Solidworks Motion在周转轮系传动比计算教学中的应用研究

摘 要：周转轮系传动比计算是机械基础教学中的重要内容，其计算过程较为复杂，学生不易掌握，且个别问题一般原理无法计算。本文首先，应用Solidworks建立了周转轮系各部件模型，并完成了仿真模型装配。其次，在Solidworks Motion组件下模拟了周转轮系的运动过程，最后计算出了具有复杂结构的周转轮系传动比，结果显示与理论计算结果比较接近，并解决了相对运动原理不能处理的关键问题。

关键词：周转轮系;Solidworks Motion;传动比;相对运动原理

引言

轮系传动比计算是机械基础教学中的重要环节，其中周转轮系传动比因计算原理较为抽象，计算过程最为复杂，个别类型周转轮系传动比常规方法更是无法计算，学生掌握相关的计算方法也较为困难。本文通过应用Solidworks Motion虚拟仿真周转轮系实际运动过程，得到轮系中各齿轮实际转速，从而可以很方便的计算出轮系传动比，特别是对常规方法无法求解的问题更为有效。学生在掌握最基本的周转轮系传动比计算方法后，再应用此方法可以更好的理解传动比计算原理及过程，对提高学生处理工程实际问题的能力具有重要意义。

1.周转轮系

轮系按照是否存在行星架分为两类，即定轴轮系与周转轮系，两者在实际机械中都有非常广泛的应用，其中周转轮系的优点是机构较为紧凑，单级就可以得到较大的传动比。

2.基于相对运动原理的周转轮系传动比计算

因为周转轮系中存在行星架，导致行星齿轮轴线位置是不固定的，所以定轴轮系传动比计算公式不能直接在周转轮系传动比计算中应用，一般计算方法是应用相对运动原理，给整个周转轮系加一个与行星架角速度相反的公共角速度，把周转轮系转化为定轴轮系（转化轮系）后再应用定轴轮系传动比公式计算，公式如式1。

通过公式1可以计算出相关齿轮的转速，进而得到首轮到某轮的传动比。但此原理的应用必须满足被求转速齿轮的轴线与行星架轴线及其他齿轮轴线平行。因此，一旦不满足此条件，相对运动原理将无法求解相关齿轮转速及传动比。

3.应用Solidworks Motion计算周转轮系传动比原理

应用Solidworks Motion计算周转轮系传动比原理是：首先，应用Solidworks建立周转轮系各部件实体模型并完成装配，模型如图3所示，简图如图4所示。其次，是在Solidworks Motion组件中设置各齿轮间接触关系，根据已知条件设置主动齿轮转速及方向。最后，模拟仿真周转轮系实际运动过程，通过结果后处理得到相关齿轮实际转速，从而计算出首轮到任一齿轮间的传动比。

4.应用Solidworks Motion与相对运动原理分别计算复杂周转轮系传动比

如图所示周转轮系，其中Z1= 43，Z2=36，Z2”=24，Z3=20，n1=60RPM，n3=10RPM，转向如图5所示，现要求解传动比i12、i1H。

a.应用Solidworks Motion计算周转轮系传动比

依据已知条件建立周转轮系各零件三维模型及轮系装配体模型如图3所示。在Solidworks Motion组件中设置主动齿轮1、3转速、方向及各齿轮之间的接触关系。通过计算模拟，结果后处理得到各齿轮的转速分别为：n2=46.5RPM，nH= 31RPM。方向为：nH与n1同向，n2相对于行星架自转方向为逆时针。依据传动比的概念有：i12=n1/n2=60/46.5=1.29，i1H=n1/nH=60/31=1.94。因此得到传动比i12=1.29，i1H=1.94。

b.应用相对运动原理计算周转轮系传动比

由周转轮系传动比计算公式有：

代入n1、n3得到nH=31.2RPM，所以有：i1H=60/31.2=1.9

因齿轮2轴线与齿轮1、3及行星架不平行，依据相对运动原理计算公式使用条件，齿轮2轉速应用此公式无法求解。

分别应用Solidworks Motion与相对运动原理计算周转轮系传动比，可以发现二者在求解i1H时结果十分接近，说明应用Solidworks Motion计算周转轮系传动比原理可行，且计算过程十分简便。

5.结论

（1）应用Solidworks Motion计算周转轮系传动比原理可行。

（2）应用Solidworks Motion计算周转轮系传动比，可以很方便地解决行星齿轮轴线与其他部件轴线不平行的问题，弥补了相对运动原理的不足。

（3）应用Solidworks Motion计算周转轮系传动比原理简单易用，对学生将来处理工程实际问题具有重要意义。

参考文献：

[1]刘红政，Solidworks Motion运动仿真实例详解[M]机械工业出版社，2018.

[2]徐丽娜，机械设计基础[M]机械工业出版社，2020.

[3]王春香等，机械设计基础[M]地震出版社，2003.

作者简介：

孟强（1983-），男，内蒙古通辽市人，硕士研究生，讲师。

支持项目：2020年内蒙古自治区高校科研项目

（包头职业技术学院，内蒙古 包头 014035）