行星轮系虚拟装配及动态仿真.doc

行星轮系的虚拟装配与动态仿真

河北天择重型机械有限公司（河北 邯郸 056200） 刘 刚

在多个齿轮所组成的齿轮系中至少有一个齿轮是绕着其他齿轮旋转，则这种齿轮系称为周转轮系，在周转轮系中如图1所示的行星轮系是实际机械中采用最多的结构。但是，行星轮的运动是绕自身轴线自转和绕太阳轮轴线公转的复合运动，平面绘图难以表达，且传动比的计算也比较复杂。本文运用SolidWorks实现了行星轮系的实体建模和动态模拟，使抽象的问题直观化。

图1 行星轮系简图
1 行星轮系的虚拟装配技术
（1）基于特征的实体建模
行星轮系零部件的三维实体建模是虚拟装配的基础。运用三维制图软件SolidWorks，建立行星轮系零部件的实体模型。在SolidWorks的标准菜单中包含了草图绘制工具栏和特征工具栏，合理运用特征造型技术设计出齿轮轴、键和行星架的实体模型。Solidworks开发出了齿轮造型的程序，只需从右侧设计库的工具箱栏中打开齿轮文件，在左侧输入所需的齿轮和内齿圈参数，计算机就可以自动生成固定轮、太阳轮和行星轮的实体模型，见图2。

图2 齿轮的实体建模过程
（2）虚拟装配的设计过程
单击“新建”按钮，打开一个装配体文件。由于SolidWorks默认第一个插入的零件是固定的，不能运动，其他的零件都是以它为装配参照体，因此应先插入固定轮，再插入太阳轮、行星轮、行星架、齿轮轴和键。插入全部零件后，选择“配合”按钮，利用同轴心、重合等标准配合，精确地把各零件约束在准确的位置，最后运用高级配合中“齿轮配合”将太阳轮和行星轮约束在一起，行星轮系的装配图如图3所示。

图3 行星轮系的装配图
2 行星轮系的动态模拟及动画制作
行星轮系中包含转动的行星架，只有正确地计算太阳轮和行星架的传动比i1H，然后按照i1H输入太阳轮和行星架角速度，才能准确模拟出行星轮的运动轨迹，否则，行星轮不能运动。我们在行星轮系上加一个公共的角速度使行星架相对静止，然后运用定轴轮系的传动比公式得：
i1H=1+Z3/Z1 （Z1：太阳轮齿数；Z3：固定轮齿数）
在装配体文件中，单击“模拟”按钮，选择“旋转马达”，分别设置太阳轮和行星架的旋转方向和角速度。再选择“计算模拟”，太阳轮、行星轮和行星架就按照各自的旋转规律运动起来。最后，选择“重播模拟”观看模拟动画，单击动画控制器中“保存”按钮将制作的动画以AVI格式保存。
我们还可以用Animator插件来编辑动画。首先，启动Animator插件，单击“工具”菜单，选择“插件”弹出插件对话框，单击SolidWorks Animator前的选项栏，工作区底部就会出现Animator的工具栏。选择“动画”标签切换到动画操作界面，在Animator工具栏上，单击“动画向导”按钮，选择“物理模拟”，重播刚才制作的动画。在动画编辑区域，把时间栏放置在某位置，将行星架设置为隐藏，软件能自动生成零件的渐变效果，生动地描述行星架从有到无的动态过程。
3 总结
本文运用SolidWorks三维建模技术，对行星轮系的零部件进行了实体建模和虚拟装配，并且动态模拟了行星轮系的运动过程，使设计人员能够清晰地观察行星轮系的运动状态，加深了对行星轮系的理解。

作者简介：刘刚（1981－），男，学士学位，助理工程师。2006年毕业于河北理工大学，机械设计制造及其自动化专业，现在河北天择重型机械有限公司从事煤矿机械设计开发工作。
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