基于Solidworks Motion斜齒圓柱齒輪機構(gòu)的動力學分析

齒輪傳動靠齒輪齒廓接觸傳遞空間軸間的運動和力，是機械傳動的重要組成部分，應用十分廣泛，具有效力高、傳動比穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠及壽命長等優(yōu)點。本文基于Solidworks Motion，對斜齒圓柱齒輪進行造型和裝配，然后進行實體接觸狀態(tài)動力學仿真。

一.問題描述
球磨機用單級減速器的一對斜齒圓柱齒輪傳動，已知小齒輪傳遞的額定功率P=9.5Kw，小齒輪轉(zhuǎn)速n1=730r/min，傳動比i=3.11，單向運轉(zhuǎn)，滿載工作時間35000h，傳動比誤差不超過5%。試設計該齒輪機構(gòu)，并進行動力學仿真。

二.問題分析
使用Solidworks自帶插件建立斜齒輪機構(gòu)模型，使用Motion進行動力學計算。涉及到的參數(shù)如下：
公共參數(shù)：



單齒輪參數(shù)：



三.Solidwors中斜齒輪建模

1）創(chuàng)建斜齒輪機構(gòu)各零件幾何模型
利用Solidwors自帶插件創(chuàng)建驅(qū)動斜齒輪，參數(shù)設置如下圖



為了方便之后兩斜齒的配合，創(chuàng)建基準面：第一基準為孔的臨時基準軸，第二基準為任意齒頂圓邊線的中點，設置方法如下，設置材料為普通碳鋼，另存為驅(qū)動齒輪。



參照驅(qū)動斜齒輪創(chuàng)建方法創(chuàng)建從動斜齒輪，參數(shù)設置如下圖



注：方向為左旋
參照驅(qū)動輪基準面的創(chuàng)建方法，為從動輪創(chuàng)建基準面，結(jié)果如下圖，設置材料為普通碳鋼，另存為從動齒輪。



為便于齒輪的裝配，創(chuàng)建從動斜齒輪的轉(zhuǎn)動軸，幾何尺寸：直徑120mm，高度68mm，如下圖所示。材料設置為碳鋼，另存為轉(zhuǎn)軸。



2）裝配斜齒圓柱齒輪機構(gòu)
插入驅(qū)動齒輪，設置配合：驅(qū)動齒輪孔的臨時基準軸與原點重合；端面與正視基準面距離34mm
插入轉(zhuǎn)軸，設置配合：轉(zhuǎn)軸圓柱面臨時基準軸與上視基準面重合；轉(zhuǎn)軸圓柱面臨時基準軸與驅(qū)動齒輪臨時基準軸距離170；端面與驅(qū)動齒輪端面重合，
插入從動齒輪，設置配合：從動齒輪圓柱面與轉(zhuǎn)軸圓柱面同心；端面與轉(zhuǎn)軸端面重合；其創(chuàng)建的基準面與驅(qū)動齒輪創(chuàng)建的基準面重合。
裝配完成后，結(jié)果如下圖所示：



四.斜齒輪機構(gòu)動力學分析

1）新建運動算例
以驅(qū)動軸孔為基準，創(chuàng)建馬達，大小為730PRM，參數(shù)如下圖所示：



設置接觸，參數(shù)如下圖



運動屬性設置如下：



根據(jù)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速，只需小齒輪轉(zhuǎn)一圈，所以只需拖動仿真時間到0.1s，開始計算運動算例。
2）結(jié)果分析及討論
計算完成后，查看驅(qū)動齒輪角速度如下圖：



從上圖可以看出，驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)速為4380度/s，這是給定的小齒輪轉(zhuǎn)速?？梢娦↓X輪的確在按照給定的速度在勻速轉(zhuǎn)動。
查看從動齒輪角速度如下圖：



首先對驅(qū)動齒輪的角速度進行理論計算。根據(jù)傳動比關(guān)系，計算出大齒輪的角速度如下：



如上圖可以看出，該齒輪開始速度為零，很快增加到一個數(shù)值，然后在該值附近小幅度波動，該值為1454，與理論計算結(jié)果差異很小。
本文沒有才用齒輪耦合副進行運動學仿真，那樣會得到更接近理論值得解。而是采用了齒輪相互接觸的動力學分析，兩則有著本質(zhì)的區(qū)別，當用齒輪副來建模齒輪機構(gòu)時，僅僅是表達幾何量之間的關(guān)系，所以只能得到運動學的量。而是實際情況是：用小齒輪推動大齒輪運動，所以這是是個動力學問題。這解釋了為什么上述曲線在零時刻附近，從動齒輪的角速度迅速增加到一個值，然后維持較小幅度的波動。因此這個結(jié)果更接近真實情況。如果想得到更精確的解，可以增加每秒的幀數(shù)，為從動齒輪添加適當?shù)淖枘帷?br />