棘轮机构的参数化设计

第34卷第12期 棘轮机构的参数化设计 文章编号：1004—2539(2010)12一0027—03 棘轮机构的参数化设计 王良文李安生唐维纲张小辉 (郑州轻工业学院机电工程学院，河南郑州4．s0002) 摘要以各类机械中常用的齿式棘轮机构的设计为例，建立了棘轮机构参数化设计的数学模型，利 用VB对AutoCAD的二次开发技术，成功实现了棘轮机构的参数化设计。该系统在选定棘轮机构的设 计参数情况下，能够计算相关参数，对设计结果进行自动校验，并可以实现棘轮机构工程图的自动输出， 进行尺寸参数及技术条件的标注，提高了棘轮机构的设计效率。为棘轮机构的数字化设计、加工提供了 理论依据。 关键词棘轮机构参数化设计VBCAD二次开发 WangLiangwenLiAnshengTanWeigang她Xiaohui (CollegeofMochanicalandElectricalEngineering，ZhengzhouUniversityofLightIndustry，压∞gzhm450002，China) AbstractUsingthetoothratchetmechanismusinginallkindsofmachineasallexample，amathematicalmodel forparametricdesignaboutratchetmechanismisestablished．Theparametricdesignisrealizedbyusingseconddevel— opingtechnologyforAutoCADinVB．Whenthedesignparameterinthesystemisselected．therelatingparametercan becalculatedandthedesignresultscanbecheckedautomatically，theratchetmechanismenglneeringdrawingPanbe givenoutautomatically，labeldimensionandtechnologytermsCanbemarked，theeiSciencyisimproved．Atheoreti- calbasisofdigitaldesignandmanufactureforratchetinechanislTlisprovided． KeywordsRatchetmechanismParametricdesignVBSeconddevelopingtechnologyforAutoCAD O引言 1棘轮机构设计的数学模型 棘轮机构以其结构简单、工作可靠等优点，在各类 机械设备中广泛应用，多用于进给、转位或分度、制动、 超越、计数等场合。对常用机构开发参数化设计系统 是现代设计发展的必然。现有文献对凸轮机构、连杆 机构、带轮传动、槽轮机构等参数化设计的研究已经比 较深入【l-3J，而有关对棘轮机构的参数化设计系统研 究的文献尚较欠缺。我们首先建立了棘轮机构设计的 数学模型，利用VB对AutoCAD二次开发技术开发了 棘轮机构的参数化设计系统，当输入相关设计参数后， 能够自动计算棘轮机构的结构参数；在给定棘轮机构 的受力条件下，系统能够对设计结果进行自动校验；并 根据需要输出棘轮机构各构件的CAD工程图形。该 系统可以方便地实现棘轮机构的参数化设计，用于棘 轮机构的分析、数控加工以及计算机辅助教学中。文 中以齿式棘轮机构的设计为例进行介绍。 棘轮机构可分为齿式和摩擦式两大类，每类中又 有几种不同的结构形式。本文中主要对齿式棘轮机构 (不对称齿、三角形齿)进行研究。 (1)齿形 常应用的棘轮齿形包含不对称梯形齿， 直线三角形齿，圆弧三角形齿及对称矩形齿。本文中我 们主要以设计不对称梯形齿和三角形齿为例说明HJ。 (2)棘轮齿数名和棘爪数f齿数z与棘轮最 小转角0(又称齿距角)有关。0=21r／z，它由工艺条件 确定。选择齿数z时，应兼顾到齿距P不能太小，否 则棘齿的强度将受影响。通常情况下可取彳=8—30。 一般情况下，取棘爪数_『=l。但当载荷大，且齿 数z受尺寸限制只能很少时，棘轮齿距角0较大，棘轮 每次摆角可能小于0值，此时棘爪将不能进入棘轮齿 内拨动棘轮，也有采用多个棘爪的情况。 (3)棘轮模数m和齿距P与齿轮相同，棘轮 的大小以模数m表示，但棘轮的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 模数在顶圆上。 应该注意的是：当棘轮机构承受的载荷较大或用 万方数据 机械传动 2010年 于重要场合时，应按轮齿的弯曲强度设计或验算模数。 当设计值满足不了弯曲强度时，应当重新选择模 数计算，直至满足设计条件。 (4)棘轮的径向尺寸 主要包含棘轮顶圆直径 d。、根圆直径d，和棘轮轮齿的齿高h，表达式从略。 (5)棘轮和棘爪的轴心位置与棘齿工作面倾角口 棘爪在工作负荷作用下，能自动滑向棘轮齿根的 条件称为自动啮紧条件。这个条件必须由合理选取棘 齿工作面倾角及棘轮与棘爪回转中心的相对位置予以 保证。弹簧的作用只能使棘爪和棘轮在合理的几何关 系情况下保持正常的接触，防止意外的脱离。 图1为棘轮和棘爪的尺寸关系。棘齿工作面倾角 口的大小应根据齿根强度选定，通常口角为正值。设 计时应先定口值，然后根据选定的p角，从棘齿工作 面法线r／,n向外偏离口角的方位线上确定轴心0l的位 置，保证满足自动啮紧条件，同时使受力情况较好。 图1棘轮和棘爪的尺寸 (6)棘轮和棘爪的其余尺寸 棘轮的齿数和模数 确定之后，棘轮和棘爪的其余尺寸可按有关资料确定。 (7)棘轮和棘爪的齿形 单向驱动的棘齿一般 制成不对称梯形齿和三角齿。 1)不对称梯形齿棘轮齿形：参见图1，其齿形生成 过程如下：先以以、由为直径作顶圆和根圆，然后将顶 圆分成z等分，在某等分点A作AB与半径02A成d 角并与根圆交于B点。由B点作BC，使么ABC=驴，C 为BC与顶圆的交点。以齿根角半径r连接烈与 BC，即得棘轮轮齿的齿形。 ．2)棘爪：参见图l，过A点作胁垂直船，根据自 动啮合条件选定口角生成棘爪方位线AD。，在其上截 取A01-L为棘爪长，0，即为棘爪轴心。在烈线上 从B点起截取h．为棘爪工作三面边长。自B点引一 直线与鲋成驴1角，在此直线上从日点起取口l为棘爪 非工作面边长。在0。点作棘爪轴毂dl，最后光滑连 接爪部与轴毂间的轮廓线。连接时要注意避免棘爪的 非工作面部分与棘轮轮齿发生干涉。 3)三角形棘齿：棘齿形状若为三角形，则其齿高 ^与齿形有关，见图2。 (a)径向齿面 (b)倾斜齿面 图2三角形棘齿的齿高 a．径向齿面(即倾角口=00)的三角形齿 ， ．丌c璐(≯一詈) 凡2眦81n了—i万一 b．倾斜齿面的三角形棘齿齿高 COS(妒+口一旦)C08ff h≈ADc∞口=，舷sin一／r———二———_—_羔一 2参数化设计和图形实现技术 (2) 2．1设计思想 VB对AutoCAD的二次开发过程就是在VB的IDE 中编写程序代码，通过ActiveXAutomation技术，控制 AutoCAD应用程序对象来完成机构几何造型。 2．2棘轮机构参数计算窗体及程序 棘轮机构参数计算界面主要对机构的几何参数、 运动参数进行计算，对棘轮强度进行校核，并把的计算 结果在窗体上显示出来，同时把计算的值传递给Auto． CAD命令，通过VB语句调用AutoCAD对象中绘图命 令进行自动绘图，然后根据需要对所绘制的棘轮图形 对象进行镜像、阵列等编辑。其棘轮机构参数计算界 面参见图3。 在该计算窗体中，根据机构驱动外载荷的工作状 态，输入相关载荷；在“材料力学性能”栏进行材料选 择，材料的相关参数将自动生成。程序就能够自动对 棘轮的强度进行校核计算。 2．2．1棘轮机构的参数计算窗体 棘轮机构的参 数计算窗体见图3，这里着莺考虑了不对称梯形齿的 设计，在棘轮机构的设计计算中会涉及到一些须按结 构取值的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，对此，根据有关设计手册按 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 取。 考虑到不对称梯形齿的设计已经标准化，且有关 参数值为定值，建立一个数据库，以方便数据存储。 万方数据 第34卷第12期 棘轮机构的参数化设计 2．2．2不对称梯形齿的图形绘制 在对不对称梯 形齿图形绘制时，先计算出几个关键点，调用绘图命令 绘制多义线，再进行环形阵列，不对称梯形齿的图形绘 制部分程序代码如下： si=Atn((da／df*Sin(M))／Sqr(1一(da／df*Sin (Af))2)) s2=si一舡 s3=Acos(1—2*a'2／aa'2) a盯(0)=0：a11r(1)=da／2 Setplineobj(0)=acaddoc．ModelSpace．AddLightWeight— Polyline(arr) DimretobjAsVariant Dimbasepnt(0To2)AsDouble basepnt(0)=O#：basepnt(1)=0#：basepnt(2)=0# Setretobj=plineobj(0)．ArrayPolar(z，2*pi，basepnt) 图形绘制后还可进行标注，通过设置快速标注程 序，可以实现程序的自动标注。 2．2．3棘轮机构强度校核 当棘轮机构的模数过 小时就应进行强度设计。其部分校核程序如下： SelectCaseComb01．Text Case”HTl50" IfMjs<=UxyThen7判断输出 MsgBox”经校验，设计棘齿满足要求!” Else蛾悭校验，棘齿受力产生弯曲变形失效，不满 足要求，请修改相关参数，蕈新设计!”，vbExclamation 图3参数计算 3设计实例 设计一外啮合棘轮机构，已知棘轮的模数m=3， 棘轮齿数：=30。设计该棘轮机构，并输出不对称梯 形齿结构及三角形齿结构的设计图形。计算结果如图 3。图6所示。 4结束语 建立了棘轮机构参数化设计的数学模型，并在vi． sualBasic6．0编稗环境下通过对AutoCAD的二次开发 实现了机构的参数化设计，程序验证了模型的正确性。 本文中的研究方法对于其他机构的设计开发具有一定 的参考价值。 图4不对称梯形衡结构图 图5 i角形齿结构图 图6棘爪结构图 参 考 文 献 [1]徐武彬，尹辉俊．基于SOLIDEDGE的凸轮三维设计系统的研究 [J]．机械设计．2002，19(6)：33—35． [2]崔武彬，李健，尹辉俊，等．基于SOLIDEDGE的皮带轮三维设计系 统的研究[J]．机械没计，2003，20(12)：26—28． [3]王良文，杜文辽，崔纪酋．等．自动机械中槽轮机构的参数化设计 与仿真[J]．机械设计，2006，23(12)：44—46． [4]殷鸿梁。朱邦贤．nU歇运动机构设计[M]．上海：上海科学技术出 版社，1996：15—30． ___—_______●_____●_-_________________●—_________’_____一 收稿口期：20100520 作者简介：王良文(1963一)，男，湖北江陵人，教授 万方数据 棘轮机构的参数化设计 作者： 王良文， 李安生， 唐维纲， 张小辉， Wang Liangwen， Li Ansheng， Tan Weigang， Zhang Xiaohui 作者单位： 郑州轻工业学院,机电工程学院,河南,郑州,450002 刊名： 机械传动 英文刊名： JOURNAL OF MECHANICAL TRANSMISSION 年，卷(期)： 2010,34(12) 参考文献(4条) 1.徐武彬,尹辉俊.基于SOLID EDGE的凸轮三维设计系统的研究[J].机械设计,2002,19(6):33-35. 2.崔武彬,李健,尹辉俊,等.基于SOLID EDGE的皮带轮三维设计系统的研究[J].机械没计,2003,20(12):26-28. 3.王良文,杜文辽,崔纪雷,等.自动机械中槽轮机构的参数化设计与仿真[J].机械设计,2006,23(12):44-46. 4.殷鸿梁,朱邦贤.向歇运动机构设计[M].上海:上海科学技术出版社,1996:15-30. 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jxcd201012007.aspx