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1 引言
齿轮传动在矿山机械中应用广泛，比如掘进机、钻探机、提升机、输送机等设备的主要传动部分都采用齿轮传动。目前矿山用齿轮主要是渐开线齿形的圆柱齿轮。本文以标准直齿轮为研究对象，利用SolidWorks研究了齿轮的运动仿真、应力仿真及结构优化。SolidWorks是基于Windows的三维CAD软件，是面向产品级的机械设计系统，它提供了强大的参数化、基于特征的实体造型技术。SolidWorks2010版以后内置了Motion及SimulationXpress插件，使得机构运动分析、应力应变分析变得更加方便，还能实现优化设计，计算机测试设计取代昂贵费时的实地测试，大大降低了产品的设计成本和上市时间。
2 齿轮三维建模
已知：一对外啮合渐开线标准直齿轮，输入功率10kW，小齿轮转速为960r/min，其参数为：模数5mm、分度圆压力角200、齿顶高系数1、径向间隙系数0.25、变位系数0、齿厚10mm。大、小齿轮齿数分别为52和19。
利用SolidWorks设计库里“Toolbox＼ISO＼动力传动＼齿轮”的模块，可以快速生成齿轮的三维模型，但齿廓曲线不是标准渐开线，对轮齿进行有限元分析精度很难得到保证。利用CAXA电子图板可解决这一缺陷，具体建模过程如下：
打开CAXA电子图板，点击“高级绘图”下的“齿轮”，进入齿轮参数对话框，输入上面的模数等已知参数后，生成如图1所示的齿形图，保存为.dwg或.dxf格式。  图1 渐开线齿轮草图 打开SolidWorks，通过文件选项直接打开已保存的.dwg或.dxf文件，在弹出的对话框中选择“输入到零件为2D草图”，添加毂孔及键槽的草图，拉伸完成建模如图2所示。  图2 齿轮三维模型
3 齿轮虚拟装配
按照前面的方法，分别建立大小齿轮的零件模型。为完成齿轮传动的运动仿真与应力分析，需对大小齿轮进行虚拟装配。在SolidWorks的装配模块中，将齿轮零件添加进来，配合选择齿轮端面对齐，根据齿轮中心距公式，计算出中心距为181.02mm，用此值设定齿轮之间的中心距。为了更好地模拟运动状况，可为齿轮添加一个轴，将轴与齿轮同心配合，为轴的一端面与齿轮端面加一个距离配合，最后将轴固定。装配完成以后，应该检查零件之间是否有干涉。检查零部件是否存在干涉现象，从而满足零部件的装配要求。如果出现干涉，需要对生成的零件和特征进行修改定义，直到达到要求为止。齿轮装配模型如图3所示。  图3 齿轮装配体模型
4 齿轮传动运动仿真
完成装配后，点击“新的运动算例”，在左下角选择“motion分析”。点击“马达”，出现如图4所示的对话框。点击“旋转马达”，选择小齿轮的一端面，在速度处选择“等速”，大小输入“960rpm”，确定完成马达的添加。  图4 添加马达
接着，点击“接触”，选择大小齿轮实体，为两齿轮添加一个接触约束。
点击“计算”，系统开始计算两齿轮的真实运动情况。点击“结果和图解”，可方便地得到机构的各种运动参数如速度、加速度、位移的实时仿真曲线。如图5所示为齿轮1的角位移图。  图5 齿轮1的角位移图线
利用“motion”插件模拟齿轮遥动，从运行中可以看出各齿轮是否保持很好的啮合状态以及装配体的运动情况是否符合设计要求，还可以快速输出齿轮的位移、角速度和角加速度等以便更好对齿轮进行分析和优化。
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基于SolidWorks的圆柱齿轮仿真分析及优化设计
时间:2014-08-21 10:42来源:万方数据 作者: 点击:
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