摆线轮的三维造型及导入ANSYS中的方法

摆线轮的三维造型及导⼊ANSYS中的⽅法
第１６卷第４期２００１年１２⽉
北京机械⼯业学院学报
ＪｏｕｍａｌｏｆＢｅ４ｉ“ｇＩｎｓｃｉｎｌｔｅ。

ｆＭａｃｈｉｎｅｒｙ
Ｖｏｌ＿１６Ｎｏ４
Ｄｅｃ．２００ｌ
⽂章编号：１００８—１６５８（２００１）０４⼀００４３⼀０５
摆线轮的三维造型及导⼈ＡＮＳＹＳ
谭⽉胜，姚⽂席，张春燕
（北京机械⼯业学院机械⼯程系．北京１０００８５）
中的⽅法
摘要：摆线针轮减速器⽬前已得到⼴泛的应⽤。

为了提⾼摆线针轮减速器的传动精度并对其做进⼀步的动态分析．要研究摆线齿轮的刚度问题。

摆线齿轮齿廓是⼀种超越函数．在ＡＮＳＹＳ中难于实现模型的建⽴。

⽤Ｐｒｏ／Ｅ建⽴三维造型模型较⽅便，但在Ｐｒｏ／Ｅ与ＡＮＳＹＳ之间将模型以ＩＧＥＳ的形式进⾏模型转换做有限元分析时。

由于诸多因素的影响会产⽣⼀些问题。

研究了对模型进⾏拓扑结构修改的⽅法．然后进⾏⽹格划分作刚度分析。

关键词：摆线针轮；曲⾯造型；有限元分析；刚度分析；拓扑修改
中图分类号⼆ＴＨ１３２．４１３；ＴＰ３９１．７２⽂献标识码：Ａ
Ｐｒｏ／Ｅ在零件设计、产品组合、模具开发等设计⽅⾯具有强⼤的三维造型功能。

ＡＮｓＹｓ是⼀种较新的有限元分析软件，可⽤于结构分析．热分析等，不但能进⾏静态分析，也能进⾏复杂的动态⾮线性分析。

在ＡＮｓＹｓ中．模型的建⽴极为关键。

由于摆线齿轮齿廊是⼀种超越函数．⽤⾃顶向下的布尔运算⽅法或是⾃底向上的建模⽅法都难于实现模型的建⽴。

⽽在Ｐｒｏ／Ｅ中建模却较为容易。

在Ｐｍ／Ｅ中进⾏建模时，由于摆线齿轮轮廓的特殊性，不能⽤常规的实体特征造型⽅式（如拉伸、旋转、弯曲等），必须运⽤其曲⾯特征。

ＡＮｓＹｓ已经具有与Ｐｒｏ／Ｅ的接⼝模块，但在没有购买接⼝模块的情况下．在将Ｐｒｏ／Ｅ中⽣成的模型以ＩＧＥｓ的形式导⼊ＡＮｓＹｓ时，还要对导⼊的模型进⾏修补才能进⾏有限元分析。

１Ｐｒｏ／Ｅ中摆线齿廓的建⽴
摆线轮的齿廓⽅程为［”】：≮：：篡髫㈩
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收稿⽇期：２００ｌ—ＩＯ⼀０８
怍者柏介：谭⽉胜（１９７１⼀），男．湖北利川』、．北京机械⼯业学院机械⼯程系硬⼠研究⽣，主要从事机械传动⽅⾯的研究。

（２）（３）
北京机械⼯业学院学报第１６卷
其中：
Ｒ：：摆线轮半径；‘：针轮半径；Ｋｌ：短
幅系数；磊：针轮齿数；互：摆线轮齿数；
‰：针轮相对于摆线轮的转⾓；
⼝：理论齿廓上任⼀点Ｐ的公法线与⽔
平轴线的夹⾓；
ｎ：针轮节圆半径（内啮合形成法的滚圆
半经）；ｒ，：摆线轮节圆半经（内啮合形成
法的基圆半经）；Ｒ：外啮合形成法基圆
半经。

图ｌ摆线轮的齿廓曲线
下⾯以⼭西平遥减速器⼚的Ｂ１０６５摆线轮为例进⾏分析。

其有关参数如表１
裹１⼭西平遥减蕊器⼚Ｂ１０６５捂线轮有关参数
⽤Ｐｒｏ／Ｅ的“ＦｒｏｍＥｑｕａｔｉｏｎ”绘制摆线轮轮廓线¨１时不能处理太复杂的⽅程，在Ｐｒ０／Ｅ的记事本中输⼊的⽅程式要尽量简短，如输⼊下⾯所⽰的内容：
ｆ＝３２４．９８３ｌ×（ｓｉｎ（３６０￡）⼀ｏ０２４６２×ｓｉｎ（８６４０￡））理论齿廓上⼫点的坐标值⼯。

ｍ＝３２４９８３１×（ｃｏｓ（３６０ｆ）⼀ｏ０２４６２ｘｃｏｓ（８６４０￡））理论齿廓上Ｐ点的坐标值ｖｎ
ｏ＝（０．５９０８×ｓｉｎ（８６４０￡）⼀ｓｉｎ（３６０ｆ））／（ｓｑｒｔ（１．３４９—１．２０ｃｏｓ（８２８０￡））ｃｏｓ卢
ｐ＝（⼀０５９０８×ｃｏｓ（８６４０ｆ）＋ｃｏｓ（３６０￡））／（ｓｑｒｔ（１．３４９—１２×ｃｏｓ（８２８０ｆ））ｓｉｎ卢
Ｔ＝￡＋１８×ｏ实际齿廓上Ｍ点的坐标值Ｔ
，－＝ｍ—１８ｏｐ实际齿廓上Ｍ点的坐标值Ｊ
其中￡为Ｐｒｏ／Ｅ中系统的默认变量，取值范围为（ｏ～１）．ｐ＾＝３６０×￡，⼄＝２４，ｚ，＝２３．。

７．
２８０￡，⽉：＝詈＝３２４．９８３ｌｍｍ。

ｒ：＝１８ｍｍ，五亿＝８６４０ｆ，五礼＝８
当输⼊完上⾯的⽅程式后退出记事本。

保存输⼊的内容．即可建⽴摆线轮齿廓⽅程。

２摆线轮实体模型的⽣成
在建⽴了摆线轮齿廓⽅程后，下～步就是实体模型的实现。

⽣成摆线轮实体模型时要⽤到“⼏何⼯具（ＧｅｍｏＴ００Ｉｓ）”，并将前⾯⽣成的摆线轮齿廓线指定为⽣成实体的边界线ｃ３］。

输⼊摆线轮的厚度等参数即可完成“⽑坯”的⽣成。

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３模型的导出
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４在ＡＮｓＹｓ中导⼈Ｐｒｏ／Ｅ中⽣成的摆线齿轮模型
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４６北京机械⼯业学院学报第１６卷
ＤＥＦＡＵＬＴ选项。

选择了要输⼊的ＩＧＥｓ⽂件．导⼊模型后，并不⼀定马上就能进⾏⽹格的划分，有时还需要对模型进⾏⼀些修补。

５修改拓扑结构
在这两个软件之间进⾏模型的转换有时会产⽣⼀些问题。

产⽣输⼊问题的原固有：
①Ｐｒｏ／Ｅ⽂件⽣成的⽅法（如两个⾯之间的间隙，重叠等）对于⾃⼰来说是正确的．但在有限元分析⼯具ＡＮｓＹｓ中却会引起问题。

本分析中，在对模型ｃＹｃＬＯＩＤ６５—２３进⾏拓扑修改之前若进⾏⽹格划分，ＡＮｓＹｓ提⽰模型存在重叠的问题，从⽽导致⽹格划分失败。

②Ｐｒｏ／Ｅ⽂件包含⼀些难以进⾏⽹格划分的物理细节，如“细⽽长”的⾯。

倒如摆线轮倒⾓后⽣成的⾯。

③Ｐｒｏ／Ｅ程序可能⽤了⼀种带有特殊格式的⽅式来定义图元，这种定义图元的⽅式与ＡＮｓＹｓ定义图元的⽅式不⼀致。

如果在模型的输⼊过程中发现模型的拓扑和⼏何结构有问题，或模型输⼊时关闭了台并的开关，则拓扑⼯具成为可⽤状态。

通常使⽤下⾯的程序来修改模型的拓扑结构：
①设置绘图和列表这两种⼯具的选项。

②检查模型的间隙。

列出可以被合并的开⼝边界；列出所有的闭合边界。

③删除没有连在⼀起的和不必要的⼏何图元。

其中需要删除以下⼀些项⽬：不与线相连接的关键点；不与⾯相连接的线；不与⾯相连的线和所有只与线相连的关键点；删除⾯和所有与此⾯相联系的线和关键点。

④使⽤迭代合并⼯具来合并间隙。

⑤退出拓扑修改⼯具状态。

有时候通过上述⽅法还不能把模型中的所有间隙都合并掉。

这时就从拓扑修改⼯具中退出．利⽤建模⼯具来修改剩下的间隙。

当完成了拓扑修改后就可进⾏⽹格划分，然后进⾏摆线针轮的刚度分析。

作者利⽤上述⽅法在ＡＮｓＹｓ中成功地进⾏了⽹格划分并进⾏了刚度分析。

６结束语
①摆线齿轮齿廓是⼀种超越函数，在ＡＮｓＹｓ中难于实现模型的建⽴。

在Ｐｒｏ／Ｅ中建模较容易。

但由于摆线轮轮廓线的特殊性．不能⽤常规的实体特征的造型建⽴⽅式。

必须⽤⼀些特殊的⽅法。

②在Ｐｒ０／Ｅ和ＡＮｓＹｓ之间进⾏模型转换时．由于诸多因素的影响会产⽣⼀些问题。

能否解决这些同题成为有效利⽤这两个软件的关键。

③不同的软件各有其优缺点。

充分利⽤各⾃的优点可为我们带来很多好处。

但在利⽤不同的软件联合进⾏某种⼯作时要解决好它们之间的接⼝问题，否则达不到预期的⽬的。

④其它ｃＡＤ软件建⽴的图形以ＩＧＥｓ的形式导⼊ＡＮｓＹｓ时同样可⽤本⽂介绍的⽅法。

第４期谭⽉胜等：摆线轮的三维造型及导⼊ＡＮｓＹｓ中的⽅法４７
参考⽂献：
［１］饶振纲．⾏星传动机构设计［Ｍ］，北京：国防Ｉ业出版社，１９８４．
［２］徐灏．邱宣怀．蔡春源，等．机械设计⼿册（卷３）［Ｍ］．北京：机械Ｉ业出版社，１９９０［３］林清安．Ｐｒｏ／ＥＴｌｇｉｎｅｅｒ零件设计（基础篇）下［Ｍ］，北京：北京⼤学出版社，２０００．
ＨＯｗｔ０ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｔｈｒｅｅ?ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｍｏｄｅｌｉｎｇ
ｏｆｃｙｃｌｏｉｄｗｉｔｈＰｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒａｎｄｈｏｗｔｏｉｎｐｕｔ
ｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｔｏＡＮＳＹＳｆｏｒａｎａｌｖｓｉｓ
ＴＡＮＹｕｅ＿Ｓｈｅｎｇ，ＹＡＯＷｅｎ—ｘｉ，ＺＨＡＮＧＣｈｕｎ—ｙａ“
（Ｄｅ阻ｒｔＩｎｅＩｌｔｏｆＭｅｃ汹ｃⅡｌＥｎ咖ｅ啊ｎｇ，Ｂ嘶ｉｎｇＪｎｍｊｔｕｔｅｏｆ
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ．Ｂ耐１ｎｇ
１０００８５，Ｃｈｍ）
Ａｂｓｔｎｃｔ：Ｃｙｃｌｏｉｄ—ｇｅａｒｒｅｔａｒｄｅｒｉｓｗ－ｄｅｌｙｕｓｅｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｔｒａｌｌｓｍｉｓｓｉｏｎｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｃｙｄｏｉｄ—ｇｅａｒｒｅｔａｒｄｅｒ，ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｍａｋｅａｔｈｏｍｕｇｈｔｏｕｇｈｎｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓｏｎｃｙｃｌ。

ｉｄ—ｇｅａｒＥｖｅｒｙｓｏｆｔｗａｒｅｈａｓｉｔｓａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｗｅａｋｎｅｓｓＩｔｌｓａｗｉｓｅｃｈｏｉｃｅｔｏｕｓｅｔｈｅｍｔｏｇｅｔｈｅｒＡＮＳＹＳＩｓｐ。

ｗｅｒｆｕｌｉｎｆｉｎｉｔｅ＿ｅｌｅｍｅｎ⼘ａｎａｌｙｓｉｓ，ｂｕｔｉｔｉｓｈａｒｄｔｏｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｍｏｄｅｌｓｕｃｈ髂ｃｙｃＩｏｉｄ—ｇｅ缸ｗｉｔｈＩｃＯｎｔｈｅｏｔｈｅｒ
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ｂｕｔｗｉｔｈｗｈｉｃｈｔｈｅｒｅａｒｅｓｏｍｅｐｒｏｂｌｅｍｓ．ｗｈｉｃｈｗｅｈａｖｅｔ０ｒｅｓｏＩｖｅ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｈ越ｍａｄｅｏｎｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｔｏＰｏ．ｒｅＰａｉｒ．Ａｆｔｅｒｒｅｐａ试ｎｇｉｓｆｉｎｉｓｈｅｄ，ａｔｏｕｚｈｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅ
ｆｒ州ｅｌｃａｎｂｅｍａｄｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｙｃｌｏｉｄ—ｇｅａｒ；ｃｕｒｖｅｄｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｆｉｎｉｔｅ－ｅｌｅｍｅｎｔ—ａｎａｌｙｓｉｓ；ｔｏｕｇｈｎｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓ；ｔｏｐｏ＿ｒｅｐａｉｒ
（上接４２页）
Ａｂｓｔｒ舵ｔ：Ａｆｕｚｚｙｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇａｐｐｒｏａｃｈｉｓｕｓｅｄｆｏｒｔｈｅｃｏｍｂｉｎｅｄｃｏｎｔ∞ＩｏｆＩｏａｄｔａｐｃｈａｎｇｅｒａｎｄｓｗｉｔｃｈｉＴｌｇ—ｏｖｅｒｓｈｕｎｔｃａｐａｃｉｔｏｒｓｂａｎｋｔｏＳ０１ｖｅｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅＶａｒ／Ｖｄｔａｇｅｃｏｎｔｒｏｌｉｎａｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ．Ｂｙｄｅｖｅｌｏｐｉ‘ｌｇｔｈｅｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｅ∞ｎｄａｒｙｂｕｓｖ０１ｔａｇｅ．ｔｈｅｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐｆｕｎｃｔｉｏｎｓ。

ｆｖ“ａｂｌｅｓａｎｄｔｈｅｏｂｊｅｃｔｆｕｎｃｔｉｏｎａｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｋ＝ｄ．Ｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｆｕｚｚｙｐｒｏｇｒａｒｎｍｉｎｇａｐｐｒｏａｃｈ，ｔｈｅｏｐｅｒａｔｉ。

ｎｐｏｌｉｃｙｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｔｏｍａｋｅｔｈｅｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒａｎｄｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｖｏｌｔａｇｅｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｕｓｅｒｓ鹊ｗｅｌｌａｓｐ。

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Ｋｅｙｗｏｒ出：ｖｏｌｃａｇｅａｎｄｒｅａｃｔｉ＂Ｐ０ｗｅｒｃ。

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摆线轮的三维造型及导⼊ANSYS中的⽅法
作者：谭⽉胜，姚⽂席，张春燕
作者单位：北京机械⼯业学院,机械⼯程系,
刊名：
北京机械⼯业学院学报(综合版)
英⽂刊名：JOURNAL OF BEIJING INSTITUTE OF MACHINERY
年，卷(期)：2001，16(4)
被引⽤次数：9次
参考⽂献(3条)
1.饶振纲⾏星传动机构设计 1984
2.机械设计⼿册 1990
3.林清安Pro/Engineer零件设计(基础篇)下 2000
相似⽂献(1条)
1.学位论⽂谭⽉胜摆线针轮减速器运动误差分析2002
该⽂对摆线针轮减速器进⾏了运动误差分析.综合考虑了制造误差、安装误差等多种影响运动精度的因素.建⽴了在空载情况下的运动误差数学模型.在Pro/E中建⽴了减速器主要传动部件的三维装配图,并在ANSYS5.7中对整个传动机构(⽽⾮单个零件)进⾏了受⼒分析.该⽂在受⼒分析中采⽤了多接触对的新⽅法.此法较之传统的⽅法更接近于实际情况.通过分析可得到摆线轮的刚度矩阵、应⼒应变矩阵.经过数据后处理得到了⼀些有益的结论.这些结论对于合理优化减速器的结构尺⼨以及对摆线轮进⾏合理的修型、机械强度校核.承载能⼒计算和摩擦分析等都有较⾼的参考价值.
引证⽂献(9条)
1.孙宇.朱俊平.西庆坤农业机械中的摆线轮齿廓强度有限元分析[期刊论⽂]-农机化研究 2008(4)
2.张淑霞.曾鸣.赵宏林.徐祥娟.赵兰CAD与CAE软件的数据接⼝及转换⽅法研究[期刊论⽂]-⽯油矿场机械 2007(2)
3.阎树⽥.骆敬辉.姜志科利⽤Pro/MECHANICA提⾼ANSYS有限元分析能⼒[期刊论⽂]-兰州理⼯⼤学学报 2007(2)
4.樊爱珍.张根劳CAD/CAE在渐开线齿轮上的实现[期刊论⽂]-西安航空技术⾼等专科学校学报 2006(1)
5.陈⽣华.黄筱调.洪荣晶基于Pro/MECHANICA的机床拖板有限元模态分析[期刊论⽂]-组合机床与⾃动化加⼯技术2005(5)
6.陆荣.刘杰.王世杰摆线针轮减速器齿廓强度理论分析[期刊论⽂]-沈阳⼯业⼤学学报 2005(6)
7.朱⽂武齿轮加⼯仿真及齿⾯微观形貌重构的可视化设计[学位论⽂]硕⼠ 2005
8.潘⼗成.邓效忠.刘发强基于UG的圆柱齿轮造型和分析研究[期刊论⽂]-煤矿机械 2004(10)
9.马晓明.张冰蔚对⽤Pro/E建模ANSYS做分析时导⼊模型问题的研究[期刊论⽂]-机械研究与应⽤ 2004(6)
本⽂链接：/doc/16fc4523af45b307e8719793.html /Periodical_bjjxgyxyxb200104010.aspx
授权使⽤：昆明(wfkmlgdx)，授权号：0aa63b9f-534f-4f35-9840-9ddf012cf51e
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