Pro/E行星齒輪機構設計與分析

Pro/E行星齒輪機構設計與分析

套用Pro/E可以構建類似於機構運動簡圖的“骨架模型”,以實現對行星齒輪機構進行運動分析和設計最佳化。 本書在簡單介紹行星輪系的基本知識後,對各種類型進行了全面講解,對經常採用的類型做了重點介紹,例舉了大量的套用實例,進行了運動仿真和分析,具有分析精確、仿真形象準確、可進行參數化設計和最佳化設計,以及可進行實體化的特點。

基本介紹

  • 書名:Pro/E行星齒輪機構設計與分析
  • 類型:科技
  • 出版日期:2014年2月1日
  • 語種:簡體中文
  • ISBN:7121224666
  • 作者:杜白石 楊福增
  • 出版社:電子工業出版社
  • 頁數:477頁
  • 開本:16
  • 品牌:電子工業出版社
基本介紹,內容簡介,作者簡介,圖書目錄,序言,

基本介紹

內容簡介

全面講解、重點介紹,內含大量套用實例,強調實際套用。

作者簡介

杜白石,1966年畢業於西北農學院農業機械系,在寶雞市機引農具廠從事技術工作,曾任技術科長。1983到西北農業大學機械與電子工程學院,從事教學與科研工作,歷任講師、副教授、教授和碩士生導師,2001 年享受國務院頒發的政府津貼,2003年退休。

圖書目錄

第一章行星齒輪機構的基本知識(1)
一、行星輪系簡介(1)
二、周轉輪系的傳動比(3)
三、行星輪系的效率(5)
四、行星輪系齒數的確定(6)
第二章2K—H的NGW型行星輪系的設計與分析(9)
第一節中心輪b(內齒輪)固定時行
星輪系的設計與分析(9)
一、2K—H的NGW行星輪系基本形式(9)
二、有三個行星輪的NGW行星輪系(25)
三、雙聯的NGW行星輪系(35)
第二節中心輪a(外齒輪)固定時行星輪系的設計與分析(40)
一、運動從內齒輪輸入行星架輸出(40)
二、運動從行星架輸入內齒輪輸出(44)
第三節2K—HNGW型行星輪系的套用實例(46)
實例1澆鑄用起重機的差速器(46)
一、制動器2制動、制動器1放鬆的工作狀態(46)
二、制動器1制動、制動器2放鬆的工作狀態(59)
三、制動器1和制動器2都放鬆的工作狀態(65)
實例2起重用調度絞車的減速器(75)
一、提升重物狀態(75)
二、停車狀態(94)
實例3渦輪螺旋槳發動機的主減速器(102)
實例4變速裝置(117)
一、輸出較高速度的裝置 (118)
二、輸出較低速度的裝置(133)
第三章2K—H的NW型行星輪系的設計與分析(136)
第一節2K—HNW型行星輪系基本形式的設計與分析(136)
一、中心輪b(內齒輪)固定的2K—HNW型行星輪系(136)
二、中心輪a(外齒輪)固定的2K—HNW型行星輪系(151)
第二節2K—HNW型行星輪系的套用實例(155)
實例1過載保護裝置(155)
一、過載保護狀態(155)
二、正常工作狀態(167)
實例2卷揚機的減速器(171)
第四章其他形式的2K—H行星輪系的設計與分析(187)
第一節2K—HWW型行星輪系的設計與分析(187)
一、動力從齒輪a輸入從行星架H輸出(187)
二、動力從行星架H輸入從齒輪a輸出(194)
第二節2K—HNN型行星輪系的設計與分析(204)
一、動力從齒輪a輸入從行星架H輸出(205)
二、動力行星架H從輸入從齒輪a輸出(212)
三、套用實例——3KNGWN型行星輪系(217)
第三節2K—HWGW型行星輪系的設計與分析(230)
一、動力從中心輪a輸入從行星架H輸出(230)
二、動力從行星架H輸入從中心輪a輸出(241)
三、套用實例汽車後橋差速器(243)
第五章K—H—V型少齒差行星輪系的設計與分析(263)
第一節內齒輪固定的K—H—V少齒差行星齒輪機構(263)
第二節外齒輪固定的K—H—V少齒差行星齒輪機構(278)
第六章2K—H型少齒差行星輪系的設計與分析(280)
第一節雙聯齒輪由兩個外齒輪組成(280)
第二節雙聯齒輪由一個外齒輪和一個內齒輪組成(295)
一、內齒輪固定(295)
二、外齒輪固定(309)
第七章齒輪圓平動行星機構的設計與分析(313)
第一節平行四邊形齒輪圓平動行星機構(313)
一、平行四邊形內齒輪圓平動行星機構(314)
二、平行四邊形外齒輪圓平動行星機構(323)
第二節正弦齒輪圓平動行星機構(331)
一、正弦內齒輪圓平動行星機構(331)
二、正弦外齒輪圓平動行星機構(340)
第三節套用實例三環傳動(348)
第八章能生成特殊軌跡線行星機構的設計與分析(362)
第一節設計分析能生成各種旋輪線的行星機構(362)
一、內嚙合行星機構(363)
二、外嚙合行星機構(369)
三、有惰輪的外嚙合行星機構(372)
第二節套用實例——能生成橢圓線的行星機構(375)
一、行星齒輪橢圓線機構(內嚙合)(376)
二、行星齒輪橢圓線機構(外嚙合)(383)
第三節套用實例——能生成直線線段的行星機構(392)
一、卡登圓行星機構(392)
二、行星齒輪搖桿機構(401)
第四節套用實例(411)
實例1行星齒輪連桿滑塊機構(411)
實例2行星齒輪連桿搖桿機構a(418)
實例3行星齒輪連桿搖桿機構b(430)
附錄A行星齒輪機構習題(442)
參考文獻(477)

序言

前言
機械傳動裝置中廣泛採用輪系,輪系是由一系列齒輪組成的。根據輪系在運轉時各軸線的相對位置是否變動,可將其分為定軸輪系和周轉輪系。按照自由度不同,周轉輪系又可分為兩種基本類型:差動輪系和行星輪系。
與定軸輪系相比,行星輪系和差動輪系具有許多鮮明的優點:例如,某些軸線不是固定的,行星輪既隨著行星架公轉,又繞著行星架自轉;輪系中經常採用內嚙合,可以減小輪系的徑向尺寸;為合理利用兩個中心輪間的空間,設定了多個行星輪,通過它們傳遞載荷,實現了載荷分流和離心力以及徑向力的平衡;差動輪系自由度大於1,可以進行運動的合成或分解;可以把幾個行星輪系串聯,也可以和定軸輪系組成混合輪系,加大了輪系的功能,等等。因而,它在各個領域中得到了廣泛套用,並且取得了不少成就。
(1)用於傳動。在工具機、汽車、冶金、起重機、動力、化工與航天航空等領域,廣泛採用2K-H(NGW)和(NW)型行星齒輪減速器,其一級傳動比為1.14~12.5,多級可達2500,最大已達5000,承載能力一般在150kW以下,最大已達5萬kW。少齒差行星齒輪減速器的使用也越來越普遍,它的特點是傳動比大、體積小、重量輕、零件數目少、傳動效率高。此外,周轉輪系還可用作增速器、變速的差速器和無級變速器。
(2)利用行星輪的運動。由於行星輪的運動是自轉與公轉的合成運動,而且可以得到較高的行星輪轉速,所以在一些工藝設備上直接利用行星輪系的這個特點進行工作,如在攪拌機和軋鋼機上,採用行星輪系,提高了工作效率。
(3)旋輪線及其套用。在行星輪系中行星輪上某點的運動軌跡是旋輪線,關於這種曲線的類型及性質,在機構學中進行了不少研究,並在工程上取得了不少的套用。旋輪線可以是直線段、圓、橢圓及擺線(不同類型的外擺線和內擺線),在一些工藝設備上套用旋輪線工作。除此之外,利用行星輪系的運動特點,還可以設計出機械製造與工藝設備方面很有意義的機構。
傳統的方法是用筆和計算工具在紙上研究行星輪系和差動輪系,因此會遇到一些困難,表現如下。
(1)速比和運轉方向難以確定。行星輪系的傳動比不能像定軸輪系那樣,利用一個公式就可以直接計算出來,而要藉助於轉化機構才能求出,加之行星輪系的類型多,有時略微改變輪系的齒數,速比和運動方向就會有明顯的變化,特別是和定軸輪系組成混合輪系時,速比就更難求了。
(2)行星輪的運動參數難以確定。要想在行星輪系中求出行星輪的運動參數,要利用相對運動原理,對該行星輪進行運動分析,而行星輪既有公轉又有自轉,其運動參數就比較難以確定了。
(3)運動原理不容易理解。行星輪系中有一些構件做複合運動,與定軸輪系中各輪做定軸轉動相比較,其運動方式很難想像,從而使輪系的運動原理不容易搞清楚,特別是少齒差行星齒輪機構,經常是學習中的難點。
(4)行星輪系的傳動效率變化大,難以確定。對於定軸輪系,確定了運動副中的摩擦損失,就能確定輪系的傳動效率,但對於行星輪系,要用“轉化輪系法”來確定傳動效率。而行星輪系的類型很多,各類型的傳動效率變化很大,有時甚至會發生自鎖。
(5)行星輪的運動軌跡難以確定。在行星輪系中行星輪上各點的運動軌跡是旋輪線,取不同的設計參數,如取不同的齒數,在行星輪內(或外)取不同的點,可以得到不同形狀和性質的旋輪線:直線段、圓、橢圓,以及不同形式的外擺線和內擺線,而這些軌跡是不容易直接看出來的。
套用Pro/E軟體可以構建類似於機構運動簡圖的“骨架模型”,與機構運動簡圖相比較,骨架模型有如下一些優點。
(1)可變化—骨架模型經參數化設計而成,改變參數的數值,就可以改變骨架模型(機構運動簡圖)。
(2)可運動—對骨架模型可進行運動仿真,可使骨架模型(機構運動簡圖)按機構的運動規律動起來。
(3)可分析最佳化—對骨架模型可進行敏感度分析、可行性分析和最佳化設計。經過敏感度分析,對機構可得到所追求的目標與設計變數間的函式關係,為設計變數的選取提供依據;經過可行性分析,對機構可得到在設計變數取值範圍內,實現約束條件的可行方案;經過最佳化設計,在可行方案中可找出達到最佳化目標的最佳方案。
(4)可測量—對骨架模型可進行幾何測量(測量距離、長度、角度、直徑等幾何指標)和運動學測量(測量速度、加速度、位移和運動軌跡等運動學指標),達到對機構進行運動學分析的目的。
(5)可實體化—按照最佳方案,在骨架模型的基礎上,可生成各個構件的三維實體,並將它們組成三維的組件,對組件進行運動仿真和分析,可驗證所設計的機構是否滿足設計要求,增加設計者的感性知識。
使用先進的軟體在計算機上通過構建骨架模型可以研究行星輪系和差動輪系,並能取得很好的效果,研究行星輪系的難點可迎刃而解。例如,輪系的速比和行星輪的運動參數可直接測量出來,各構件的運轉方向可直接看出來,行星輪的旋輪線可直接做出來;改變行星輪系的設計參數,就可以改變行星輪系,這對行星輪系設計參數的選擇和系列設計很有幫助;對骨架模型和三維實體組件進行運動仿真,可以直接看出輪系的運轉情況,增加了設計者的感性認識;對骨架模型進行敏感度分析、可行性分析和最佳化分析,可以得到追求的設計目標與設計變數間的關係,找出在設計變數的取值範圍內實現約束條件的可行方案,從而找出最佳的行星齒輪機構。
行星輪系和差動輪系只不過是為了學習和研究機構而選擇的一個對象,本書所講述的方法對研究一切機構都適用。

本書在編寫方面有如下特點:
(1)內容全面。在簡單介紹了行星輪系的基本知識後,分別對2K-H NGW型行星輪系、2K-H NW型行星輪系、2K-H其他形式的行星輪系(NN型、WW型、WGW型和3K NGWN型)、K-H-V型少齒差行星輪系、2K-H型少齒差行星輪系、齒輪圓平動行星輪系、能生成特殊軌跡線(擺線、橢圓線、直線段)的行星輪系進行了介紹,並對每種行星輪系按固定件、輸入件和輸出件的不同分別做了說明,還附有行星輪系的17道習題。
(2)重點突出。對經常採用的行星輪系做了重點介紹,如對2K-H NGW型行星輪系,在介紹了基本形式後,還介紹了有多個行星輪的形式、雙級串聯的形式和套用實例。
(3)實例典型豐富。從目前廣泛套用的機構學教科書和專著中選擇了大量的行星輪系的套用實例,利用Pro/E軟體構建了這些實例的骨架模型,並進行了運動仿真和分析,得出了一些有實用價值的結論。
(4)分析精準。對骨架模型根據運動分析的要求,設定了許多測量項目,在骨架模型運轉後,系統可自動得出這些測量項目的數值。作者套用相對運動的原理,利用公式計算出各測量項目的數值,通過比較確定了測量值的準確性。
(5)仿真形象準確。在對骨架模型構建和分析的基礎上,生成了行星輪系的三維實體組件,並進行了運動仿真和分析,使讀者對行星輪系有一定的感性和理性的認識。
(6)參數化設計。在構建輪系的骨架模型時,採用了參數化設計的方法,修改輪系的設計參數,骨架模型就跟著變化,通過運動分析,可找出合適的設計參數,同時也可進行系列化設計。
(7)最佳化設計。對行星輪系和連桿機構組合而成的機構進行敏感度分析、可行性分析及最佳化設計,找出滿足追求目標的最佳設計方案。
讀者在閱讀本書時可注意以下建議:
(1)本書注意做到軟體套用和行星輪系方面理論知識的緊密結合,結合套用軟體設計分析行星輪系的操作過程,適時地講解一些行星輪系方面的理論知識,建議讀者從這兩方面加深理解。
(2)本書是按照套用軟體解決實際問題的操作過程逐步編寫的,對難以理解的問題輔以特殊說明,建議讀者一邊看書一邊上機操作,即便對有些問題不理解,可先照書操作,待有結果後再仔細思考。
(3)學習本書的讀者,應具備Pro/E軟體方面的基本知識,如果對該軟體一無所知,就應先補課後學習。
(4)學習本書的讀者,應具備行星輪系方面的基本知識,在學習軟體套用時,應力求與行星輪系方面的知識緊密結合。
(5)本書採用Pro/E Wildfire 4.0和Pro/E Wildfire 5.0中文版為工具,但也可用於Creo2.0中文版本。
由於作者的水平有限,加之本書是初版,書中難免有錯誤和疏漏之處,歡迎讀者批評和指正。
編者
  

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