减速器动力学仿真分析范文

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笔者主要对齿轮啮合系统进行动力学分析，因而可对虚拟样机模型进行适当的简化，定义齿轮、齿轮轴、轴承等为刚体，它们之间的相对运动可以忽略不计。在齿轮1、齿轮3处添加相同力矩代替电机的驱动力矩，小平衡机力由理论计算得到，转换成随转角变化的函数，导入虚拟样机模型建立SPLINE曲线，在小平衡机活塞杆和缸筒处添加与SPLINE曲线相关联的平衡机力，最终建立的虚拟样机模型如图3所示。

1齿轮减速器的动力学仿真

ADAMS中对于齿轮传动系统有齿轮副和实体接触两种约束方式，齿轮副是理想状态下齿轮传动，而实体接触则能反映实际的运动情况，因此对齿轮采用实体接触的形式进行约束，齿轮之间将以碰撞的形式进行传动。实际工作时，弹协调器减速器在冲击振动的环境下随支臂一起快速转动。考虑到支臂为细长结构，在运动过程中受到变化力的作用而产生的变形不能忽略，因而对弹协调器支臂进行柔性化处理，分析在支臂变形与整个刚性运动的相互作用下，减速器齿轮啮合力的变化规律。把协调器支臂的＊．x＿t格式文件导入ANSYS软件，定义完材料属性后进行有限元网格划分，然后进行模态分析得到支臂的固有频率和振型。利用ANSYS到AD－AMS的接口把所生成的前10阶模态文件导入到虚拟样机模型中代替原来的刚性体，添加约束条件得到刚柔耦合虚拟样机模型如图8所示。在其他参数不变的情况下，再次仿真。得到在支臂振动变形条件下各级齿轮啮合力的变化情况如图9～图12所示。

仿真计算结果平均值和传统理论计算结果对比如表2所示。从仿真曲线及与理论计算结果对比分析可以得出如下结果：1）齿轮传动过程中，齿轮啮合力在0．15s内逐渐增加到平均值，在0．15s后基本趋于稳定，并围绕着平均值在一定范围内按一定频率进行波动，该结果充分反映了齿轮的周期性啮入啮出运动特性。2）高速级齿轮的啮合力均值较小，而波动频率相应则较大。与之相反，低速级齿轮的啮合力均值较大，而波动频率较低。该特性与齿轮传动时各级齿轮的力与速度反向对应相一致。3）利用多刚体模型计算的各级齿轮啮合力平均值与理论计算比较接近，且啮合力变化范围小，这反映出理论计算结果可以较好地指导齿轮传动设计。4）利用刚柔耦合模型计算的啮合力值与理论计算及多刚体模型计算结果相比差别较大，而且啮合力值的变化范围较大，如高速级齿啮合力平均值是理论值的2倍，在某些时刻的值甚至超过平均值3倍。这充分说明在实际工作中，冲击振动环境将对齿轮的受力造成很大的影响，而受力的成倍增加将大大加速齿轮的磨损，严重影响减速器的正常工作。同时，低速级齿轮啮合力平均值明显小于理论值，这是由柔性支臂在运动过程中激起了系统大范围的振动，加剧了齿轮传动过程中能量损耗，导致减速器输出力矩减小，从而影响其带动负载完成规定动作的能力。两方面的变化都将对协调器协调定位的精度产生不利影响。

2结束语

笔者利用虚拟样机技术建立了某弹协调器的多刚体模型和刚柔耦合模型，在相同的参数设置下对两种模型减速器分别进行了动力学仿真，获得了齿轮传动中的齿面接触力的变化情况。通过比较两种模型的仿真结果及与理论值进行比较，揭示了在冲击振动条件下齿轮传动系统的啮合力变化情况，而该变化对协调器的协调定位精度会产生较大的不利影响。笔者的研究成果为全面分析该弹协调器协调定位精度可靠性提供了重要参考依据。

作者：宋华斌潘江峰解凤娟梁辉高学星单位：西北机电工程研究所南京理工大学机械工程学院