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摆线针轮减速机

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摆线针轮减速机

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摆线针轮减速器的建模与仿真

发布时间:2015-05-18 13:08:00 点击:


摘要: 针对矿用绞车中的摆线针轮减速器,利用Pro/E 创建参数化实体模型,建立了其三维  模  型。通过动力学仿真分析,对其主要部件进行运动仿真,为摆线针轮减速器的创新设计、分析和制造提供理论依据。
      
        摆线针轮减速器是矿用绞车中一个重要机械传动机构,具有减速比大、传动效率高、寿命长、运转平稳可靠、拆装方便等优点,已广泛地应用到建筑、船舶、石油化工、冶金矿山、起重运输、纺织印染和工程机械等各个领域中的驱动和减速装置。其中摆线针轮是减速器中的核心部件,它的结构和运动状态对减速器的使用寿命有较大的影响,因此对摆线针轮的运动仿真分析很有必要。
       本文基于动力学理论, 利用Pro/E 建立了摆线针轮的实体模型,对其主要部件在高速、负载的运转条件下进行运动仿真,进而分析各传动部件对减速器的影响因素,为摆线针轮减速器的创新设计提供可参考的理论依据。
      
1    摆线针轮减速器模型的前处理
 1.1 摆线针轮减速器的传动机构
       摆线行星轮主要由4 部分组成:
    (1)输入机构由输入轴和双偏心套组成。双偏心套的2 个质心在同一个轴向平面内呈180°对
称布置,并用键与输入轴相联接;
    (2)行星摆线轮按运动要求,一个摆线轮可以实现转动,但为了达到输入轴的静平衡和提高支承零件的承载能力,在偏心套上必须装2 个完全相同的奇数齿的摆线轮。为了减少摆线轮和双偏心套间的摩擦损失,其间装有滚动轴承,以偏心套的外圆及摆线轮内孔作为轴承的滚道;
    (3)针轮其齿形为圆柱形针齿,由针齿销和针齿套组成。针齿销固定在针齿壳上,销上装有可转动的针齿套,以减少与摆线轮轮齿之间的摩擦损失;
    (4)输出机构它由输出轴和装在轴上的一组柱销和柱销套所组成,为了实现将摆线轮的自转
运动传给具有固定轴线的输出轴, 同时又要使输出轴与输入铀在同一轴线, 整个传动机构如图1所示。
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  1.2   摆线针轮的结构组成
          摆线针轮行星传动基本构件是中心轮、偏心轮、摆线轮、针齿销、针齿套、销柱和销套等,摆线轮的齿廓为短副外摆线如图2 所示。
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 2   摆线针轮减速器模型的创建
        在Pro/E 中建立输入轴、摆线轮、输出轴、双偏心套、行星轮、柱销和针齿销的实体模型,并将各个零件装配成装配体,以下分别以输入轴和摆线轮为例说明创建过程。
 2.1   花键输入轴的创建
         在整个创建过程中用了大概10 个特征, 创建过程如下:(1)先利用旋转命令,大致形成花键轴外型;(2)倒角;(3)拉伸出电机槽;(4)用特征操作命令来复制第3 步创建的特征;(5)创建花键轴与偏心套联接的键槽;(6)完成一个齿后,用阵列完成其余齿形,最终得到花键输入轴实体图,如图3 所示。
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  2.2   摆线轮的创建
           利用Pro/E 的程序设计功能编辑好各参数之间的对应关系, 然后使用轮齿廓方程式生成曲线功能,即可生成摆线轮齿廓曲线,进而建立摆线轮的实体模型。
         (1)创建摆线轮理论齿廓摆线轮是整个摆线针轮减速器的关键部件,它直接关系到减速器的性能,制造工艺相当复杂和严格, 同样在Pro/E 里面创建摆线轮也是关系整个减速器仿真的最重要的一步,所以在做整个摆线轮的过程中,一些重要的曲线都是用方程来生成。
                             摆线轮齿廓的曲线方程为
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        用同样方法从方程建立样条曲线,把方程按照Pro/E 要求的格式键入记事本,然后生成曲线如图4所示。
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   (2) 创建摆线轮实体齿形
              把第1 个生成的摆线轮理论齿廓曲线隐藏,然后在拉伸命令下进入到草绘状态,用通过边创建图元来建立实际摆线轮齿廓, 选择对称的拉伸方式,形成图5。用去除材料、复制、阵列和倒角等命令最终完成摆线轮造型如图6。
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3    摆线针轮减速器的连接装配
        装配目的就是完成各个组件之间的约束,对部件之间的位置放置不是太严格,在没有完全约束的情况下仍可实现。而连接直接的结果是运动仿真,需要严格的定义, 同种部件和不同部件连接时,放置的参照必须一样,必须满足要求才允许放到组件里, 摆线针轮减速器的连接组装的过程如下: 依据动力输入到输出的先后过程, 先从花键输入轴开始,然后依次是偏心套、轴承、摆线针轮、转臂轴、销轴销套集装和滚筒集装,整体装配如图7 所示。反映装配体各零件问装配关系的爆炸图如图8 所示。
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4    运动仿真   
        连接装配完成后,通过定义:①销套和摆线轮销孔之间的运动幅; ②针齿套和摆线轮的运动幅;
③伺服电机。以花键输入轴的轴线作为联接轴来定义伺服电机,点击运行分析按钮,确定好各种参数,然后运行。运行分析完以后,无机械故障,然后点回放以前的运行分析按钮,保存运行的过程,系统会自己生成一个运行文件,从而实现摆线针轮的运动仿真模型,如图9 所示。
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5    结语
     (1)文中针对摆线针轮减速器,重点介绍了其主要零部件摆线针轮和花键输入轴的三维建模,并完成了总体装配;
     (2)Pro/E 的运动仿真可以检查各个零件之间的干涉,可以得出速度和位移的曲线,可用于摆线针轮减速器的优化设计。


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