齿轮传动系统的动力学仿真分析.pdf

学术论坛 齿轮传动系统的动力学仿真分析 梁光伟(连云港工贸高等职业技术学校 江 苏连云港 2 2 2 0 0 4)摘要：本文对建立好的整体机械 系统的虚拟样机模型进行运动学和动力学的仿真分析，通过仿真分析，可以方便地得 出齿轮传动 系统在特 定负载和特 定工况下的转矩，速度，加速度，接 触力等，仿真分析后，可以确定各个齿轮之 间传递的力和力矩，为零件的有限元分析提供基础。关键词：传动系统 动力学 仿真 AD A MS 虚拟样机 中图分类号：T H1 3 2 文献 标识码：A 文章编号：1 0 0 7 9 4 1 6(2 0 1 1)1 2 0 2 0 7 一 O 1 随着计算机图形学技术的迅速发展，系统仿真方法论；阳计算机 仿真软件设计技术在交互性、生动性、直观性等方面取得了较大进 展，它是以计算机和仿真系统软件为工具，对现实系统或未来系统 进行动态实验仿真研究的理论和方法。运动学仿真就是对已经添加了拓扑关系的运动系统，定义其驱 动方式和驱动参数的数值，分析其系统其他零部件在驱动条件下的 运动参数，如速度，加速度，角速度，角加速度等。对仿真结果进行分 析的基础上，验证所建立模型的正确性，并得出结论。本文中所用的动力学仿真软件是AD AMS 软件。AD A MS 软件 使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机 械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎 日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运 动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力 曲线。AD AMS 软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞 检测、峰值载荷 以及计算有限元的输入载荷等。虚拟样机就是在 AD AMS 软件 中建的样机模型。1、运 动参数的设 置 先在造型软件UG中将齿轮传动系统造型好，如下图所示。在 已经设置好运动副的齿轮传动系统的第一级齿轮轴上绕地的旋转 副上给传动系统添加一个角速度驱动。然后进行仿真。在进行仿真 的过程中，单位时间内仿真步数越多，步长越短，越能真实反映系统 的真 实 结 果，但 缺点是仿真时间 也随 之 变 长，占 用的系统空间也 就越大。所 以应 该在兼顾仿真真 实性与所需物理 资源和仿真时间 的基础上，选择 一个合适的仿真 时间和仿真的步 长。在仿真之前先设置系统所用到的物理量的单位，在工程实际 中，角速度一般使用的单位是r mi n，所以在系统的基本单位中把 时间的单位设 为mi n，角度 的单位设成r a d，而在AD AMS q：f 转速单 位为r a d mi n。本过程仿真的运动过程为：系统从加速运动到额定 转速，平稳运动一段时间后，再减速运动直到停止。运动过程用函数 来模拟，输入的角速度驱动的函数表达式为：S T E P(t i me，0，0，2 5，9 1 6 8 8)+s T E P(t i me，7 5，0，1 0，-9 1 6 8 8)，此函数表达 式的含义为：系统从开始加速运动一直到2 5 s 时达到了系统的额定 转速9 1 6 8 8 r a d mi n(1 4 6 0 r mi n)，从2 5 s 到7 5 s 的时间段内，系统 以额定转速运动，在7 5 s N1 0 s 的时间段内，系统从额定转速减速行 使，直到停止。打开AD AMS，选择I mp o r t a f i l e，将测试数据输入 到ADAMS V i e w中。2、模 型验 证 为了保证仿真分析的顺利进行，在进行仿真分析之前，应该对 样机模型进行最后的检验，排除建模过程中隐含的错误。一般样机 模型容易出现的错误为：(1)检查不恰当的连接和约束、没有约束的 构件、无质量构件、样机的自由度等。(2)进行检查所有的约束是否 被破坏或者被错误定义，通过装配分析有助于纠正错误的约束。对于这些潜在的错误，用户可以充分利用A DA MS Vi e w提供 的模型检查功能进行样机模型检测：(1)对于第一种可能的错误，用 户可以利用模型自检工具。(2)对于第二种可能的错误，用户可以进 行装配分析。AD AMS Vi e w提供了一个功能强大的样机模型 自检工具，进 入主菜，选择Mo d e l Ve r i f y 命令，这时启动模型自检，完成 自检后，程序显示 自检对 话框。3、样 机仿真 模型检验正确后，就可以进行仿真分析。仿真的分析过程如下：在主工具箱选择仿真工具图标，显示交互仿真分析参数设置 栏；选择仿真类型，AD AMs e w提供了4 种仿真类型，D e f a u l t、Dy n a mi c、Ki n e ma t i c 和S t a t i c。本文就用D e f a u l t 这种仿真类型；定义 仿真分析时问，本次仿真时间为1 2 0 秒；设置仿真过程中A