行星变速箱传动简图CAD的新方法_邓晓龙

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  文章编号:1004-2539(1999)04-0046-03行星变速箱传动简图CAD的新方法(武汉水利电力大学,湖北宜昌443002)邓晓龙方子帆摘要对行星变速箱传动简图进行了计算机辅助设计。采用一种新方法来排除构件干涉的传动方该方法能得出二自由度和多自由度行星变速箱所有可行的传动简图,为行星变速箱传动方案的优化设计打下了基础。关键词行星变速箱传动简图辅助设计行星齿轮变速箱大范围的应用于工程机械、汽车等行驶机械中。已知传动比,怎么样确定整体方案,是最关键的问题。要想对整体方案来优化设计,前提是必须得到所有可行的方案图,然后才能根据套轴层数、特征参数、各档传动效率等因素来综合评价设计的具体方案。对一个二自由度变速箱,满足给出的传动比的方案很多,若靠人工的方法来逐一判断其机构干涉、方案优劣是很困难的。而对于三自由度或更复杂的变速箱,这一过程会非常烦琐。现提出一种新方法,即用计算机模拟人的连线过程,可以很好地解决怎么样来判断构件干涉这一问题。在进行构件连接之前,必须知道行星排各构件的功能。对二自由度变速箱,可用综合法求出各构件功能。本程序除能用综合法设计二自由度变速箱设计简图并进行构件连接外,还能应用于自动连接多自由度变速箱设计简图。由于综合法不能直接应用于多自由度的变速箱设计,针对不同的情况,本程序有不同的应(a)对两个二自由度串联成的三自由度的变速箱,输入前后二自由度部分各排的传动比,可分别用综合法计算,连接设计简图,再将前后部分组合形成总方(b)对其他的情况,输入各行星排构件功能矩阵,可自动生成所有可行的设计简图。用综合法初步设计二自由度变速箱传动方案基础原理(以单行星轮的NGW行星变速箱为由单行星排的结构件转速方程知nt+anqnt、nq、nj分别为太阳轮、齿圈和行星架转为行星排特征参数。又由行星排的结构件转速方程知niin0ni、n0、nb分别为输入件、输出件和操纵件转个传动比可得到n个原始方程,再分别对这些原始方程中的ni、n0进行消元处理,得到个派生方程。将原始方程和派生方程的转速项的3个系数中绝对值最小者化为1此转速项对应于太阳轮,系数中绝对值最大的转速项对应于行星架,而居中的系数转速项对应于齿圈,且该系数的绝对值等于特征参数个旋转构件可组成一个行星排,故方程总数为N1个方程,组成一个方程组,该方程组构成一种传动方案。而且每个方程组中行星排的排列次序不同,又有种排列形式。这样,总方案数为N2整个方案数是比较多的。即使在同一方程组中,同样的排列次序,构件间的连接路径也并非只有一种。这样,就构成了大量的可供选择的方案。建立原始方程和派生方程矩阵把已知的非直接档传动比个原始方程nii1n0niinn0将原始方程组中方程消去ni得到派生方程组用矩阵形式表示46物理运动1999将原始方程组和派生方程组联立,组成所有可能的行星排的方程组用矩阵形式表示建立有效方程矩阵和构件功能矩阵考虑到结构上的布局等要求,特征参数一般取。去掉方程组(4)中的不合理方案,得到效方程,组成有效方程组个基础构件(太阳轮行星架j)的功能(输入件制动件b),用构件功能矩阵对应的构件为太阳轮时,eij对应的构件为行星架时,eij对应的构件为齿圈时,eij2方案图的自动连接及流程图首先在有效方程组中任取成一种方案,此时,必须检验该方案中是否包含了所有+2个构件,若不满足此条件,则排除此方案。第二,进行连接,自动判断会不会产生干涉,若有干涉,则排除此方案,进行下一种方案。该步是整个设计的重点,将所有可能的路线都考虑到。虽然连线的路径很复杂,路线数十分庞大,但很多方案进行到中途就发生了干涉,此时即可排除;而且计算机的运算速度非常结果输出及方案分析完成连接后,显示所有可行的方案连接图,并将可行的方案图、组成方案的行星排的各种参数(如特征参等)、评价方案图好坏的参数(如套轴层数,连线曲折程度)等数据存入数据文件。这样,以后进行方案的优化时可以直接读取该数据文件。总流程框图流程框图见图图中阴影部分为方案设计简图连接程序,详细见第3方案设计简图的连接以三排二自由度为例,基本设计思路是画出三排然后计算机开始从左往右连接构件。若某基础构件在后面行星排中有相同功能的构件,先互相连接,o);若该基础构件只出现一次,则直接连接到壳体或轴。在连接过程中,自动搜索可行的路径并记录下路口。若某一路线出现干可试探搜索其他路线,当所有的路线均不可行时,该方案连接失败。程序框图见图23示例以功能1说明本程序的计算过程。设计一个二自由度三档行星变速箱,传动比.3n0+2.3nb1.8n0+0.8nb1ni+3.5n047第23期行星变速箱传动简图CAD原新方法把式中绝对值最小的系数化为其他系数相应变化,得到导出派生方程,得到所有可能的行星排方程组.24nin0nb1nb2nb3从式(6)中可看出,a2.24不符合标准要求,舍弃这4个方程,得到一定效果方程组DN.89nin0nb1nb2nb3它表示6种形式的行星排,a1种行星排进行组合,用计算机自动连线种可行方案的传动简图。除文献2中得到的9还得到了另外两种传动简图,如图3(其他传动简图见文献2)。图3两种可行方案传动简图4结语1)采用的方法原理简单,计算、连接由计算机完成。在PENTIUM266机上完成一个二自由度三行星排变速箱的计算、设计简图连接,所花时间不到15分钟。2)本程序实用性强,适合使用的范围广,不会遗漏可行的方案。而且不仅可用于二自由度行星变速箱,还可用于两个二自由度串联成的三自由度行星变速箱,知各构件功能时,能完成任何行星变速箱设计简图的连接。3)程序采用Visual++编写,内含34个函数,改调用方便,后续方案优化设计程序可直接调用所得到的结果。许纯新.工程机械底盘设计.北京:机械工业出版社,1988.赵毅民.行星齿轮变速器传动简图的计算机辅助设计.工程机械,1992,收稿日期:1999-03-29作者简介:邓晓龙(1971),湖北荆州市人,讲师.本研究受武汉水利电力大学(宜昌)基金资助.48物理运动1999