基于Solidworks Motion斜齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析

齒輪傳動(dòng)靠齒輪齒廓接觸傳遞空間軸間的運(yùn)動(dòng)和力，是機(jī)械傳動(dòng)的重要組成部分，應(yīng)用十分廣泛，具有效力高、傳動(dòng)比穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。本文基于Solidworks Motion，對(duì)斜齒圓柱齒輪進(jìn)行造型和裝配，然后進(jìn)行實(shí)體接觸狀態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真。

一.問(wèn)題描述
球磨機(jī)用單級(jí)減速器的一對(duì)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，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(dòng)比i=3.11，單向運(yùn)轉(zhuǎn)，滿載工作時(shí)間35000h，傳動(dòng)比誤差不超過(guò)5%。試設(shè)計(jì)該齒輪機(jī)構(gòu)，并進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真。

二.問(wèn)題分析
使用Solidworks自帶插件建立斜齒輪機(jī)構(gòu)模型，使用Motion進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)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(jī)構(gòu)各零件幾何模型
利用Solidwors自帶插件創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)斜齒輪，參數(shù)設(shè)置如下圖



為了方便之后兩斜齒的配合，創(chuàng)建基準(zhǔn)面：第一基準(zhǔn)為孔的臨時(shí)基準(zhǔn)軸，第二基準(zhǔn)為任意齒頂圓邊線的中點(diǎn)，設(shè)置方法如下，設(shè)置材料為普通碳鋼，另存為驅(qū)動(dòng)齒輪。



參照驅(qū)動(dòng)斜齒輪創(chuàng)建方法創(chuàng)建從動(dòng)斜齒輪，參數(shù)設(shè)置如下圖



注：方向?yàn)樽笮?br /> 參照驅(qū)動(dòng)輪基準(zhǔn)面的創(chuàng)建方法，為從動(dòng)輪創(chuàng)建基準(zhǔn)面，結(jié)果如下圖，設(shè)置材料為普通碳鋼，另存為從動(dòng)齒輪。



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



2）裝配斜齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)
插入驅(qū)動(dòng)齒輪，設(shè)置配合：驅(qū)動(dòng)齒輪孔的臨時(shí)基準(zhǔn)軸與原點(diǎn)重合；端面與正視基準(zhǔn)面距離34mm
插入轉(zhuǎn)軸，設(shè)置配合：轉(zhuǎn)軸圓柱面臨時(shí)基準(zhǔn)軸與上視基準(zhǔn)面重合；轉(zhuǎn)軸圓柱面臨時(shí)基準(zhǔn)軸與驅(qū)動(dòng)齒輪臨時(shí)基準(zhǔn)軸距離170；端面與驅(qū)動(dòng)齒輪端面重合，
插入從動(dòng)齒輪，設(shè)置配合：從動(dòng)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(zhǔn)面與驅(qū)動(dòng)齒輪創(chuàng)建的基準(zhǔn)面重合。
裝配完成后，結(jié)果如下圖所示：



四.斜齒輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析

1）新建運(yùn)動(dòng)算例
以驅(qū)動(dòng)軸孔為基準(zhǔn)，創(chuàng)建馬達(dá)，大小為730PRM，參數(shù)如下圖所示：



設(shè)置接觸，參數(shù)如下圖



運(yùn)動(dòng)屬性設(shè)置如下：



根據(jù)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速，只需小齒輪轉(zhuǎn)一圈，所以只需拖動(dòng)仿真時(shí)間到0.1s，開(kāi)始計(jì)算運(yùn)動(dòng)算例。
2）結(jié)果分析及討論
計(jì)算完成后，查看驅(qū)動(dòng)齒輪角速度如下圖：



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



首先對(duì)驅(qū)動(dòng)齒輪的角速度進(jìn)行理論計(jì)算。根據(jù)傳動(dòng)比關(guān)系，計(jì)算出大齒輪的角速度如下：



如上圖可以看出，該齒輪開(kāi)始速度為零，很快增加到一個(gè)數(shù)值，然后在該值附近小幅度波動(dòng)，該值為1454，與理論計(jì)算結(jié)果差異很小。
本文沒(méi)有才用齒輪耦合副進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，那樣會(huì)得到更接近理論值得解。而是采用了齒輪相互接觸的動(dòng)力學(xué)分析，兩則有著本質(zhì)的區(qū)別，當(dāng)用齒輪副來(lái)建模齒輪機(jī)構(gòu)時(shí)，僅僅是表達(dá)幾何量之間的關(guān)系，所以只能得到運(yùn)動(dòng)學(xué)的量。而是實(shí)際情況是：用小齒輪推動(dòng)大齒輪運(yùn)動(dòng)，所以這是是個(gè)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。這解釋了為什么上述曲線在零時(shí)刻附近，從動(dòng)齒輪的角速度迅速增加到一個(gè)值，然后維持較小幅度的波動(dòng)。因此這個(gè)結(jié)果更接近真實(shí)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(dòng)齒輪添加適當(dāng)?shù)淖枘帷?br />