基于虚拟样机技术的齿轮啮合分析

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《装备制造技术》2010年总目次

王权岱，１４等 —５
李洁１４ —８
窦吴，等４１ —７黄强，等
刘隽哲，等
李客
摩擦系数对尾灯外座板冲压成形的影响
基于中心距约束条件下啮合齿轮变位系数的选取发动机排放物生成的原因分析与控制
金刚石刀具研磨压力自适应控制初探
往复式机械零部件磨损特性及故障机
理探讨陈华３２ —７
基于有限元方法的不同长径比柔轮受
力分析研究
基于Ｍａａｔｂ的薄壁零件铣削过程仿真ｌ装水泥车改进前后动态分析对比
基于ＡＡＤＭＳ的注塑机合模机构动力学
３２ —５
基于单片机的智能小电阻测量仪系统的
研究艳
昱
ＧＦ４５ＳＤ００高速精密数控雕铣机整机模
态实验方法探究６０１８柴油机曲轴有限元分析杨向东，１２等 —５成中清，１２等 —７刘振峰，１３等 —０
冷轧机组带钢纠偏研究差动电阻式应变计鉴定综合评价方法研究１８ｍ不锈钢六辊轧机自动控制系７０ｍ
统的研究
叶红，等４２ —７
基于遗传算法优化神经网络的技术研究
固体火箭发动机药柱几何燃面退移仿真及程序实现小型甘蔗剥叶机的试验与研小型静音型发电机组噪声仿真分析
ＥｑｐｅｔａｆｃｆｎｃｏｏｙＮｏ１２０ｕｉｍｎＭｎｕａｔｇＴｅｈｎｌｇ．２，０１ｉ

齿轮传动系统的动力学仿真分析

齿轮传动系统的动力学仿真分析摘要：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 adams 虚拟样机中图分类号：th132 文献标识码：a 文章编号：1007-9416(2011)12-0207-01随着计算机图形学技术的迅速发展，系统仿真方法论和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adams软件。

adams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。

adams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adams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。

基于虚拟样机技术的渐开线少齿数齿轮传动性能分析

【摘
要】齿轮传动是一种常见的机械传动形式。其中齿数少于１０的少齿数齿轮是一种特殊齿
轮，已经形成了一系列设计理论和方法。随着ＣＤＣＭ技术的发展，Ａ／Ａ分析少齿轮传动的平稳性和可靠性的方法除了物理样机试验外，在设计早期，虚拟样机技术是一种方便快捷、成本的方法。提出基于低虚拟样机技术对设计的渐开线少齿数齿轮传动进行运动和动力性能分析，高设计成功率的思想。通提过建立精确的三维模型，置仿真运行环境，真后分析，设仿确保传动过程连续、平稳。关键词：渐开线少齿数齿轮；拟样机技术；能分析虚性【ｂｔｃ】ｅｒｒｓｉｉｏｍｎｔｅｏｒｓｉｉ，ｈｈｇａｉｆｗｒｅｔｌｓＡｓａｔＧａｔｎｍｓｏｉａｃｍｏｐａｍｓｏｉｗｉｅｗｔｅｅｔｈｅｒａｓｎｓｙｆｔｎｓｎｎｃｒｈｅｓ
ｍｔｏｉｈａｏｔｈｒｏｅｔｅｍｔｎａｄｄｎｍｉｐｒ￣ａｃｅｇａａｓｉｓｎｄｓｎｄｅｈｄｗｔｃｅｐｃｓＴｅｅｒｈｉｙａｃｅｏｎｅｏｔｒｔｎｍｓｉｅｉｅｈ．ｆｏｏｎｆｆｈｅｒｏｇｗｔｖｌｔｆｗｒｔｔ。ａｙｅｐｏｅｔｅｄｓｕｃｓｒｔ．ｈｏｇｕｌｉｃｕａｅｔｒｅｉｉｏｕｅｅｅｈｉａｌｄｔｉｒｖｈｅｉｓｃｅｓａｉＴｒｕｈｂｉｎｎｒｔｈｅｈｎｅｅｓｎｚｏｍｎｇｏｄｇｃ

基于UG的齿轮对运动接触仿真分析

根据图1可知赫兹接触理论模型的接触半宽为：式中，E1、E2为齿轮1、齿轮2、齿轮2的泊松比；L为接触面长度；最大值；F n为外力；R1为齿轮1的分度圆半径；的分度圆半径；b为接触面半宽。

赫兹接触理论模型的接触应力为：（考虑齿轮传动中小齿轮单对齿啮合系数Z B ；节点区域系数Z H ；弹性系数Z E ；重合度系数Z L ；螺旋角系数Z β；荷系数K ；太阳轮上转矩T 1；齿轮传动比i ，得到最大接触应力为：（由弹性理论可得内力与体积力的关系方程为：体内的应力与表面力存在的边界条件为：式中，F Sx 、F Sy 、F Sz 为表面力在x 为表面外法线方向余弦。

对于具有接触面的结构，在承受荷载的过程中，面的状态变化影响接触体的应力场，接触状态。

分析接触问题的常用方法有数学规划法、元法和有限元法，对复杂的接触问题常用有限元法。

有限接触点的柔度方程组为：式中，δi ，A 和C Aij 为物体A 在接触点子矩阵；δi ，B 和C Bij 为物体B 在接触点矩阵；m 1为外力作用点数；R Ak 为载荷向量。

由于两相互接触物体一般不会产生渗透，两接触面间的接触关系以阻止穿透的发生，表面接触，存在大变形的摩擦接触时可引入额外因子虽然拉朗格朗日乘子模型能够得到接近零的穿透量，但计算量较大。

当允许有较小的穿透量时可使得接触状态图1赫兹接触理论模型F nR 1σHmax2bR 2F n图2基于UG的齿轮对接触仿真模型图3基于UG的齿轮对接触分析位移云图得到齿轮对的应力云图如图4所示。

可知齿轮对在接触区的应力较大，且最大应力发生在齿轮对接触面上，与实际情况相符，齿轮对的最大应力为15.53MPa，远小于材料的屈服应力。

通过对齿轮对接触面处的接触分析可进一步了解齿轮对的传动性能情况。

图4基于UG的齿轮对接触分析应力云图得到齿轮对的接触力与接触压力云图如图5所示。

将视图进行局部选择，图5（a）为齿轮对接触面处接触力云图，图5（b）为齿轮对接触面处的接触压力云图。

基于虚拟样机的齿轮系统非线性扭转振动分析

现陡变，使用ｓｐ函数使ｔｅ
驱动和负载在０Ｉ内平．ｓ缓作用。齿轮参数如表１所示。
采用ＴＥＬ不等式法，ＨＩ对所建立的虚拟样机模型进行验证。对于单输出的时间序列，ＨＩ］ＴＥＬ不等式系数定
义为：
式中ｅ，，ｏｅ为静传递误差的常值和幅值，通常取ｅＯｏ；＝ｔ为转过一个基节的啮合时间。
间隙非线性函数的添加。
４仿真算例以某自行火炮传动箱
主、动齿轮为例，行仿被进真。对主动轮施加３０／６ｒ
表１齿轮参数
主动轮被动轮
式中：１一．０５Ｃ：０１６４，３２９８Ｃ＝００８４，２一．１５Ｃ＝．７４，
（）３间隙非线性函数令＝－ｅｔ，（为间隙非线性函数，间（）ＲＯＲｐ（））将隙处理为对称型４则其表达式为：ｌ，
ｆ（）ｂｘｔ＞ｘｔ－（）６
、＋／、｝／
些
（８）
施为实际系统运行时主要测量参数的时间序列；为
维普资讯
维普资讯
圜研擦 Biblioteka 究讨啮合阻尼。该方程中所包含的非线性因素由三部分组成：（）１时变啮合刚度过去有不少研究者将周期性变化的啮合刚度近似为矩形波或三角函数，然后用Ｆｕｉ级数将其展开，ｏｒｒｅ以求近似的解析解或数值解］，所求得啮合刚度的变化规律基本相同。文献［］３中所采用的啮合刚度计算公式，理论计算结果与试验结果比较接近，且易于编程实现。因此，本文采用该公式作为齿轮啮合刚度的计算。时变啮合刚

基于虚拟样机技术的传动系统动力学建模和仿真

ＢａｅｎＶｉｔｌｏｏｙｏｅｃｎｌｇｓｄｏｒｕａｔｔｐｅＭｄｌＰｒＴｅｈｏｏｙ
ＧｏｅＷａｇａ（ｉｊｔｎｌｏｂｓｏｎｉｅｅｅｒｈＩｓｔｔａｉＬｎｏＴａｉＩｅａＣｍｕｔｎｇｎｓａｃｔｕｅＴｎｎｎｒｉＥＲｎｉ）
ｔａｓｓｉｎａｅａｄｔｅｄｎｍｉｕｖｅｏｅａｃｌｒｔｏ，ａｌｃｎｂｅｏｔｉｅｈｏｇｈｆｅｒａｍｅｔｒｎｍｉｓｏｘｌｎｈｙａｃｃｒｆｔｃｅｅａｉｎｌａｂａｎｄｔｒｕｈｔｅａｒｔｅｔｎ，ｈｔ
和动力学分析仿真，以确定系统及各构件在任意时刻的位
置、速度和加速度，进而确定引起系统及各构件Hale Waihona Puke 动所需的作用力。
并根据仿真结果精化和优化系统设计与过程。该技术一出现就受到了人们的普遍重视，之后又相继推出了各种软
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＩｈＤＡＭＳＥｎｉｏｕｌ，ｔｅｇａｎｄｏｈｒｉｐｏｔｎｔｐａｔｆＧＹ６ｅｇｎｅｒａｎｔｅＡ／ｇｎｅｍｄｅｈｅｒａｔｅｍｒａｒｓｏｎｉｅｒ
Ｋｅｒ：ＧＹ６ｅｉｅＶｉｔａｒｔｔｐｄｌＲｅｒｔａｍｉｓｏｙｔｍＮｏｓｏｔｏｙｗｏｄｓｎｇｎｒｕｌｏｏｙｅｍｏｅｐａｎｓｓｉｎｓｓｅｒｉｅｃｎｒｌ

基于UG的内啮合齿轮副的3种运动仿真分析

基于UG的内啮合齿轮副的3种运动仿真分析随着科技的快速发展，计算机技术在许多领域中都得到了广泛应用，内啮合齿运动仿真是一项复杂的工作。

以UG软件平台为基础，对内啮合齿轮副的运动仿真情况进行了重点分析，希望文中内容，对相关工作人员能够有所帮助。

标签：UG；内啮合齿轮；运动仿真0 引言运动仿真模块本身具有强大的动力学、静态、运动学分析能力，可以将其应用在构建运动机构模型模拟运动规律，跟踪零件运动轨迹中。

但是，在具体应用中，还存在许多问题，因此加强分析是必要的。

1 UG的优势目前，制造业在发展过程中，面临的一项最重大的挑战是需要不断进行技术创新，在生产制造过程中，如何在缩减产品成本的基础上，提高利润，并且能够为此平衡。

UG作为一款新数字化产品开发系统，在应用中可以通过过程驱动场频更新，从而使工程专业人员，在推动革新的基础下，创造更大的经济利润。

UG在为客户提供优秀的解决方案基础上，确保解决方案能够改善设计效率，降低成本，并且能够缩短产品进入市场的时间。

2 UG/MOTION运动仿真具体分析UG/MOTION运动仿真是构成UG/CAE中的一个关键构成部分，对其进行合理应用，能够实现对任何二维或三维机构进行复杂动力、运动学分析分析和仿真操作，并且从实际应用情况来看，也取得了不錯的效果。

具体实现步骤如下：（1）依据具体情况，构建一个合理的运行分析场景。

（2）构建运动模型，其中包括的主要内容有，各个零件连续杠杆的特点，杠杆之间的运动副以及机构荷载等多项内容[1]。

（3）设置运动参数，然后依据要求，将仿真数据模型提交给软件，与此同时需要做好仿真运动动画运动和输出过程中的合理控制，从而确定最终仿真的合理性与科学性。

（4）依据仿真结果数据相应的数据内容。

UG/MOTION运动仿真过程中，主要分为以下三个阶段：（1）前处理，该过程主要包括连杆创建、运动副、定义驱动等内容，每项内容对运动仿真结果都会造成直接影响，因此必须做好相应的分析工作。

齿轮齿条传动机构的虚拟样机研究

样机，对相关参数进行设置．通过对机构进行仿真，得出转速和力矩等关键参数，为齿轮齿条传动机构电机和减速器的选
取提供理论依据，并对其运动过程中的振动和冲击问题进行了很好预测．
关键词：ＭＳＣ．ＡＤＡＭＳ；齿轮齿条；虚拟样机；动力学；传动机械
中图分类号：０３１３．７；ＴＪ８１８
机构的可靠性．因此研究齿轮齿条传动机构动力学特参数如表１所示．
性，对解决其振动和冲击问题具有重要意义．
虚拟样机技术又被称作为动态仿真技术，采用虚拟样机技术具有简化研发过程，缩短研发周期，降低成本等优点 … ．ＡＤＡＭＳ是一款非常有代表性的动力学分析软件，由美国ＭＤＩ公司开发，运用它可以便捷地对机械系统进行运动学、动力学和静力学分析．本文运用ＡＤＡＭＳ对齿轮齿条传动机构进行动力学仿真研究．
表ｌ齿轮齿条设计参数
参数齿数ｚ／ｍｍ模数ｍ／ｍｍ齿宽ｂ／ｍｍ齿高ｈ／ｒａｍ分度圆直径ｄ／ｍｍ压力角（。）齿宽系数
尺寸
２０２５３００５６．２５５ｏｏ２００．６
１机构设计及工作原理
文中设计的传动机构采用齿轮齿条式，由齿条
传动机构采用电机驱动，驱动电机通过齿轮传动（其中含缺齿传动）将力矩一分为二，分别带动转盘转动和曲柄摇杆机构转动，如图１（ｂ）所示．当曲
收稿日期：２０１２－０９－２８．基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１１７５０９９）．作者简介：李永波（１９８６－），男，博士研究生，主要研究方向：振动故

基于虚拟样机技术的渐开线齿轮啮合摩擦动力学研究

基于虚拟样机技术的渐开线齿轮啮合摩擦动力学研究
石莹江亲瑜李宝良
辽宁大连１６２）０８１
（大连交通大学机械工程学院
摘要：基于虚拟样机技术，考虑齿轮啮合过程中摩擦力对接触碰撞力的影响，用ＡＡＤＭＳ软件建立渐开线齿轮啮合
ＳｈｎＪａｎｎｕＬｏｉｇｉＹｉｇｉｇＱｉｙｉＢａｌａｎ
（ｃｏｌｆｅｈｎａＥｇｅｒｇＤｌｎＪｏｎｎｅｉ，ａａｉｎｇ１６２，ｈａＳｈｏｏＭｃａｉｌｎｉｅｉ，ａａｉｔｇＵｉｒｔＤｉＬａｉ１０８Ｃｉ）ｃｎｎｉａｏ开发过程中，将分散的零部件设计和分析技术（指在某单一系统中零部件的ＣＤ和ＦＡ技术）揉合在一起，在计算机上ＡＥ建造出产品的整体模型，并针对该产品在投入使用后
ＡｂｔａｔＢａｅｎｖｒｕｌｐｏｏｙｎｅｈｏｏｙ，ｎｏｓｄｒｎｈｎｕｎｅｆｆｉｔｎｏｉａｔｌａｉｈｓｒｃ：ｓｄｏｉａｒｔｔｐｉｇｔｃｎｌｇａｄｃｎｉｅｉｇｔｅｉｆｅｃｏｒｃｉｎｍｐｃｏｄｎｔｅｔｌｏｐｏｅｓｏｅｒｍｅｈｎｔｅｄｎｍｉｄｌｏｎｏｕｅｇａｓｉｇｗａｓａｌｈｄｂｒｃｓｆｇａｓｉｇ，ｈｙａｃｍｏｅｆｉｖｌｔｅｒｍｅｈｎｓｅｔｂｉｅｙＡＤＡＭＳ．ｈｉｌｔｏｎｌｓｓｓＴｅｓｍｕａｉｎａａｙｉｗａｅｉｅＴｈｅｕｔｆｓｍｕａｉｎａａｙｉｒａｉａｌｎｃｎｏｍｉｔｈｔｏｈｈｏｅｉａｃｌｔｏＴｅｖｒａｓｒａｚｄ．ｅｒｓｌｓｏｉｌｔｏｎｌｓｓａｅｂｓｃｌｉｏｆｒｔｗｉｔａｆｔｅｔｅｒｔｃｌｕａｉｎ．ｈａｉ— ｌｙｙｈｃ

基于虚拟样机技术的行星齿轮传动系统分析

ｓｍｕａｉｎｍｏｅ．ｈｒｓｎｔｎｙｒｉｎｏｔｔｕｓｌｉｇｃｎａｔｅｗｅｅｒｅｔＳａｒａｉｌｔｄ１ｅｅｉｏｌｌｇｃｎａｔｏｓｉｎｏｔｃｔｅｎｇａｅｈ，ＯｔｔｇｅｔｏＴｏｏｉｃｂａｌｄｂｔｈａ
【摘
要】利用实体建模软件ＵＧ建立了减速器行星齿轮传动系统的虚拟样机，并利用ＵＧ与动力
学仿真分析软件ＡＡ，ＤＭＳ将虚拟样机导入到ＡＡＤＭＳ中建立仿真模型。齿轮啮合中轮齿间除了滚动接
触外还存在相应的滑动接触，使舱齿间具有较大的摩擦了，对传统赫兹理论形成的齿面接触力计算针
ＬａｑａｇＨｉｎ — ｉ，Ｉｉ — ｕＩＨｕ－ｉｎ，ＥＸａｇｘＱＮＪｎｇｏｎａ（ｎｅｎｏｉＵｉｅｓｙｏｅｈｏｇ，ｏｈｔ０，ｈｎ）ＩｎｒＭｏｇｌｎｖｒｉｆｃｎｌｙＨｈｏ１５ＣｉａａｔＴｏ０１０
没有考虑齿间摩擦，将摩擦系数引入计算，得到了齿轮之间的接触力曲线变化。应用ＵＸ的“ ＧＮ高级仿真” 模块，建立行星轮有限元模型，通过解算器ＮＡＴＡＸＮＳＲＮ对有限元模型进行分析求解，得到行星轮在接触力作用下应变和应力分布情况，再根据设计要求对零件参数进行优化，行星轮的结构既满足使
ｃｎａｔｏｃ．ｉａｌｐｔａａｔｒａｅｏｔｚｄａｃｒｉｅｄｓｎｒｑｉｍｎａｅｐａｅｒｏｔｒｅｎｙａｒｍｅｓｒｐｉｅｏｄｎｔｔｅｉｕｒｅｔｏｍｋｌｎｔｙｃｆＦｌｒｐｅｍｉｃｇｏｈｇｅｅｔａ

基于虚拟样机技术的齿轮传动动力学与静力学仿真分析_谢永智

际值完全一致。由图 3、图 4 还可以看出输出轴和中
间轴角速度恒定，且符号相反。这说明：虚拟样机模
型传动是平稳的；各齿轮转向符合实际工作状况下
外齿轮啮合方向关系；虚拟样机模型是正确的，是能
反映实际工况的；
角速度 / （° ）·s-1
30 001.5 30 001.0 30 000.5 30 000.0 29 999.5 29 999.00.0
在 UG 中，选择[工具]-[表达式],定义表 1 中的参数
和其参数值，然后选择[插入]-[曲线]-[规律曲线]/[基
本曲线]分别实现渐开线曲线、过度曲线和齿顶圆、
图 2 齿轮虚拟样机模型
齿根圆的二维绘制，接着进行阵列，拉伸即可生成三 2 减速器齿轮动力学仿真
维的齿轮模型，如图 1 所示。
（1）齿轮仿真系统建立步骤：
图，从云图中可以读出最大的应力应变发生的位置
以及确切数值。从图 7 可以获得轮齿所受最大应力
值为 105.670 MPa。
NODAL SOLUTION STEP=1 SUB=1 TIME=1 SEQV (AVG) DMX=.270E-04 SMN=.856 271 SMX=105 670
FEB 6 2012 20:49:30
和材料的泊松比 0.3；
④网格划分设置网格单元尺寸 10。对模型进
行网格划分。如图 6；
⑤施加约束条件在齿轮的内圆柱节点实施全
约束；
⑥施加载荷把轮齿看作是悬臂梁，外力作用
在齿轮齿顶处，施加在 ADAMS 中测得的外力载荷，
10 375 N；
⑦求解及后处理。
在 ANSYS 中可以获得轮齿的应力应变分布云
（2）测量和分析数据

基于虚拟样机的机械系统建模与仿真技术

基于虚拟样机的机械系统建模与仿真技术在现代机械工程领域，虚拟样机技术正逐渐成为产品设计与研发过程中的重要手段。

它通过在计算机上创建机械系统的数字化模型，并进行仿真分析，能够在产品实际制造之前，对其性能、可靠性和可制造性等方面进行评估和优化，从而大大缩短产品开发周期，降低成本，提高产品质量。

机械系统建模是虚拟样机技术的基础。

在建模过程中，需要对机械系统的各个组成部分进行精确的描述，包括几何形状、材料属性、运动关系等。

对于简单的机械部件，如杆件、轴、齿轮等，可以采用基于几何形状的建模方法，通过 CAD 软件创建其三维模型，并导入到仿真软件中。

而对于复杂的机械系统，如汽车发动机、飞机起落架等，则需要采用多体动力学建模方法，将系统分解为多个刚体和柔性体，并通过建立运动学和动力学方程来描述其运动规律。

在建模过程中，材料属性的定义也是至关重要的。

不同的材料具有不同的力学性能，如弹性模量、屈服强度、密度等，这些参数将直接影响到仿真结果的准确性。

此外，运动副的定义也是建模的关键环节之一，它决定了各个部件之间的相对运动关系，如旋转副、移动副、球面副等。

仿真技术则是虚拟样机技术的核心。

通过对建立好的机械系统模型施加各种载荷和边界条件，并运用数值计算方法求解运动方程，可以得到系统在不同工况下的运动状态、受力情况和能量消耗等信息。

常见的仿真分析类型包括运动学仿真、动力学仿真、静力学仿真和疲劳仿真等。

运动学仿真主要关注机械系统的运动轨迹、速度和加速度等参数，用于评估系统的运动性能和协调性。

例如，在汽车悬架系统的设计中，可以通过运动学仿真分析车轮的跳动和悬架的伸缩情况，从而优化悬架的几何参数和弹性元件的特性。

动力学仿真则考虑了力和力矩的作用，能够更真实地反映机械系统的动态响应。

在机械传动系统的设计中，动力学仿真可以用于分析齿轮之间的啮合力、传动轴的扭矩和振动情况，为系统的优化设计提供依据。

静力学仿真用于分析机械系统在静态载荷下的变形和应力分布，以评估结构的强度和刚度。

基于Pro／E的内平动齿轮减速器建模及运动仿真

高莫，王松雷殷玉枫，
０５０２太原科技大学，４００；．山西太原００２３０４）（．１太原理工大学阳泉学院，山西阳泉
摘
要：动齿轮减速器是一种新型的传动装置，内平具有体积小、重量轻、动比大、传效率高、动平稳等优点，范传应用
ｐｉｄｉｎｙｆｅｄ．Ｈｏｅｅ，ｔｅｅｇｅａｌｔｆｉｔｒｒｎｅｅｐｏｅｓｏｃｎｎ。ａｓｍｂｉｇａｄｏｅａｉｎｌｅｍａｌｓｎｉｗｖｒｈｒｒｏｅｅｅｃｓｉｔｒｃｓｆｍａｈｉｇｓｅｌｐｒｔ．Ｔｅｏｎｆｎｈｉｎｎｏｏｄ－
围广泛，但该减速器在加工、配和工作中易产生各种干涉。为了检验齿廓间的干涉，用ＰｏＥ软件建立了装利ｒ／该减速器的虚拟样机模型，并对其进行了运动仿真。建模过程中，考虑了与其啮合的齿轮参数及加工方式影响。结果表明，利用虚拟样机技术，可以直观地检验少齿差齿轮传动机构中易出现的各种干涉，替试验室测代试，有效提高了设计效率和产品质量。
ｗａｅｈｎｋｎｍａｉｓｓｍｕａｉｎｉｍａｅｎｔｅｐｏｅｓｏｕｌｉｇａｇａｄｌｈａａｔｒｆｈｅｒｎａｅｙｒ．Ｔｅｉｅｔｉｌｔｓｄ．Ｉｈｒｃｓｆｉｎｅｒｍｏｅ－ｔｅｐｒｍｅｅｓｏｅｇａａｅｅｇｇｄｂｃｏｂｄｔｒｉａｄｔｅｉｆｅｃｆｐｏｅｓｎｔｏｓａｅｃｎｉｅｅ．ＴｅｒｓｔｓｏａｅｉｔｒｅｅｃｓｉｈｍａｌｔｔｆｒｎｅｔｎｎｌｎｅｏｒｃｓｉｇｍｅｈｄｌｏｓｄｒｄｈｅｕｓｈｗｔｔｔｎｅｒｎｅｎｔｅｓｌｏｈｄｅｅｃｈｕｌｈｈｆｉｇａａｎＣｅｄｒｃｌｅｅｔｄｕｉｇｖｒａｒｔｔｐｃｎｌｇ，ａｄｔｅｋｎｍａｉｓｓｍ￣ａｉｎｃｐａｅｌｂｒｔｒ￣ａｅｒｔｉａｂｅｔｄｔｃｅｓｉｕｌｏｏｅｔｈｏｏｙｎｉｅｔｉｒｎｉｙｎｔｐｙｅｈｃｔａｒｌｃａｏａｏｙｔｔｏｎｅｅ

ADAMS齿轮啮合的动力学仿真

软件。其中 , ADAMS/ Exchange 接口模块利用 IGES、 STEP、STL 、DWG/ DXF 等产品数据交换库的标准格式文件 ,可以实现 ADAMS 与 CATIA 、Pro / E、UG、ANSYS 等优秀 CAD/ CAE/ CAM 软件的数据双向传输 ;对于把 ADAMS 的菜单嵌入到 CAD 软件 , 其中以 Pro/ E 和 ADAMS 的专用接口模块 Mechanism/ Pro 较为方便和成熟 ,二者采用无缝连接的方式 ,不需要退出 Pro/ E 应用环境 ,就可以装配的总成根据其运动关系定义为机构系统 ,进行系统的动力学仿真 ,从而确定系统的力、位移、速度、加速度等力学性质[2] 。本文是基于 Mecha2 nism/ Pro 接口模块进行设计和数据传输的。
3 OPTDES - SQP :使用 OPTDES 的二次规划算法。 3 DOT1 :是指用具有 BFGS 的 DOT 方法处理无约束问题 ,用具有 MMFD 的 DOT 算法处理约束问题。 3 DOT2 :是指用具有 FR 的 DOT 方法处理无约束问题 ,用具有 SLP 顺序线性规划的 DOT 算法处理约束问题。
第 30 卷第 6 期基于 Pro/ E 和 ADAMS 齿轮啮合的动力学仿真 67
数。比如齿轮 ,工程上所定义的自变参数有齿数、压力角、螺旋角、模数和齿宽等 ,因变参数有基圆、分度圆、齿顶圆、齿根圆等。用户只须输入以上齿轮自变参数 , 便可得到所需齿轮 ,从而快速完成齿轮的建模。圆柱齿轮的主要自变参数如表 1 所示。
sd # = RB - M / 3 sd # 为线段底部到齿轮中心距离 sd # = R-A - RB + 1. 125 3 M / 3 sd # 为线段长度然后草绘变截面扫描剖面曲线 (垂直于扫描轨迹曲线) ,其中参数尺寸关系如下 RY = RB - M + TRAJ PAR 3 ( R-A - RB + 1. 125 3 M) / 3 RY为齿形任意点半径 SB = RB 3 ( PI/ Z + 2 3 SETA + 4 3 X 3 TAN (N) / 3 SB 为基圆弧齿厚

虚拟样机技术在行星轮系上的应用

的相对转速；ｓ为碰撞力的激发初始位置；Ｋｏ为刚度。
收稿日期：００５２１￣，ｆｌ
２虚拟样机的动力学仿真
基于建好的仿真模型，偏心轴上加转速驱动。在为了施加转速时不出现接触力的突变，用ＳＥ函数，使ＴＰ使转速在０１ｓ内由０增加到１８０ｒｍｉ（０８０／）１．０／ｎ１０。ｓＩ。］
摘要：用ＳｌＷｏｋ结合Ｇａｒ２０利ｏｉｒｓｄｅｒａ０８对行星轮精确建模，ｔｘ然后导入ＡＭＳ中，立行星轮传动系统动力学仿ＤＡ建真模型，行动力学分析，出接触碰撞力等参数，进得然后对主要受力件利用ＡＹＳ行有ＦＪ析。ＮＳ进￣Ｌ分－
体的惯性中心距ｌ。最终得到行星轮系的虚拟样机模】１
型，图２如。
了齿轮啮合中的多数的基ｎａｔ
本格式为：ｎａｔＳ／ｈｐｃ（，Ｔ，，Ｋ，，Ｃ，）其中ｓ为两物ｏＪｏＤｏ，体间碰撞过程中的实际距离；ｎ为发生碰撞时两物体
１三维实体建模及虚拟样机模型
该行星齿轮系主要由偏心轮、联齿轮、圈、双齿蜗轮和蜗杆等组成。工作原理是电机输出轴与偏心轴连接，心轴通过轴承与双联齿轮连接，联齿轮分别与偏双蜗轮和齿圈配合。ＡＤＡＭＳ建模功能太弱，因此在ＳｌＷｏｋｏｉｄｒｓ中结合Ｇｅｒａ２０ａｔｘ０８对齿轮精确建模，且ｒ并

《机械工程与自动化》2013年1～6期总目次

２０１３年第６期
《机械工程与自动化》２０１３年１～６期总目次
・Ｉ Байду номын сангаас・
机械工程与自动化》２０１３年１～６期总目次
计算机技术应用・非结构网格自适应细化的实现与应用 … …… … … … … … … … … … … …… … …… … …… … … … … … … … … …… … … … … … … … …… 李于锋（Ｉ－１）多线切割机张力扰动因素分析研究 … … …… … … … … … … … … … … … … … …… … …… … … … … … … … … …… … 汪世益，阮超波，丁卫（１．４）Ｍｏｌｄｆｌｏｗ技术在注塑制品翘曲变形中的分析应用 … … … … … … … … … … … … … …… …… … … … … … … … 郭晟，肖善华，刘勇，等（１．７）电场感应式低功耗电源的设计 … … … … … … …… … … … … … … … … … … … … … … … … …… … … … … … … … 丛榕，张晓阁，危湖贵，等（１．１０）退刀槽对轴类零件强度的影响研究 … … … … …… … … … … … … … … … … … … … … … … … …… … … … … … … … … 许树勤，赵建琴，李阳（１．１２）基于ＡＤＡＭＳ的瓦特六连杆机构运动学研究及仿真 …… … … … … … … … … … … … … … … ……

基于SolidWorks和ADAMS的齿轮传动装置建模与仿真方法

基于SolidWorks和ADAMS的齿轮传动装置建模与仿真方法张晨，崔或青(中国人民解放军装甲兵工程学院，北京100072)摘要:根据某齿轮传动装置的结构及功能，运用SolidWorks 建立了零部件的三维实体模型并装配，导入到ADAMS 软件添加约束和驱动后，对该模型进行动力学仿真和分析，得到关键构件的运动学参数并绘出运动曲线，验证了模型的合理性，为进一步研究机械传动系统提供了一定的帮助。

关键词:齿轮传动装置;SolidWorks ; ADAMS ;仿真中图分类号:T P 391.7文献标志码:A 文章编号：1 〇02-2333( 2017 )〇2-〇079-〇2Modeling and Sim ulation Method of Gear Transm ission System Based on SolidW orks and ADAMSZHANG Chen,CUI Yuqing(Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China)Abstract ： Based on the structure and function of gear transmission system , this paper uses SolidWorks to establish three -dimensional solid models of parts and assembly , and import it into ADAMS software . After adding constraints and driving ,dynamic simulation and analysis of the model are carried out . Some movement motion parameters and curves of the key parts are obtained . The rationality of the model is verified for further research .Key w ords: gear transmission system ; SolidWorks ; ADAMS ; simulation0引言虚拟样机技术(virtual prototype )是一种基于产品计算机仿真模型的数字化设计方法，这些数字模型即虚拟样机(VP )支持并行工程方法学。

基于ADAMS的行星齿轮系的运动仿真

基于ADAMS的行星齿轮系的运动仿真孙宏，杨为（重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆 400044）摘要：以某行星齿轮实例为载体，通过Pro/ E 建立精确行星轮系的三维模型，并使用ADAMS 对该轮系齿轮啮合情况进行动力学仿真分析；仿真结果表明，发现仿真结果与理论结果的误差不到2%，由此得出基于Pro/ E 和ADAMS 所建立的模型进行齿轮啮合分析是正确的，并提出了Pro/ E模型导入ADAMS 的更便利的新方法。

关键词：Pro/ E，ADAMS，行星轮系，齿轮啮合Abstract：Based on a specific planetary gear system, establish a precision 3D model by Pro/E software, and process kinematic simulation analysis for planetary gear mesh by Adams .The simulation results demonstrate that error between simulation results and theoretical result is less than 2%,then we can draw a conclusion that the planetary gear system based on Pro/E and ADMS is correct, thereby it provides a new approach to meshing force analysis for planetary gear system. Meanwhile it provides basic data for the finite-element analysis, and makes further optimization design evidence-based.Keyword：Pro/E Adams Planetary gear Meshing force1.引言行星齿轮传动系统以其结构紧凑、传动比范围大、传动效率高等的优点, 在各种机器和机械装备中被广泛使用, 其力学行为和工作性能对整个机器性能有重要影响。

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Equipment Manufactring Technology No.4，2010计算机及其相关技术的发展和应用，为建立机械系统虚拟样机提供了一个切实可行的途径。

通过虚拟样机技术，可以解决机械系统设计、制造到使用中的许多难题，为保证机械系统的准确性和可靠性，提供了重要的分析方法。

虚拟样机技术，正以其不可比拟的优越性，被广泛运用于机械系统的设计和分析中。

本文通过使用广泛应用于机械装备设计及分析的三维实体建模软件Pro/E 和运动学、动力学动态分析软件ADAM S ，对渐开线齿轮进行接触力分析，得到与理论计算相符的计算结果。

1ADAMS 的仿真流程虚拟样机仿真分析软件ADAM S （Automatic Dynamic Anal-ysis of Mechanical Systems ）是对机械系统的运动学与动力学进行仿真计算的软件，集建模、计算和后处理于一体。

ADAM S 仿真分析的具体步骤是：（1）第一步是建立实体模型。

虽然其自带实体建模工具，但是ADAM S 自身的建模功能，远不能满足现代装备制造的模型要求。

所以，它开发了与众多知名三维建模软件的接口平台。

通过中性文件的转换，可以方便地在Pro/E 、CATIA 、Solid-works 等软件中，将需要的模型建好，然后导入ADAM S 。

（2）第二步是在导入的模型上添加零件与零件的约束关系，使其满足运动要求，并设定运动初始状态。

（3）第三步是在模型上施加载荷。

（4）第四步设定仿真条件，对虚拟样机进行动态仿真。

（5）第五步获得动态仿真结果及仿真数据曲线，并对结果进行筛选拷证。

2通过Pro/E 建立渐开线齿轮模型齿轮的建模步骤如下：（1）以齿顶圆为轮廓建立圆柱体；（2）建立分度圆、基圆、齿根圆曲线；（3）建立齿形的一条渐开线曲线；（4）镜像渐开线曲线，组成完整的齿廓，切除第一个齿槽；（5）齿槽阵列，并且在齿根形成圆角。

而此过程的关键，是渐开线的生成。

在Pro/E 菜单中点击[Insert]→[M odel Datum]命令→[Curve]→[From Equation]→[Done]→[Select]→[CSYS_PART_DEF]→[Cartesian]，通过数学方程生成曲线。

然后输入关系式：ang =t*90r =base_dia/2s =(PI*r*t)/2xc =r*cos(ang)yc =r*sin(ang)x =xc+(s*sin(ang))y =yc-(s*cos(ang))z =0即可获得如图1中的渐开线。

3实体模型导入ADAMS要保证模型的精度，需要找到模型间正确的数据传递方法。

各种工程软件之间的接口通信问题，是分析过程中第一个需要面临解决的问题。

计算机图形标准，是指图形系统及其相关应用系统中的各界面之间进行数据传送和通信的接口，以及供图形应用程序调用的子程序功能及其格式标准。

综合考虑模型导入的几何特性，物理信息如质量、体积、转动惯量等基于虚拟样机技术的齿轮啮合分析刘苗（中冶华天工程技术有限公司设备室，安徽马鞍山243005）摘要：通过Pro/E 建立渐开线圆柱齿轮的精确三维模型，并使用ADAMS 对该齿轮啮合情况进行动力学仿真分析，得到一系列仿真结果；通过对仿真结果的分析和与理论计算结果的对比，发现虚拟样机仿真结果与计算结果的误差不到1%，前者数据更详细更接近真实情况；由此得出基于Pro/E 和ADAMS 虚拟样机技术进行齿轮啮合分析是合理的、正确的。

关键词：齿轮啮合；Pro/E ；ADAMS ；虚拟样机；动力学仿真中图分类号：TH132.4；TP391.9文献标识码：A文章编号：1672-545X （2010）04-0012-03收稿日期：2010-01-17作者简介：刘苗(1983—)，女，湖南长沙人，助理工程师，从事冶金设备设计工作。

图1Pro/E 建立的渐开线圆柱齿轮的三维模型12《装备制造技术》2010年第4期的保留完整程度，以及导入时间等因素，Parasolid文件标准是最好的。

尤其是使用这种标准可以成功地往ADAM S导入整个样机模型，减少模型在ADAM S中二次装配带来的麻烦。

4对实体模型施加力和约束齿轮啮合产生的力，实际上是齿面接触相互碰撞产生的力，在ADAM S仿真中定义为接触更为真实。

ADAM S中将接触分为两种类型：一种是时断时续的接触，两个构件从不接触到接触再到不接触，由于存在相对运动，在接触的位置，两个构件开始出现材料压缩，构件的动能转化成材料的压缩势能，并伴随着能量的损失，当两构件分开时，势能转化成动能，同时也伴随着能量的损失；另一种情况是联系的接触，在这种情况下，两个构件始终接触，这是系统把这种接触定义成一种非线性弹簧形式，构件的弹性模量当成弹簧的刚度，阻尼当成能量损失。

由接触函数可以看出对接触的定义IMPACT=k(x1-x)n-STEP（x，x1-d，cmax，x1，0）×x觶，x＜x10，x≥x1x x当接触距离x小于接触函数的距离变量x1时，产生接触力；当接触距离x大于等于接触函数的距离变量x1时，接触力为零。

在ADAM S/View中定义接触力参数时，Stiffness为刚度系数，对应IMPACT函数中的k，是产生单位接触变形时的力，其中k为刚度系数，是产生单位接触变形时力，可以通过赫兹碰撞计算k=16RE 29姨；1 R =1R1+1R2，R1、R2为接触物体在接触点的接触半径，如果接触物体一者为平面则接触点半径为无穷大；1 E =（1-μ12）E1+（1-μ22）E2，μ1、μ2为接触材料的泊松比，E 1、E2为两接触材料的杨氏模量。

Force Exponent为力的非线性指数，对应IMPACT函数中的n，一般橡胶材料用2.0~3.0，钢铁材料使用1.3~1.5。

Damping为最大的粘滞阻尼系数。

Penetration Depth为最大阻尼时构件的变形深度，推荐使用0.01。

Static Friction Coefficient为静摩擦系数。

Dynamic Friction coefficient为动摩擦系数。

Static Friction Transition Velocity为静摩擦滑移速度，是静摩擦力达到最大时的临界速度。

Dynamic Friction Transition Velocity为动摩擦转换速度，是静摩擦力全部转换为动摩擦力时的临界速度。

5齿轮啮合动力学仿真及结果现假设一对齿数相同的标准渐开线圆柱齿轮Z1和Z2，齿数Z1=Z2=22，模数m=4mm，输入功率为1kW，转速为37r/min。

通过理论计算可以得到齿轮转矩T，T=9549×137=258N·m；以及齿轮啮合的切向力F t，Ft=2Td=2TmZ=2×2584×10-3×22=5864N在ADAM S/View中，输入齿轮Z1转速为222°/s，齿轮Z2上施加阻力258N·m，齿轮啮合的动摩擦系数0.05，静摩擦系数0.08。

设定仿真时间为1s，仿真步长500步，进行仿真计算。

图2接触力参数的设置图3施加约束及初始条件后的齿轮副5000.00.0-20000.0-7500.0-13750.0切向力（N）-1250.00.00.20.40.60.8 1.0Time(sec)图4齿轮啮合切向力仿真结果切向力（N）0.00.250.50.75 1.0-4000.0-5000.0-6000.0-7000.0-8000.0Time(sec)图5齿轮啮合切向力优化结果图6齿轮啮合径向力仿真结果劲向力（N）7500.05250.03000.0750.00.0-1500.00.00.250.50.75 1.0Time(sec)13Equipment Manufactring Technology No.4，2010Dynamics Simulation of Gear Meshing Based on Virtual PrototypeLIU M iao(Huatian Engineering and Technology Co.,Ltd.,M aanshan Anhui 243005,China )Abstract ：Through the Pro/E to establish the involute cylindrical gears accurate three-dimensional model,and the use of ADAM S for dynamic simulation analysis of gears meshing,obtained a series of simulation results.Through the simulation results of the analysis and comparison with the theoretical calculations and found that the error of the virtual prototype simulation results and the c alculation results was less than 1%,and the former data was closer to the truth.The results of gear meshing analysis based on Pro /E and ADAMS virtual prototyping technology is reasonable and correct.Key words :gear meshing ；Pro/E ；ADAM S ；virtual prototype ；dynamics simulation通过ADAM S/View 的后处理功能，可以得到仿真结果数据组成的曲线图，同时可以获得不同方向上分力的数据曲线，如图4、图6、图8。

将图4、图6、图8中的瞬态冲击数据取出后，得到图5、图7、图9中的数据曲线。

通过数据曲线，可以看出齿轮啮合力不是平稳的直线，而是在一定范围内波动的，这样的数据更符合真实的齿轮啮合情况。

通过ADAM S 的数据处理功能，还可以对齿轮啮合力曲线数据取平均值，并将此数值与理论数值进行比较，得到表1中的结果。

由表1可以看出，仿真计算得到的切向力以及合力与理论值误差不到1%。

但是通过虚拟样机技术对齿轮啮合分析得到的数据更详细，并能真实反映齿轮啮合时啮合力的数值波动情况，能给齿轮强度计算等后续工作提供有力的数据依据。

6结束语通过Pro/E 等三维建模软件，可以建立精确的渐开线圆柱齿轮三维模型，再在无损导入的环境下，将该模型导入ADAM S 动态仿真软件，对特定工况下的齿轮进行啮合动力学分析，可以得到与理论计算相符的计算结果。