Solidworks Motion在周轉(zhuǎn)輪系傳動比計(jì)算教學(xué)中的應(yīng)用研究

摘 要：周轉(zhuǎn)輪系傳動比計(jì)算是機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)中的重要內(nèi)容，其計(jì)算過程較為復(fù)雜，學(xué)生不易掌握，且個別問題一般原理無法計(jì)算。本文首先，應(yīng)用Solidworks建立了周轉(zhuǎn)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(zhuǎn)輪系的運(yùn)動過程，最后計(jì)算出了具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的周轉(zhuǎn)輪系傳動比，結(jié)果顯示與理論計(jì)算結(jié)果比較接近，并解決了相對運(yùn)動原理不能處理的關(guān)鍵問題。

關(guān)鍵詞：周轉(zhuǎn)輪系;Solidworks Motion;傳動比;相對運(yùn)動原理

引言

輪系傳動比計(jì)算是機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，其中周轉(zhuǎn)輪系傳動比因計(jì)算原理較為抽象，計(jì)算過程最為復(fù)雜，個別類型周轉(zhuǎn)輪系傳動比常規(guī)方法更是無法計(jì)算，學(xué)生掌握相關(guān)的計(jì)算方法也較為困難。本文通過應(yīng)用Solidworks Motion虛擬仿真周轉(zhuǎn)輪系實(shí)際運(yùn)動過程，得到輪系中各齒輪實(shí)際轉(zhuǎn)速，從而可以很方便的計(jì)算出輪系傳動比，特別是對常規(guī)方法無法求解的問題更為有效。學(xué)生在掌握最基本的周轉(zhuǎn)輪系傳動比計(jì)算方法后，再應(yīng)用此方法可以更好的理解傳動比計(jì)算原理及過程，對提高學(xué)生處理工程實(shí)際問題的能力具有重要意義。

1.周轉(zhuǎn)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(zhuǎn)輪系，兩者在實(shí)際機(jī)械中都有非常廣泛的應(yīng)用，其中周轉(zhuǎn)輪系的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)構(gòu)較為緊湊，單級就可以得到較大的傳動比。

2.基于相對運(yùn)動原理的周轉(zhuǎn)輪系傳動比計(jì)算

因?yàn)橹苻D(zhuǎn)輪系中存在行星架，導(dǎo)致行星齒輪軸線位置是不固定的，所以定軸輪系傳動比計(jì)算公式不能直接在周轉(zhuǎn)輪系傳動比計(jì)算中應(yīng)用，一般計(jì)算方法是應(yīng)用相對運(yùn)動原理，給整個周轉(zhuǎn)輪系加一個與行星架角速度相反的公共角速度，把周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化為定軸輪系（轉(zhuǎn)化輪系）后再應(yīng)用定軸輪系傳動比公式計(jì)算，公式如式1。

通過公式1可以計(jì)算出相關(guān)齒輪的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而得到首輪到某輪的傳動比。但此原理的應(yīng)用必須滿足被求轉(zhuǎn)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(yùn)動原理將無法求解相關(guān)齒輪轉(zhuǎn)速及傳動比。

3.應(yīng)用Solidworks Motion計(jì)算周轉(zhuǎn)輪系傳動比原理

應(yīng)用Solidworks Motion計(jì)算周轉(zhuǎn)輪系傳動比原理是：首先，應(yīng)用Solidworks建立周轉(zhuǎn)輪系各部件實(shí)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(shè)置各齒輪間接觸關(guān)系，根據(jù)已知條件設(shè)置主動齒輪轉(zhuǎn)速及方向。最后，模擬仿真周轉(zhuǎn)輪系實(shí)際運(yùn)動過程，通過結(jié)果后處理得到相關(guān)齒輪實(shí)際轉(zhuǎn)速，從而計(jì)算出首輪到任一齒輪間的傳動比。

4.應(yīng)用Solidworks Motion與相對運(yùn)動原理分別計(jì)算復(fù)雜周轉(zhuǎn)輪系傳動比

如圖所示周轉(zhuǎn)輪系，其中Z1= 43，Z2=36，Z2”=24，Z3=20，n1=60RPM，n3=10RPM，轉(zhuǎn)向如圖5所示，現(xiàn)要求解傳動比i12、i1H。

a.應(yīng)用Solidworks Motion計(jì)算周轉(zhuǎn)輪系傳動比

依據(jù)已知條件建立周轉(zhuǎn)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(shè)置主動齒輪1、3轉(zhuǎn)速、方向及各齒輪之間的接觸關(guān)系。通過計(jì)算模擬，結(jié)果后處理得到各齒輪的轉(zhuǎn)速分別為：n2=46.5RPM，nH= 31RPM。方向?yàn)椋簄H與n1同向，n2相對于行星架自轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針。依據(jù)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(yīng)用相對運(yùn)動原理計(jì)算周轉(zhuǎn)輪系傳動比

由周轉(zhuǎn)輪系傳動比計(jì)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(jù)相對運(yùn)動原理計(jì)算公式使用條件，齒輪2轉(zhuǎn)速應(yīng)用此公式無法求解。

分別應(yīng)用Solidworks Motion與相對運(yùn)動原理計(jì)算周轉(zhuǎn)輪系傳動比，可以發(fā)現(xiàn)二者在求解i1H時(shí)結(jié)果十分接近，說明應(yīng)用Solidworks Motion計(jì)算周轉(zhuǎn)輪系傳動比原理可行，且計(jì)算過程十分簡便。

5.結(jié)論

（1）應(yīng)用Solidworks Motion計(jì)算周轉(zhuǎn)輪系傳動比原理可行。

（2）應(yīng)用Solidworks Motion計(jì)算周轉(zhuǎn)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(bǔ)了相對運(yùn)動原理的不足。

（3）應(yīng)用Solidworks Motion計(jì)算周轉(zhuǎn)輪系傳動比原理簡單易用，對學(xué)生將來處理工程實(shí)際問題具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

孟強(qiáng)（1983-），男，內(nèi)蒙古通遼市人，碩士研究生，講師。

支持項(xiàng)目：2020年內(nèi)蒙古自治區(qū)高校科研項(xiàng)目

（包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014035）