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(guò)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(duì)齒輪的三維模型,借助虛擬樣機(jī)分析軟件ADAMS,對(duì)該齒輪對(duì)的嚙合進(jìn)行仿真分析,研究不同的齒隙對(duì)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(duì)相互嚙合的齒輪之間必須存在一定的齒隙,否則,齒輪非常可能因?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(rùn)滑,在相互嚙合的齒輪之間需要一層油膜以潤(rùn)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(duì)齒輪傳動(dòng)的影響,對(duì)于指導(dǎo)齒輪設(shè)計(jì)和疲勞預(yù)測(cè)等都具有重大的工程意義。
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(jiǎn)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(duì)的三維模型。這對(duì)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
ADAMS,即機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析,是美國(guó)MSC公司開(kāi)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(guò)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?duì)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。
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
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(duì)漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)齒輪無(wú)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(wú)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(duì)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(zhǎng),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
本文利用Solidworks和GearTrax建立一對(duì)齒輪的三維模型,借助虛擬樣機(jī)分析軟件ADAMS對(duì)該齒輪對(duì)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。