基于ADAMS的二级直齿齿轮减速器运动仿真.docx
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基于ADAMS的二级直齿齿轮减速器运动仿真
基于ADAMS的二级直齿齿轮减速器运动仿真
ADAMS本文简要介绍了虚拟样机的含义,并就二级直齿齿轮减速器,利用ADAMS软件进行简单的运动仿真,直观再现传动过程,通过理论计算验证模型的正确与否。
在当今制造业中,传统的经验设计、类比设计和静态设计因为开发周期长、质量差、产品成
本高等缺点越来越不适应日益加剧的市场竞争,企业能否对市场做出迅速的响应,生产出最
大程度满足顾客要求的高质量低成本产品已成为竞争的焦点。
虚拟样机技术(VirtualPrototypingTechnology)的出现为企业提供了行之有效的方
法。
虚拟样机技术是指在产品设计开发过程中,将分散的零部件设计和分析技术(指在某单一系统中零部件的CAD和FEA技术)揉合在一起,在计算机上建造出产品的整体模型,并针
对该产品在投入使用后的各种工况进行仿真分析,预测产品的整体性能,进而改进产品设计、
提高产品性能的一种新技术。
简单的说,虚拟样机技术就是利用CAD软件所提供的各零部件的物理和几何信息,直接在计算机上对机械系统进行建模和虚拟装配,从而获得基于产品
的计算机数字模型,即虚拟样机(VirtualPrototype),并对其进行仿真分析。
这种方法使设计
人员能在计算机上快速试验多种设计方案,直至得到最优化结果,而且免去了传统设计方法
中物理样机的试制,从而大幅度缩短了开发周期,减少了开发成本,提高了产品质量。
虚拟样机技术是许多技术的综合,其核心是多刚体(柔体)系统运动学和动力学建模理论及
其技术实现,其关键技术包括工程设计技术、建模仿真技术和VR可视化技术等。
成熟的三
维计算机软件有效地保证了虚拟样机技术的大规模推广和应用。
这方面比较有代表性的是美
国MDI公司开发的机械系统动力学自动分析软件ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisof
MechanicalSystems)、比利时LMS公司的DADS以及德国航天局的SIMPACK,其中ADAMS最为成熟,已广泛应用于世界各行各业,占据了超过50%的市场销售份额。
本文拟就二级齿轮减速传动,利用ADAMS软件进行简单的运动仿真,详细介绍应用ADAMS软件的一般操作步骤,直观再现传动过程,并验证所建造模型正确与否。
设一个直齿二级齿轮减速器,基本结构几何参数如下:
第一级:
模数m=4mm,z1=20,z2=50;齿宽B=40mm
第二级:
模数m=4mm,z1=30,z2=70;齿宽B=40mm
则第一级传动小齿轮分度圆直径为d1=m×z1=80mm,d2=m×z2=200mm;第二级传动小齿轮分度圆直径为d1=m×z1=120mm,d2=m×z2=280mm。
1.启动软件
双击桌面上ADAMS/View的快捷图标,打开ADAMS/View。
在欢迎对话框中选择“Createanewmodel”,在模型名称(Modelname)栏中输入decelerator;在重力名称(Gravity)栏中
选择“EarthNormal(-GlobalY)”;在单位名称(Units)栏中选择“MMKS-mm,kg,N,s,deg”;点击“OK”确定。
2.设置工作环境
在ADAMS/View菜单栏中,选择设置(Setting)下拉菜单中的工作网格(WorkingGrid)命令。
系统弹出设置工作网格对话框,将网格的尺寸(Size)中的X和Y分别设置成750mm和500mm,间距(Spacing)中的X和Y都设置成10mm。
然后点击“OK”确定。
3.创建齿轮
鼠标右键单击模型库,选择旋转方式,按照上面计算所得各分度圆直径建立图1所示模型。
4.创建旋转副、齿轮副、旋转驱动
选择ADAMS/View约束库中的旋转副(Joint:
Revolute)图标,参数选择“2Bod-1Loc”和“pickfeature”,在“ADAMS/View”工作窗口中先用鼠标左键选择小齿轮,然后选择机架(ground),接着选择小齿轮上的中心点,拖动光标直到出现沿小齿轮中心轴线方向的白色箭头,
点击左键完成旋转副(JOINT_1),该旋转副连接机架和齿轮,使齿轮能相对机架旋转。
同样
方法创建中间双齿轮和右边大齿轮的旋转副JOINT_2和JOINT_3。
创建完三个定轴齿轮上的旋转副后,还要创建两个啮合点(MARKER)。
齿轮副的啮合点和旋
转副必须有相同的参考连杆(机架),并且啮合点Z轴的方向与齿轮的传动方向相同。
所
以在本例中,啮合点(MARKER)必须定义在机架(ground)上。
选择ADAMS/View零件库中的标记点工具图标,参数选择AddtoGround和GlobalXY,分别在两对啮合齿轮中心处单击,
默认的z轴方向恰好垂直于工作平面,即啮合点线速度方向,但两处z轴的指向应相反,具体指向可根据下面驱动的方向确定。
选择ADAMS/View约束库中的齿轮副(Gear)图标,在弹出的对话框中的JointName栏中选择小齿轮的JOINT_1和中间双齿轮的JOINT_2,在CommonVelocityMarker栏中选择第一级啮合处的MARKER,点击OK完成齿轮副的创建,同样方法完成第二级啮合的齿轮副。
在ADAMS/View驱动库中选择旋转驱动(RotationalJointMotion)按钮,在Speed一栏中输入3000,表示旋转速度3000度/秒。
左键选小齿轮轴JOINT_1作为驱动。
完成后模型如图2所示.
至此,二级齿轮减速器模型创建完毕。
点击仿真按钮,为便于计算,设置仿真终止时间(EndTime)为1,仿真工作步长(StepSize)为0.01,然后点击开始仿真按钮,进行仿真。
对小齿轮的旋转副JOINT_1或驱动MOTION_1进行角位置分析。
在ADAMS/View工作窗口中用鼠标右键点击小齿轮的旋转副JOINT_1,选择Modify命令,在弹出的修改对话
框中选择测量(Measures)图标,在弹出的测量对话框中,将Characteristic栏设置为Ax/Ay/AzProjectedRotation,将Component栏设置为Z,From/At栏默认,点OK确认。
生成的时间-速度曲线如图3所示.
同样的设置方法,JOINT_2和JOINT_3的时间-速度曲线分别如图4、图5所示。
测量完成后,进入后处理模块,右键单击选择分成四部分的窗口,分别加载动画和三条曲线
如图6所示。
(1)对第一级啮合进行运动分析。
因为小齿轮的齿数20,大齿轮的齿数50,模数m=4m,根据传动原理可以知道,对于标准外啮合渐开线直齿圆柱齿轮传动,大齿轮的转速为小齿轮
的2/5,即3000×(2/5)=1200deg/s。
即当输入转速3000deg/s时,一级减速获得转速-1200deg/s,负号表示方向相反;同样对第二级啮合进行运动分析。
因为小齿轮的
齿数为30,大齿轮的齿数70,则最后理论上获得的转速应为1200×3/7=514.286deg/s,对照图5,二级减速获得输出转速514.3deg/s,所建模型正确,符合标准外啮合直齿齿轮传
动角速度与齿轮的分度圆直径成反比的结论。
(2)ADAMS是以相邻两回转轴MARKER点与啮合处MARKER点的距离之比确定传动比的,
改变回转轴上MARKER点的位置不影响最终结果。
(3)以旋转方式建立齿轮模型可以省却调整MARKER点位置的麻烦,但MARKER点z轴的指向应根据实际线速度方向作相应的调整。
(4)在啮合点处,将标记点(MARKER)的z轴方向旋转一定角度,就可以仿真斜齿齿轮传动
情况。
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