摆线针轮行星减速器的可视化设计

　　数字化设计摆线针轮行星减速器的可视化设计bookmark0□重庆大学机械工程学院侯沂宋朝省作为普通减速机的更新换代产品，摆线针轮行星减速器以其输入输出同轴、多齿啮合的新颖结构，广泛应用于石油、化工、纺织、军工、工程机械、冶金和矿山等工业部门的驱动装置和减速装置中。但是由于无论在结构设计上，还是运动学、动力学分析中，摆线针轮减速机构都是所有齿轮减速器中最复杂、最难以控制的，所以它的设计和使用远不如渐开线齿轮减速器那样普及。笔者经过研究，开发出一套简便快捷的摆线针轮行星减速器可视化设计方案，希望能够给广大设计人员以启发。

　　摆线针轮减速器由中心轮（针轮）、转臂输入轴（偏心轮）、摆线轮和孔销式W机构输出轴组成。

　　摆线轮是一个盘式结构，其上均匀分布孔。它的最大的特征是摆线轮廓，其三维建模困难之处也在于摆线轮廓的绘制。由于SolidWorks2004没有直接用于绘制摆线的功能，所以要生成符合要求的摆线轮廓，必须借助于相应的程序，生成用于参数化设计的摆线轮齿廓。摆线轮廓直角坐标参数方程如下所示：标点，如所示，然后运用样条曲线命令，连接所有坐标点，得到摆线轮齿廓曲线，接着进行拉伸、阵列和切除等操作得到摆线轮，如所示。

　　本文以Sod现三维建模Works2004软件为平台，研究了实现摆线轮齿廓的方法，完成了摆线针轮减速器可视化设计和虚拟仿真装配及有限元分析，提高了摆线针轮减速器设计的速度和质量。

　　系统的三维CAD软件，采用了先进的Parasolid图形语言平台内核，在软件易用性和高效性方面都取得了巨大成功。SolidWorks功能强大，能够在3D环境中进行产品设计工作，广泛应用于零件设计、装配设计、钣金设计和模具设计等领域。此外，SolidWorks还提供沟通互动的工具，通过插件的形式集成zp摆线轮的实际齿廓方程为：间隔0.5*就计算一个数据，整个摆线轮共721个点坐标。

　　用描点法得到摆线上一系列坐3.箱体和针齿壳箱体是一个轮廓不规则的几何形体，形状复杂，且分割体很多，可以通过SolidWorks软件的旋转、拉伸、切除等方法得到。这里应当注意，合理的建模顺序是很重要的，建模应该以数据作为基础。

　　针齿壳则可以通过回转和切除得到。其他零件的三维建模这里不再赘述。完成后的箱体和针齿壳如所示。

　　二、摆线针轮减速器虚拟仿真装配进行摆线针轮减速器三维零件的虚拟仿真装配，应首先进行轴承、柱销与柱销套、针齿与针齿套等子装配。完成子装配后进行总装配，依照从内到外的顺序，先装配输入轴，再装配两个摆线轮和柱销，然后装配针齿销和针齿壳，最后装配附件，以得到完整的减速器装配。装配过程中的装配顺序是非常重要的，这里需要注意的是，装配顺序是否合理，将直接影响到装配的质量好坏。所示为摆线针轮减速器虚拟装配。

　　在虚拟装配的模型上，进行装配体干涉检查，以便确定装配体中各零件之间是否存在实体干涉，以及干涉发生在何处，进而消除干涉。对于零件较多或装配要求较严格的装配体，应该装配好一个零件就进行一次装配检查，这样可以及时发现错误，及时修正。

　　三、摆线轮有限元分析根据摆线针轮行星传动的啮合原理可知，针轮与摆线轮是多齿啮合。摆线轮与各针齿，以及W机构中的柱销套与柱销孔之间的载荷分布很复杂，除了受接触变形影响外，还受制造误差、啮合间隙和摆线轮体变形等因素的影响。采用传统的计算方法很难确定摆线轮受力情况。COSMOSWorks是完全整合在SolidWorks软件中的分析模块，提供了完整的分析手段。它凭借先进的快速有限元分析，能够对大规模的复杂设计提供迅速准确的分析和验证，并且能够获得修正和优化设计所需的必要信息。

　　本文利用COSMOSWorks插件对摆线轮进行了有限元分析。操作顺序如下：对摆线轮进行载荷和约束施加，如5图所示；自动划分摆线轮网格，如力分布，如所示。

　　利用三维CAD软件SolidWorks软件进行可视化产品设计，可以观察摆线针轮减速器的内部结构和外观实体，从而能够在产品设计阶段就对不合理的结构进行改进，比如摆线针轮减速器的可装配性和可拆卸性，以及装配效率分析等。在产品的试验阶段，应用可视化产品设计可以减少对物理原型的需要、测量和装配性能分析，并对运动过程中发生的干涉给出提示，同时还能够分析摆线针轮减速器零件的受力、变形和模态等。综上所述，SolidWorks软件所建立的模型是可装配、可运动的模型。遒