王安陽 馬松宴

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引言

齒輪傳動中角度傳動被分為錐齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動、面齒輪傳動等多種傳動形式。面齒輪傳動裝置在體積、質(zhì)量、傳動速度、承載能力、噪聲、振動、可靠性等各方面均具有一定優(yōu)勢。在對比面齒輪與錐齒輪傳動中，可以發(fā)現(xiàn)：面齒輪的配對圓柱齒輪對軸向位置的誤差不敏感；傳動重合度更大，在空載情況下一般可以達到1.6～1.8，高達2以上[1]，在承載時會更高，特別是當面齒輪傳動中的小齒輪齒面是連續(xù)的螺旋面時；將面齒輪傳動應(yīng)用到減速器中時，質(zhì)量相對同等錐齒輪傳動可減小35%左右；特別是面齒輪的小齒輪為直齒圓柱齒輪時，在傳動過程中小齒輪沒有受到軸向力的作用，可以簡化支撐，減輕傳動裝置的質(zhì)量[2]。面齒輪的上述優(yōu)點使得其在緊湊的發(fā)動機執(zhí)行器設(shè)計中得到越來越廣泛的使用。

在以往的運動包絡(luò)設(shè)計中，需要三維設(shè)計軟件和Matlab協(xié)同操作，增加了對設(shè)計者操作技能的要求。在Creo軟件中，機構(gòu)運動仿真以參數(shù)的形式輸出，生成運動零部件的運動軌跡和空間體積。面齒輪的嚙合可以看做刀具齒輪在面齒輪坯上做公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)運動，在Creo中使用運動分析創(chuàng)建刀具齒輪的運動包絡(luò)，再利用軟件中的導入數(shù)據(jù)修復模式抽取刀面，此曲面即是與刀具運動曲面共軛的齒槽曲面，切出齒槽部分并陣列即可得到端面螺旋齒輪。

1 設(shè)計傳動比和刀具齒輪

1.1 設(shè)計用傳動比和刀具齒輪

根據(jù)某項目的實際需求，傳動比設(shè)計為i=45∶9。刀具齒輪為圓柱螺旋齒輪，參數(shù)見表1（為減少數(shù)據(jù)計算量，進行單齒雙面建模，如圖1所示）[3]。

表1 刀具齒輪參數(shù)表

圖1 刀具齒輪單齒雙面建模

1.2 刀具布置示意圖

刀具齒輪運動分析[4]：

1）繞端面螺旋齒輪軸線的公轉(zhuǎn)運動；

2）繞刀具軸線的自轉(zhuǎn)運動。

刀具齒輪與端面齒輪毛坯分度圓面相切，a0=（m×Zasm）/2=4.5，偏心距r0=3。設(shè)置端面齒輪毛坯內(nèi)徑 rmin=φ55，rmax=φ65，如圖 2所示。

圖2 刀具布置示意圖

2 Creo機構(gòu)運動模式的設(shè)定

圖4 刀具齒輪伺服電機設(shè)置

進入Creo機構(gòu)設(shè)計程序，為刀具齒輪銷約束旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置伺服電機[5]，如圖3、4所示。根據(jù)傳動比計算刀具齒輪公轉(zhuǎn)、自制轉(zhuǎn)速分別為2°/s，順時針方向；10°/s，順時針方向。圖示右手大拇指指向藍色箭頭，四指彎曲方向即為速度方向。

返回裝配模式，設(shè)置刀具齒輪初始運動位置，使其靠近端面齒輪毛坯，并截取狀態(tài)“snapshot1”作為機構(gòu)分析定義的初始配置，如圖5所示。

圖5 設(shè)置運動分析的初始配置

定義機構(gòu)分析，設(shè)置“終止時間：10”，電動機“自開始至終止”，設(shè)置運行時間，使刀具齒輪在端面齒輪毛坯上剛好劃過一個齒槽，如圖6所示。

圖6 機構(gòu)分析定義

運行機構(gòu)分析，勾選“創(chuàng)建運動包絡(luò)”，“包絡(luò)質(zhì)量”設(shè)置為10（受限于計算機性能，本文以7為例，質(zhì)量每上升1，網(wǎng)格細化增加一倍），如圖7所示。另存文件為*.igs。

打開刀面文件，進入IDD模式刪除多余曲面，修復間隙和重疊曲面。陣列刀面并實體化切出齒槽[6]，如圖8所示。

圖8 生成刀面和齒槽

3 結(jié)論

Creo機構(gòu)分析模式為端面螺旋齒輪模擬刀具運動過程進行了精細的模擬，并能生成高精度的包絡(luò)運動曲面。

Creo導入數(shù)據(jù)診斷IDD模式提供了編輯、修復復雜曲面的有效工具，使得單一三維軟件進行運動包絡(luò)再編輯成為了可能。

設(shè)計布置過程中的可視化與軟件的全參數(shù)化，使得設(shè)計者能夠直觀地發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程中存在的設(shè)計干涉等缺陷，通過對刀具參數(shù)、布置參數(shù)的調(diào)整可以迅速得到多組設(shè)計結(jié)果。