Solidworks Motion在周轉輪系傳動比計算教學中的應用研究

2020-03-25 02:03:51孟強

裝備維修技術 2020年20期

摘要：周轉輪系傳動比計算是機械基礎教學中的重要內容，其計算過程較為復雜，學生不易掌握，且個別問題一般原理無法計算。本文首先，應用Solidworks建立了周轉輪系各部件模型，并完成了仿真模型裝配。其次，在Solidworks Motion組件下模擬了周轉輪系的運動過程，最后計算出了具有復雜結構的周轉輪系傳動比，結果顯示與理論計算結果比較接近，并解決了相對運動原理不能處理的關鍵問題。

關鍵詞：周轉輪系;Solidworks Motion;傳動比;相對運動原理

引言

輪系傳動比計算是機械基礎教學中的重要環節，其中周轉輪系傳動比因計算原理較為抽象，計算過程最為復雜，個別類型周轉輪系傳動比常規方法更是無法計算，學生掌握相關的計算方法也較為困難。本文通過應用Solidworks Motion虛擬仿真周轉輪系實際運動過程，得到輪系中各齒輪實際轉速，從而可以很方便的計算出輪系傳動比，特別是對常規方法無法求解的問題更為有效。學生在掌握最基本的周轉輪系傳動比計算方法后，再應用此方法可以更好的理解傳動比計算原理及過程，對提高學生處理工程實際問題的能力具有重要意義。

1.周轉輪系

輪系按照是否存在行星架分為兩類，即定軸輪系與周轉輪系，兩者在實際機械中都有非常廣泛的應用，其中周轉輪系的優點是機構較為緊湊，單級就可以得到較大的傳動比。

2.基于相對運動原理的周轉輪系傳動比計算

因為周轉輪系中存在行星架，導致行星齒輪軸線位置是不固定的，所以定軸輪系傳動比計算公式不能直接在周轉輪系傳動比計算中應用，一般計算方法是應用相對運動原理，給整個周轉輪系加一個與行星架角速度相反的公共角速度，把周轉輪系轉化為定軸輪系（轉化輪系）后再應用定軸輪系傳動比公式計算，公式如式1。

通過公式1可以計算出相關齒輪的轉速，進而得到首輪到某輪的傳動比。但此原理的應用必須滿足被求轉速齒輪的軸線與行星架軸線及其他齒輪軸線平行。因此，一旦不滿足此條件，相對運動原理將無法求解相關齒輪轉速及傳動比。

3.應用Solidworks Motion計算周轉輪系傳動比原理

應用Solidworks Motion計算周轉輪系傳動比原理是：首先，應用Solidworks建立周轉輪系各部件實體模型并完成裝配，模型如圖3所示，簡圖如圖4所示。其次，是在Solidworks Motion組件中設置各齒輪間接觸關系，根據已知條件設置主動齒輪轉速及方向。最后，模擬仿真周轉輪系實際運動過程，通過結果后處理得到相關齒輪實際轉速，從而計算出首輪到任一齒輪間的傳動比。

4.應用Solidworks Motion與相對運動原理分別計算復雜周轉輪系傳動比

如圖所示周轉輪系，其中Z1= 43，Z2=36，Z2”=24，Z3=20，n1=60RPM，n3=10RPM，轉向如圖5所示，現要求解傳動比i12、i1H。

a.應用Solidworks Motion計算周轉輪系傳動比

依據已知條件建立周轉輪系各零件三維模型及輪系裝配體模型如圖3所示。在Solidworks Motion組件中設置主動齒輪1、3轉速、方向及各齒輪之間的接觸關系。通過計算模擬，結果后處理得到各齒輪的轉速分別為：n2=46.5RPM，nH= 31RPM。方向為：nH與n1同向，n2相對于行星架自轉方向為逆時針。依據傳動比的概念有：i12=n1/n2=60/46.5=1.29，i1H=n1/nH=60/31=1.94。因此得到傳動比i12=1.29，i1H=1.94。

b.應用相對運動原理計算周轉輪系傳動比

由周轉輪系傳動比計算公式有：

代入n1、n3得到nH=31.2RPM，所以有：i1H=60/31.2=1.9

因齒輪2軸線與齒輪1、3及行星架不平行，依據相對運動原理計算公式使用條件，齒輪2轉速應用此公式無法求解。

分別應用Solidworks Motion與相對運動原理計算周轉輪系傳動比，可以發現二者在求解i1H時結果十分接近，說明應用Solidworks Motion計算周轉輪系傳動比原理可行，且計算過程十分簡便。

5.結論

（1）應用Solidworks Motion計算周轉輪系傳動比原理可行。

（2）應用Solidworks Motion計算周轉輪系傳動比，可以很方便地解決行星齒輪軸線與其他部件軸線不平行的問題，彌補了相對運動原理的不足。

（3）應用Solidworks Motion計算周轉輪系傳動比原理簡單易用，對學生將來處理工程實際問題具有重要意義。

參考文獻：

[1]劉紅政，Solidworks Motion運動仿真實例詳解[M]機械工業出版社，2018.

[2]徐麗娜，機械設計基礎[M]機械工業出版社，2020.