減速器動(dòng)力學(xué)仿真分析范文
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筆者主要對(duì)齒輪嚙合系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，因而可對(duì)虛擬樣機(jī)模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，定義齒輪、齒輪軸、軸承等為剛體，它們之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以忽略不計(jì)。在齒輪1、齒輪3處添加相同力矩代替電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩，小平衡機(jī)力由理論計(jì)算得到，轉(zhuǎn)換成隨轉(zhuǎn)角變化的函數(shù)，導(dǎo)入虛擬樣機(jī)模型建立SPLINE曲線，在小平衡機(jī)活塞桿和缸筒處添加與SPLINE曲線相關(guān)聯(lián)的平衡機(jī)力，最終建立的虛擬樣機(jī)模型如圖3所示。
ADAMS中對(duì)于齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)有齒輪副和實(shí)體接觸兩種約束方式，齒輪副是理想狀態(tài)下齒輪傳動(dòng)，而實(shí)體接觸則能反映實(shí)際的運(yùn)動(dòng)情況，因此對(duì)齒輪采用實(shí)體接觸的形式進(jìn)行約束，齒輪之間將以碰撞的形式進(jìn)行傳動(dòng)。實(shí)際工作時(shí)，彈協(xié)調(diào)器減速器在沖擊振動(dòng)的環(huán)境下隨支臂一起快速轉(zhuǎn)動(dòng)。考慮到支臂為細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到變化力的作用而產(chǎn)生的變形不能忽略，因而對(duì)彈協(xié)調(diào)器支臂進(jìn)行柔性化處理，分析在支臂變形與整個(gè)剛性運(yùn)動(dòng)的相互作用下，減速器齒輪嚙合力的變化規(guī)律。把協(xié)調(diào)器支臂的＊．x＿t格式文件導(dǎo)入ANSYS軟件，定義完材料屬性后進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，然后進(jìn)行模態(tài)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(tài)文件導(dǎo)入到虛擬樣機(jī)模型中代替原來(lái)的剛性體，添加約束條件得到剛?cè)狁詈咸摂M樣機(jī)模型如圖8所示。在其他參數(shù)不變的情況下，再次仿真。得到在支臂振動(dòng)變形條件下各級(jí)齒輪嚙合力的變化情況如圖9～圖12所示。
仿真計(jì)算結(jié)果平均值和傳統(tǒng)理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比如表2所示。從仿真曲線及與理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析可以得出如下結(jié)果：1）齒輪傳動(dòng)過(guò)程中，齒輪嚙合力在0．15s內(nèi)逐漸增加到平均值，在0．15s后基本趨于穩(wěn)定，并圍繞著平均值在一定范圍內(nèi)按一定頻率進(jìn)行波動(dòng)，該結(jié)果充分反映了齒輪的周期性嚙入嚙出運(yùn)動(dòng)特性。2）高速級(jí)齒輪的嚙合力均值較小，而波動(dòng)頻率相應(yīng)則較大。與之相反，低速級(jí)齒輪的嚙合力均值較大，而波動(dòng)頻率較低。該特性與齒輪傳動(dòng)時(shí)各級(jí)齒輪的力與速度反向?qū)?yīng)相一致。3）利用多剛體模型計(jì)算的各級(jí)齒輪嚙合力平均值與理論計(jì)算比較接近，且嚙合力變化范圍小，這反映出理論計(jì)算結(jié)果可以較好地指導(dǎo)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)。4）利用剛?cè)狁詈夏Ｐ陀?jì)算的嚙合力值與理論計(jì)算及多剛體模型計(jì)算結(jié)果相比差別較大，而且嚙合力值的變化范圍較大，如高速級(jí)齒嚙合力平均值是理論值的2倍，在某些時(shí)刻的值甚至超過(guò)平均值3倍。這充分說(shuō)明在實(shí)際工作中，沖擊振動(dòng)環(huán)境將對(duì)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(yán)重影響減速器的正常工作。同時(shí)，低速級(jí)齒輪嚙合力平均值明顯小于理論值，這是由柔性支臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中激起了系統(tǒng)大范圍的振動(dòng)，加劇了齒輪傳動(dòng)過(guò)程中能量損耗，導(dǎo)致減速器輸出力矩減小，從而影響其帶動(dòng)負(fù)載完成規(guī)定動(dòng)作的能力。兩方面的變化都將對(duì)協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)定位的精度產(chǎn)生不利影響。
2結(jié)束語(yǔ)
筆者利用虛擬樣機(jī)技術(shù)建立了某彈協(xié)調(diào)器的多剛體模型和剛?cè)狁詈夏Ｐ停谙嗤膮?shù)設(shè)置下對(duì)兩種模型減速器分別進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真，獲得了齒輪傳動(dòng)中的齒面接觸力的變化情況。通過(guò)比較兩種模型的仿真結(jié)果及與理論值進(jìn)行比較，揭示了在沖擊振動(dòng)條件下齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的嚙合力變化情況，而該變化對(duì)協(xié)調(diào)器的協(xié)調(diào)定位精度會(huì)產(chǎn)生較大的不利影響。筆者的研究成果為全面分析該彈協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)定位精度可靠性提供了重要參考依據(jù)。
作者：宋華斌潘江峰解鳳娟梁輝高學(xué)星單位：西北機(jī)電工程研究所南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院