張 晨，崔彧青

（裝甲兵工程學(xué)院，北京 100072）

基于ADAMS的齒輪嚙合過程中齒隙的研究

張 晨，崔彧青

（裝甲兵工程學(xué)院，北京 100072）

利用Solidworks和GearTrax建立一對齒輪的三維模型，借助虛擬樣機(jī)分析軟件ADAMS，對該齒輪對的嚙合進(jìn)行仿真分析，研究不同的齒隙對齒輪嚙合的影響，以期為日后相關(guān)工作的順利進(jìn)行提供參考和借鑒。

齒輪；齒隙；三維模型；接觸剛度

在實(shí)際應(yīng)用中，一對相互嚙合的齒輪之間必須存在一定的齒隙，否則，齒輪非?？赡芤?yàn)槟Σ涟l(fā)熱膨脹導(dǎo)致卡死。同時(shí)，齒輪齒廓之間還需要潤滑，在相互嚙合的齒輪之間需要一層油膜以潤滑散熱。然而，齒側(cè)間隙的存在會(huì)使得齒輪副在工作時(shí)表現(xiàn)出明顯的非線性特征，不僅會(huì)影響齒輪傳動(dòng)，更會(huì)進(jìn)一步影響減速箱傳動(dòng)的平穩(wěn)性。因此，研究齒側(cè)間隙對齒輪傳動(dòng)的影響，對于指導(dǎo)齒輪設(shè)計(jì)和疲勞預(yù)測等都具有重大的工程意義。

1 三維實(shí)體建模

Solidworks是一套機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，采用用戶熟悉的Windows圖形界面，操作簡便、易學(xué)易用，它在機(jī)械、汽車和航空等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

在Solidworks2014中，借助齒輪設(shè)計(jì)插件GearTrax建立齒輪對的三維模型。這對齒輪的齒數(shù)分別為18和28，模數(shù)為2.54，均為直齒圓柱齒輪，實(shí)體模型如圖1所示。

圖1 實(shí)體模型

2 動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS

ADAMS，即機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析，是美國MSC公司開發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件。目前，ADAMS已經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用。ADMAS軟件由基本模塊、擴(kuò)展模塊、接口模塊、專業(yè)領(lǐng)域模塊和工具箱5類模塊組成，用戶可以采用通用模塊仿真一般機(jī)械系統(tǒng)。

在Solidworks中，建好的三維模型保存成parasolid格式，其拓展名為*.X_T，并通過mechanism/Pro接口將其導(dǎo)入ADAMS。在ADAMS中，先檢驗(yàn)?zāi)Ｐ透鞑糠值耐暾?，然后對模型各個(gè)構(gòu)件重命名，最后為各個(gè)構(gòu)件添加質(zhì)量信息。

3 約束和接觸力的計(jì)算

小齒輪與大地之間添加轉(zhuǎn)動(dòng)副joint_1，大齒輪與大地之間添加轉(zhuǎn)動(dòng)副joint_2.關(guān)于齒輪與齒弧之間的接觸，其本質(zhì)是2齒輪之間的接觸。根據(jù)Hertz接觸理論計(jì)算齒輪的接觸剛度，剛度K一般取決于材料屬性和接觸球半徑，剛度計(jì)算公式為：

添加約束之后的虛擬模型如圖2所示。

圖2 虛擬模型

4 仿真計(jì)算

在運(yùn)動(dòng)副joint_1上添加正弦運(yùn)動(dòng)motion_1：5*sin（10*time），如圖3所示。

圖3 添加驅(qū)動(dòng)

一對漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪無側(cè)隙嚙合時(shí)，其分度圓與節(jié)圓重合，安裝中心距為：

式（2）中：a為標(biāo)準(zhǔn)安裝中心距，標(biāo)準(zhǔn)齒輪按標(biāo)準(zhǔn)中心距安裝，即可實(shí)現(xiàn)無側(cè)隙嚙合。

因此，人為調(diào)整安裝中心距距離，可以控制齒隙的大小，進(jìn)而分析齒隙對齒輪嚙合的影響。仿真實(shí)驗(yàn)分成3組，中心距與標(biāo)準(zhǔn)安裝中心距的差值分別為0 mm、1 mm、2 mm，其仿真結(jié)果如圖4、圖5、圖6所示。

從圖4、圖5、圖6中可以看出，齒隙越大，齒輪角速度到達(dá)最快速度所需時(shí)間越長，齒輪系統(tǒng)的快速性和精度會(huì)受到影響。

圖4 0 mm距離差值時(shí)齒輪嚙合角速度

圖5 1 mm距離差值時(shí)齒輪嚙合角速度

5 結(jié)束語

本文利用Solidworks和GearTrax建立一對齒輪的三維模型，借助虛擬樣機(jī)分析軟件ADAMS對該齒輪對的嚙合進(jìn)行仿真分析。研究發(fā)現(xiàn)，在不同的齒隙下，齒輪嚙合受到了影響，齒隙越大，齒輪嚙合的精度影響越大。

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〔編輯：白潔〕

TH132.4

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.13.027

2095-6835（2017）13-0027-03

張晨（1993—），男，湖北宜昌人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榭刂瓶茖W(xué)與控制工程。