基于SolidWorks的齿轮五杆机构运动仿真

    工程实践中，齿轮连杆机构是种类最多应用广泛的一种组合机构，其结构简单，可实现较复杂的运动规律和轨迹。虽然齿轮五杆机构的解析方法比较成熟，但是由于分析的结果是用方程和函数表达的，因此具有不直观和难以检验的缺点。本文基于SolidWorks Motion，建立齿轮五杆机构的虚拟样机，进行运动仿真，分析机构各杆件的长度、初始相位角、齿数比等参数对连杆曲线的影响。该方法简单高效，且易于改进和扩展，有着较好的通用性。

1 齿轮五杆机构的建模

    图1为工程实际中常用来实现复杂运动轨迹的一种齿轮一连杆组合机构。它通过齿轮啮合传动，将构件1、4的运动封闭起来，使之原具有2个自由度的五杆机构，成为自由度为1的机构。图1(a)两齿轮的转向相反。为使两齿轮的转向相同，可在两轮间增加一惰性轮8(图1(b))。与四杆机构相比，齿轮五杆机构的连杆曲线变化更为复杂。杆1和齿轮6、杆4和齿轮7固接在一起，即杆1和齿轮6、杆4和齿轮7之间没有相对运动。各杆之间均为铰链连接，杆1和杆4之间的转角关系为：

    式中：μ为两齿轮的齿数比或两齿轮的分度圆直径比（即μ=±z₆/z₇=±d₆/d₇，当两轮的转向相同时取正，相反时取负）；φ为这两杆之间的初始相位角。

    图1 齿轮五杆机构简图

    为保证两齿轮均能做整周转动，五杆的杆长之间必须满足一定的条件。设定参数如下：l₁=15mm，l₂=80mm，l₃=70mm，l₄=30mm。齿轮6和齿轮7的中心距为80即机架l_AE=80mm，φ=180°。

    用SolidWorks对各杆件进行实体建模时，只要杆长符合尺寸要求即可，截面尺寸和形状可以自定。齿轮实体建模时，选择新建装配体，利用toolbox插件中的正齿轮造型模块，只要输入模数、齿数等参数后，就会自动生成标准齿轮。各个构件建模完成后，便可进行装配。铰链副是通过添加重合配合和同心配合来实现的，—个同心配合和一个重合配合映射成一个旋转副。齿轮副是这样来实现的；先选择齿轮的一个端面，绘制好分度圆草图，然后选择两个分度圆，添加齿轮配合。为使杆1和齿轮6、杆4和齿轮7之间没有相对转动，可再增加—个重合配合来实现。装配好的齿轮五杆机构如图2所示。

2 运动仿真与分析

    给齿轮6添加旋转马达驱动，并设置好有关驱动参数及仿真时间。仿真完成后，可以获得连杆C点的运动轨迹（如图2）及位置曲线（如图3）。