摘要: 在深入研究擺線針輪行星傳動理論的基礎(chǔ)上，分析了輸出機(jī)構(gòu)的柱銷( 柱銷套) 作用于擺線輪上的力，運(yùn)用UG 建模功能及機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析(ADAMS) 虛擬樣機(jī)技術(shù)，對擺線針輪行星減速器樣機(jī)進(jìn)行動力學(xué)仿真。得到了柱銷( 柱銷套) 作用于擺線輪上力的曲線，分析了柱銷( 柱銷套) 對擺線輪的最大作用力及減小作用力的方法，為后續(xù)的擺線針輪行星減速器的設(shè)計研究奠定基礎(chǔ)。
 
         擺線傳動由于結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、傳動比范圍大、傳動效率高、傳動平穩(wěn)可靠、使用壽命長等特點(diǎn)，在冶金、礦山、石油、化工、船舶、輕工、食品、紡織、印染、制藥、橡膠、塑料、起重運(yùn)輸以及軍工等部門得到廣泛的應(yīng)用。
         擺線輪主要承受3種載荷: ①針齒作用在擺線輪上的力，②柱銷( 柱銷套) 作用在擺線輪上的力，③轉(zhuǎn)臂軸承作用在擺線輪上的合力。柱銷式輸出機(jī)構(gòu)是擺線針輪行星減速器常用的輸出機(jī)構(gòu)，柱銷直接影響著擺線針輪行星減速器的傳動平穩(wěn)性。在以往的研究中主要著眼于針齒作用在擺線輪上的力，而本文以一個小功率的擺線針輪行星減速器虛擬樣機(jī)為基礎(chǔ)，利用UG進(jìn)行擺線輪參數(shù)化建模，利用ADAMS 進(jìn)行擺線輪的動力學(xué)分析，得到柱銷( 柱銷套) 質(zhì)心位移曲線以及柱銷作用在擺線輪上力的曲線。
         
1    輸出機(jī)構(gòu)柱銷作用于擺線輪上力的計算
       擺線針輪行星減速器柱銷式輸出機(jī)構(gòu)是利用柱銷和柱銷套將擺線輪與輸出軸連接起來的輸出機(jī)構(gòu)，簡稱W 機(jī)構(gòu)。如圖1所示，當(dāng)擺線輪順時針方向轉(zhuǎn)動時，即W 機(jī)構(gòu)逆時針方向作用于擺線輪上一個阻力矩Tg。此時，Y 軸右邊的柱銷孔與柱銷套有離開的趨勢; 而在Y 軸左邊的柱銷孔與柱銷套接觸而受力。各柱銷套對擺線輪的作用力為Q1、Q2…Qi。其方向為接觸點(diǎn)的公法線方向，即平行于偏心距Og Ob 的方向。在力Qi 的作用力下接觸變形，而使W 機(jī)構(gòu)的圓盤相對于擺線輪
                   

 
2    擺線針輪行星減速器的建模及動力學(xué)仿真
 2.1  基于UG 的擺線傳動參數(shù)化建模  
         本文主要對在運(yùn)動過程中的柱銷( 柱銷套) 對擺線輪作用力進(jìn)行分析，故將雙偏心對稱布置的擺線傳動結(jié)構(gòu)簡化為一片擺線輪傳動的模型，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡化。去掉箱體、間隔套等部件，僅保留含有偏心套、軸承、擺線輪、針齒銷、針齒套、柱銷套的擺線輪機(jī)構(gòu)。對于擺線針輪行星減速器的建模，其難點(diǎn)在于擺線輪齒廓曲線的建立，筆者利用UG 的“expression”來創(chuàng)建擺線修形齒廓的曲線方程，利用“LawCurve”來實(shí)現(xiàn)擺線輪齒廓曲線的建立。裝配完成后進(jìn)行干涉檢查，以確認(rèn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的可行性。最后的模型如圖2所示。
                           
  2.2   擺線針輪行星減速器的動力學(xué)仿真
           將用UG 裝配好的擺線針輪行星減速器樣機(jī)模型以parasolid 格式導(dǎo)出，再導(dǎo)入ADAMS 進(jìn)行動力學(xué)分析。由于在格式轉(zhuǎn)換過程中，裝配圖的零件的名稱信息會丟失，ADAMS 軟件會按照已有的命名規(guī)則將零件統(tǒng)一重新命名。為了運(yùn)動分析的方便，在將模型導(dǎo)入到ADAMS 后，就要對所有的零件進(jìn)行重新命名，并設(shè)置材料屬性、顏色等信息，將單位設(shè)置為MMKS。為進(jìn)一步簡化模型，忽略偏心套與軸承間的相對運(yùn)動，將軸承與偏心套進(jìn)行合并，作為一個部件。添加運(yùn)動副如下。
       1) 對所有的針齒銷添加固定副。
       2) 在針齒銷與針齒套之間添加旋轉(zhuǎn)副。
       3) 在擺線輪與針齒套之間添加擺線輪相對于針齒套的體對體實(shí)體接觸。
       4) 在柱銷套與擺線輪之間添加平行副和點(diǎn)面副，并添加柱銷套相對于擺線輪的體對體實(shí)體接觸。選擇接觸類型沖擊，分別設(shè)置參數(shù): 剛度為100 000，力膨脹系數(shù)為1． 5，阻尼值為50，穿透厚度為0． 1。由于柱銷套的材料為GCr15，而柱銷的材料為45號鋼，因此取動摩擦因數(shù)0．07，靜摩擦因數(shù)0． 11。
        5) 在擺線輪與偏心套之間添加點(diǎn)點(diǎn)副和平行副。
        6) 在偏心套上添加旋轉(zhuǎn)副，并在此旋轉(zhuǎn)副上添加旋轉(zhuǎn)驅(qū)動motion = 42 000° / s。
        7) 在擺線輪上添加負(fù)載T = － 31 350 Nmm。在ADAMS 軟件中將重力設(shè)為－ Y 方向，大小為－ 9 806． 65 mm / s2。設(shè)置運(yùn)動分析類型為dynamic，時間為0． 4 s，步長為200步。并設(shè)置積分求解器及運(yùn)算精度。加載后的擺線針輪行星減速器樣機(jī)模型如圖3所示。
                           
  2.3    結(jié)果與分析
            對擺線針輪行星減速器模型進(jìn)行仿真，通過仿真得到所有零部件的運(yùn)動曲線。柱銷( 柱銷套)質(zhì)心在X 和Y 方向的位移曲線分別如圖4和圖5所示( 任選一柱銷套為例)。圖6為柱銷( 柱銷套) 質(zhì)心位移曲線。
           以柱銷孔所在圓的圓心為原點(diǎn)，由圖4和圖5可知，柱銷( 柱銷套) 的質(zhì)心均在X、Y 方向上作最大值為45和最小值為－ 45的往復(fù)位移運(yùn)動。柱銷( 柱銷套) 在0． 4s 內(nèi)往復(fù)運(yùn)動約4． 25次，這與擺線輪轉(zhuǎn)4． 24轉(zhuǎn)( 0． 4 ×42 000 / 360 / 11) 一致。由圖6可知柱銷( 柱銷套) 的質(zhì)心作最大值為65和最小值為57的往復(fù)位移運(yùn)動。所以綜合圖4、圖5、圖6可知柱銷( 柱銷套) 的位移
與實(shí)際情況符合。
           柱銷( 柱銷套) 分別作用于擺線輪上在X、Y 方向上力的曲線，如圖7和圖8所示。柱銷( 柱銷套) 作用于擺線輪上力的曲線如圖9所示。
          由圖7和圖8可知柱銷( 柱銷套) 作用于擺線輪上在X、Y 方向上的力呈周期性變化。圖10 中實(shí)線是柱銷( 柱銷套) 作用于擺線輪上力的曲線( 圖9 ) 的局部放大圖，虛線是柱銷套質(zhì)心位移
曲線( 圖6 ) 的局部放大圖。由圖10 可知柱銷( 柱銷套) 作用于擺線輪上的力呈周期性變化。由圖9可知柱銷作用于擺線輪上的力在啟動瞬間較大，之后迅速進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，且啟動瞬間的嚙合作用力約為正常運(yùn)動過程的兩倍。穩(wěn)定后柱銷( 柱銷套) 作用于擺線輪上的力最大為556．67 N，而通過式( 5) 計算得到的最大作用力為473． 91 N。由于零件制造和裝配誤差的影響，柱銷套與柱銷孔不一定都同時接觸，而式( 5) 對這些因素考慮不足，所以通過仿真求得的最大作用力大于式( 5) 所求。這說明零件制造誤差和裝配誤差對柱銷( 柱銷套) 作用于擺線輪的力影響比較大，為了減小柱銷( 柱銷套) 對擺線輪的作用力，提高擺線輪的性能，要減小零件制造誤差和避免裝配誤差。
                 
                         

3    結(jié)論
        筆者在深入研究擺線針輪行星傳動理論的基礎(chǔ)上，分析了輸出機(jī)構(gòu)的柱銷( 柱銷套) 作用于擺線輪上的力。以一個小功率的擺線針輪行星減速器虛擬樣機(jī)為基礎(chǔ)，利用UG 進(jìn)行擺線輪參數(shù)化建模，利用ADAMS 進(jìn)行擺線輪的動力學(xué)仿真分析，得到柱銷( 柱銷套) 作用在擺線輪上力的曲線。分析了試驗結(jié)果，提出減小柱銷( 柱銷套) 對擺線輪作用力的方法，為擺線針輪行星減速器性能的進(jìn)一步改善提供了理論依據(jù)，并為后續(xù)對擺線針輪行星減速器的研究奠定了基礎(chǔ)。