用來傳遞正交軸之間的運動和動力。是現(xiàn)代機械中應(yīng)用最廣泛的一種傳動機構(gòu)，利用平面繪圖及靜態(tài)描述的方法已經(jīng)不能把傳動系統(tǒng)中圓錐齒輪的嚙合過程明確地表達出來，X5032立式銑床主傳動系統(tǒng)中的直齒圓錐齒輪正交傳遞系統(tǒng)的傳遞精度及運動狀態(tài)直接影響到銑床的銑削精度，為了實現(xiàn)對其傳遞過程的立體描述及實時控制，本文利用三維造型軟件SolidWorks及VC++6.0對直齒圓錐齒輪進行參數(shù)化建模，并對其傳動進行裝配，最后利用Animator插件進行動態(tài)仿真，此參數(shù)化設(shè)計的方法為直齒圓錐齒輪提供了更為快捷和準確的設(shè)計方式，使設(shè)計人員能夠全方位地觀察圓錐齒輪的運動狀態(tài)。為立式銑床的傳動系統(tǒng)中正交齒輪的受力分析及其他的力學性能分析奠定了理論基礎(chǔ)。

1 X5032立式銑床主傳動系統(tǒng)分析

圖1是X5032銑床傳動系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)包括主傳動和進給傳動，主要分析主傳動系統(tǒng)，電動機通過I—II—III—IV四根軸上面的齒輪傳動把動力傳遞到第V根軸，那么，第V根軸在進行力的傳遞時是通過直齒圓錐齒輪進行的，把力的方向改變90°，傳遞到第VI根軸，最后到達主軸。在此傳遞的過程當中，直齒圓錐齒輪不但起到了力的傳遞，還對力的方向進行了改變，其傳遞效果直接影響到主軸運轉(zhuǎn)的情況，影響到加工效果。

圖1 X5032銑床傳動系統(tǒng)

2 正交直齒圓錐齒輪傳動的幾何參數(shù)計算及參數(shù)化建模

2.1 正交齒輪的幾何參數(shù)計算

X5032銑床主傳動系統(tǒng)圖1中所顯示的直齒圓錐齒輪齒數(shù)、模數(shù)均相等。先確定基礎(chǔ)參數(shù)模數(shù)M=3.0、齒數(shù)Z1=Z2=29，通過基本參數(shù)計算出其他的參數(shù)，分度圓、齒頂圓、齒根圓、錐距、齒根角等。由于X5032銑床主傳動系統(tǒng)中直齒圓錐齒輪的基本參數(shù)相同，現(xiàn)只進行其中一個齒輪的參數(shù)化建模，直齒圓錐齒輪傳動的基本尺寸如圖2所示，其參數(shù)計算公式如表1所示。

圖2 直齒圓錐齒輪傳動的基本尺寸

2.2 直齒圓錐齒輪參數(shù)化建模

根據(jù)2.1中的對直齒圓錐齒輪的幾何參數(shù)計算，筆者利用VC++語言作為SolidWorks的二次開發(fā)工具，對X5032立式銑床的主傳動系統(tǒng)中的直齒圓錐齒輪進行參數(shù)化建模，通過對其結(jié)構(gòu)的分析及計算公式的約束，利用VC語言進行后臺支撐，生成參數(shù)計算的界面，如圖3所示，此計算過程有齒輪基本參數(shù)輸入端和齒輪參數(shù)計算端，通過修改齒輪的輸入?yún)?shù)可以生成新的齒輪，實現(xiàn)參數(shù)化操作界面，同時可以生成齒輪的三維模型，X5032銑床主傳動系統(tǒng)最終生成的齒輪如圖4所示。

3 直齒圓錐齒輪的虛擬裝配

在所建立好的直齒圓錐齒輪的模型的前提下，對其進行裝配，裝配之前要先進行機架的設(shè)計，這樣可以使得齒輪實現(xiàn)正確的嚙合。此設(shè)計過程為：點擊 “新建”，裝配體文件—插入機架—插入齒輪（依次插入兩個齒輪及齒輪軸）—選擇“配合”按鈕，利用同軸心配合、平行度及重合度配合標準，可以很精確的把兩個直齒圓錐齒輪正確的約束在所設(shè)計的機架上面，再選擇SolidWorks中高級配合“齒輪配合”，精確的把兩個直齒圓錐齒輪約束在一起，為了保證齒輪嚙合的精確度，選擇“干涉檢驗”按鈕，即可有效檢驗出所裝配的齒輪中是否存在干涉現(xiàn)象。檢驗齒輪嚙合無干涉后把所設(shè)計的機架部分進行隱藏，這樣界面中所顯示的只有嚙合齒輪，便于觀察其運動情況。直齒圓錐齒輪傳動虛擬裝配如圖5所示。

表1 圓錐齒輪參數(shù)計算

圖3 直齒圓錐齒輪參數(shù)化設(shè)計界面

圖4 生成的圓錐齒輪模型

圖5 直齒圓錐齒輪虛擬裝配

4 正交齒輪傳動系統(tǒng)運動仿真

把直齒圓錐齒輪裝配圖打開，點擊 “模擬”按鈕→選擇“馬達”，設(shè)置好兩個圓錐齒輪的旋轉(zhuǎn)方向以及角速度值→選擇“計算模擬”，這樣兩個齒輪就按照所設(shè)置的方向和速度旋轉(zhuǎn)→選擇 “重播模擬”可以觀看模擬動畫，也可以通過選擇動畫控制里面的快速和慢速播放來控制其播放速度→點擊 “保存”按鈕，可以保存動畫的AVI格式。

利用Animator插件來編輯制作好的動畫?？梢宰詣由芍饼X圓錐齒輪在嚙合的過程當中零件的漸變效果，其原理如圖6所示。

圖6 正交齒輪傳動運動仿真原理

在動畫編輯區(qū)域，把時間欄放置在某位置，來設(shè)置零件的狀態(tài)，軟件能自動生成零件的漸變效果。

5 結(jié)語

本文通過SolidWorks三維實體造型軟件及VC++語言，實現(xiàn)對X5032銑床主傳動系統(tǒng)中正交齒輪的參數(shù)化設(shè)計及虛擬裝配，此參數(shù)化設(shè)計的方法為直齒圓錐齒輪提供了更為快捷和準確的設(shè)計方式，最后利用Animator插件對正交軸圓錐齒輪的傳動過程進行實時錄制，實現(xiàn)動態(tài)仿真，可以通過控制仿真視頻的速度對其嚙合狀況進行實時監(jiān)控，使設(shè)計人員能夠全方位地觀察圓錐齒輪的運動狀態(tài)。為立式銑床的傳動系統(tǒng)中正交齒輪的受力分析及其他的力學性能分析奠定了理論基礎(chǔ)。

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