基于Croe2.0的新型人字齿轮副的建模及动态仿真

中图分类号：TH132.413 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2014）01-0455-01

摘要：提出了一种利用人字齿轮消隙的机构，利用Croe 2.0三维设计软件，建立了齿轮副模型。研究了对渐开线斜齿轮进行参数化设计的方法，保证了齿形的准确性和高效性

前言

适当的齿侧间隙是传动机构正常工作的必要条件之一[1]。但是齿侧间隙的存在会给精密机电传动系统带来负面影响，本文提出了一种新型人字齿轮自动消隙机构。通过在Croe 2.0环境下可以根据渐开线齿形的生成原理来进行渐开线人字齿轮的精确造型， 同时还能实现其参数化建模， 实现了齿轮的系列化设计。

此外，用Croe 2.0对自动消隙机构进行动态仿1真，建立了人字齿轮自动消隙机构的三维模型，并将其装入新型齿轮副中，得到了相应点速度，加速度变化曲线。

1新型人字齿轮自动消隙机构原理

人字齿轮自动消隙机构与齿轮配合形式如图l所示。通过旋紧螺母固定挡环，使主动轮8、9处的弹簧5、11拉紧或压缩锥套6、10带动主动轮沿轴向移动，消除主动轮与从动轮1磨损引起的间隙，实现对人字齿轮间隙的自动消隙[2]。

2新型人字齿轮副三维模型的建立

2.1 斜齿轮渐开线的创建

渐开线是由一条线段绕齿轮的基圆旋转而成的曲线，渐开线的几何分析如图2所示，线段s绕圆弧旋转，其一端点A划过一条轨迹即为渐开线[3][4]。点（x，y）的坐标为xc=rcosθ， yc=rcosθ（r为基圆半径）。首先打开Croe 2.0软件，新建名称为gear_prt的文件，选择mmns_part_solid模式，进入零件设计环境，点击工具栏中的图标（曲线），在弹出的对话框中点击“从方程” “完成”，系统提示要选择笛卡尔坐标系，之后打开记事本，再次输入如图2所示的渐开线方程。

对于Croe 2.0中的关系式，系统存在一个变量t，t的变换范围为0～1，可以通过点B（xc，yc ）建立点A（x，y）的坐标，即为渐开线方程：

θ=90·θ，r=

s=pi·r · t/2

xc=rcosθ，yc=rsinθ

x=xc+s·sinθ，y=yc-s·cosθ，z=0

以上定义为XY平面上的渐开线方程，也可通过修改X，Y，Z的坐标关系来定义其他面的坐标方程。

2.2 斜齿轮传动的装配[5]

平行轴斜齿轮在端面内的啮合相当于直齿轮的啮合，所以其正确啮合的条件为端面模数及端面压力角相等。平行轴斜齿轮传动的两基圆柱螺旋角必须相等，β1=±β2，因外啮合齿轮的螺旋角大小相等，方向相反，而内啮合时方向相同，故式中负号用于外啮合，正号用于内啮合，于是得到平行轴斜齿轮正确啮合条件：

所以，对于所要装配的齿轮组，在建模的过程中应完全满足正确的啮合条件。

3运动仿真[6]

机构运动可以把静态设计转换为活动的虚拟模型，并借助动态仿真，观察它们如何动作。按照下面步骤建立运动仿真模型并分析结果：

（1）首先建立一个装配文件gear_asm， 选用mmns_asm_design模板。

（2）依次调入各齿轮、轴、锥套、弹簧和挡环等零件， 利用“元件放置”中销钉的连接方式建立人字轮连接。然后进入机构模块进行动态仿真，首先定义两个齿轮副把gearpair1、gearpair2与gearpair3链接， 然后利用拖动按钮确定齿轮传动的正确位置，在人字齿轮的旋转轴上定义伺服电动机ServoMotor1，定义转速，再建立Analysis Definition1 设定仿真时间、帧数、帧间隔、仿真的初始状态，然后点击运行按钮以查看运动状态。可以看出，驱动件逆时针旋转，带动斜齿轮顺时针转动，如图4所示。

（3） 打开“测量结果”对话框， 建立所需要的位置、速度和加速度等相关测量，并选择适当的评估方法，输出测量结果曲线。如图4所示（从上到下依次为图3测量点的位移、速度、加速度曲线）。

4结论

本文研究了在Croe 2.0平台下建立标准渐开线人字齿轮的参数化设计方法[7]，分析了新型人字齿轮自动消隙机构原理，根据三维模型的建立和动态仿真的结果，为以后对该机构进行参数化设计等更深人的研究提供了理论依据。

参考文献：

[1]现代机械传动手册编辑委员会.现代机械传动手册[M].北京：机械工业出版社，2002：21-100.

[2]邱金林.一种简单轴向弹性错齿消隙法[J].杭州机械，2000（2）：17-20.

[3]屈毅，葛正浩.基于PRO/E斜齿轮传动的建模、装配及受力分析[J]. 陕西科技大学学报，2011（2）：81-84

[4]郑文纬，吴克坚.机械原理[M].北京：高等教育出版社，1997：157-166.

[5]詹友刚. Pro/ ENGINEE R 中文野火版3. 0 高级应用教程[ M] . 北京： 机械工业出版社， 2006.

[6]葛正浩， 朱 皞.基于Pro/E 3.0的直齿锥齿轮的建模及运动仿真[J]. 陕西科技大学学报，2008（5）：114-117.

[7]朱建勇.渐开线圆柱齿轮传动的优化设计[J].电子机械工程，2001：59-62.