減速器動力學仿真分析范文
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筆者主要對齒輪嚙合系統進行動力學分析，因而可對虛擬樣機模型進行適當的簡化，定義齒輪、齒輪軸、軸承等為剛體，它們之間的相對運動可以忽略不計。在齒輪1、齒輪3處添加相同力矩代替電機的驅動力矩，小平衡機力由理論計算得到，轉換成隨轉角變化的函數，導入虛擬樣機模型建立SPLINE曲線，在小平衡機活塞桿和缸筒處添加與SPLINE曲線相關聯的平衡機力，最終建立的虛擬樣機模型如圖3所示。
ADAMS中對于齒輪傳動系統有齒輪副和實體接觸兩種約束方式，齒輪副是理想狀態下齒輪傳動，而實體接觸則能反映實際的運動情況，因此對齒輪采用實體接觸的形式進行約束，齒輪之間將以碰撞的形式進行傳動。實際工作時，彈協調器減速器在沖擊振動的環境下隨支臂一起快速轉動。考慮到支臂為細長結構，在運動過程中受到變化力的作用而產生的變形不能忽略，因而對彈協調器支臂進行柔性化處理，分析在支臂變形與整個剛性運動的相互作用下，減速器齒輪嚙合力的變化規律。把協調器支臂的＊．x＿t格式文件導入ANSYS軟件，定義完材料屬性后進行有限元網格劃分，然后進行模態分析得到支臂的固有頻率和振型。利用ANSYS到AD－AMS的接口把所生成的前10階模態文件導入到虛擬樣機模型中代替原來的剛性體，添加約束條件得到剛柔耦合虛擬樣機模型如圖8所示。在其他參數不變的情況下，再次仿真。得到在支臂振動變形條件下各級齒輪嚙合力的變化情況如圖9～圖12所示。
仿真計算結果平均值和傳統理論計算結果對比如表2所示。從仿真曲線及與理論計算結果對比分析可以得出如下結果：1）齒輪傳動過程中，齒輪嚙合力在0．15s內逐漸增加到平均值，在0．15s后基本趨于穩定，并圍繞著平均值在一定范圍內按一定頻率進行波動，該結果充分反映了齒輪的周期性嚙入嚙出運動特性。2）高速級齒輪的嚙合力均值較小，而波動頻率相應則較大。與之相反，低速級齒輪的嚙合力均值較大，而波動頻率較低。該特性與齒輪傳動時各級齒輪的力與速度反向對應相一致。3）利用多剛體模型計算的各級齒輪嚙合力平均值與理論計算比較接近，且嚙合力變化范圍小，這反映出理論計算結果可以較好地指導齒輪傳動設計。4）利用剛柔耦合模型計算的嚙合力值與理論計算及多剛體模型計算結果相比差別較大，而且嚙合力值的變化范圍較大，如高速級齒嚙合力平均值是理論值的2倍，在某些時刻的值甚至超過平均值3倍。這充分說明在實際工作中，沖擊振動環境將對齒輪的受力造成很大的影響，而受力的成倍增加將大大加速齒輪的磨損，嚴重影響減速器的正常工作。同時，低速級齒輪嚙合力平均值明顯小于理論值，這是由柔性支臂在運動過程中激起了系統大范圍的振動，加劇了齒輪傳動過程中能量損耗，導致減速器輸出力矩減小，從而影響其帶動負載完成規定動作的能力。兩方面的變化都將對協調器協調定位的精度產生不利影響。
2結束語
筆者利用虛擬樣機技術建立了某彈協調器的多剛體模型和剛柔耦合模型，在相同的參數設置下對兩種模型減速器分別進行了動力學仿真，獲得了齒輪傳動中的齒面接觸力的變化情況。通過比較兩種模型的仿真結果及與理論值進行比較，揭示了在沖擊振動條件下齒輪傳動系統的嚙合力變化情況，而該變化對協調器的協調定位精度會產生較大的不利影響。筆者的研究成果為全面分析該彈協調器協調定位精度可靠性提供了重要參考依據。
作者：宋華斌潘江峰解鳳娟梁輝高學星單位：西北機電工程研究所南京理工大學機械工程學院