基于ADAMS的蜗轮蜗杆传动机构的仿真研究
基于ADAMS的多级齿轮传动系统动力学仿真
第23卷 第6期2003年12月北京理工大学学报T ran sacti on s of Beijing In stitu te of T echno logyV o l .23 N o.6D ec .2003 文章编号:100120645(2003)0620690204基于ADAM S 的多级齿轮传动系统动力学仿真洪清泉, 程 颖(北京理工大学机械与车辆工程学院,北京 100081)摘 要:为了建立多级齿轮传动系统的虚拟样机,在对传统的齿轮副扭转振动模型进行动力学等价变换的基础上,提出一种基于ADAM S 的动力学仿真方法Ζ利用该方法建立的模型能综合考虑时变啮合刚度、啮合阻尼、轮齿啮合综合误差、原动机和负载的动态输入、齿对啮合相位以及传动轴扭转柔性,仿真多级齿轮传动系统的动态特性Ζ通过实例仿真研究了各因素对系统动态响应的影响规律,结果表明该方法是可行的Ζ关键词:齿轮;动力学仿真;虚拟样机;机械系统自动动力分析中图分类号:TB 21 文献标识码:AD ynam ic Si m ulation of M ultistage Gear Tra i n System i n ADAM SHON G Q ing 2quan , CH EN G Y ing(Schoo l of M echan ical and V eh icu lar Engineering ,Beijing In stitu te of T echno logy ,Beijing 100081,Ch ina )Abstract :In o rder to set up the virtual p ro to typ e of a m u ltistage gear train system ,a dynam ic si m u lati on m ethod in ADAM S is given ,based on an equ ivalen t k inetic m odel of gear p air w h ich has been tran sfo rm ed from the to rsi onal vib rati on m odel.M odels set up by th is m ethod can in tegrate the influence of ti m e 2varying m esh stiffness ,m esh dam p ,com po site gear erro r ,dynam ic inp u t of the pow er and loading ,m esh p hase and to rsi onal flex ib ility of shaft .A si m u lati on exam p le that studies the influence of each facto r to the dynam ic respon se is p rovided and the resu lts show that the m ethod is feasib le .Key words :gear ;dynam ic si m u lati on ;virtual p ro to typ e ;ADAM S收稿日期:20021127作者简介:洪清泉(1977-),男,硕士生;程 颖(1964-),女,副教授,E 2m ail:chengy@bit .edu .cn Ζ 在对齿轮系统的动态特性进行计算机仿真时,由于考虑因素的不同,建立的模型有所差异,仿真的难易程度和结果也不尽相同Ζ作者基于多体动力学仿真软件ADAM S ,给出了一种综合考虑多种影响因素的齿轮系统扭振模型及多级齿轮传动的虚拟样机仿真方法Ζ1 齿轮副动力学模型111 等价齿轮副动力学模型传统的齿轮副扭转振动模型如图1所示[1]ΖΗp ,Ηg 为主、被动齿轮的扭转振动角位移;I p ,I g 为主、被动齿轮的转动惯量;R p ,R g 为主、被动齿轮的基圆半径;e (t )为轮齿啮合综合误差;k m 为啮合综合刚度;c m 为啮合阻尼;T p ,T g 为作用在主、被动齿轮上的外载荷力矩Ζ图1 齿轮副扭转振动力学模型F ig .1 To rsi onal vibrati on model of gear pair在ADAM S 中难以采用传统的齿轮副扭转振动模型描述轮齿啮合传动过程,为此对该模型进行如下变换:添加一无质量刚性辅助齿轮,辅助齿轮与主动齿轮组成一虚拟齿轮运动副;被动齿轮不再与主动齿轮啮合,而是通过扭簧与辅助齿轮连接Ζ工作时,动力由主动齿轮通过虚拟齿轮副传递给辅助齿轮,再通过扭簧传递给被动齿轮Ζ变换后的齿轮副动力学模型如图2所示,Η为辅助齿轮的角位移;R ′p ,R ′g 为主、被动齿轮啮合节圆半径;k ′m 为等价扭簧刚度;c ′m 为等价扭簧阻尼;e ′(t )为轮齿啮合综合误差的等价扭簧初始角位移变动量;T 1为虚拟齿轮运动副对主动齿轮的反作用力矩,T 2为虚拟齿轮运动副传递给辅助齿轮的力矩,即等价扭簧传递的力矩Ζ图2 等价齿轮副动力学模型F ig .2 A n equivalent k inetic model of gear pair112 在ADAM S 中的实现方法等价齿轮副动力学模型可以在ADAM S 中实现Ζ辅助齿轮通过定义一密度足够小的齿轮代替;虚拟齿轮运动副直接采用ADAM S 中的齿轮运动副;扭簧通过定义力矩实现,该力矩作用于被动齿轮,反作用于辅助齿轮,其大小由辅助齿轮和被动齿轮之间转角、转速、等价扭簧刚度、等价扭簧阻尼、等价扭簧初始角位移变动量和初始角速度变动量决定Ζ113 参数变换与计算根据两种齿轮副变换前后轮齿动态啮合力对主、被动齿轮的作用力矩等价的原则,即可确定出两种齿轮副模型之间的动力学参数变换关系Ζ①等价扭簧刚度 k ′m =k m R 2g ,式中 k m 为轮齿啮合综合刚度Ζ②等价扭簧阻尼 c ′m =c m R 2g ,式中 c m 为轮齿啮合阻尼Ζ③等价扭簧初始角位移变动量 e ′j =e j R g ,式中 e j 为轮齿啮合综合误差,一般只考虑齿轮误差Ζ常见的处理方法是根据齿轮设计的精度等级确定齿轮偏差,采用以时间为变量的简谐函数表示法进行误差模拟[2]Ζ若改用以齿轮转角为变量的简谐函数表示,则可使齿对处于相同啮合位置时具有相同的轮齿啮合综合误差Ζe j (Υj )=e j0+e jr sinm od (Υj z j )+∆j360 z j 2Π,式中 e j0为齿轮误差的常值;e jr 为齿轮误差的幅值,根据齿轮的公差值确定;Υj 为齿轮转角;z j 为齿数;∆j 为啮合初始位置Ζ2 多级齿轮传动系统动力学模型对于多级齿轮传动系统,除了齿轮副啮合问题,还必须考虑不同啮合齿对动力学参数的相位差、传动轴柔性、原动机和负载的动态特性Ζ211 齿对啮合相位的确定目前齿轮系统仿真的啮合相位计算仅限于较简单的情况:如行星轮系和中心在同一条直线上的齿轮传动[3,4]Ζ为此,作者对通用的多级齿轮传动相位计算方法进行了推导,参见图3Ζ(a )啮合齿数发生变化的角度位置(b )齿对初始啮合角度位置图3 啮合相位计算F ig .3 Calculati on of m esh phase196 第6期洪清泉等:基于ADAM S 的多级齿轮传动系统动力学仿真 在计算出任一啮合齿对的啮合齿数发生变化(单齿啮合与双齿啮合的过渡)时的齿轮角度位置∆j1和∆j2,齿对正确啮合的初始角度位置∆j 后[5],通过∆j 与∆j1,∆j2的关系确定该齿对的啮合相位Ζ212 传动轴柔性效应采用有限段的方法考虑传动轴的柔性效应[6],其基本思想是把柔性体描述为多个由弹簧和阻尼器为结点连接的刚体组成的多刚体系统Ζ在本模型中,传动轴的柔性效应是通过两端点的扭转总体效应加以考虑的Ζ213 原动机和负载原动机和负载的具体模型比较复杂,将其简化为作用在输入齿轮和输出齿轮上的转矩或转速,采用ADAM S 实时函数直接模拟[7,8]Ζ3 实例仿真基于ADAM S 的多级齿轮传动仿真模型如图4,采用GST IFF 积分器求解,时间步长011m sΖ图4 多级齿轮传动虚拟样机模型F ig .4 V irtual p ro to type of m ultistage gear train311 内部激励对动态响应的影响系统的外部激励为常值(齿轮1的输入转速为500r m in ,齿轮5输出转矩1000N m ),在不同内部激励作用下,齿轮3的扭振角加速度如图5所示Ζ图5中,曲线1是刚性传动轴,不考虑啮合相位,时变啮合综合刚度单独激励下齿轮3的扭转振动角加速度,曲线2,3,4,5分别为考虑齿轮3轮齿啮合阻尼、轮齿啮合综合误差、不同啮合相位、传动轴扭转柔性后齿轮3的扭转振动角加速度Ζ可见,啮合阻尼可有效减小系统的振动,轮齿啮合综合误差显著增大系统的振动,但都不改变动态响应的相位和频率;不同啮合相位影响了齿对的刚度突变时刻,使系统的时变啮合刚度激励总体效应发生变化,对系统动态响应的影响视具体情况而定;传动轴柔度对系统动态响应的相位、幅值、频率都有影响Ζ(a )啮合阻尼对动态响应的影响(b )轮齿啮合综合误差对动态响应的影响(c )啮合相位对动态响应的影响(d )传动轴扭转柔度对动态响应的影响图5 不同内部激励对系统动态响应的影响F ig .5 Influence of different inner excitati onon the dynam ic response312 外部激励对动态响应的影响系统内部激励只考虑时变啮合综合刚度,在外部激励动态作用下,齿轮3的扭振角加速度如图6所示Ζ图6a 为齿轮1输入转速为470～530r m in ,按正弦规律每转过1周波动一次时齿轮3的扭转振动角加速度变化Ζ可见,动态响应明显受输入转速波动的影响Ζ296北京理工大学学报第23卷 图6b 为作用在齿轮5上的负载转矩,按正弦规律在500～1500N m 之间每转过1周波动一次时齿轮3的扭转振动角加速度变化Ζ可见,负载转矩对动态响应的影响类似于调制作用Ζ(a )输入转速波动下的动态响应(b )负载转矩波动下的动态响应图6 外部激励对系统动态响应的影响F ig .6 Influence of different outer excitati onon the dynam ic response4 结 论实例仿真结果与文献[1]中的理论分析是一致的Ζ验证了给出的基于ADAM S 的多级齿轮传动系统的动力学仿真方法是正确的Ζ同时,用该方法可考虑多种激励的影响,直接建立系统虚拟样机模型Ζ参考文献:[1] 李润方,王建军.齿轮系统动力学[M ].北京:科学出版社,1997.L i R unfang ,W ang J ian jun .D ynam ics of gear system[J ].Beijing :Science P ress ,1997.(in Ch inese )[2] 李润方,陶泽光,林腾蛟等.齿轮啮合内部动态激励数值模拟[J ].机械传动,2001,25(2):1-3.L i R unfang ,T ao Zeguang ,L in T engjiao ,et al .N um erical si m u lati on fo r inner dynam ic excitati on of gearing [J ].M echan ical T ran s m issi on ,2001,25(2):1-3.(in Ch inese )[3] 孙智民,沈允文,李素有.封闭行星齿轮传动系统的扭振特性研究[J ].航空动力学报,2001,16(2):163-166.Sun Zh i m in ,Shen Yunw en ,L i Suyou .A study on to rsi onal vib rati on s in an encased differen tial geartrain [J ].Jou rnal of A ero space Pow er ,2001,16(2):163-166.(in Ch inese )[4] 张锁怀,石守红,丘大谋.齿轮耦合的转子轴承系统的非线性模型[J ].机械科学与技术,2001,20(2):191-193.Zhang Suohuai ,Sh i Shouhong ,Q iu D amou .Anon linear model fo r dynam ic analysis of a geared ro to r 2bearing system [J ].M echan ical Science and T echno logy ,2001,20(2):191-193.(in Ch inese )[5] 朱景梓,张展,秦立高.渐开线外啮合圆柱齿轮传动[M ].北京:国防工业出版社,1990.Zhu J ingzi ,Zhang Zhan ,Q in L igao .T he invo lu tecylindrical gear tran s m issi on by ou ter m esh [M ].Beijing :N ati onal D efence Indu stry P ress ,1990.(in Ch inese )[6] 康新中,吴三灵,马春茂.火炮系统动力学[M ].北京:国防工业出版社,1999.Kang X inzhong ,W u San ling ,M a Chunm ao .Gunsystem dynam ics [M ].Beijing :N ati onal D efenceIndu stry P ress ,1999.(in Ch inese )[7] M echan ical D ynam ics Inc .ADAM S so lver u ser’sgu ide [M ].[s .l.]:M echn ical D ynam ics Inc .,2002.[8] M echan ical D ynam ics Inc .ADAM S view u ser’s gu ide[M ].[s .l .]:M echn ical D ynam ics Inc .,2002.396 第6期洪清泉等:基于ADAM S 的多级齿轮传动系统动力学仿真。
基于ADAMS的蜗轮蜗杆传动机构的仿真研究
第6期(总第163期)2010年12月机械工程与自动化M ECHA N ICAL EN GI NEER IN G & AU T O M A T IO N N o.6Dec.文章编号:1672-6413(2010)06-0074-02基于ADA M S 的蜗轮蜗杆传动机构的仿真研究葛 军,刘英林(太原理工大学机械工程学院,山西 太原 030024)摘要:用U G 建立蜗轮蜗杆传动机构的简化模型,将模型导入A DA M S 软件中施加约束进行仿真,分析仿真曲线检验建模的准确性,分析受力为进一步研究做准备。
关键词:A DA M S ;蜗轮蜗杆;仿真中图分类号:T H 132.44∶T P 391.9 文献标识码:A收稿日期:2010-04-22;修回日期:2010-08-11作者简介:葛军(1984-),男,山西阳泉人,在读硕士研究生,研究方向为机械设计与理论。
0 引言蜗轮蜗杆传动机构是用来传递空间互相垂直而不相交的两轴间的运动和动力的,由于它具有传递比大、运动平稳、结构尺寸紧凑等优点,在各类机床、冶金、矿山及起重设备等的传递系统中得到了广泛的应用。
目前我国对蜗轮蜗杆机构的开发与研制一直由传统的“设计—试制—试验—改进”模式占主导,这种基于物理样机的设计研发模式具有工作量大、周期长、费用高、精度低的致命缺点,使得产品难以适应快速变化的市场需求。
采用虚拟样机对产品进行创新设计、测试和评估,可以缩短周期、降低成本、改进质量,提高企业面向客户与市场需求的能力,并加快新技术向新产品的转化。
本文通过虚拟样机技术在计算机上建立蜗轮蜗杆的简化模型,导入ADAMS 进行动力学仿真,得出所需的力学曲线,进而为模型的优化设计提供理论依据。
1 虚拟样机模型的建立1.1 三维模型的建立及导入鉴于整体模型比较复杂,根据仿真的需要,将蜗杆减速器的外壳、联接螺栓等固定构件等简化为大地模型,简化后的蜗杆传动模型只包括蜗杆、蜗轮。
ADAMS进行蜗轮蜗杆模拟仿真
目录1 绪论11.1 国内外蜗轮蜗杆发展现状11.2 ADAMS软件简介21.3 本文工作31.4 本章小结32 蜗轮蜗杆传动设计52.1 蜗杆传动概述52.2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数72.3 传动比i、蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2 8 2.4 蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q82.5 蜗杆导程角γ82.6 蜗杆传动的滑动速度92.7 注意事项92.8 普通圆柱蜗轮蜗杆传动设计计算102.8.1 设计计算102.8.2 蜗轮蜗杆传动尺寸计算142.8.3 齿面接触疲劳验证152.8.4 齿根弯曲疲劳强度验证152.8.5 验算效率162.8.6 精度等级公差与表面粗糙度的确定162.8.7 热平衡计算163 用ADAMS进行蜗轮蜗杆模拟仿真183.1 启动ADAMS183.2 设置工作环境163.3 创建蜗轮173.4 创建蜗杆183.5 创建旋转副、齿轮副、旋转驱动193.6 进行啮合点（MARKER_7）的坐标轴旋转 (22)3.7 仿真验证254 结果分析29参考文献29外文资料30中文翻译36致谢401 绪论1.1 国内外蜗轮蜗杆发展现状蜗杆传动是机器、设备和仪器中最常见的机械传动方式之一。
从蜗杆传动的出现到现在已经有以犯多年的历史。
随着生产的不断发展, 蜗杆传动也在不断地取得发展。
渐开螺旋面包络环面蜗杆传动简称为竹蜗杆传动, 它是二十世纪七十年代出现的一种新型蜗杆传动副。
蜗杆传动可分为一次包络蜗杆传动和二次包络蜗杆传动。
在一次包络蜗杆传动中, 蜗轮是一个普通的渐开线斜齿圆柱齿轮, 蜗杆则是由渐开线斜齿圆柱齿轮包络而成的。
在二次包络蜗杆传动中, 与蜗杆相啥合的蜗轮是以一次包络生成的蜗杆为产形面而生成的。
在众多的蜗杆传动中, 蜗杆传动被认为是最具有潜力和希望的一种蜗杆传动。
由于蜗杆传动能够得到很大的传动比，因此其一般应用于减速机的得制造中，国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过低的问题。
基于ADAMS的机械四连杆机构运动仿真分析
基于ADAMS的机械四连杆机构运动仿真分析1. 引言1.1 背景介绍机械四连杆机构是一种常见的机械系统，由四个连杆组成，通过铰链连接在一起。
该机构具有简单结构、运动灵活等特点，广泛应用于工程领域中的机械传动系统、转动机械装置等。
随着现代工程技术的发展，人们对机械四连杆机构的运动性能和工作特性提出了更高的要求。
利用ADAMS软件进行机械四连杆机构的运动仿真分析已成为一种常用的研究方法。
通过仿真分析，可以全面地了解机构在不同工况下的运动规律和性能特点，为设计优化和故障分析提供重要依据。
1.2 研究目的本文旨在利用ADAMS软件对机械四连杆机构进行运动仿真分析，探讨其运动规律及特性。
通过建立机构的数学模型，模拟机构在不同工况下的运动状态，分析机构的运动学性能和动力学特性，为设计优化提供理论支持。
借助ADAMS软件的功能，对机构进行参数优化，使机构的性能达到最佳状态。
本文研究的目的包括：1. 分析机械四连杆机构的运动规律，揭示其运动特性；2. 探讨机构在不同工况下的运动状态和特点，评估机构的性能；3. 基于仿真结果，进行参数优化，提高机构的工作效率和稳定性；4. 对机构可能出现的故障进行分析，为机构的维护和保养提供参考。
通过对机械四连杆机构的运动仿真分析，旨在为机械工程师提供设计和优化机构的参考，促进机械系统的创新和发展。
1.3 研究方法研究方法是本文的关键部分，主要包括以下几个步骤：（1）了解ADAMS软件的基本原理和使用方法，包括建模、设置参数、运动仿真等操作。
（2）建立四连杆机构的三维模型，并根据实际情况设置各个连杆的长度、质量、摩擦系数等参数。
（3）设定机构的初始条件和约束条件，如应用驱动力、初始速度、固定关节等，以模拟机构的运动过程。
（4）进行仿真分析，观察四连杆机构在不同驱动力、摩擦系数下的运动情况，包括角速度、位移、加速度等参数的变化。
（5）分析和比较仿真结果，探讨四连杆机构运动特性的影响因素，如摩擦力、驱动力大小、连杆长度等，并对结果进行合理解释。
蜗轮蜗杆减速器的建模仿真-附图
分类号单位代码密级公开学号学生毕业设计（论文）题目基于Pro/E的蜗轮蜗杆减速器的建模与仿真作者黄胜军院(系) 能源工程学院专业机械设计制造及其自动化指导教师答辩日期2014年5月24日摘要减速器是一种用于低转速大转矩的传动设备，把电动机或内燃机的动力通过减速器上的输入轴上齿数少的齿轮与齿数大的齿轮啮合达到减速的目的。
蜗轮蜗杆减速器主要用来传递空间相交两轴之间的动力，它具有传动比大、结构紧凑、不需要其他机构就能实现反行程自锁等优点，因此在生活中得到了广泛的应用。
但是蜗轮蜗杆减速器普遍存在着机械效率过低、传动发热量大、精度不高等缺点。
这也是当前国内外致力于研究的前沿课题。
Pro/ENGINEER是一种集零件设计、曲面设计、产品装配于一体的3D建模仿真软件，广泛应用于汽车、造船、航天、电子模具等行业。
本文主要研究的是蜗轮蜗杆减速器的传动特性，首先是蜗轮蜗杆减速器的设计、校核、以及结构设计；其次是基于Pro/E的零件图的建模以及蜗轮蜗杆减速器装配图、爆炸图的生成；最后利用Pro/E进行仿真，输出蜗轮蜗杆减速器中个构件的运行图像、技术参数等。
关键词：蜗轮蜗杆；减速器；Pro/E；模型；仿真Based on Pro/E modeling and simulationof worm gear reducerABSTRACTReducer is a kind of equipment that be used of driving in low speed and high torque.The motor power or internal combustion engine by means of input shaft gear little wheel engages with large number of achieve the goal of reduction.worm gear and worm gear reducer is mainly used to transfer between axis of the intersection of space power.It has a large transmission ratio and compact structure.In the other hand,worm gear and worm gear reducer has the advantages of the stroke self-locking that needn’t other agencies.Therefore,it has widely used in the life.But there are widespread questions which low mechanical efficiency worm gear and worm reducer,transmission calorific value and the higher accuracy.This is also committed to the forefront of research topic at home and abroad at present.Pro/ENGINEER is a collection of parts design,surface design,product assembly in the integration of 3D modeling and simulation software,widely used in automobile,Shipbuilding aerospace,electronic mold and other industries.This paper mainly studies transmission characteristics of worm gear and worm reducer.In the first,I designed the worm gear and worm reducer and checked the stronger and design the structure.The second first is the part drawing based on Pro/E modeling and the production of worm gear and worm reducer assembly drawing,explosion.In the end,I will product running image and technical parameter about worm gear and worm reducer based on Pro/E simulation.Keywords:worm gear and worm reducer;Pro/E;model;simulation目录摘要 (II)ABSTRACT (III)1.绪论 (1)1.1 课题研究的背景 (1)1.2 减速器的国内外研究现状 (1)1.3 课题研究的目的和意义 (2)1.4 研究内容 (2)2.减速器传动装置的总体设计 (5)2.1 已知参数 (5)2.2 传动装置总体设计 (5)2.3 传动零件的设计计算 (6)2.3.1 蜗轮蜗杆的传动设计 (6)2.3.2 蜗轮蜗杆的尺寸设计 (7)3.蜗杆、蜗轮轴的基本尺寸设计 (15)3.1 蜗杆轴基本尺寸设计 (15)3.2 蜗轮轴的基本尺寸设计 (16)3.3 按照弯扭合成应力校核轴的强度 (19)3.4 蜗轮轴的轴承选择与校核 (22)3.5 蜗杆轴的轴承选择与校核 (26)3.6 键的选择与校核 (29)3.6.1 蜗轮与轴配合采用平键连接 (29)3.6.2 蜗轮轴与联轴器之间用键连接 (30)3.6.3 蜗杆轴与联轴器之间用键连接 (30)4.蜗轮蜗杆减速器箱体及其他辅助零件设计、装配 (31)4.1 密封圈的选择 (31)4.2 弹簧垫圈的选择 (32)4.3 箱体尺寸设计 (33)4.4 轴承端盖的设计 (37)4.5 蜗轮蜗杆减速器装配图 (39)5 蜗轮蜗杆减速器的运动分析 (41)5.1 新建组件文件 (41)5.2 向组件中添加减速器零件 (41)5.3 定义齿轮副连接 (42)5.4 定义伺服电机 (43)5.5 运动学分析 (49)5.6 进行回放与视频制作 (51)5.7 生成分析测量结果 (51)总结 (54)参考文献 (55)致谢 (56)1.绪论1.1 课题研究的背景减速器多以蜗轮蜗杆、齿轮传动为主，但是比重小、功率低、传动比大、传动效率低等问题依然普遍存在，这也是制约减速器发展的一个主要的因素。
基于ADAMS的齿轮传动特性仿真分析.kdh
【148】 第33卷 第12期2011-12(上)收稿日期：2011-09-12作者简介：连锦程（1984 -），男，陕西榆林人，研究生，研究方向为电动汽车行星齿轮传动。
基于ADAMS的齿轮传动特性仿真分析Based on ADAMS of gear transmission characteristic simulation analysis连锦程，崔建昆LIAN Jin-cheng, CUI Jian-kun（上海理工大学 机械工程学院，上海 200093）摘 要：文章基于ADAMS对齿轮传动特性进行了仿真分析，获得设计齿轮在真实工作条件下的啮合性能，从而形成齿面加工参数设计的闭环修正系统。
关键词：ADAMS；齿轮传动；仿真分析中图分类号：TH132 文献标识码：B 文章编号：1009-0134(2011)12(上)-0148-03Doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2011.12(上).440 引言在齿轮产品试制之前，对齿轮空载和承载情况下的啮合过程进行计算机仿真，以获得设计齿轮在真实工作条件下的啮合性能，形成齿面加工参数设计的闭环修正系统，对于缩短研发周期、减少研究失误、节省试制费用和提高设计质量有着很重要的意义。
ADAMS 是集成建模、求解和可视化技术一体的运动仿真软件，是当今世界上应用范围最广的机械系统动力学仿真分析平台之一。
它已成功应用于汽车工程、航空航天、铁路车辆、工程机械和工业机械等领域。
本文以齿轮泵为模型，进行了分析。
1 泵齿轮副传动特性分析物理建模是在几何模型的基础上，对齿轮泵齿轮副系统的各个零件添加物理属性，包括：确定组成系统部件的材料密度、泊松比和弹性模量；设置所有部件的质量和惯性矩；确定装配部件间的约束关系和设置相应的主轴驱动参数；作用在齿轮副系统的各种外力和机构部件间的摩擦力等[1]。
通过建立模型得到同真实齿轮泵齿轮副在几何形状和物理性能等方面都完全一致的虚拟样机[2]。
用ADAMS进行蜗轮蜗杆模拟仿真示例
蜗轮蜗杆的啮合传动 蜗轮蜗杆的传动比如右图所表示，设在节点P 处蜗杆与蜗轮的速度 分别为1v 和2v ，由图中可知：112tan λ'=v v ，即11122tan λωω''=r r其中1r '为蜗杆的分度圆半径，2r为蜗轮的分度圆半径，1λ'为蜗杆节圆螺旋线的升角。
从而，1122112tan λωω''==r r i （1） 在本例子中，将介绍怎么在ADAMS 12.0中模拟创建过程⒈ 启动ADAMS双击桌面上ADAMS/View 的快捷图标,打开ADAMS/View 。
在欢迎对话框中选择“Create a new model ”，在模型名称（Model name ）栏中输入：woluenwogan ；在重力名称（Gravity ）栏中选择“Earth Normal (-Global Y)”；在单位名称（Units ）栏中选择“MMKS –mm,kg,N,s,deg ”。
如图1-1所示。
图1-1 欢迎对话框 ⒉ 设置工作环境2.1 对于这个模型，网格间距需要设置成更高的精度以满足要求。
在ADAMS/View 菜单栏中，选择设置（Setting ）下拉菜单中的工作网格（Working Grid ）命令。
系统弹出设置工作网格对话框，将网格的尺寸(Size )中的X 和Y 分别设置成750mm 和500mm ，间距（Spacing ）中的X 和Y 都设置成50mm 。
然后点击“OK ”确定。
如图2-1所表示。
2.2 用鼠标左键点击选择（Select ）图标，控制面板出现在工具箱中。
2.3 用鼠标左键点击动态放大（Dynamic Zoom ）图标，在 模型窗口中，点击鼠标左键并按住不放，移动鼠标进行放大或缩小。
⒊创建蜗轮3.1 在ADAMS/View 零件库中选择圆柱体(Cylinder )图标，参数选择为“New Part ”，长度（Length ）选择100mm ，半径（Radius ）选 择200mm(这里的长度和半径的选择没有特殊要求,可以选择不同的数字 )。
基于MSC.ADAMS的动力传动系统建模与仿真
基于MSC.ADAMS 的动力传动系统建模与仿真洪清泉 程颖 覃文洁 廖日东（北京理工大学车辆与交通工程学院CAD 室）摘 要：根据动力传动系统的组成及工作原理，在MSC.ADAMS 中分别建立了发动机、液力变矩器、齿轮传动、离合器的动力学模型，并组装成动力传动系统虚拟样机，采用仿真剧本进行总体仿真。
结果表明，利用MSC.ADAMS 进行动力传动系统仿真具有一定的优越性。
关键词：动力传动系统，发动机，液力变矩器，齿轮传动，离合器，仿真剧本动力传动系统是一个典型的多体、多工况、多激励系统，其组成包括发动机、液力变矩器、齿轮传动、离合器等子系统，各子系统仍是复杂的多刚体－柔体系统，其工作过程包括起步、换挡、制动、加速、减速等工况，其受力包括发动机的周期性激励，路面的随机激励，齿轮系统内部激励等。
如何建立动力传动系统的动态模型并仿真其工作过程，对动力传动系统的匹配计算、强度校核、优化设计、疲劳分析、一体化控制具有十分重要的意义。
本文根据MSC.ADAMS 提供的各种建模方法，结合其它软件，实现了动力传动系统一定程度上的虚拟仿真。
1 发动机考虑到发动机的曲轴系当量转动惯量较大，且在不同曲轴转角时发生变化，对整体动态特性影响不能忽略，直接采用发动机稳态外特性和部分特性不能充分描述发动机在动态工况下的真实输出转矩，因此将发动机动力学模型分解为转矩发生器子模型和曲轴系子模型]1[。
在转矩发生器子模型中，将发动机的稳态特性转矩作为施加在曲轴系上的指示转矩，暂不考虑其瞬态特性，将来可以考虑建立详细的燃烧及控制模型。
在MSC.ADAMS 中利用Akima 曲面拟合技术，将某型号柴油发动机的一组部分特性曲线（如图1）拟合为部分特性曲面。
根据部分特性曲面，插值出任意油门开度和发动机转速下的指示转矩值：)0,_,,(engine surface AKISPL T e e αω=式中ωe 为发动机转速，α为油门开度，surface_engine 为发动机特性曲面，0表示输出插值点坐标值。
5 基于 ADAMS的蜗杆传动机构多刚体动力学仿真方法
5 基于 ADAMS 的蜗杆传动机构多刚体动力学仿真方法5.1 多刚体动力学仿真多刚体动力学仿真（MBS ）是近十年发展起来的机械动力系统计算机数值仿真技术，它建立在多刚体动力学理论基础之上，应用多刚体动力学模型仿真机械系统运动过程中的运动学和动力学特性。
MBS 提供了设计过程中设计方案的分析和优化，在机械设计领域获得越来越广泛的应用。
目前国内外较为流行的MBS 软件主要有：ADAMS 、DADS 、SIMPACK 等。
5.1.1 多刚体动力学的算法原理设多刚体系统由 n 个刚体 ()n i B i ,,1 =组成，地球为零刚体0B 取定一个惯性参考基()0e 和每个刚体的连体基()()n i e i ,,1 =，()i e 的原点i O 与质心i C 重合。
为了确定系统内每个刚体i B 相对惯性基的位形，可以用它的质心i C 的位置矢径i r 的三个分量()i z y x ,,确定位置，连体基()i e 的三个欧拉角()i ϕθψ，，确定方位。
将这三个平动坐标和三个转动坐标写成16⨯矢量列阵[25][]T i i z y x x ϕθψ= ()n i ,,1 = （4.1）这种确定系统内每个刚体位形所采用的统一坐标称为笛卡尔广义坐标。
n 个刚体组成的多刚体系统的位形由6n 个笛卡尔广义坐标确定，可以写成如下16⨯n 位置矢量列阵[][]Tn TT n T T i x x x x x x x 62121 == (4.2) 在多刚体系统运动学中，刚体i B 的运动用质心i C 的13⨯位置矢径列阵i r 和确定变换关系()()i i i e A e =的33⨯方向余弦矩阵i A 来描述是方便的。
它们都可以用系统的笛卡尔广义坐标表示为()x r r i i =，()x A A i i = ()n i ,,1 = （4.3）将式4.3的第一式对时间求一次和两次导数，得到刚体i B 质心的速度和加速度列阵创建模型 创建几何模型给模型添加约束和运动给模型施加载荷图2-32 用ADAMS 软件进行虚拟样机设计的步骤测试模型 定义测量量 对模型进行仿真 回放仿真动画 绘制仿真结果曲线 验证模型 输入测试数据 在绘制的曲线图上添加测试数据 模型的细化 添加摩擦力 改善施加的载荷函数 定义柔性体 定义控制 重新仿真分析 输入测试数据 在绘制的曲线图上添加测试数据 优化分析 进行主要影响因素的研究 完成试验设计分析 进行优化设计分析 定制用户环境 定制用户菜单 定制用户对话框 使用宏命令记录并重复复杂模型操作仿真结果是否与试验结果一致？()()x x x H x x r x x r r v i T i j n j j i i i '='∂∂='∂∂='=∑=61 ()()()'∂∂+''='∂∂+''∂∂='∂∂+''∂∂=''∂∂∂+''∂∂=''=∑∑∑∑∑=====t x xv x x x H x x v x x r x x v x x r x x x x r x x r r a i T jjkn k ki j n i j j i k j n k n j k j i j n i j j i i i i 616616126 （4.4） 以上两式中定义了n 63⨯()xv x r x H i i T i '∂∂=∂∂= （4.5） 则刚体i B 在惯性基()0e 中的角速度矩阵与方向余弦矩阵之间有如下关系：T i i i i i i i i i A A '=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=000~121323ωωωωωωω (4.6) 可以利用上式由方向余弦矩阵i A 计算角速度矢量的分量i ω。
基于ADAMS的车辆传动系统动态特性仿真研究_林宝生
收稿日期:2005-10-28第23卷 第12期计 算 机 仿 真2006年12月文章编号:1006-9348(2006)12-0247-06基于ADAM S 的车辆传动系统动态特性仿真研究林宝生1,张利霞2,闫清东1(1.北京理工大学车辆传动国防重点实验室,北京100081;2.河南师范大学计算机系,河南新乡453002)摘要:为进行模型快速修改或更换,实现车辆动力传动系统高效建模仿真,基于可视化的动力学仿真软件ADA M S,应用模块化建模方法,按车辆动力传动系统的物理组成进行模块分解,建立车辆动力传动系统各分模块虚拟样机模型,并组装成车辆动力传动系统共同工作虚拟样机模型。
利用该模型,对某型履带车辆进行换挡动态仿真,并与试验数据比较分析。
结果表明,仿真数据与试验结果能较好吻合,该模型能够用来仿真车辆传动系统的动态力学性能,并为后续研究提供支持。
关键词:虚拟样机;模块化建模;传动系统;动态仿真中图分类号:TP23 文献标识码:AD yna m ic S i m ulation of V eh ic le Pow er T ra i n Syste m Based on ADA M SLI N Bao -sheng 1,Z HANG L i-x ia 2,YAN Q ing -dong1(1.N a tiona l K ey L ab .o f V eh i cu lar T rans m i ssion ,B e iji ng Institute of T e chno l ogy ,B e iji ng 100081,Ch i na ;puter D epa rt m en t ,H enan N o r m a lU n iversity ,X inx i ang H enan 453002,China)AB STRACT :F o r the effic i ent m ode li ng and si mu lation ,the veh i c le i nteg rated trans m ission sy ste misdecom po sed i nto subsystem s w it h its physica l co rrespondence .B ased on the m e thod o f m odu lar m ode li ng ,t hev irtual proto types o f ea ch subsy ste m a re se t up i n ADAM S i n th is paper ,and then asse m bled i n to a who le v irtua l pro totype for coo rd i na ted w ork .W ith this m ode,l the g ear -sh ift i ng dyna m ic si mu lation prog ram o f a type o f track lay er i s carr i ed ou t .T he re sults o f the s i m ula ti on accord w e ll w ith the ex pe ri m en ta l re sult .A nd it sho w s that th i s m ode l can be used e ffe ctive l y for the study o f the dyna m ic characte r i stics o f vehic le pow er tra in ,and can o ffer suppo rt for fur t he r st udy .K EY W ORDS :V irtua l pro totype ;M odu lar m ode ling;Pow er tra i n system ;D yna m ic si mu lation1 引言车辆传动系统的动态特性是指动力传动系统随时间变化所表现出的动力学性能。
蜗轮蜗杆的三维参数化设计及其运动仿真分析
图 ３ 蜗轮渐开线成型图
图 ４ 蜗轮的三维视图
图 ６ 蜗杆实体图
５ 蜗轮蜗杆机构在 ＡＤＡＭＳ 中的运动仿 真分析
５．１ ＡＤＡＭＳ 软件介绍
机 械 动 力 学 分 析 软 件 ＡＤＡＭＳ（ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｄｙｎａｍｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ） 是 目 前 国 际 上 使 用 最 广 泛 的 机 械 系 统 动 态 模 拟 软 件 。 它 采 用 模 拟 样 机 技 术 ， 将 强 大 的 大 位 移 、非 线 性 分 析 求 解 功 能 与 使 用 方 便 的用 户 界 面 相 结合，并 提 供 与 其 它ＣＡＥ
构正在申报国家专利。这说明本文所采取的有限元仿真以及疲
械 工 程，１９９８，９（１１）：１６￣１９４．
第 １１ 期
阮 锦等： 蜗轮蜗杆的三维参数化设计及其运动仿真分析
－ ７５ －
更为精确。
２ 蜗轮蜗杆设计的总体思路
蜗轮蜗杆基本参数特征如下： 蜗杆直径系数 ｑ， 蜗轮端面模 数 ｍｔ， 蜗 杆 轴 向 模 数 ｍｎ， 蜗 轮 齿 数 Ｚ２， 蜗 杆 头 数 Ｚ１， 蜗 轮 压 力 角 α， 蜗 轮 宽 度 Ｂ， 变 位 系 数 ｘ２， 蜗 轮 螺 旋 角 β， 蜗 杆 导 程 角 γ， 蜗 杆 螺旋长度 Ｌ，蜗杆直径系数 ｑ。
＊ 来稿日期： ２００６－ １２－ ２６
行实体参数化造型， 它采取刚体系统动力学原理进行分析， 结果
########################################################## 对称边界＂约束。在由机架分析中得到拉杆的反作用 力 为 １７４４ 劳分析方法确实可行， 该方法为设计者预测了解结构响应和可
模具CAD第10章 蜗轮蜗杆传动的建模与仿真
10.2.3 创建蜗杆
（1）在ADAMS/View零件库中选择圆柱体(Cylinder)图标 ，参数 选择为“New Part”，长度（Length）选择500mm，半径（Radius）选择 50mm，参数设置对话框如左图所示。 （2）在ADAMS/View工作窗口中先用鼠标左键选择点（-250，-250， 0）mm，然后选择点（250，-250，0）mm。则一个圆柱体（PART_2） 创建出来，如右图所示。
就是所创建的旋转副(JOINT_2)，该旋转副连接机架和蜗杆,使蜗杆能相对机
架旋转。
10.3.2 创建啮合点
（1）创建完蜗轮蜗杆上的旋转副后，还要创
建蜗轮和蜗轮的啮合点（MARKER）。根据齿 轮副的啮合点（MARKER）和旋转副必须在一
个连杆上，并且啮合点Z轴的方向与蜗轮蜗杆的
传动方向相同。所以，啮合点（MARKER）必 须定义在地面（ground）上，机架可以看作地面。 （2）选择ADAMS/View工具箱的动态选择 （Dynamic Pick）图标 ，将蜗轮蜗杆的啮合 ，进行适 处进行放大，再选择动态旋转图标
做到这里,我们可以得到，蜗轮的分度圆的半径 r2 和蜗杆的 分度圆的半径 r1 的比值为：
r2 50 4 4 r1 50
为一定值。有此可得蜗轮蜗杆的传动比：
1 r2 i12 2 r1 tan1
与tan1 成反比。在下面的步骤中,将创建蜗杆节圆螺旋线的升 角 1 。
10.2.2 创建蜗轮
（1）在ADAMS/View零件库中选 择圆柱体(Cylinder)图标 ，参数
选择为“New Part”，长度（Length）
选择100mm，半径（Radius）选择 200mm(这里的长度和半径的选择没 有特殊要求,可以选择不同的数字)， 如右所示。
用ADAMS进行蜗轮蜗杆模拟仿真示例
创建过程 1.启动 ADAMS双击桌面上 ADAMS/View 的快捷图标，打开ADAMS/View 。
在欢迎对话框中选择 “Create a new model ”，在模型名称(Model name ) 栏中输入：woluenwogan ;在重力名称(Gravity )栏中选择“ Earth Normal (-Global Y) ”；在单位名称(Units )栏中选择“ MMKS —nm,kg,N,s,deg ”。
如图 1-1 所示。
图1-1欢迎对话框2.设置工作环境对于这个模型，网格间距需要设置成更高的精度以满足要求。
在 ADAMS/View 菜单栏中，选择设置(Setting )下拉菜单中的工作网格(Working Grid )命令。
系统弹出设置工作网格对话框，将网格的尺寸(Size)中的X 和Y 分别设置成750mm 和500mm ，间距(Spacing )中的X 和Y 都设置成50mm 。
然后点击“ OK ”确定。
如图2-1所表示。
用鼠标左键点击动态放大( Dynamic Zoom )图标 模型窗口中，点击鼠标左键并按住不放，移动鼠标进行放大或缩小。
3•创建蜗轮蜗轮蜗杆的啮合传动 蜗轮蜗杆的传动比 如右图所表示，设在节点 P 处蜗杆与蜗轮的速度分别为v 1和v 2，由图中可知: v 2 V | tan 1，即 r 2 2 A 1 tan 1 其中r i 为蜗杆的分度圆半径,D 为蜗轮的分度圆半径, 1为蜗杆节圆螺旋线的升角。
从而, ； 1 「2i 12 2 r 1 tan 1 (1) ADAMS 中模拟在本例子中，将介绍怎么在蜗轮蜗杆传动，做出蜗轮蜗杆角速度的关系曲线，并验证与1)式的一致性。
11rAA& CreatE a ziew广 MX . iatit'buiiIn p or I a. £11=广 Exit-ADAMSModel n 创「电Vidtsl^srtlk卜恥口 T]TNWKC - n 叫 Ike, H,巧 de 百二|用鼠标左键点击选择Q ，在O ESelect )图标控制面板出现在工具箱中在ADAMS/View 零件库中选择圆柱体（Cylinder ）图标 选择为“ New Part ”，长度（Length ）选择 100mm ,半径（Radius ）选择200mm （这里的长度和半径的选择没有特殊要求，可以选择不同的数字 ）。
基于ADAMS的传动装置的虚拟建模和仿真研究
"］
＝１６０ ＭＰａ。
Ｆ／Ｎ
３０ ０００
１－ 行 星 轮 １； ２－ 行 星 轮 ２
２５ ０００
２
２０ ０００
１５ ０００
１０ ０００
１
５ ０００
０ ０．０ １．０
２．０ ３．０
ｔ／ｓ
４．０ ５．０
图 ６ 行星轮对转动轴的作用力
可知齿轮对轴的作用力产生的扭矩对轴作用的 正应力在许用应力范围之内。 ４ 结语
在 ＡＤＡＭＳ／Ｅｎｇｉｎｅ 中新建 Ｔｅｍｐｌａｔｅ 模板， 主要 功能是选择 Ｔｅｓｔｒｉｇ 模块来建立包括输入激励、输出 端的阻力扭矩、建立各种运 动 约 束 副（ 包 含 齿 轮 和 轴的转动副） 等约束和边界条件。首先建立 Ｉｎｐｕｔ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｏｒ（ 输入信息流） ， 主要包括齿轮的位置 信息和定位信息， 依据 Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｏｒ 建立固定齿轮 的 轴 ； 然 后 创 建 约 束 副 和 与 Ｇｅａｒ 模 块 相 对 应 的 Ｍｏｕｎｔ 类型的 Ｏｕｔｐｕｔ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｏｒ， 实现 Ｇｅａｒ 模块 里 面 的 太 阳 轮 的 Ｇｅａｒ Ｐａｒｔ 和 Ｔｅｓｔｒｉｇ 模 块 里 面 的 Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐａｒｔ 相对接， 从而在太阳轮和大地之间建立 转动约束； 最后定义作用在整个系统的输入力矩 （Ｉｎｐｕｔ＿Ｄｙｎｏ）和输出端的扭矩 （Ｏｕｔｐｕｔ＿Ｄｙｎｏ）。 １．３ 传动装置子系统的创建
度（ Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ） 、啮合阻尼（ Ｄａｍｐｉｎｇ） 和油膜厚度（ Ｏｉｌ－
ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ） 等参数。若取一对齿轮计算［ １］ ， 啮合刚
度
Ｋｓ＝
ｋ１ｋ２ ｋ１＋ｋ２
，
式中， ｋ１， ｋ２ 分别是单个的主动和被动
ADAMS进行蜗轮蜗杆模拟仿真
目录1 绪论 (1)1.1 国内外蜗轮蜗杆发展现状 (1)1.2 ADAMS软件简介 (2)1.3 本文工作 (3)1.4 本章小结 (3)2 蜗轮蜗杆传动设计 (5)2.1 蜗杆传动概述 (5)2.2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数 (7)2.3 传动比i、蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2 (8)2.4 蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q (8)2.5 蜗杆导程角γ (8)2.6 蜗杆传动的滑动速度 (9)2.7 注意事项 (9)2.8 普通圆柱蜗轮蜗杆传动设计计算 (10)2.8.1 设计计算 (10)2.8.2 蜗轮蜗杆传动尺寸计算 (14)2.8.3 齿面接触疲劳验证 (15)2.8.4 齿根弯曲疲劳强度验证 (16)2.8.5 验算效率 (17)2.8.6 精度等级公差与表面粗糙度的确定 (17)2.8.7 热平衡计算 (17)3 用ADAMS进行蜗轮蜗杆模拟仿真 (18)3.1 启动ADAMS (18)3.2 设置工作环境 (16)3.3 创建蜗轮 (17)3.4 创建蜗杆 (18)3.5 创建旋转副、齿轮副、旋转驱动 (19)3.6 进行啮合点（MARKER_7）的坐标轴旋转 (22)3.7 仿真验证 (26)4 结果分析 (31)参考文献 (29)外文资料 (30)中文翻译 (36)致谢 (40)1 绪论1.1 国内外蜗轮蜗杆发展现状蜗杆传动是机器、设备和仪器中最常见的机械传动方式之一。
从蜗杆传动的出现到现在已经有以犯多年的历史。
随着生产的不断发展, 蜗杆传动也在不断地取得发展。
渐开螺旋面包络环面蜗杆传动简称为竹蜗杆传动, 它是二十世纪七十年代出现的一种新型蜗杆传动副。
蜗杆传动可分为一次包络蜗杆传动和二次包络蜗杆传动。
在一次包络蜗杆传动中, 蜗轮是一个普通的渐开线斜齿圆柱齿轮, 蜗杆则是由渐开线斜齿圆柱齿轮包络而成的。
在二次包络蜗杆传动中, 与蜗杆相啥合的蜗轮是以一次包络生成的蜗杆为产形面而生成的。
蜗轮蜗杆机构UG建模报告
课程设计课程名称 CAD/CAE 综合训练题目名称_ 蜗轮蜗杆机构CAD/CAE综合设计分析学生学院 __ 机电工程学院______ 专业班级机械设计制造及其自动化(微电子方向)2008级1班学号 3108000600 学生姓名陈宇指导教师 _______卜研___________ 成绩评定教师签名2011年 6 月30 日广东工业大学课程设计任务书题目名称蜗轮蜗杆机构CAD/(或CAE)综合设计分析学生学院机电工程学院专业班级机械设计制造及其自动化（微电子方向）2008级1班姓名陈宇学号3108000600一、课程设计的内容1．设计蜗轮蜗杆机构结构模型；2．在Unigraphics NX 6.0平台上建立蜗轮蜗杆机构结构的三维参数化、变量化实体模型。
3. 根据产品的功能及设计要求建立组件的装配模型；4．在Unigraphics NX 6.0平台上按国家制图标准绘制工程图。
可以适当补充完成下列设计内容：1. 对所设计的模型设置光照、背景、材料纹理等条件，完成模型渲染，输出模型高质量的视觉效果图；2．1).根据有限单元分析法的基本原理和思想，对所设计的机构进行静力学分析，包括设计分析模型简化、单元网格划分、材料特性定义、约束定义、载荷及边界条件定义、模型分析解算等；2). 根据机构运动学的基本原理和方法，在产品三维参数化实体装配模型的基础上，定义机构的运动副、运动驱动、运动关系，创建运动分析模型，利用ADAMS解算器完成运动分析求解；3．后处理及仿真，输出有限单元分析(或机构运动分析) 结果(包括：应力、应变云图，变形过程动画仿真；或机构运动仿真动画，运动件轨迹，主要运动件位移、速度、加速度、加加速度曲线图)，根据分析结果提出修改意见或方案。
二、课程设计的要求与数据1．采用参数化实体建模技术，进行产品结构的三维参数化、变量化实体(装配)模型的设计；2．通过变量、表达式和Associative Curve等建立图素间的关联关系，修改表达式的值能实现零件的关联变化；3．要求使用1～2个Sketch建立轮廓截面；4．建模过程中应包含总数不少于15个特征操作（包括扫描特征、成型特征、参考特征以及特征编辑的操作）；4．要求零件工程图纸严格按照国家标准绘制，标注尺寸、公差、粗糙度、技术要求等；5．工程图应具有符合标准的边框、标题栏，要求单独建立标准的带标题栏的图框，通过插入图样的形式将图框插入到零件的工程图中；6．说明书要求描述建模和绘图工作的主要过程与操作步骤，最后进行设计总结分析和回答思考题。
adams涡轮蜗杆
蜗轮蜗杆系统Adams建模方法作者：Simwe 来源：MSC发布时间：2013-11-08 【收藏】【打印】复制连接【大中小】我来说两句：(0) 逛逛论坛1、蜗轮蜗杆传动机理如下图所示，节点P为蜗轮蜗杆的啮合点，蜗杆和蜗轮在P点的速度分布为V1和V2，由图可知：其中为蜗杆的分度圆半径，为蜗轮的分度圆半径，为蜗杆节圆螺旋线的升角，则蜗轮蜗杆传动比为：2、Adams齿轮传动比定义蜗轮蜗杆属于齿轮传动的范畴，在Adams中对其进行建模，首先必须搞清楚Adams对齿轮传动比的定义方法，蜗轮蜗杆相比于一般齿轮的区别仅仅在于螺旋升角，一般齿轮在啮合点的速度反向相等，蜗轮蜗杆在啮合点的速度方向垂直，速比与成反比。
下图是Adams齿轮传动比定义对话框，因为齿轮传动比实际上就是两个齿轮的旋转约束速比，因此Joint Name中输入齿轮的旋转约束名，Common Velocity Marker的作用有两个：（1）所选的标记标示啮合点位置，因此齿轮的分度圆半径实际是该标记与旋转约束I/J标记的距离；（2）该标记的Z轴方向标示啮合点速度方向，注意该标记必须定义在齿轮箱或机架这样一个共同参考体上，本例中定义在ground上。
3、蜗轮蜗杆Adams建模方法基于上述Adams中齿轮传动比的定义方法，让Common Velocity Marker的Z轴方向体现蜗杆速度与蜗轮的夹角即可，具体方法如下：建立如下蜗轮蜗杆模型：其中齿轮传动比Common Veloctiy Marker为Ground上的Marker_7。
调整Common Velocity Marker的Z轴方向。
目前Marker_7的欧拉角参数为（0,0,0），即其Z轴方向与绝对坐标系Z轴方向平行，让其绕Y轴方向旋转就好，例如升角为60°，则该标记绕Y轴选择30°，其欧拉角参数为（90,30,0）。
至此，蜗轮蜗杆模型建立完毕，可以通过检验仿真结果是否准确，毫无疑问是正确的！。
基于仿真加工法的阿基米德蜗轮三维建模
基于仿真加工法的阿基米德蜗轮三维建模尚振国，蔡卫国，谢忠东（大连海洋大学机械与动力工程学院，辽宁大连116023）摘要：给出了一种在SolidWorks中实现阿基米德蜗轮精确建模的方法。
采用沿轨迹扫描切除造型方法建立蜗轮滚刀三维模型，再通过VBA编程实现蜗轮滚刀和蜗轮毛坯间的范成运动，并进行布尔差运算来模拟蜗轮滚刀对蜗轮毛坯的切削过程，从而形成精确的蜗轮齿形。
关键词：阿基米德蜗杆传动；蜗轮滚刀；SolidWorks宏程序；布尔差运算中图分类号：TP391.7文献标志码：A文章编号：1002-2333（2018）01-0023-03 Three Dimensional Modeling of Archimedes Worm Gear Based on Simulation Machining MethodSHANG Zhenguo,悦粤陨Weiguo,XIE Zhongdong（School of Mechanical Engineering and Power,Dalian Ocean University,Dalian116023,China）Abstract院This paper presents a method to realize the precise modeling of Archimedes worm wheel in SolidWorks.The3D model of worm gear hob is established using the method of trajectory scanning and resection.Then the generating motion between the worm gear hob and worm gear blank is achieved by the VBA programming.The Boolean difference arithmetic is used to simulate the cutting process of worm gear hob.So an accurate worm gear is formed.Keywords:Archimedes worm drive；worm gear hob；SolidWorks macro program；Boolean difference operation0引言对于阿基米德蜗杆传动，蜗轮、蜗杆常用的三维建模方法是轨迹扫描法。
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图 １ 蜗 杆 传 动 机 构 三 维模 型
鉴于 整体模 型 比较 复杂 ，根据仿 真 的需 要 ，将 蜗 杆 减速器 的外壳 、联接 螺栓 等固定构 件等 简化为大 地
模 型 ，简化 后 的蜗杆传 动模型 只包括 蜗杆 、蜗 轮 。为
了在 ＡＤ ＡＭＳ中建 立蜗 杆传 动刚体模 型 ， 文采用 模 本 型 引入的方式 。将事 先在 ＵＧ 中建立 的蜗杆传 动装 配 模 型 以 ｐ ｒｓ ｌ ａａ ｏｉ 式 导 出 ，导 入 到 ＡＤ ｄ格 ＡＭＳ软 件 中 。 蜗杆 传动机 构三维 模型如 图 １ 示 。 所
１２ 虚 拟 样 机 模 型 的 建 立 ．
轮 轴承之 间添加旋 转 副 ．蜗轮 轴承 与大地 之间添加 固 定 约束 。最 后在 蜗杆 与蜗轮 之 间添加 接触 力 （ ｏｉ ｔ Ｓ ｌ ｏ ｄ Ｓ ｌ ｏ ｔｃ） ｏｉ Ｃ ｎａ ｔ ，这是 一种基 于力 的接 触模 型 ，如 图 ２ ｄ
所示 。
相交 的两轴间的运动和动力 的， 由于它具有传 递 比大 、 运 动平稳 、 结构尺 寸紧凑 等优点 ， 各类机 床、 在 冶金 、 矿 山及起重设备 等的传递系统 中得到 了广泛 的应用 。目前 我 国对蜗 轮蜗杆 机构 的开发 与研制 一直 由传 统 的 “ 设 计一 试制一 试验一改进 ” 式 占主导 ， 模 这种基 于物理样 机 的设计研发模式具有 工作 量大 、周期长、费用 高 、精 度低 的致命缺点 ， 使得产 品难 以适应快 速变化 的市场需 求。 采用 虚拟样 机对产品进行创新设计 、 测试和评 估 ， 可 以缩短周期 、降低成本 、改进质量 ，提高企业 面向客 户 与市场需求 的能力 ，并加快新 技术 向新产品 的转化 。 本 文通过 虚拟样 机技术 在计算 机上建 立蜗轮 蜗杆 的简化模 型 ，导 人 ＡＤＡＭｓ进行 动力学仿 真 ，得 出所 需的力学 曲线 ， 而 为模 型 的优化设 计提供 理论依 据 。 进
曲线 检 验 建模 的准 确 性 ，分 析 受 力 为进 一步 研 究做 准 备 。 关键 词 ：ＡＤ ＡＭＳ；蜗 轮 蜗 杆 ； 仿真
中 图 分类 号 ：Ｔ ３． ４： Ｐ ９． Ｈ１ ２４ Ｔ ３ １ ９
文 献 标识 码 ：Ａ
０ 弓 言 ｌ
蜗轮 蜗杆传 动机 构是用来 传递 空间互相 垂直 而不
ａ ａｌｚｎｇ ｓｍ ｕｌ ｔｏｎ ｃ ｖ ｎ ｙ ｉ ｉ ａ ｉ ｕｒ ｅ． Ｔ ｈｉ ｓ ｗｏｒ ｓ ｌｉ ｓｓ ｆ ｕ ｔ ｒｓ ｕｄ ｋ ｈａ ａｄ ａ ｂａ ｉ ｏｒ ｆ ｒ ｈｅ ｔ ｙ． Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ： Ａ ＤＡ Ｍ Ｓ； ｗｏ ｍ ｎｄ ｗｏｒ ｇ ａｒ ｓｍ ｕｌ ｉｎ ｒ ａ ｍ ｅ ； ｉ ａｔｏ
首 先 设 定 蜗 轮 材 料 为 Ｚ ＵＳ ０ １ Ｃ Ｎ１ Ｐ ，质 量 为
１ ． ５ｋ ，蜗 杆材料 为 ４ 钢 ，质量 为１ ． ６ｋ 。然后 ３ ０ ｇ ５ ７ ２ ｇ 根据蜗 杆传 动的运 动规律 添加如 下约束 ：蜗杆轴 承与 大地之 间添加 固定约 束 ，蜗 杆轴 承与蜗杆 之间添 加旋 转副 ，蜗轮与输 出轴 之间 添加 固定 约束 ，输 出轴 与蜗
收稿 日期 ：２ １ — ４ ２ ；修 回 日期 ：２ １ － ８ １ ０００ —２ ０ ００ １
图 ２ 蜗 杆 传 动 机构 虚 拟 样 机模 型
２ 仿 真 结 果 分 析 ２ １ 仿 真 设 置 ．
作 者 简 介 ：葛 军 （ ４）男 ． １ ８一 ， 山西 阳泉 人 ， ９ 在读 硕 士 研 究 生 ， 究 方 向为 机 械设 计 与理 论 。 研
２１ ００年 第 ６ 期
葛 军 ，等 ：基 于 ＡＤ ＡＭＳ的 蜗 轮 蜗 杆 ４ ＠ 机 构 的 仿 真研 究 ４ －
・７ ・ ５
根据 Ａ ＤＡＭＳ中提 供的 已有单 位 ， 整个 系统单 将 位设 置为 ＭＫＳ 即设 定系统单 位 为 Ｉ ｎ ｔ ： ＩＭａｓ ， ｇｈ Ｉ； ｓ ： ｅ Ｔ
ｉｔ ｎ ｏ ＡＤＡＭ Ｓ ｓ ｆｗａ ｅ ａ ｄ ａ ｄ ｏ ｄ ａ ｄ ｃ ｎ ｔ ａｎ ｓ ｉ ｌｍｅ ｔ ｉ ｌ ｔ ｎ ｆ ａｌ ． Ｔｈｅ ａ ｃ ｒ ｃ ｆｍｏ ｅｉ ｇ ｉ ｔ ｓｅ ｈ ｏ ｇ ｏ ｔ ｒ ｎ ｄ ｓ ｌ ａ ｎ ｏ ｓ ｒ ｉ ｔ ， ｍｐ ｅ ｎ ｓ ｓｍｕ ａ ｉ ｉ ｌ ｏ ｎ ｙ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｄ ｌ ｓ ｅ ｔ ｄ ｔ ｒ ｕ ｈ ｎ
基 于 ＡＤＡＭＳ的蜗 轮蜗 杆传 动机 构 的仿 真研 究
葛 军 ，刘 英林
（ 原理 工 大 学 机 械 Ｘ 程学 院 ， 山西 太 原 太 － ００２） ３ ０ ４
摘 要 ：用 ＵＧ 建 立 蜗 轮 蜗 杆 传 动 机构 的简 化 模 型 ，将 模 型 导 入 ＡＤ ＡＭＳ软件 中 施加 约 束 进 行 仿 真 ，分 析 仿 真
ｋｇ； Ｆｏ ｃ ｒ ｅ：Ｎ ；Ｔｉ ｅ：Ｓ；Ａ ｎｇ ｅ：Ｄｅ ｒ ｅ；Ｆｒ ｑｕ ｎ ｙ： ｍ ｌ ｇｅ ｅ ｅｃ
２ ２ ２ 蜗 杆受 力分析 ．． 在 ＡＤＡ ＭＳ Ｐ ｓＰ ｏｅｓ ｒ ／ ｏｔ ｒｃｓｏ 模块 中分 析蜗 杆受 力 的特征 曲线 。蜗杆 ｚ轴 （ 与蜗杆 轴平行 ） 的受 力 曲线见
图 ４
蜗杆 ｏ轴 的 受 力 曲线 ２ ７
蜗 杆 轴 与蜗轮 相切 ，为驱 动蜗轮 转动提 供 主要 动力 。在 推 动蜗轮 由静止 到转动 的瞬 间 ， 别在 ０ｓ 特 时 刻 ，蜗 杆 轴 方 向 的 受 力 达 到 最 大 ，经 测 量 为 ２ ０ 在 ０ｓ ． 时间段 ， ９０ ０Ｎ。 ～０ １ ｓ 蜗杆 方 向受 力呈线 性 下降 ，在０ １ｓ ． 达到最 小 ，此 后基本保 持 在７５ ０Ｎ。 ０
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈｉ ａ ｒｓ ｔ ｉ ｐｌｆｅ － ｍ ｅ ｉ ｎａ ｏ ｉ ｏ ｌｏ ｓｐ ｐｅ ｅ ｓｕｐ ａｓｍ ｉｉｄ ３ ｄｉ ｎｓｏ ｌｓ ｌｄ ｍ ｄｅ ｆｗｏｒ ｎｄ ｗ ｏ ｍ ａｒｉ Ｇ ｏｆｗａ ｅ， ｈｅ ｍ ｐｏ ｔ ｈｅ ｍ ｏ ｌ ｍ ａ ｒ ｇｅ ｎ Ｕ ｓ ｔ ｒ ｔ ｎｉ ｒ ｓｔ ｄｅ
３ 结 论
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本文 运用 三维软 件 ＵＧ 建立 了蜗杆 传动机 构 的实 体简 化模 型 ， 用 ＡＤＡ 运 ＭＳ仿 真分 析软件 对蜗 杆传动 机构 进行分 析 ，通过输 入 主动 件初始 运 动条件 ，计 算 机可 自动进 行 分析 ， 出各组成 构件 的位移 、 绘 速度 、 加 速度 运动 曲线 。这就 省略 了理 论分 析方法 一步 步繁琐 的数 学公式 推导及 求导 过程 ，并且分 析结果 为 可视化 的图表 ， 直观且 清 晰。 过将模 拟值 与实测值 的 比较 ， 通 证 明 了这一 计算方法 的正 确性 与可行 性 。
参 考文献：
／
［］ 李 增 刚 ． ＤＡＭＳ入 门详 解 与 实 例 Ｅ ］ 北 京 ： 防 工 业 １ Ａ Ｍ ． 国
（ ｌｅ ｅ ｏ ｅ ｈ ｎｉａ ｇｉ ｅ ｉ ｇ， Ｔａ ｙ ａ Ｃｏ ｌｇ ｆＭ ｃ ａ ｃ ｌ Ｅｎ ｎｅ ｒ ｎ ｉ ｕ ｎ Ｕｎｉｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈｎ ｌ ｇ ｖ ｒ ｉ ｏ ｃ ｏ ｏ ｙ． Ｔａ ｙ ａ ０ ２ ｙ ｉ ｕ ｎ ０３ ０ ４， Ｃｈ ｎ ） ｉａ
第６ 期 （ 第 １３ ） 总 期 ６
２１ ０ ０年 １ ２月
机 械 工 程 与 自 动 化 Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲ１ ＮＧ ＆ ＡＵＴ０Ｍ ＡＴ１ ＯＮ
Ｎｏ．６ Ｄｅ ． ｃ
文 章 编 号 ：６２６ １ （０ ０ ０— ０４０ １ ７—４ ３ ２ １ ）６０ ７ —２
２ ２ 仿 真 结 果 ．
仿真 结束 后 进入 Ｐ ｓＰ ｏｅｓ ｒ 处 理 模块 查 看 ｏｔ ｒ ｃｓｏ 后 所需 的结果 曲线 。
２ ２ １ 输入输 出轴转 速分 析 ．． 定 义 蜗 杆 输 入 转 速 输 一 ３ ０ｒ ｒｉ一 入 ５ ／ ｎ ａ ２１ ０ｏ／ ， ０ ）ｓ 蜗杆头 数 一３ 蜗 轮齿数 一３ ， ， ： ５ 按照此 传动 关系进 行 系统仿 真验 证 。蜗 轮输 出轴 转速ｎ 出 输 一 ３ ／ ｎ ８ （）ｓ 蜗 杆传 动仿 真后 ， 到 的蜗杆输 ０ｒｍｉ ＝１ ０ 。／ 。 得 人 角速度 和蜗轮输 出角 速度 的特征 曲线见 图 ３ 。
图 ４ 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ｈｅｔ 。 ｒｚ 求解 器选用 ＧＳ Ｉ Ｆ的 Ｉ ＴＦ ３格式 ， 并将 Ｅ ｒｒ ｒ 改 ｏ
为 ０１ ． ，能够 满足系统要 求 。 蜗 杆 的 转 速 为 ３ ０ｒｍｉ ，蜗 轮 的 最 大 扭 矩 为 ５ ／ ｎ １ ０Ｎ ・Ｔ。给蜗杆 施加 一个 固定 转 速的驱 动 ， 度是 ０ １ Ｉ 速 ２１ ０ ）／ ；再 给 蜗 轮输 出轴 添 加一 个 反 方 向 的转 ０ ｏ ｓ 矩 ，大小 为１ ０Ｎ ・ ＡＤＡＭＳ为接 触作用 的仿真 提 ０ ｍ。 供 了极大 的方便 ，通 过修 改接触 副 中接触刚度 及其 非 线性 指数 、阻尼系数 、最 大阻 尼时 的击 穿深 度 、接 触 面静 态及动 态摩擦 系数 ，接触作 用形式 可 以仿 真 至相 当高 的程度 。