擺線針輪行星減速器輸出機構的柱銷受力分析

2022年05月26日 16:05:20人氣：669來源：江蘇泰強減速機有限公司

　　摘要:在深入研究擺線針輪行星傳動理論的基礎上，分析了輸出機構的柱銷( 柱銷套) 作用于擺線輪上的力，運用UG 建模功能及機械系統(tǒng)動力學仿真分析(ADAMS) 虛擬樣機技術，對擺線針輪行星減速器樣機進行動力學仿真。得到了柱銷( 柱銷套) 作用于擺線輪上力的曲線，分析了柱銷( 柱銷套) 對擺線輪的作用力及減小作用力的方法，為后續(xù)的擺線針輪行星減速器的設計研究奠定基礎。

　　擺線傳動由于結構緊湊、體積小、重量輕、傳動比范圍大、傳動效率高、傳動平穩(wěn)可靠、使用壽命長等特點，在冶金、礦山、石油、化工、船舶、輕工、食品、紡織、印染、制藥、橡膠、塑料、起重運輸以及等部門得到廣泛的應用。

　　擺線輪主要承受3種載荷: ①針齒作用在擺線輪上的力，②柱銷( 柱銷套) 作用在擺線輪上的力，③轉臂軸承作用在擺線輪上的合力。柱銷式輸出機構是擺線針輪行星減速器常用的輸出機構，柱銷直接影響著擺線針輪行星減速器的傳動平穩(wěn)性。在以往的研究中主要著眼于針齒作用在擺線輪上的力，而本文以一個小功率的擺線針輪行星減速器虛擬樣機為基礎，利用UG進行擺線輪參數(shù)化建模，利用ADAMS 進行擺線輪的動力學分析，得到柱銷( 柱銷套) 質心位移曲線以及柱銷作用在擺線輪上力的曲線。

　　1 輸出機構柱銷作用于擺線輪上力的計算

　　擺線針輪行星減速器柱銷式輸出機構是利用柱銷和柱銷套將擺線輪與輸出軸連接起來的輸出機構，簡稱W 機構。如圖1所示，當擺線輪順時針方向轉動時，即W 機構逆時針方向作用于擺線輪上一個阻力矩Tg。此時，Y 軸右邊的柱銷孔與柱銷套有離開的趨勢; 而在Y 軸左邊的柱銷孔與柱銷套接觸而受力。各柱銷套對擺線輪的作用力為Q1、Q2…Qi。其方向為接觸點的公法線方向，即平行于偏心距Og Ob 的方向。在力Qi 的作用力下接觸變形，而使W 機構的圓盤相對于擺線輪

　　2 擺線針輪行星減速器的建模及動力學仿真

　　2.1 基于UG 的擺線傳動參數(shù)化建模

　　本文主要對在運動過程中的柱銷( 柱銷套) 對擺線輪作用力進行分析，故將雙偏心對稱布置的擺線傳動結構簡化為一片擺線輪傳動的模型，并進行結構簡化。去掉箱體、間隔套等部件，僅保留含有偏心套、軸承、擺線輪、針齒銷、針齒套、柱銷套的擺線輪機構。對于擺線針輪行星減速器的建模，其難點在于擺線輪齒廓曲線的建立，筆者利用UG 的“expression”來創(chuàng)建擺線修形齒廓的曲線方程，利用“LawCurve”來實現(xiàn)擺線輪齒廓曲線的建立。裝配完成后進行干涉檢查，以確認結構設計的可行性。最后的模型如圖2所示。

　　2.2 擺線針輪行星減速器的動力學仿真

　　將用UG 裝配好的擺線針輪行星減速器樣機模型以parasolid 格式導出，再導入ADAMS 進行動力學分析。由于在格式轉換過程中，裝配圖的零件的名稱信息會丟失，ADAMS 軟件會按照已有的命名規(guī)則將零件統(tǒng)一重新命名。為了運動分析的方便，在將模型導入到ADAMS 后，就要對所有的零件進行重新命名，并設置材料屬性、顏色等信息，將單位設置為MMKS。為進一步簡化模型，忽略偏心套與軸承間的相對運動，將軸承與偏心套進行合并，作為一個部件。添加運動副如下。

　　1) 對所有的針齒銷添加固定副。

　　2) 在針齒銷與針齒套之間添加旋轉副。

　　3) 在擺線輪與針齒套之間添加擺線輪相對于針齒套的體對體實體接觸。

　　4) 在柱銷套與擺線輪之間添加平行副和點面副，并添加柱銷套相對于擺線輪的體對體實體接觸。選擇接觸類型沖擊，分別設置參數(shù): 剛度為100 000，力膨脹系數(shù)為1. 5，阻尼值為50，穿透厚度為0. 1。由于柱銷套的材料為GCr15，而柱銷的材料為45號鋼，因此取動摩擦因數(shù)0.07，靜摩擦因數(shù)0. 11。

　　5) 在擺線輪與偏心套之間添加點點副和平行副。

　　6) 在偏心套上添加旋轉副，并在此旋轉副上添加旋轉驅動motion = 42 000° / s。

　　7) 在擺線輪上添加負載T = - 31 350 Nmm。在ADAMS 軟件中將重力設為- Y 方向，大小為- 9 806. 65 mm / s2。設置運動分析類型為dynamic，時間為0. 4 s，步長為200步。并設置積分求解器及運算精度。加載后的擺線針輪行星減速器樣機模型如圖3所示。

　　2.3 結果與分析

　　對擺線針輪行星減速器模型進行仿真，通過仿真得到所有零部件的運動曲線。柱銷( 柱銷套)質心在X 和Y 方向的位移曲線分別如圖4和圖5所示( 任選一柱銷套為例)。圖6為柱銷( 柱銷套) 質心位移曲線。

　　以柱銷孔所在圓的圓心為原點，由圖4和圖5可知，柱銷( 柱銷套) 的質心均在X、Y 方向上作值為45和最小值為- 45的往復位移運動。柱銷( 柱銷套) 在0. 4s 內往復運動約4. 25次，這與擺線輪轉4. 24轉( 0. 4 ×42 000 / 360 / 11) 一致。由圖6可知柱銷( 柱銷套) 的質心作值為65和最小值為57的往復位移運動。所以綜合圖4、圖5、圖6可知柱銷( 柱銷套) 的位移

　　與實際情況符合。

　　柱銷( 柱銷套) 分別作用于擺線輪上在X、Y 方向上力的曲線，如圖7和圖8所示。柱銷( 柱銷套) 作用于擺線輪上力的曲線如圖9所示。

　　由圖7和圖8可知柱銷( 柱銷套) 作用于擺線輪上在X、Y 方向上的力呈周期性變化。圖10 中實線是柱銷( 柱銷套) 作用于擺線輪上力的曲線( 圖9 ) 的局部放大圖，虛線是柱銷套質心位移

　　曲線( 圖6 ) 的局部放大圖。由圖10 可知柱銷( 柱銷套) 作用于擺線輪上的力呈周期性變化。由圖9可知柱銷作用于擺線輪上的力在啟動瞬間較大，之后迅速進入穩(wěn)定狀態(tài)，且啟動瞬間的嚙合作用力約為正常運動過程的兩倍。穩(wěn)定后柱銷( 柱銷套) 作用于擺線輪上的力為556.67 N，而通過式( 5) 計算得到的作用力為473. 91 N。由于零件制造和裝配誤差的影響，柱銷套與柱銷孔不一定都同時接觸，而式( 5) 對這些因素考慮不足，所以通過仿真求得的作用力大于式( 5) 所求。這說明零件制造誤差和裝配誤差對柱銷( 柱銷套) 作用于擺線輪的力影響比較大，為了減小柱銷( 柱銷套) 對擺線輪的作用力，提高擺線輪的性能，要減小零件制造誤差和避免裝配誤差。

　　3 結論

　　筆者在深入研究擺線針輪行星傳動理論的基礎上，分析了輸出機構的柱銷( 柱銷套) 作用于擺線輪上的力。以一個小功率的擺線針輪行星減速器虛擬樣機為基礎，利用UG 進行擺線輪參數(shù)化建模，利用ADAMS 進行擺線輪的動力學仿真分析，得到柱銷( 柱銷套) 作用在擺線輪上力的曲線。分析了試驗結果，提出減小柱銷( 柱銷套) 對擺線輪作用力的方法，為擺線針輪行星減速器性能的進一步改善提供了理論依據(jù)，并為后續(xù)對擺線針輪行星減速器的研究奠定了基礎。

關鍵詞：減速器

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