齿轮系的运动分析.docx

16.2齿轮系的运动分析
齿轮系由曲轴齿轮、惰齿轮和凸轴齿轮。本例要模拟三个齿轮键的运动。
（1）设置齿轮系的连接。须分别定义简易曲轴齿轮、简易惰性轮、简易凸轮轴齿轮与简易机体之间的旋转运动副。
（2）设置齿轮副连接。定义曲轴齿轮与惰齿轮之间、凸轮轴齿轮与惰齿轮之间的齿轮副连接。
（3）模拟仿真。
（4）运动分析。
16.2.1设置齿轮系的连接
1.新建组文件
（1）点击“开始”选取“机械设计”中的“装配件设计”模块。
（2））进入装配件设计模块后，点击添加现有组件图标，再点击模型树上的Product1图标，此时会出现文件选择对话框，按住Ctrl键，分别选取“Chapter16/ duo-gear.CATPart、qu-zhou-gear.CATPart、tu-lun-gear.CATPart、duolunzhou.CATproduct、jianyi-quzhou.CATpart、jianyi-tulunzhou. CATPart、jianyi-jizuo. CATpart”，将这些零件体载入到Product1中.
(3) 此时，零件体载入后重合到一起，点击分解图标，出现分解对话框,然后点击模型树上的Product1,点击确定，此时弹出警告对话框，警告各零件的位置会发生变，点击警告对话框的按钮“是”，我们会发现各个零件分解开来。如图16-101所示。

图16-101 分解重和的各个零件
2.设置各简易齿轮轴与简易机座之间的运动连接
（1）点击“开始”选取“数字模型”中的“DMU Kinematics（数字模型运动）”模块，进入模型运动工作台。
（2）单击“Kinematics Joint(运动饺)”工具栏中的“Revolnte Joint(旋转铰)”按钮，弹出“Joint Creation: Revolute(生成旋转铰)”对话框。如图16-101所示。

图16-101 “Joint Creation: Revolute(生成旋转铰)”对话框
（3）单击对话框中的“New Mechanism(新运动机构)“按钮弹出“Mechanism Creation(生成运动机构)”对话框，单击对话框中的“确定”按钮，按照对话框中的默认机构名称“Mechanism.1”生成新的运动机构。同时“Mechanism Creation(生成运动机构)”对话框被关闭，回到“Joint Creation:Revolute(生成旋转铰)”对话框。
（4）在图形区内选择简易曲轴中心线与相对应的简易机座孔的中心线，如图16-102所示。然后选择简易曲轴的一个端面与简易机座孔相对应的一个端面，如图16-103所示，此时“Joint Creation:Revolute(生成旋转铰)”对话框的各项内容如图16-104所示。然后单击对话框中的“确定”按钮生成旋转铰。零件按铰配合在一起，同时在模型树中出现和铰的名称，如图16-105所示。

图16-102 选择简易曲轴中心线与相对应的 图16-103选择简易曲轴的一个端面与
简易机座孔的中心线 简易机座孔相对应的一个端面

图16-104 “Joint Creation:Revolute(生成旋转铰)”对话框的更新的内容

图16-105 模型树上出现新的铰
（5）单击“Kinematics Joint(运动饺)”工具栏中的“Revolnte Joint(旋转铰)”按钮，弹出“Joint Creation: Revolute(生成旋转铰)”对话框。
（6）在图形区内选择简易惰轮轴轴中心线与相对应的简易机座孔的中心线，如图16-106所示。然后选择简易惰轮轴的一个端面与简易机座孔相对应的一个端面，如图16-107所示，然后单击“Joint Creation: Revolute(生成旋转铰)”对话框中的“确定”按钮，生成旋转铰。零件按铰配合在一起，同时在模型树中出现和铰的名称。

图16-106 选择简易惰轮轴轴中心线与 图16-107 选择简易惰轮轴的一个端面与
相对应的简易机座孔的中心线 简易机座孔相对应的一个端面
（7）单击“Kinematics Joint(运动饺)”工具栏中的“Revolnte Joint(旋转铰)”按钮，弹出“Joint Creation: Revolute(生成旋转铰)”对话框。
（8）在图形区内选择简易凸轮轴轴中心线与相对应的简易机座孔的中心线，如图16-108所示。然后选择简易凸轮轴的一个端面与简易机座孔相对应的一个端面，如图16-109所示，然后单击“Joint Creation: Revolute(生成旋转铰)”对话框中的“确定”按钮，生成旋转铰。零件按铰配合在一起，同时在模型树中出现和铰的名称。

图16-108 选择简易凸轮轴轴中心线与 图16-109 然后选择简易凸轮轴的一个端面
相对应的简易机座孔的中心线 与简易机座孔相对应的一个端面
3.设置各齿轮与各相对应的简易齿轮轴的运动连接
（1）单击“Rigid Joint(刚性连接)”按钮，弹出“Joint Creation:Rigid(生成刚性连接)”对话框，如图16-110所示。

图16-110 “Joint Creation:Rigid(生成刚性连接)”对话框
（2）在图形区上分别选择简易曲轴和曲轴齿轮，“Joint Creation:Rigid(生成刚性连接)”对话框内容被更新，显示出所选择的零件名称，如图16-111所示。

图16-111 “Joint Creation:Rigid(生成刚性连接)”对话框内容被更新
（3）单击对话框中的“确定“按钮，生成刚性连接。零件刚性连接配合在一起。同时在模型树上出现刚性铰的名称。如图16-112所示。

图16-112 模型树上出现新的铰
（4）按照同样的方法分别将简易惰轮轴与惰齿轮、简易凸轮轴与凸轮齿轮进行刚性连接，模型树上的铰的名称如图16-113所示。

图16-113 模型树上出现新的铰
（5）点击“开始”选取“机械设计”中的“装配件设计”模块，对各简易齿轮轴与各齿轮之间进行位置约束。
（6）点击约束”工具栏中的“相合约束”图标，分别选择简易曲轴中心线及曲轴齿轮中心线，如图16-114所示。然后点击“约束”工具栏中的“偏移约束”图标，选择简易曲轴的一个端面及曲轴齿轮相对应的一个端面，如图16-115所示，此时出现“约束属性”对话框，如图16-116所示。将对话框中的“偏移”一栏改为“0mm”，点击“确定”按钮，完成简易曲轴端面和曲轴齿轮端面之间的偏移约束关系。点击“全部更新”按钮，完成简易曲轴与曲轴齿轮之间的约束，如图16-117所示。

图16-114 选择简易曲轴及曲轴齿轮中心线 图16-115选择简易曲轴及曲轴齿轮的一个端面

图16-116 “约束属性”对话框 图16-117完成约束后的位置
（7）按照同样的约束方法，依次将简易惰轮轴与惰齿轮、简易凸轮轴与凸轮齿轮之间进行位置约束，注意与各齿轮轴完成后的效果图如图16-118所示。

图16-118 完成后的各齿轮鱼齿轮轴间的位置关系
16.2.2设置齿轮副间的连接
（1）点击“开始”选取“数字模型”中的“DMU Kinematics（数字模型运动）”模块，进入模型运动工作台。
（2）单击“DMU Kinematics（数字模型运动）”工具栏中的“Revolnte Joint(旋转铰)”按钮右下方的箭头，出现“Kinematics Joint(运动饺)工具栏，单击“Roll Curve Joints(运动铰)”按钮，弹出“Joint Creation: Roll Curve Joints(生成滚动曲线铰)”对话框，如图16-119所示。

图16-119 “Joint Creation: Roll Curve Joints(生成滚动曲线铰)”对话框
（3）激活“Curve 1:”对话框，选择曲轴齿轮上的圆形曲线，如图16-120所示。然后再激活”Curve 2:”对话框，选择惰齿轮上的圆形曲线（注意：所选的两条曲线必须相接触，要求在“装备件设计”模块中将两条曲线的位置约束好），如图16-121所示。此时对话框中的内容已被更新，如图16-122所示，点击“确定”按钮，关闭对话框，同时模型树上出现滚动曲线运动铰的名称，如图16-123所示。

图16-120选择曲轴齿轮上的曲线 图16-121选择惰齿轮上的圆形曲线

图16-122 “Joint Creation: Roll Curve Joints”对话框内容更新

图16-123 模型树上出现新的铰
（4）按照同样的步骤，定义惰齿轮和凸轮齿轮之间的滚动曲线运动铰连接。在模型树上我们可以看到定义后的运动铰的名称。如图16-124所示。

图16-124 模型树上出现新的铰
16.2.3 模拟仿真
1.设置驱动
在模型树上双击曲轴与机座的运动铰，如图16-125，弹出弹出“Joint Creation: Revolute(生成旋转铰)”对话框，将“Angle driven(角度驱动)”一栏选上，如图16-125所示，点击“确定”按钮完成驱动设置。

图16-125 弹出弹出“Joint Creation: Revolute(生成旋转铰)”对话框
2.设置固定零件
（1）单击“DMU Kinematics（数字模型运动）”工具栏中的“Fixed part(固定零件)”按钮，弹出“New Fixed part(新固定零件)”对话框。
（2）在图形区上选择简易机座，如图16-126所示并点击“确定”按钮。
（3）单击“确定”后，则弹出一个“Information(消息)”对话框，提示现在设置的机构已经可以被模拟，如图16-127所示。单击对话框中的“确定”按钮，关闭对话框。

图16-126 选择简易机座 图16-127 “Information(消息)”对话框
3.模拟齿轮系传动
（1））单击“DMU Kinematics（数字模型运动）”工具栏中的“Simulation with Command(使用命令模拟)”按钮，弹出“Kinematics Simulation-Mechanism.1(运动模拟)”对话框，如图16-128所示。在对话框中拖动滑标改变角度范围，如图16-129所示。单击对话框中的“Play forward(向前演示)”按钮，四缸内燃机开始运动。

图16-128“Kinematics Simulation- 图16-129 改变角度范围
Mechanism.1(运动模拟)”对话框
16.2.4运动分析
1.定义时间关联的参数关系式
（1）在模型树上选择“机制.1”,如图16-130所示。

图16-130 选择“机制.1”
（2）单击“知识”工具栏中的“Formula(公式)”按钮，弹出“公式：机制.1”对话框，如图16-131所示。在对话框的“参数”文本框中选择第二个选项“机制.1\命令\命令.1\角度”，单击“添加公式”按钮，定义角度与时间的关系。

图16-131 “公式：机制.1”对话框
（3）单击“添加公式”按钮后，弹出“公式编辑器”对话框，如图16-132所示。

图16-132 “公式编辑器”对话框
（4）在“字典”列表框中选择“参数”选项，在“参数成员数”列表框中选择“时间”选项，在“时间成员数”列表框中显示“机制.1\KINTime”。双击“机制.1\KINTime”，则“机制.1\KINTime”直接进入公式编辑文本框中，如图16-133所示。

图16-133 编辑的角度与时间关系公式
（5）在后边继续输入“/1s*36deg”,其物理意义是运动角速度为36deg/1s,因为速度前面的时间单位是s，因此，要与角度单位一致，需要将速度除以时间1s，然后再乘以角度单位。单击公式编辑器中的“确定”按钮，完成公式编辑，回到“公式：机制.1”对话框。
（6）单击对话框中的“确定”按钮，生成公式，并且在模型树中显示公式的名称和表达式，如图16-134所示。

图16-134模型树中显示公式的名称和表达式
2.生成运动轨迹
（1）单击“DMU Generic Animation(数字模型通用动画)”工具栏中的“Trace(轨迹)”按钮，弹出“Trace(轨迹)”对话框，如图16-135所示。
（2）在图形上选择凸轮齿轮上的一点，如图16-136所示。
（3）在对话框中激活“Reference product(参考产品)”文本框。然后在图形区选择机座缸套为参考件，如图16-137所示
（4）单击对话框中的“确定”按钮，关闭对话框，同时机器开始计算所选点的轨迹路线，计算完毕后，直接显示出来，如图16-138所示

图16-135 “Trace(轨迹)”对话框 图16-136选择凸轮齿轮上的一点

图16-137选择简易机座为参考零件 图16-138所选点的运动轨迹
3.测量速度、加速度
（1）单击“DMU Kinematics（数字模型运动）”工具栏中的“Speed and Acceleration(速度和加速度)”按钮，弹出“Speed and Acceleration(速度和加速度)”对话框，如图16-139所示。

图16-139 “Speed and Acceleration(速度和加速度)”对话框
（2）激活对话框中的“Reference product(参考产品)”文本框，然后在图形区选择缸套零件，如图16-140所示。
（3）激活对话框中的“Point selection (点选择)”文本框与生成轨迹中所选择的相同的点，如图16-141所示。

图16-140选择简易机座 图16-141选择凸轮齿轮上的一个点
（4）选择后，对话框中的两个文本框都相应地更新显示，如图16-143所示。

图16-142“Speed and Acceleration(速度和加速度)”对话框已更新
（5）单击“DMU Kinematics（数字模型运动）”工具栏中的“Simulation with Laws(用规则模拟)”按钮，弹出“Kinematics Simulation –Mechanism.1(运动模拟)”对话框，如图16-143所示。

（6）勾选“Kinematics Simulation –Mechanism.1(运动模拟)”对话框中的“Activate sensor(激活传感器)”复选框，弹出“Sensor(传感器)”对话框，如图16-144所示。单击对话框中“Selection(选择)”选项卡，在列表框中单击“速度-加速度.1\线性速度”和“速度-加速度.1\线性加速度”选项卡，单击后，两个参数的状态由“否”改为“是”。

图16-143 “Kinematics Simulation –Mechanism.1(运动模拟)”对话框

图16-144 “Sensor(传感器)”对话框
（7）单击“Outputs(输出)”选项组中的“Option(选项)”按钮，弹出“Graphical Representation Option(代表图形曲线选项)”对话框。点选“Versus time(与时间的关系)”单选扭，绘制速度和加速度随时间变化的曲线。单击对话框中的“关闭”按钮，关闭对话框。
（8）在“Sensor(传感器)”对话框中选择“瞬间值”选项卡。单击“Kinematics Simulation –Mechanism.1(运动模拟)”对话框中的“Play forward(向前演示)”按钮，开始模拟活塞运动。在“Sensor(传感器)”对话框中的“瞬间值”选项卡下，列表框中显示的内容随模拟进程更新。
（9）单击“Sensor(传感器)”对话框中的“Graphics(图形)”按钮，出现“Sensor Graphical Representation(图形曲线)”窗口，绘制出速度和加速度随时间的变化曲线，如图16-145所示。

16-145 速度和加速度随时间变化的曲线