陳克 周霜霜 李曉政

摘要：利用Pro/E建模軟件建立分動(dòng)器齒輪三維模型，通過RecurDyn軟件對(duì)分動(dòng)器齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析。針對(duì)車輛在水平良好路面上，對(duì)分動(dòng)器的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置相應(yīng)約束、接觸和負(fù)載，對(duì)分動(dòng)器整體齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行多剛體動(dòng)力學(xué)分析。分析得到的齒輪轉(zhuǎn)速與理論值接近，驗(yàn)證了對(duì)分動(dòng)器齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析的正確性。

關(guān)鍵詞：分動(dòng)器；齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)；RecurDyn；仿真

中圖分類號(hào)：O31？文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A？？文章編號(hào)：1672-3791（2015）09（b）-0000-00

多驅(qū)車輛能適應(yīng)惡劣的環(huán)境，一直為大眾所追捧，而分動(dòng)器是多驅(qū)車輛上的重要部件，分動(dòng)器能將變速箱輸出的動(dòng)力合理的分配給各驅(qū)動(dòng)軸，因此研究分動(dòng)器齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)特性有很大意義。分動(dòng)器的整個(gè)發(fā)展過程已經(jīng)歷了多種結(jié)構(gòu)的變革，分動(dòng)器的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)從一開始的多級(jí)定軸齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)發(fā)展到現(xiàn)在的一級(jí)定軸齒輪與一級(jí)行星齒輪復(fù)合的結(jié)構(gòu)。到目前為止已有多篇文章對(duì)分動(dòng)器進(jìn)行了研究[1-2]，而分動(dòng)器動(dòng)力傳遞過程在機(jī)械方面主要?dú)w為齒輪傳動(dòng)，國(guó)內(nèi)為對(duì)齒輪傳動(dòng)已有大量的研究，包括定軸齒輪和行星齒輪傳動(dòng)特性[3]，但有很多是選取齒輪傳動(dòng)中重要部件進(jìn)行單獨(dú)分析，而對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行整體分析的較少。本文通過多體動(dòng)力學(xué)軟件，對(duì)分動(dòng)器齒輪整體傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行多剛體動(dòng)力學(xué)分析，研究齒輪整體傳動(dòng)過程中的轉(zhuǎn)速情況。

1分動(dòng)器結(jié)構(gòu)

圖1為車輛分動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，整個(gè)分動(dòng)器主要有高低檔齒輪、中間軸和行星齒輪差速器組成。分動(dòng)器的動(dòng)力從分動(dòng)器輸入軸1輸入，經(jīng)過高低速檔傳動(dòng)中間檔齒輪軸5，再將動(dòng)力傳動(dòng)行星齒輪差速器，最后將動(dòng)力傳至前橋輸出軸12和中后橋輸出軸7。

分動(dòng)器齒輪的齒廓模型對(duì)之后的仿真研究有很大影響，因此選取Pro/E軟件繪制，Pro/E軟件通過漸開線方程建立精確的齒輪齒廓，同時(shí)能建立各參數(shù)間的關(guān)系，對(duì)齒輪進(jìn)行參數(shù)化建模，軟件自帶的裝配模塊，能精確的裝配分動(dòng)器齒輪系統(tǒng)，并進(jìn)行靜態(tài)干涉檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果沒有干涉，滿足進(jìn)一步仿真要求。

1.輸入軸 2.高速檔齒輪 3.高低檔結(jié)合套 4.低速檔齒輪 5.中間軸 6.內(nèi)齒圈 7.中后橋輸出軸 8.太陽輪 9.行星輪 10.行星架 11.前后軸差速鎖 12.前橋輸出軸

2分動(dòng)器動(dòng)力學(xué)模型

RecurDyn軟件是由韓國(guó)公司研發(fā)的多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件，采用相對(duì)坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)方程理論和完全遞歸算法，與以往的動(dòng)力學(xué)軟件相比，這款軟件能快速的求解大型、復(fù)雜的接觸類模型，集成多學(xué)科的動(dòng)力學(xué)軟件，包含了系統(tǒng)建模、結(jié)構(gòu)控制和系統(tǒng)優(yōu)化多個(gè)板塊的系統(tǒng)軟件。為擴(kuò)大軟件利用的人群和學(xué)科，RecurDyn建模系統(tǒng)中自帶發(fā)動(dòng)機(jī)、履帶、鏈、滑輪、齒輪、彈簧等建模工具包，為建模節(jié)省一大部分時(shí)間。

將分動(dòng)器三維模型導(dǎo)入RecurDyn中，對(duì)車輛在水平良好路面上行進(jìn)過程進(jìn)行分析，變速箱、分動(dòng)器分別接入高速檔，針對(duì)分動(dòng)器齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)，刪除低速檔齒輪，對(duì)整體模型施加10對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)副，12對(duì)實(shí)體與實(shí)體接觸，其中考慮分動(dòng)器轉(zhuǎn)動(dòng)過程的潤(rùn)滑油飛濺潤(rùn)滑效果，對(duì)各接觸對(duì)設(shè)置靜摩擦系數(shù)為0.08，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.05，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值對(duì)各接觸對(duì)齒輪設(shè)置剛度和阻尼系數(shù)。

根據(jù)車輛運(yùn)行情況，利用step函數(shù)，對(duì)分動(dòng)器的高速檔齒輪2施加驅(qū)動(dòng)為step（time，0，0，0.3，262），對(duì)太陽輪8施加負(fù)載step（time，0，0，0.3，230000），對(duì)內(nèi)齒圈施加負(fù)載step（time，0，0，0.3，679608）。

根據(jù)計(jì)算可得分動(dòng)器高速檔齒輪傳動(dòng)比i

式中，為高速檔輸入齒輪轉(zhuǎn)速、齒數(shù)；為中間檔1、2傳動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速、齒數(shù)，；為行星架齒輪轉(zhuǎn)速、齒數(shù)。

由此可得

3分析結(jié)果

由圖2可以看出行星架、太陽輪和內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)速一致，行星齒輪差速器整體沒有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。而太陽輪與前輸出軸相連，內(nèi)齒圈與中后輸出軸相連，由此可知分動(dòng)器前后輸出軸保持相同轉(zhuǎn)速，在0.3s后轉(zhuǎn)速與理論值221rad/s接近。圖2局部放大圖可以看到轉(zhuǎn)速有較小的波動(dòng)，主要因?yàn)辇X輪在嚙合過程中有沖擊力造成。

4結(jié)論

本文通過建立分動(dòng)器齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)三維模型，利用RecurDyn軟件對(duì)分動(dòng)器齒輪整體傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，分析得出車輛在水平良好路面上行進(jìn)時(shí)分動(dòng)器齒輪系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速時(shí)域圖，仿真值與理論值相符，驗(yàn)證了建立模型的準(zhǔn)確性，為進(jìn)一步研究分動(dòng)器齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)各種負(fù)載工況下工作打下基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 金姣姣.車輛分動(dòng)器性能及其檢測(cè)系統(tǒng)研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2008.

[3] 孫宏. 多級(jí)行星傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性分析[D].重慶：重慶大學(xué)，2012.