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擺線針輪減速器的建模與仿真

2022年05月26日 16:07:40人氣：923來源：江蘇泰強(qiáng)減速機(jī)有限公司

　　摘要：針對礦用絞車中的擺線針輪減速器，利用Pro/E 創(chuàng)建參數(shù)化實(shí)體模型，建立了其三維模型。通過動力學(xué)仿真分析，對其主要部件進(jìn)行運(yùn)動仿真，為擺線針輪減速器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)、分析和制造提供理論依據(jù)。

　　擺線針輪減速器是礦用絞車中一個(gè)重要機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，具有減速比大、傳動效率高、壽命長、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠、拆裝方便等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛地應(yīng)用到建筑、船舶、石油化工、冶金礦山、起重運(yùn)輸、紡織印染和工程機(jī)械等各個(gè)領(lǐng)域中的驅(qū)動和減速裝置。其中擺線針輪是減速器中的核心部件，它的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動狀態(tài)對減速器的使用壽命有較大的影響，因此對擺線針輪的運(yùn)動仿真分析很有必要。

　　本文基于動力學(xué)理論，利用Pro/E 建立了擺線針輪的實(shí)體模型，對其主要部件在高速、負(fù)載的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下進(jìn)行運(yùn)動仿真，進(jìn)而分析各傳動部件對減速器的影響因素，為擺線針輪減速器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供可參考的理論依據(jù)。

　　1 擺線針輪減速器模型的前處理

　　1.1 擺線針輪減速器的傳動機(jī)構(gòu)

　　擺線行星輪主要由4 部分組成：

　　(1)輸入機(jī)構(gòu)由輸入軸和雙偏心套組成。雙偏心套的2 個(gè)質(zhì)心在同一個(gè)軸向平面內(nèi)呈180°對

　　稱布置，并用鍵與輸入軸相聯(lián)接；

　　(2)行星擺線輪按運(yùn)動要求，一個(gè)擺線輪可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動，但為了達(dá)到輸入軸的靜平衡和提高支承零件的承載能力，在偏心套上必須裝2 個(gè)*相同的奇數(shù)齒的擺線輪。為了減少擺線輪和雙偏心套間的摩擦損失，其間裝有滾動軸承，以偏心套的外圓及擺線輪內(nèi)孔作為軸承的滾道；

　　(3)針輪其齒形為圓柱形針齒，由針齒銷和針齒套組成。針齒銷固定在針齒殼上，銷上裝有可轉(zhuǎn)動的針齒套，以減少與擺線輪輪齒之間的摩擦損失；

　　(4)輸出機(jī)構(gòu)它由輸出軸和裝在軸上的一組柱銷和柱銷套所組成，為了實(shí)現(xiàn)將擺線輪的自轉(zhuǎn)

　　運(yùn)動傳給具有固定軸線的輸出軸，同時(shí)又要使輸出軸與輸入鈾在同一軸線，整個(gè)傳動機(jī)構(gòu)如圖1所示。

1.2 擺線針輪的結(jié)構(gòu)組成

　　擺線針輪行星傳動基本構(gòu)件是中心輪、偏心輪、擺線輪、針齒銷、針齒套、銷柱和銷套等，擺線輪的齒廓為短副外擺線如圖2 所示。

2 擺線針輪減速器模型的創(chuàng)建

　　在Pro/E 中建立輸入軸、擺線輪、輸出軸、雙偏心套、行星輪、柱銷和針齒銷的實(shí)體模型，并將各個(gè)零件裝配成裝配體，以下分別以輸入軸和擺線輪為例說明創(chuàng)建過程。

　　2.1 花鍵輸入軸的創(chuàng)建

　　在整個(gè)創(chuàng)建過程中用了大概10 個(gè)特征，創(chuàng)建過程如下：(1)先利用旋轉(zhuǎn)命令，大致形成花鍵軸外型；(2)倒角；(3)拉伸出電機(jī)槽；(4)用特征操作命令來復(fù)制第3 步創(chuàng)建的特征；(5)創(chuàng)建花鍵軸與偏心套聯(lián)接的鍵槽；(6)完成一個(gè)齒后，用陣列完成其余齒形，最終得到花鍵輸入軸實(shí)體圖，如圖3 所示。

2.2 擺線輪的創(chuàng)建

　　利用Pro/E 的程序設(shè)計(jì)功能編輯好各參數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，然后使用輪齒廓方程式生成曲線功能，即可生成擺線輪齒廓曲線，進(jìn)而建立擺線輪的實(shí)體模型。

　　(1)創(chuàng)建擺線輪理論齒廓擺線輪是整個(gè)擺線針輪減速器的關(guān)鍵部件，它直接關(guān)系到減速器的性能，制造工藝相當(dāng)復(fù)雜和嚴(yán)格，同樣在Pro/E 里面創(chuàng)建擺線輪也是關(guān)系整個(gè)減速器仿真的最重要的一步，所以在做整個(gè)擺線輪的過程中，一些重要的曲線都是用方程來生成。

　　擺線輪齒廓的曲線方程為

　　用同樣方法從方程建立樣條曲線，把方程按照Pro/E 要求的格式鍵入記事本，然后生成曲線如圖4所示。

(2) 創(chuàng)建擺線輪實(shí)體齒形

　　把第1 個(gè)生成的擺線輪理論齒廓曲線隱藏，然后在拉伸命令下進(jìn)入到草繪狀態(tài)，用通過邊創(chuàng)建圖元來建立實(shí)際擺線輪齒廓，選擇對稱的拉伸方式，形成圖5。用去除材料、復(fù)制、陣列和倒角等命令最終完成擺線輪造型如圖6。

3 擺線針輪減速器的連接裝配

　　裝配目的就是完成各個(gè)組件之間的約束，對部件之間的位置放置不是太嚴(yán)格，在沒有*約束的情況下仍可實(shí)現(xiàn)。而連接直接的結(jié)果是運(yùn)動仿真，需要嚴(yán)格的定義，同種部件和不同部件連接時(shí)，放置的參照必須一樣，必須滿足要求才允許放到組件里，擺線針輪減速器的連接組裝的過程如下：依據(jù)動力輸入到輸出的先后過程，先從花鍵輸入軸開始，然后依次是偏心套、軸承、擺線針輪、轉(zhuǎn)臂軸、銷軸銷套集裝和滾筒集裝，整體裝配如圖7 所示。反映裝配體各零件問裝配關(guān)系的爆炸圖如圖8 所示。

4 運(yùn)動仿真

　　連接裝配完成后，通過定義：①銷套和擺線輪銷孔之間的運(yùn)動幅； ②針齒套和擺線輪的運(yùn)動幅；

　?、鬯欧姍C(jī)。以花鍵輸入軸的軸線作為聯(lián)接軸來定義伺服電機(jī)，點(diǎn)擊運(yùn)行分析按鈕，確定好各種參數(shù)，然后運(yùn)行。運(yùn)行分析完以后，無機(jī)械故障，然后點(diǎn)回放以前的運(yùn)行分析按鈕，保存運(yùn)行的過程，系統(tǒng)會自己生成一個(gè)運(yùn)行文件，從而實(shí)現(xiàn)擺線針輪的運(yùn)動仿真模型，如圖9 所示。

5 結(jié)語

　　(1)文中針對擺線針輪減速器，重點(diǎn)介紹了其主要零部件擺線針輪和花鍵輸入軸的三維建模，并完成了總體裝配；

　　(2)Pro/E 的運(yùn)動仿真可以檢查各個(gè)零件之間的干涉，可以得出速度和位移的曲線，可用于擺線針輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：減速器滾動軸承伺服電機(jī)

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