少齿差行星传动的原理及三维动态模拟

少齿差行星传动的原理及三维动态模拟河北天择重型机械有限公司（河北邯郸056200）刘刚行星传动广泛应用于动力传动的行星减速器中，其具有尺寸设计紧凑、重量轻、传动功率大等优点。少齿差行星传动是行星传动的一种特殊型式，其结构简图如图1。行星轮的运动是自传和公转的复合运动，其传动比的计算比较复杂。本文运用SolidWorks实现了该行星传动的三维动态模拟，将行星轮的运动状态完整地表现出来。图1少齿差行星传动简图1结构和原理少齿差行星传动是普通行星传动的一种演化型式，其结构较普通行星传动更加简单，包括内齿圈、行星架、行星轮、盘形输出轴。这种结构行星架是主动件，行星轮是从动件，和普通行星传动相反。图1中双万向联轴器的结构不仅轴向尺寸大，而且不能用于多个行星轮的场合，现已基本不用。目前用得最广泛的是孔销式盘形输出机构。在行星轮的辐板上沿圆周均匀分布有若干个销孔，在输出轴的圆盘的对应位置均匀分别有同样数量的圆柱销，将圆柱销插入行星轮的销孔中。内齿圈和行星轮的中心距（即行星架的偏心距）必须等于销孔和销轴半径的差，这样就能保证销孔和销轴始终保持相切，行星轮就能够推动盘形输出轴等速同向转动。这时内齿圈中心、行星轮中心、销孔中心和销轴中心正好形成一个平行四边形。2传动比计算只有计算出行星架和行星轮的传动比iH1，才能准确模拟出行星轮的运动轨迹，否则，行星轮不能运动，因此正确计算传动比是三维动态模拟的关键。普通行星轮系的传动比计算公式为：i1H=1-Z2/Z1（Z1：行星轮齿数；Z2：内齿圈齿数）由于其工作原理和普通行星传动相反，因此少齿差行星传动的传动比计算公式为：iH1=-Z1/（Z2-Z1）由上式可见，齿差（Z2-Z1）越小，传动比将越大。故这种结构叫做少齿差行星传动。为了防止齿差太少时内啮合轮齿的干涉，需适当加大啮合角。3三维建模和虚拟装配少齿差行星传动零部件的三维实体建模是虚拟装配的基础。在SolidWorks的标准菜单中包含了草图绘制工具栏和特征工具栏，合理运用特征造型技术设计出行星架和盘形输出轴的实体模型，盘形输出轴模型图如图2所示。再打开齿轮设计模块输入相应的齿轮和内齿圈参数，就可以自动生成行星轮和内齿圈的实体模型。利用“拉伸切除”命令在行星轮辐板上生成若干圆孔，如图3所示。图2盘形输出轴模型图图3行星轮模型图然后，打开一个装配体文件，依次插入内齿圈、行星轮、行星架、盘形输出轴。插入全部零件后，选择“配合”按钮，利用同轴心、重合等标准配合，精确地把各零件约束在准确的位置，少齿差行星传动的装配简图如图4所示。在行星轮上表面打开一张草图，连接内齿圈中心、行星轮中心、销孔中心和销轴中心应该是一个平行四边形，验证了上述结论。图4少齿差行星传动的装配图4动态仿真和动画制作在图4的基础上，单击“模拟”→“旋转马达”，设置行星轮和行星架的旋转方向和角速度，角速度之比等于其传动比。再选择“计算模拟”，行星轮、行星架、盘形输出轴就运动起来。最后，选择“重播模拟”观看动画，单击动画控制器中的“保存”按钮将得到的动画保存。Animator是SolidWorks自带的动画制作插件。选择“动画”标签切换到动画操作界面，在Animator工具栏上，单击“动画向导”按钮，选择“旋转模型”单选框，使装配体绕X轴、Y轴和Z轴旋转；选择“物理模拟”单选框，在动画编辑区域，把时间栏放置在某位置，将行星轮设置为隐藏，能自动生成行星架从有到无的动态渐变过程，以便我们观看行星架和盘形输出轴的运动状态。5总结本文运用SolidWorks三维动态仿真技术，对少齿差行星传动进行实时动态仿真，模拟出了其工作原理，并且检验了传动比的计算公式，加深了设计人员对少齿差行星传动的理解，为以后的设计提供了经验。