行星轮系的虚拟样机设计与分析.docx

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1、一行星轮系的结构组成和工作原理 31行星轮系 32工作特点 33运用场所 44工作原理 4二零件三维实体模型建立的方法 51主要齿轮类零件三维实体模型建立的方法（插件法Toolbox） 52典型零件三维实体模型建立的方法（直接造型法） 63其他零件三维实体模型建立方法简介 11三装配模型建立的方法和步骤 121生成新的装配体文档 122插入行星轮个各零件 123添加装配关系 124齿轮啮合的装配 13四装配模型的运动仿真分析 141打开装配体 142设置行星轮驱动力参数 143仿真计算 144查看结果 155生成AVI格式动画 15五 关键零件的 CAE（ SolidWorks Simulat

2、ion ） 151选定几何模型 152指定材质 153添加约束 164施力口载荷 165执行分析 176结果显示 17六 典型零件的CAM（软件SolidCAM错误交换致无法使用） 19七结论 19参考文献 2024一行星轮系的结构组成和工作原理1行星轮系是指只具有一个自由度的轮系。一个原动件即可确定执行件（行星齿轮）的运动，原动件通常为中心轮或系杆；即与行星齿轮直接接触的中心轮或系杆作 为原动件带动行星齿轮，一方面绕着行星轮自身轴线O1-O1自转，另一方面又随着构件H （即系杆）绕一固定轴线O-O （中心轮轴线）回转。行星轮系和差动轮系统称为周转轮系（一个周转轮系由三类构件组成1.一个系杆。

3、2. 一个或几个行星轮。3. 一个或几个与行星轮相啮合的中心轮。）。行星轮系中，两个中心轮有一个固定；差动轮系中，两个中心轮都可以 动（即F=2）。任务图2工作特点行星轮系是一种先进的齿轮传动机构,具有结构紧凑、体积小、质量小、承载能力大、传递功率范围及传动范围大、运行噪声小、效率高及寿命长等优点3运用场所行星轮系在国防、冶金、起重运输、矿山、化工、轻纺、建筑工业等部 门的机械设备中，得到越来越广泛的应用 4工作原理行星轮系主要由行星轮 g、中心轮k及行星架H组成。其中行星轮的个 数通常为26个。但在计算传动比时，只考虑 1个行星轮的转速，其余的行星 轮计算时不用考虑，称为虚约束。它们的作用是

4、均匀地分布在中心轮的四周，既 可使几个行星轮共同承担载荷，以减小齿轮尺寸；同时又可使各啮合处的径向分 力和行星轮公转所产生的离心力得以平衡，以减小主轴承内的作用力，增加运转 平稳性。行星架是用于支承行星轮并使其得到公转的构件。中心轮中，将外齿中 心轮称为太阳轮，用符号 a表示，将内齿中心轮称为内齿圈，用符号 b表示。二、 行星轮系的分类根据行星轮系基本构件的组成情况，可分为三种类型：2K-H型、3K型、K-H-V型。2K-H型具有构件数量少，传动功率和传动比变化范围大，设计 容易等优点，因此应用最广泛。3K型具有三个中心轮，其行星架不传递转矩，只起支承行星轮的作用。行星轮系按啮合方式命名有NG

5、W NW NN型等。N表示内啮合，W表示外口合，G表示公用的行星轮 go行星轮系与定轴轮系的根本区别在于行星轮系中具有转动的行星架，从 而使得行星轮系既有自转，又有公转。因此，行星轮系的传动比的计算不能用定 轴轮系的计算方法来计算。按照相对运动原理（反转法），假设行星架H不动，即绕行星架转动中心给系统加一个（一H）角速度，则可将行星轮系转化为假 想的定轴轮系，这个假想的定轴轮系称为行星轮系的转化轮系。转化后的定轴轮 系和原周转轮系中各齿轮的转速关系为：则转化轮系传动比的计算公式为：因此,对于行星轮系中任意两轴线平行的齿轮j和齿轮k,它们在转化轮系中的传动比为：在各轮齿数已知的情况下，只要给定n

6、j、nk、nH中任意两项，即可求得第三项，从而可求出原行星轮系中任意两构件之间的传动比。二零件三维实体模型建立的方法1主要齿轮类零件三维实体模型建立的方法（插件法Toolbox）1）在SolidWorks 2009的环境下，开启软件，在界面右边快捷菜单中选取“设计库”“Toolbox ”“ISO”“动力传动”“齿轮”，在出现的卜方菜单中选取“正齿轮”，右击鼠标选取“生成零件”鼠p2）在界面右边的属性栏中， 填入齿轮相应数据，点击“勾”确认 生成齿轮零件图。齿轮模型2典型零件三维实体模型建立的方法（直接造型法）下面以直齿轮行星齿轮1为例说明设计方法。设计齿轮模数为 3mm齿数为30, 齿轮宽度为

7、25mm计算得到分度圆直径为 90mm齿顶圆直径为 96mm齿根圆直径 82.5mm1）生成新的零件文档单击标准工具栏上的“新建”按钮。“新建SolidWorks文件”对话框。单击“零件” 按钮，然后单击“确定”按钮，弹出新零件窗口。融IU1WQH卜昼HI画2）拉伸齿轮基本特征选择前视基准面。单击草 图工具栏上的“草图绘制”和 “圆”按钮，将指针移到草图 圆点，单击并移动指针，再次 单击即完成圆的绘制。单击草 图绘制工具栏上的“智能尺 寸”按钮。选择圆，移动指针 单击放置该直径尺寸的位置， 将直径设置为齿顶圆直径 96mm单击“确定”按钮。在 CommanM anager 的特 征工具条中单击

8、“拉伸凸台/ 基体”按钮，在“拉伸”对话 框中设拉伸方向为“两侧对称”,设置为25mm单击“确定”按钮3)挖轴孔(1)绘制轴孔选择齿轮侧面为草图平面，单 击“草图”和“草图绘制”按钮后, 利用草图绘制工具绘制轴孔草图轮 廓，利用“智能尺寸”按钮标注尺 寸 20mm(2)拉伸切除轴孔特征在 Command Managed特征工 具条中单击“特征”和“拉伸切除” 按钮，在“拉伸”对话框中设置为“完全贯穿”，单击确定按钮。4)去除辐板多余材料(1)切除左辐板多余材料选择齿轮前面。单击“草 图”和“草图绘制”按钮后， 利用草图绘制工具绘制辐板 草图，利用智能尺寸按钮标注 相关尺寸。在 CommanM

9、anager 的特 征工具条中单击“特征”和“拉 伸切除按钮，在“拉伸”对 话框中设置为“给定高度”， 设置为5mm单击“确定”按 钮。(2)切除右辐板多余材料 选择齿轮后面。重复上述两个步骤，去除齿轮后侧的多余材料5)插齿槽(1)绘制齿根圆、齿顶圆和分度圆选择齿轮前面，单击视图定向中的“正 式于“按钮后转换视向后，单击草图工具 栏上的“草图绘制”和“圆”按钮，将指 针移到草图原点处捕捉圆点单击，并移动 指针，再次单击即完成圆的绘制。单击草 图工具栏上的“智能尺寸”按钮。选择圆， 移动指针单击放置该直径尺寸，将尺寸数 尺设置为齿根圆直径82.5mm单击选中齿 根圆线，在“圆”属性对话框的选项中

10、选 中作为构造线，单击“确定”按钮。重复以上操作，完成直径为90mm勺分度圆构造线的绘制。(2)绘制齿顶圆选中齿轮毛坯外轮廓线，单击草图工具栏上“转换实体引用”按钮，完成齿顶圆 绘制，单击选中齿顶圆线，在“圆”属性对话框的选项中选中“作为构造线”，单击“确 定”按钮。(3)绘制齿形中心线单击草图工具栏上的“中心线”按钮，将指针移到草图原点处捕捉原点单击，并 沿垂直方向移动指针到齿顶圆外侧时再次单击，自动添加“竖直”几何关系，单击“确定”按钮。(4)绘制齿槽单击草图工具栏上的“样条曲线”， 将指针移到齿顶圆处捕捉到焦点后指针 变为交点后单击，将指针移到分度圆处 捕捉到焦点后指针变为交点后单击，将

11、 指针移到齿根圆处捕捉到焦点后指针变 为交点后单击，单击草图工具栏上的“样 条曲线”按钮完成样条曲线绘制。单击草图工具栏上的“智能尺寸” 按钮，分别将中心线和样条曲线与齿顶圆、分度圆和齿根圆的交点距离标注为 4.13mm 2.54mmffi 1.39mm单击“确定”按钮。 用局部放大工具放大齿形绘制区。(5)拉伸齿特征在Command Manage的特征工具条中单击“特征”和“拉伸切除”按钮，在“拉 伸”对话框中设置为“安全贯穿”，单击“确定”按钮。单击特征树中的名称，并给改 为“插齿槽一一切除”。6)阵列(1)插入基准轴“插入”“阵列/镜像”“基准轴”，选基体圆柱面，单击“确定”按钮。(2)

12、阵列齿特征“插入”“阵列/镜像”“圆周阵列”。选“基准轴1”和“插齿槽一一切除”，在参数中设置阵列角度参数为 360,阵列数目30,并选中“等间距”，单击 “确定”按钮，完成齿轮造型。3其他零件三维实体模型建立方法简介序号零件名称表1各零件的建模方法主要特征样图行星轮齿轮1齿轮：拉伸、拉伸切除、插齿、圆周阵列行星轮齿轮2齿轮：拉伸、拉伸切除、插齿、圆周阵列行星轮内齿轮齿轮：拉伸、拉伸切除、插齿、圆周阵列4行星架行星架：拉伸、拉伸切除。三装配模型建立的方法和步骤1生成新的装配体文档单击标准工具栏上的“新建”按钮。“新建SolidWorks文件”对话框。单击“装 配体”按钮，然后单击“确定”按钮，

13、弹出新零件窗口。2插入行星轮个各零件系统出现SolidWorks建立装配体界面，并弹出“插入零件体”的对话框，单击“浏 览”按钮，系统弹出“打开”文件对话框，选择各零件“行星轮齿轮 1、“行星轮齿 轮2、“行星轮内齿轮”和“行星架”。3添加装配关系单击装配体工具栏中的“配合”按钮，系统弹出“配合”对话框，添加如下关系：1) “行星轮齿轮1、与“行星轮内齿轮”的轴心添加“同轴”关系；2) “行星轮齿轮1、“行星轮齿轮2”和“行星轮内齿轮”的同一侧面添加“重 合”与“平行”关系；3) “行星轮齿轮1、“行星轮齿轮2”和“行星架”的两轴心添加“同轴”关系；4) “行星轮齿轮1、“行星轮齿轮2”和“行

14、星架”的同一侧面添加“重合”与平行”关系;4齿轮啮合的装配1）插入辅助装配草图，在装配图设计树中用鼠标右键单击“行星轮齿轮1”，选择“编辑零件”在装配图中进入“零件编辑状态”。然后，鼠标右键单击“前视”，选择 “插入草图”。单击“视图定向”中“前视”按钮，使草图平面正对屏幕。然后，以“作 为构造线”的方式绘制一个圆，并标注其直径为90mm再单击草图绘制工具栏上的“中 心线”命令绘制一条通过小齿轮槽中面的中心线，退出草图绘制。重复上述步骤，在“行星轮齿轮2” “前视”面上“作为构造线”的方式绘制一个 圆，并标注其值为90mm再单击草图绘制工具栏上的“中心线”命令绘制一条通过小 齿轮轮齿中面的中心

15、线，退出草图绘制。2）齿轮啮合的装配为两齿轮分度圆与各自中心线交点添加“重合”装配关系，然后将该“重合”关 系设为“压缩”状态，及只限用于定位。四装配模型的运动仿真分析1打开装配体打开目录中的“装配体运动仿真分析”，并在在界面顶部菜单中选取“插入” “新建运动算例”。2设置行星轮驱动力参数在“Motion”工具栏中单击“马达”按钮，在“马达”对话框中选“马达类型”为“旋转马达”；在图形区中选中“行星架”作为马达“零部件/方向”；设定“运动参数” 为“等速，10RPM,选中“行星轮齿轮1”作为马达“零部件/方向”；设定“运动参 数”为“反向” ”等速，15RPM单击“确定”按钮拉|工耳OQ To

16、otrax窗I零部件阵列但）镜向零部件（中 智能扣件国）3仿真计算如图，鼠键拖动“方块”运动。岛四工3直jA A a国说事项由S说可及和机视囹 自北原和机身布景 领腱西马达1 或旋转马达2 谿b）行星蛇囱轮Llvl 噫。行星能击乾2.1 vQ 。行星架o 方（-）行星轮内台轮O 辱值定）固定正 饵配合设定驱动力速度,设置仿真时间为5s,单击“计算”按钮，系统自动计算捏型1运动断口应动和现24查看结果单击Moyion Manager工具栏上“图解”按钮，在结果 Property Manager中选择 为“位移/速度/加速度力”、子类别为线性位移和结果分量为“幅值”，单击在图形区 中选择Part2

17、侧面，单击“确定”按钮，在图形区域中出位移曲线。5生成AVI格式动画单击菜单工具栏上“保存动画”按钮，将动画文件保存到指定文件夹。五 关键零件的 CAE (SolidWorks Simulation )下面用SolidWorks Simulation 分析“行星架”的应力分布情况1选定几何模型打开“行星架”零件图， 在“评估”中的“ nSimulationXpress 分析 向导”，弹出 “ SolidWorks SimulationXpress ”窗口。2指定材质在“材料”对话框中选择 “ SolidWorks materials ”，选中“钢”中 的“1023碳钢板”材料，单 击确定按钮。

18、4曲率DirriXpert由公至产晶叵痛I研制质，约束II我莅I分嘴 比化 结果SolidWorks SinwjIationXprs欢迎使用Soli加底迪SifnuLatjobXurtssa遵谀计寺行向导格逐您引导 您决定修的设在某些一胤兄下性能如何口 -c还可钻助理回答工程珀题,国如：砰砧SolidWorks SimulattonXpr&ss ww* Si-nuiatiEnXpres零件会折断吗？支花情比如旧？我可以使用亘少材质而入影障生能吗？辘逑皤麒嗨娥羸 磁褊植乱重新讦蛤J豆漫国二共用工耿相四一I褶助叨I3添加约束选取卡里的“夹具”中的“拉伸4”按钮，选择圆柱面，单击确定按钮为表面添加约

19、束约束设置4施加载荷在选项卡里的“载荷”中的“力”按钮，如图，选择两圆柱销，设定值为2000N,单击“确定”按钮。“载荷”中的“力”按钮，如图，选择“行星架”杆侧面，设定值为1000N,单击“确定”按钮堂合边线、合并上短四口 了1 . ； SolicAA/orSirnuIatianXP F&5S *ew Slmul ati Qnpr-&E. co向砍迎.1命瓶血II 0鲍束超 戴荷 分析 优化结里，上f i下一曲叩2H美团U1|取耦隗褶叨若想奉加所的载荷羽，电击添为匾若要偏莱或删除现看工，从潘单 牛将：Z定择然后单击褊转京册除口载荷设置5执行分析在选项卡里点击分析“运行”按钮，开始计算。计算结

20、束后，自动显示应力图解。5S?0328. 0计算进程对话框6结果显示1）点击“给我显示模型中的应力分布”，单击“下一步”按钮显示应力分布图75&27L04. 0.&324E4e. 0,630225Se. 0.44115G12. G_ 37813555.0.3151124. 0.2520-9014. 0.l590&r76.012604517. 0.&302259. 5应力分布图解位移分布图解3.材料工插荷和沟束信息失具均京i砧星轮T 1白 ixxECVsbl: 4cd tTac.rl-5.li qdJ .我荷事背I 街串徐干壬西包用住商力”00 喷用均匀并布我哲士城有星聚，于1 座用核向为LED

21、O itt用埼为弁布载荷约束信息5.其例属性明框喈里：所用陶帆:,据自於城接：重用七野哀南；嵬3北检出JTF& Faints-里无七小；3,才1 cm口更：0L1 第IE m六虞一rft单视T娇节箴：l?312甘欣科养的时间防介电:tt和诈：PJWnOGTlMJEgAM：高好算冬奕事：自动网格佶息算例属性六典型零件的CAM（软件SolidCAM错误交换致无法使用）七结论在为期一周的课程设计期间，其实所要求完成的任务算是十分简单的，我的课程 设计任务是“行星轮系”三维实体造型 CAD/CAM/CAE在刚上完 SolidWorks三维设计及其应用教程专业课后，因为较少操作，刚接 到设计任务实施十分

22、没有把握的，觉得任务量肯定很多，但等到课程设计周不得不做 时，硬着头皮下手开始建立模型，一直做下来，发现其实没有自己想象的那么复杂和 困难。从开始寻找“行星轮系”的工作原理、作用，接着自己假设设定各零件尺寸参数， 绘制建立三维模型，然后进行装配，运动仿真，CAEt件辅助工程的零件参数受力情况 的测试计算，最后到典型零件的CAM辅助制造。很可惜，因为自己电脑原因，安装SolidCAM与SolidWorks连接之后却无法使用，以至无法完成 CAMB分。但在这整 个设计过程中，我能够初步熟练地使用 SolidWorks三维设计软件，了解到各个模块的 工作功能，对以后专业的学习有极大的辅助作用。总之，只有不断的重复和练习才能更进一步的掌握技能，一开始将课程设计视为 自己的负担，但认真完成之后，有了极大的改观，课程设计不仅是我们学习专业掌握 技能不可或缺的过程，更是我们专业知识技能入化升华化为己用的重要环节。参考文献1 曹茹 . SolidWorks2009 三维设计及应用编程 2011 年 8 月 机械工业出版社