王素粉

（三門(mén)峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，河南 三門(mén)峽 472000）

引言

正交齒輪傳動(dòng)是兩個(gè)圓錐齒輪兩正交軸之間的傳動(dòng)，其軸夾角∑為90°，用來(lái)傳遞正交軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種傳動(dòng)機(jī)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(dòng)系統(tǒng)中圓錐齒輪的嚙合過(guò)程明確地表達(dá)出來(lái)，X5032立式銑床主傳動(dòng)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)直接影響到銑床的銑削精度，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)其傳遞過(guò)程的立體描述及實(shí)時(shí)控制，本文利用三維造型軟件SolidWorks及VC++6.0對(duì)直齒圓錐齒輪進(jìn)行參數(shù)化建模，并對(duì)其傳動(dòng)進(jìn)行裝配，最后利用Animator插件進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，此參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法為直齒圓錐齒輪提供了更為快捷和準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)方式，使設(shè)計(jì)人員能夠全方位地觀察圓錐齒輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。為立式銑床的傳動(dòng)系統(tǒng)中正交齒輪的受力分析及其他的力學(xué)性能分析奠定了理論基礎(chǔ)。

1 X5032立式銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)分析

圖1是X5032銑床傳動(dòng)系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)包括主傳動(dòng)和進(jìn)給傳動(dòng)，主要分析主傳動(dòng)系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)I—II—III—IV四根軸上面的齒輪傳動(dòng)把動(dòng)力傳遞到第V根軸，那么，第V根軸在進(jìn)行力的傳遞時(shí)是通過(guò)直齒圓錐齒輪進(jìn)行的，把力的方向改變90°，傳遞到第VI根軸，最后到達(dá)主軸。在此傳遞的過(guò)程當(dāng)中，直齒圓錐齒輪不但起到了力的傳遞，還對(duì)力的方向進(jìn)行了改變，其傳遞效果直接影響到主軸運(yùn)轉(zhuǎn)的情況，影響到加工效果。

圖1 X5032銑床傳動(dòng)系統(tǒng)

2 正交直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的幾何參數(shù)計(jì)算及參數(shù)化建模

2.1 正交齒輪的幾何參數(shù)計(jì)算

X5032銑床主傳動(dòng)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(guò)基本參數(shù)計(jì)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(dòng)系統(tǒng)中直齒圓錐齒輪的基本參數(shù)相同，現(xiàn)只進(jìn)行其中一個(gè)齒輪的參數(shù)化建模，直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的基本尺寸如圖2所示，其參數(shù)計(jì)算公式如表1所示。

圖2 直齒圓錐齒輪傳動(dòng)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(duì)直齒圓錐齒輪的幾何參數(shù)計(jì)算，筆者利用VC++語(yǔ)言作為SolidWorks的二次開(kāi)發(fā)工具，對(duì)X5032立式銑床的主傳動(dòng)系統(tǒng)中的直齒圓錐齒輪進(jìn)行參數(shù)化建模，通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)的分析及計(jì)算公式的約束，利用VC語(yǔ)言進(jìn)行后臺(tái)支撐，生成參數(shù)計(jì)算的界面，如圖3所示，此計(jì)算過(guò)程有齒輪基本參數(shù)輸入端和齒輪參數(shù)計(jì)算端，通過(guò)修改齒輪的輸入?yún)?shù)可以生成新的齒輪，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化操作界面，同時(shí)可以生成齒輪的三維模型，X5032銑床主傳動(dòng)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(duì)其進(jìn)行裝配，裝配之前要先進(jìn)行機(jī)架的設(shè)計(jì)，這樣可以使得齒輪實(shí)現(xiàn)正確的嚙合。此設(shè)計(jì)過(guò)程為：點(diǎn)擊 “新建”，裝配體文件—插入機(jī)架—插入齒輪（依次插入兩個(gè)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(biāo)準(zhǔn)，可以很精確的把兩個(gè)直齒圓錐齒輪正確的約束在所設(shè)計(jì)的機(jī)架上面，再選擇SolidWorks中高級(jí)配合“齒輪配合”，精確的把兩個(gè)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(yàn)”按鈕，即可有效檢驗(yàn)出所裝配的齒輪中是否存在干涉現(xiàn)象。檢驗(yàn)齒輪嚙合無(wú)干涉后把所設(shè)計(jì)的機(jī)架部分進(jìn)行隱藏，這樣界面中所顯示的只有嚙合齒輪，便于觀察其運(yùn)動(dòng)情況。直齒圓錐齒輪傳動(dòng)虛擬裝配如圖5所示。

表1 圓錐齒輪參數(shù)計(jì)算

圖3 直齒圓錐齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)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(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真

把直齒圓錐齒輪裝配圖打開(kāi)，點(diǎn)擊 “模擬”按鈕→選擇“馬達(dá)”，設(shè)置好兩個(gè)圓錐齒輪的旋轉(zhuǎn)方向以及角速度值→選擇“計(jì)算模擬”，這樣兩個(gè)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(dòng)畫(huà)，也可以通過(guò)選擇動(dòng)畫(huà)控制里面的快速和慢速播放來(lái)控制其播放速度→點(diǎn)擊 “保存”按鈕，可以保存動(dòng)畫(huà)的AVI格式。

利用Animator插件來(lái)編輯制作好的動(dòng)畫(huà)?？梢宰詣?dòng)生成直齒圓錐齒輪在嚙合的過(guò)程當(dāng)中零件的漸變效果，其原理如圖6所示。

圖6 正交齒輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)仿真原理

在動(dòng)畫(huà)編輯區(qū)域，把時(shí)間欄放置在某位置，來(lái)設(shè)置零件的狀態(tài)，軟件能自動(dòng)生成零件的漸變效果。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)SolidWorks三維實(shí)體造型軟件及VC++語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)對(duì)X5032銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)中正交齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)及虛擬裝配，此參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法為直齒圓錐齒輪提供了更為快捷和準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)方式，最后利用Animator插件對(duì)正交軸圓錐齒輪的傳動(dòng)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)錄制，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)仿真，可以通過(guò)控制仿真視頻的速度對(duì)其嚙合狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，使設(shè)計(jì)人員能夠全方位地觀察圓錐齒輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。為立式銑床的傳動(dòng)系統(tǒng)中正交齒輪的受力分析及其他的力學(xué)性能分析奠定了理論基礎(chǔ)。

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