齿轮传动方案

MSC齿轮传动系解决方案

1.概述

齿轮是机械系统中常用的传动部件，且已形成标准化和系列化。齿轮传动就是利用齿轮间的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动，具有结构紧凑、效率高、寿命长、传动比精确，工作可靠，使用的功率、速度和尺寸范围大，因此在现代工业中得到了普遍使用。

典型传动系

由于使用的广泛性，因此必须提高齿轮传动的设计水平，才能解决实际生产中面临的各种问题，也只有对齿轮传动系统的各个细节进行了全面分析与处理，才能将齿轮传动的优势发挥出来。

拿齿轮传动系统的关键部件——齿轮来说，就有很多参数来描述它，模数，齿数，分度圆直径，齿顶，齿根，压力角，变位系数等等。这些参数之间相互关联，相互影响，它们不仅影响传动效果而且还影响自身结构受力。

齿轮的失效形式有很多，但主要体现在轮齿失效上，如轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨齿面胶合以及塑性变形等。这反应到CAE领域中属于结构分析软件的工作，但是不管上述哪种失效形式总是因为某一时刻轮齿的受力超过了某个允许值而造成，而对这个力的求解一般是机构分析软件的任务。

齿轮传动是靠齿和齿之间的啮合来实现的，由于实际使用中，轮齿啮合之间存在间隙，这样就必然使得啮合传动会产生噪声，并且从数学角度来说，这是个非线性的问题，从形式上来说，这个啮合力是动态变化的。啮合力的动态性对轮齿的疲劳、失效有着巨大的影响。

从齿轮的几何方面而言，有摆线齿廓，渐开线齿廓以及圆弧齿廓等众多类型，在齿与齿

啮合时效果各异，其中渐开线式的目前应用最为广泛。齿轮的变位系数对优化齿轮传动以及方便装配等方面都有好处。轮齿修形也是对传动稳定性有巨大影响的一个重要因素。

2.产品介绍

针对齿轮传动MSC.Adams提供不同详细程度的分析方式和仿真工具：

第一种，只考虑传动比等运动关系时，使用Adams的齿轮副可以创建各种类型的齿轮传动形式，直齿，螺旋齿，蜗轮蜗杆，行星齿轮等类型。

简单齿轮传动模型

第二种，考虑齿轮之间的啮合力，变位系数时，使用Adams的插件工具Gear Generator，可以实现各种齿轮传动形式的建模。

建立的相关模型

齿轮建模参数及啮合力设置参数

第三种，考虑齿轮间的啮合力，变为系数以及轮齿修形时，使用Adams的插件工具Gear AT可以实现各种齿轮传动形式的建模以及啮合力的相关参数设置。

Adams Gear AT 齿轮模型与对应模型网格

轮齿轮廓及网格划分控制参数设置

轮齿轮廓参数及修形参数

齿轮啮合力的参数设置

Adams Gear AT是MSC公司推出的高级齿轮仿真分析模块，作为Adams软件的一个插件与其集成为一体。用户使用高级齿轮仿真分析模块可以在Adams的动力学仿真环境中完成：

●完整的传动系设计；

●高保真的系统仿真，包括详细的齿轮和轴承的建模及优化。

在现代工业的几乎所有环节都可见到高性能的传动系，如机械，汽车，航空航天，医疗器械，风力发电装置和其他产品中。传动系必须达到如下这些要求：轻量化，噪音小，振动小，可在苛刻条件下操作运行，开发设计要在短期内完成。

传统的传动系设计仅仅考虑静态情况，但这是不能满足现代设计的要求。对传动系统进行解耦分析存在较大的设计风险，并且还会造成开发费用的增加和开发周期的延长。因此，从系统工程和可靠性的分析要求上来说，必须对系统动力学进行准确预估。

如果使用传统的动力学计算方法，虽然计算速度可以保证但计算精度总是差强人意；而如果利用单纯的有限元计算方法，虽然计算精度可以达到要求，但是计算速度又称为设计过程的短板，不能满足现代快周期的设计任务要求。因此，为了既保证计算速度又考虑计算精度的苛刻要求，在动力学计算和有限元计算这两种方法间找到一个较好的平衡点，综合运用这两种方法称为解决工程问题的一种较好的方法。

Adams Gear AT是基于MD Adams的完全瞬态动力学解决方案。基于这套仿真工具我们可以结合静态和动态的分析方法，完成传动系的仿真分析。在整个设计过程中，相同的模型可以用来进行静态分析，还可进行某一传动系总成的分析和/或整个系统的建模。可以观察相关动态效果，比如齿轮啮合等。

设计人员可以设计出性能最优的传动系统，可以同步接收并考虑齿轮和轴承上的位移，变形和应力的信息。因为许多模型包含柔性体和相互作用的部件总成。用户还可以任意简化总成，来加速计算和评估控制系统的优劣。

利用Gear AT可完成的工作有：

●直齿，螺旋齿，斜齿等各种内外啮合齿轮的建模与仿真；

●高级的齿轮接触算法可以计算不同齿形上的载荷分布接触情况，使用微小修正法，结合

柔性体可以考虑轮距和不对齐情况，与系统总成集成；

●可以生成基于已建标准的大量数据和动画，帮助工程人员评估传动系设计的好坏。

使用Adams Gear AT时，除了Adams的支持外，还需要对应有限元软件的支持，Patran 负责网格的划分，Nastran负责相关有限元问题的求解，综合运用这三方面的软件实现Gear AT总体功能的优势。

3.应用案例

多级行星齿轮机构模型

齿轮传动系在风机中的应用

4.结束语

Adams针对不同详细层次使用不同的方法考虑齿轮传动问题，从简单到复杂，结合计算精度与计算速度进行平衡。在齿轮传动中的关键影响因素，Adams都有专门的方式进行处理，如传动比，啮合力，变位齿轮，轮齿修形等，使用户可以应对各种齿轮传动的仿真设计问题。