本篇文章介绍使用KISSsoft对一个两级齿轮减速器建模并进行强度分析的例子。该例子来自于KISSsoft自带的入门例子，但是本文是从机械设计的角度来进行介绍，所以并不翻译原文，也不会涉及到很多操作细节，只是大而化之的说明如何用KISSsoft来进行机械系统的建模与分析。

【终极目的】

要建模一个如下图所示的两级齿轮减速器

从上图可见，它有三根轴。

最上面的轴输入运动，它有一个齿轮，该轴两端是两个轴承。

中间轴上有两个齿轮，两端是轴承。

输出轴上有1个齿轮，也有两个轴承支撑。

除了上述传动件和支撑件以外，在输入轴的最左边有一个运动输入，而在输出轴的右边作用一个集中力，最右端有一个输出。

输入轴上的齿轮与中间轴上的左边齿轮啮合；而中间轴上的右边齿轮与输出轴上的齿轮啮合。

因此，整个运动的传递如下：

在输入轴的左端输入一个运动，从而轴1转动，带动轴1上的齿轮1转动；齿轮1与齿轮2啮合，带动齿轮2转动，而齿轮2与中间轴固定，从而带动中间轴转动；而齿轮3固定在中间轴上，从而中间轴的运动带动齿轮3转动；齿轮3与齿轮4外啮合传动，从而带动齿轮4转动；而齿轮4由于输出轴固定，因此输出轴转动，最终把运动往外传递。

本问题中，在对减速器进行设计以后，会在输入端输入一个匀速转动，在输出端指定一个阻力矩。

【建模过程】

1.创建轴系及传动件。

通过点击轴承，齿轮，及耦合图标，创建第一根轴系。

按照类似的方式，创建另外两根轴系。

 

2. 创建齿轮副。也就是两对齿轮之间的联接关系。

首先定义第一对啮合的齿轮。

通过此对话框，定义了相互啮合的两个齿轮，并定义了齿轮的效率是1.

对于第二对齿轮也是如此定义。

 

3. 定义输入和输出。

对于输入轴，定义2000转每分的转速。

对于输出轴，定义1000NM的阻力矩。

则经过上述3步得到的结果如下图

从上图中可以看到三根轴，轴之间的两根线段表明了齿轮之间的联接关系，而输入轴上有一个输入，输出轴上有一个输出。

 

4. 定义齿轮的基本参数。

对于第一对齿轮，定义传动比，两个齿轮的压力角以及螺旋角。

上述过程定了，第一级齿轮传动的传动比是5，两个齿轮的压力角为20度，螺旋角为15度。可见，这是斜齿圆柱齿轮传动。

按照类似的方式定义第二级齿轮传动的基本参数

可见，它表明了，第二级齿轮传动比是4，压力角为15度，而螺旋角是0度，因此是直齿圆柱齿轮传动。

 

5. 定义轴的几何体。

对于输入轴，确定其直径为30mm，长度为200mm.

对于中间轴，确定其直径为40mm，长度为200mm.

对于输出轴，确定其直径为60mm，长度为200mm.

 

6.定位轴。设置轴的平行关系，得到三维模型如下

 

7. 浏览预定义的齿轮和轴承数据。

这里给出了4个齿轮的预定义数据，其中的压力角和螺旋角来自于前面的定义，而齿数则是在预估了小齿轮的齿数后，按照前面给定传动比得到了大齿轮的齿数。这里还默认了法向模数，变位系数，分度圆直径和齿顶圆直径。

从上表可以看到，KISSsoft所取的默认值，对于输入轴的小齿轮，齿数给的是18，而对于中间轴的小齿轮，齿数给的是20。而齿轮2的齿数则是18*5=90，但是这里给定的是88，而非90，这是基于齿数的选择原理而确定的。在齿轮的齿数设计时，我们应该尽量使得大小齿轮的齿数互为质数，以保证均匀磨损。所以KISSsoft给定的是18:88=9:44,这互为质数，而传动比则尽量接近用户给定的传动比。

同样，对于第二级齿轮传动，给定的是20:78=10:39，同样互质，而不是简单的满足用户的要求，给定为4.这也是基于上述原理。

可见，KISSsoft使用及基于内建的专家库，它一方面尽量满足用户的要求，但并不一味的迎合用户的需求，它也会考虑齿轮计的内部规则，从而确保设计出合理的齿轮。
如果我们仔细分析KISSsoft对于模数的选取，也会得到令人惊讶的类似结论。

 

8.录入输入输出数据。

插入用户界面表如下图。

输入方框内的数据如下图。

左边的两个方框分别是输入速度2000转每分，输出扭矩-1000NM。右边的上面方框内是齿轮的计算方法，下面方框内的内容分别是两根轴的夹角及传动效率。

在输入这些值后，就可以得到输出值，这些输出值已经显示在上表中，凡不是输入的值都是输出值。

从这些输出值我们可以看到，KISSsoft基于每根轴的转速和扭矩计算了输入轴的功率和输出轴的功率，由于没有能量损失，都是10.985KW。

 

9.插入表达式计算传动比和效率。

在上图的两个灰色方框内可以插入表达式。

第一个灰色方框内插入

其含义是说，如果输出轴的速度不是零的话，那么该单元格内的数据就等于输入轴的速度除以输出轴的速度。显然这就是传动比的定义。

然后在第二个灰色方框内输入表达式

意思是说，如果输入功率是零的话，那么就返回一个出错对话框，否则该单元格内的数据就等于输出功率比上输入功率，而且对结果圆整，并在后面加上一个百分号。

输入完毕后，计算结果如下

在上表中，方框内显示了传动比和效率的计算结果。

传动比是19.067,它是用2000/104.9 得到的；而效率是100%，它是用10.985/10.985得到的。

可见，这里定义单元格内部的数据的方式，与我们在EXCEL中定义表格内部数据的方式一模一样。

 

10.插入函数以进行运动学计算和强度计算。

在上图右边的四个单元格内插入四个函数，分别进行运动学计算和强度计算。最后结果如下

而这四个单元格内的输入内容分别如下

GP1(计算第一对齿轮)

GP2(计算第二对齿轮，略)

Kinematik(运动学计算)

Strength(强度计算)

每个函数内部的内容都是在调用KISSsoft内部的相应方法，最后总是更新数据单元格。

然后双击上面的四个按钮，得到如下结果

我们可以看到，在给表格的左下方是强度计算结果，它分别给出了4个齿轮的强度安全因子。这些安全因子是基于运行2万小时的寿命给出来的疲劳强度所对应的安全因子。

 

11.后处理。

运行完毕后，可以把力的计算结果输出到轴，也可以把三维模型的结果输出到某款三维建模软件如SOLIDWOKRS中，以便进行更加细致的结构设计。

 

可见，上述操作过程就是我们在《机械设计》中进行齿轮设计的过程，但是我们并不需要查阅表格，而是直接基于内嵌的机制在计算，中间的过程已经全部被封装。只要输入简单的数据，我们立即就可以看到结果，然后通过修改数据，就可以得到合适的结果。并把数据输出到轴，进行轴的细节设计，把最后的三维模型输出到三维软件中，进行进一步的结构设计，这正是我们所需要的。