基于UG的橢圓錐齒輪的仿真加工

2014-11-08 劉凱 北京航空航天大學(xué)

  橢圓錐齒輪是球面大端節(jié)曲線為橢圓的非圓錐齒輪。根據(jù)齒輪空間嚙合原理和漸開線齒輪齒廓成型原理,提出了一種利用UG仿真加工獲得橢圓錐齒輪齒形的方法;當(dāng)圓錐齒輪的節(jié)圓在非圓錐齒輪節(jié)曲線上作純滾動時,圓錐齒輪的齒廓便在非圓錐齒輪上包絡(luò)出齒輪的齒廓。因此,首先建立了圓錐齒輪和橢圓齒輪的數(shù)學(xué)模型和幾何模型,其次推導(dǎo)出了模擬純滾動的數(shù)學(xué)方法,最后利用UG的二次開發(fā)功能仿真加工得到帶有漸開線齒廓的橢圓錐齒輪模型。

  橢圓齒輪是非圓齒輪中最典型、最常見的齒輪傳動形式之一,其在運動學(xué)、幾何學(xué)方面具有獨特的傳動特點,可以實現(xiàn)變傳動比的傳動,因此橢圓齒輪在工程機(jī)械、液壓系統(tǒng)及流量計量器械等行業(yè)得到了越來越廣闊的應(yīng)用。本例中設(shè)計的橢圓錐齒輪適用于兩相交軸之間的非勻速比傳動,表現(xiàn)為一對相切的非圓節(jié)錐的純滾動,具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高等優(yōu)點。目前有利用SolidWorks、Pro/E軟件實現(xiàn)的非圓齒輪的實體建模,但大多是針對平面非圓齒輪,而本文旨在提出一種基于UG的空間非圓錐齒輪的實體建模方法。

  根據(jù)齒輪嚙合原理及其理論,齒廓曲線是齒輪節(jié)曲線和刀具節(jié)曲線相互純滾動過程中刀具齒廓的包絡(luò)線。橢圓齒輪的加工原理和普通圓齒輪齒廓的加工原理一樣,都是展成法,即當(dāng)一對共軛齒輪在節(jié)曲線上作純滾動時,其齒廓互為包絡(luò)線。基于以上加工原理,將設(shè)計好的圓錐齒輪作為插齒刀,使其節(jié)圓與橢圓錐齒輪節(jié)曲線相切,并作純滾動,用圓錐齒輪的齒廓包絡(luò)出橢圓錐齒輪的齒廓。值得注意的是,本文中我們所提出的仿真加工方法不僅適用于橢圓錐齒輪,而且同樣適用于任意節(jié)曲線的非圓錐齒輪,具有一定的通用性。

  結(jié)論

  以非圓錐齒輪的空間嚙合原理為基礎(chǔ),提出了實現(xiàn)其仿真加工的數(shù)學(xué)方法和步驟,并以UG/Open為平臺,應(yīng)用VC++進(jìn)行二次開發(fā),實現(xiàn)了橢圓錐齒輪實體的三維建模,為非圓錐齒輪傳動的運動學(xué)和動力學(xué)分析提供了很好的基礎(chǔ)。

  該設(shè)計方法具有一定的通用性,只需要更改非圓錐齒輪的節(jié)曲線即可實現(xiàn)不同加工對象之間的移植,因而可以推廣應(yīng)用到任意球面節(jié)曲線形狀和任意軸間夾角的非圓錐齒輪的設(shè)計,實現(xiàn)了非圓錐齒輪的通用參數(shù)化設(shè)計。