行星齿轮的实体建模与运动仿真

（ 收稿日期：*44>9*4> ）
冷加工
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图 (! 行星齿轮机构
由于 ( 个行星齿轮与右侧的齿盘齿轮分别做了“ 齿轮配 合” ，其中的 9 个行星齿轮与左侧的齿盘齿轮做“ 齿轮 配合” 。我们可以看到右侧的齿盘齿轮通过 ( 个行星齿 轮，带动左侧的齿盘齿轮转动起来，两个齿盘齿轮运动 方向相反，这样就完成了我们的初衷，制作的动画运转 界面如图 : 所示。
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行星齿轮的实体建模与运动仿真
辽宁省核工业地质局机械研究所! （ 沈阳 ! ""##$% ） ! 李 ! 晶
! ! 利用 ()*+,-)./0 的运动仿真功能，可以很方便地生 成工程机构的演示动画，让原先呆板的设计成品动起 来，用最简单的办法实现了产品的功能展示。在此，以 我厂生产的一种制动鼓盘车床中采用的行星齿轮机构与 大家进行探讨。 星齿轮啮合，带动左侧的齿盘齿轮转动，这样，3 个齿 盘齿轮的旋转方向相反。 ()*+,-)./0 开发了齿轮造型程 序，我们从设计库的 :))*;)< 中调出齿轮文件，输入齿 轮参数，就可以生成齿轮实体模型。重点是齿盘齿轮的 面齿轮建模有一些难度，先设法找到一个基准平面，然 后从齿轮库中调出一个参数相同的齿轮，将其渐开线齿 形复 制 到 这 个 基 准 平 面 上，将尺寸完全定义，再 进行切除和阵列，最后完 成该零件的实体建模，如 图 3 所示。 （ 3 ） 装配 ! 在制作模 型时，零件之间的装配关 系必须正确，否则将不能
图 :! 制作的动画播放界面
为了演示得清晰一些，将播放速度设为 94; ，计算 完成后，可以将动画保存为 #<= 格式，这样就可以用一 般的视频播放软件进行播放。 值得注意的是输出动画需要较长一段时间，而且播 放速度越慢，播放时间越长，计算机处理的速度越慢， 处理的时间越长，并且文件也越大。所以，占用内存太 大的话，就容易造成死机。
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节圆直径，( 个行星齿轮通过行星轮轴分别固定在空心 轴的 ( 个螺孔内，最后插入齿轮 0() ，它与左侧的齿盘 齿轮之间留出间隙，然后在空心轴上打销孔固定。这些 配合做好后，齿轮 0() 与空心轴固定，* 个齿盘齿轮和 ( 个行星齿轮只有一个转 动的自由度。装配后的 行星齿轮机构如图 ( 所 示。 （(） 装 配 过 程 中 应注意的问题及解决方 法! 由于 * 个齿盘齿轮 和 ( 个行星齿轮均可以 自由旋转，装配后会发
#" 结语
在产品开发、工艺工装设计中，应用 "#C# 实体设 计仿真动画，可以快速展示产品的功能或性能，为产品 开发设计奠定基础。
（ 收稿日期：3DDE1336 ）
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冷加工
图 3! 齿盘齿轮 876839
!" 行星齿轮的建模装配
（ 1 ） 行星齿轮建模! 采用自下而上的设计方法：先 生成单个零件，然后将其插入装配体，再添加相应的配 合，最后完成装配体。如图 1 所示。
产生相应的运动，这是能否使用 ()*+,-)./0 进行运动仿 真的前提和关键。我们在实践中体会到选择正确的装配
图 1! 行星齿轮机构
12 空心轴! 32 齿轮 045! 42 行星轮轴 62 齿盘齿轮 076839! 72 行星齿轮 016
顺序，并且让首先固定的零件保持正确的空间位置也很 关键，否则装配体会东倒西歪，这时再修改配合就不大 容易了。所以，最好按照实际的工作状态进行装配。 我们新建装配体，先插入空心轴（ 固定） ，再插入 3 个齿盘齿轮，它们端面齿轮的中心距 等 于 行 星 齿 轮的
该行星齿轮机构的传动方式为：齿轮 045 与空心轴 固定，右 侧的 齿 盘 齿 轮 076 、039 通 过 面 齿 轮与 4 个 行
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其绕工作键轴心再作顺时针方向旋转 67= 复合运动，设 定时间为 32 90。然后再选中“ 高度旋转” 第二动画片 段、第三动画片段，编辑“ 追踪起始时间” 和“ 长度” ， 整个结合键智能动画编辑完成。 （ 4 ） 根据“ 离合—制动” 原理，完成其余零部件 起始时间和运动时间编辑。 （ 6 ） 输出动画视频。在“ 文件” 下拉菜单中，输 出“ 动画 > ，采 用 #?@ 文 件 格 式 保 存，在“ 动 画 帧 尺 寸” 的对话框中，选择“ 光滑渲染” ，开始输出动画， 输出的动画视频可用 -+A,)B0 资源管理器打开观看。
生齿轮干涉的现象，这在后续进行“ 齿轮配合” 时，与 实际运动状况不符。因此，我们必须确定齿轮的初始位 置，使齿轮处于正确的啮合状态。 分别打开齿盘齿轮和行星齿轮，它们在做齿形切除 时，都用到一个包含一个圆和一条辅助中心线的草图， 其中辅助中心线分别通过齿槽对称线和齿对称线，该草 图用于齿轮在装配体下的定位。在装配体环境下，将草 图设置为可见。这时，辅助草图中的分度圆相切。在配 合中，选择两条辅助中心线共线，确定齿轮的初始位 置，即定位。这时，由于完全定义，各齿轮处于固定状 态，不能转动。为了使用“ 模拟” 工具进行模拟，需将 定位配合压缩。但是，必须注意不能再用鼠标转动齿 轮，否则会破坏其初始位置。最后，在“ 机械配合” 中 的“ 齿轮配合” 中，将“ 比率” 设定为齿数比， “ 配合 实体” 选择辅助草图中的两个圆，这样可保证齿轮转动 过程中视觉上不发生干涉。注意： “ 配合实体” 千万不 能选择相啮合的齿面，否则，将不能转动了。
#" 结语
利用 +,-./0,123 软件，就可以方便地制作出丰富的 动画效果，将设计者的意图更好地传递给客户，提供更 好的直观感受。在实体建模、装配过程中，齿轮先定位 后压缩，以及运动仿真过程中遇到问题并解决问题的能 力得到了很大提高，也为我们今后处理同类问题开拓了 思路，具有极其重要的借鉴意义。
!" 行星齿轮的运动仿真
在 +,-./0,123 环境中，*44) 版之前制作机构的动 画，必须手动添加 56.758,1 插件，但是 *44) 版省去了手 动添加的麻烦。安装 +,-./0,123 时，采用最完整的安装 模式，就会自动加载“ 运动算例” ，即可实现该功能。 我们插入新建运动算例，算例类型选择“ 装配体运 动” ，单击“ 旋转马达” ，选择右侧的齿盘齿轮作为马达 方向，为了运动演示的清晰一些，将马达设定为匀速马 达 941 % 7.6，相对运动的零部件则默 认 为 整 个 装 配 体。