關(guān)于在虛擬樣機(jī)技術(shù)條件下探究漸開(kāi)線齒輪嚙合摩擦屬性的動(dòng)力學(xué)仿真研究摘要在虛擬樣機(jī)的技術(shù)下，考慮到摩擦對(duì)沖擊負(fù)載的影響，我們通過(guò)ADAMS建立了漸開(kāi)線齒輪嚙合的動(dòng)態(tài)模型，并且實(shí)現(xiàn)了模擬分析。模擬分析的結(jié)果基本與理論計(jì)算結(jié)果一致。我們將探究其多樣化的趨勢(shì)，摩擦系數(shù)的反作用和齒輪輪齒之間的想對(duì)速度。研究結(jié)果表明虛擬樣機(jī)技術(shù)可以解決模擬分析和漸開(kāi)線齒輪嚙合摩擦屬性的探究，而這能夠?yàn)樯钊胙芯魁X輪嚙合摩擦屬性奠定基礎(chǔ)。此外，這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際的工程應(yīng)用中也具有很好的前景。關(guān)鍵詞漸開(kāi)線齒輪虛擬樣機(jī)技術(shù)摩擦動(dòng)態(tài)仿真一、簡(jiǎn)介虛擬樣機(jī)技術(shù)作為一項(xiàng)新的技術(shù)，是應(yīng)用在革新產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及提高產(chǎn)品性能上的。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，這項(xiàng)技術(shù)與裝配設(shè)計(jì)，檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合。此外，整個(gè)產(chǎn)品的模型是在計(jì)算機(jī)上建立的。在真實(shí)的工作條件下，我們實(shí)現(xiàn)了模擬分析，預(yù)測(cè)了產(chǎn)品的性能【13】。虛擬樣機(jī)技術(shù)在航空，工程等領(lǐng)域中扮演著十分重要的角色。作為一種基礎(chǔ)的傳輸方式，齒輪傳輸被廣泛地應(yīng)用于各式各樣的機(jī)器中。主動(dòng)軸與從動(dòng)軸齒輪間的嚙合使得力和動(dòng)作得以傳遞。齒輪傳輸具有結(jié)構(gòu)密實(shí)，運(yùn)輸高效和使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。齒輪系統(tǒng)的機(jī)械性能和公眾性能對(duì)機(jī)械系統(tǒng)也有巨大的影響。在這篇論文中，漸開(kāi)線圓柱齒輪的模型構(gòu)建在PROE上。在虛擬樣機(jī)技術(shù)條件下，考慮到摩擦對(duì)沖擊負(fù)載的影響，我們建立了漸開(kāi)線齒輪嚙合的動(dòng)態(tài)模型并實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)模擬。通過(guò)比較模擬結(jié)果和理論結(jié)果，這個(gè)模型被證明是正確可行的。我們將探究其多樣化的趨勢(shì)，摩擦系數(shù)的作用以及齒輪輪齒之間的相對(duì)速度，這些都將作為之后深入研究嚙齒摩擦屬性的基礎(chǔ)。二、齒輪嚙合的動(dòng)態(tài)模擬A模擬樣機(jī)模型的引入和建立齒輪體系的模型建立步驟如下所示1、使用PROE建立一個(gè)漸開(kāi)線齒輪的參數(shù)模型，然后使用特殊的界面機(jī)理。為了避免數(shù)據(jù)丟失，三維效果的模型可以直接轉(zhuǎn)化成ADAMS。所有的操縱裝置和重要的標(biāo)記都應(yīng)該轉(zhuǎn)移至ADAMS。細(xì)節(jié)參照【4】2、齒輪在PROE中被裝配，模型的格式轉(zhuǎn)化成IGES，立體光刻或渲染。然后把新的模型文件導(dǎo)入ADAMS中。3、齒輪副模型直接在ADAMS中建立。ADAMS在動(dòng)態(tài)模擬和后處理程序中具有很大的作用，但是它的塑型能力卻不好。對(duì)于復(fù)雜的機(jī)制來(lái)說(shuō)，模型通過(guò)第二種方式導(dǎo)入ADAMS時(shí)，一些線條和平面可能會(huì)丟失。所以常應(yīng)用第一種方式建立齒輪體系模型和傳輸數(shù)據(jù)。圖1所示即為齒輪體系的虛擬樣機(jī)模型。圖2齒輪體系的虛擬樣機(jī)模型B虛擬樣機(jī)的觸點(diǎn)沖擊算法探究中存在兩種接觸力，一種是基于沖擊作用的，一種是基于恢復(fù)作用的。沖擊作用計(jì)算的是基于剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)下的沖擊力，恢復(fù)作用則是基于補(bǔ)償函數(shù)和恢復(fù)系數(shù)的。在這篇論文中，通過(guò)非線性彈簧阻尼器的模擬，沖擊力由沖擊作用獲得。圖2所示即為ADAMS的觸點(diǎn)沖擊模型。圖2ADAMS的觸點(diǎn)沖擊模型沖擊力可由下面的式子1獲得。其中，X代表兩個(gè)物體間的實(shí)際距離（位移函數(shù)的定義），XX上面有一點(diǎn)表示隨時(shí)間變化X的變化率，X1表示決定接觸力有無(wú)的觸發(fā)距離，并且被指定為一個(gè)常數(shù)值，E表示剛度系數(shù)，CMAX表示阻尼系數(shù)的最大值，D表示阻尼過(guò)渡距離，K表示剛性系數(shù)，數(shù)據(jù)可以從赫茲理論中獲得。根據(jù)赫茲理論，K是一個(gè)變量，受物質(zhì)的材料和結(jié)構(gòu)形狀影響。相關(guān)的方程式如下所示其中R1和R2為兩個(gè)物體接觸點(diǎn)的半徑，1和2為橫向變形系數(shù)，E1和E2為彈簧模量。C動(dòng)態(tài)模擬的結(jié)果和分析齒輪副的各項(xiàng)參數(shù)如表1所示，主動(dòng)齒輪以恒定的角速度360/S旋轉(zhuǎn)。為了避免負(fù)荷突變，運(yùn)用一個(gè)層階函數(shù)來(lái)使從、動(dòng)齒輪逐漸產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。主動(dòng)輪和從動(dòng)輪軸中心的旋轉(zhuǎn)受到約束，齒輪副之間也受到限制作用。模擬運(yùn)行開(kāi)始，時(shí)長(zhǎng)為05S，歷經(jīng)1200個(gè)步驟。表格1齒輪副的參數(shù)圖3和圖4分別表示從動(dòng)輪的角速度和嚙合法向力。圖3從動(dòng)輪的角速度圖4嚙合法向力從以上的圖表可以看出，在運(yùn)行的初始階段，從動(dòng)輪的速度逐漸增大。由于齒輪副之間強(qiáng)大的作用，嚙合力產(chǎn)生了突變。在02S之后，從動(dòng)輪的速度逐漸變得平穩(wěn)，并保持在一個(gè)不變的水平。因?yàn)辇X輪副在一定的周期內(nèi)嚙合情況發(fā)生變化，嚙合力也在一個(gè)確定的范圍內(nèi)上下波動(dòng)。將從動(dòng)輪的角速度和嚙齒法向力的理論價(jià)值同相關(guān)的模擬值進(jìn)行比較，各參數(shù)值如表所列。誤差指的是理論值與模擬值差量占理論值百分比的絕對(duì)值。從表可以看出，在工程領(lǐng)域中誤差存在是在所難免的，而這從另一方面也證明了虛擬樣機(jī)模型的正確性。表2比較理論值與仿真值三、摩擦屬性的探究根據(jù)ADAMS中的相對(duì)速度，摩擦力可以通過(guò)列摩擦算法得到。對(duì)于潤(rùn)滑剛性材料來(lái)說(shuō)，當(dāng)速度達(dá)到01MM/S時(shí)，在嚙合齒輪間只存在恒定的動(dòng)摩擦力。動(dòng)摩擦系數(shù)為005，靜摩擦系數(shù)為008。摩擦系數(shù)以及相對(duì)速度的模擬結(jié)果如圖5，圖6所示。圖5摩擦系數(shù)圖6相對(duì)速度齒副輪的嚙合過(guò)程被分為兩個(gè)部分。從0233S到02787S，兩副齒輪開(kāi)始接觸最初的嚙合節(jié)點(diǎn)。相對(duì)速度逐漸減小直到嚙合節(jié)點(diǎn)處于靜止?fàn)顟B(tài)，動(dòng)摩擦系數(shù)變成靜摩擦系數(shù)，再到最大靜摩擦系數(shù)。從02787S到03229S，相對(duì)速度逐漸增加直到嚙齒分離，靜摩擦系數(shù)再變成動(dòng)摩擦系數(shù)。比較分析可知，ADAMS摩擦系數(shù)與相對(duì)速度的結(jié)果與實(shí)際情況一致。通過(guò)得到摩擦系數(shù)和時(shí)間的關(guān)系，以及相對(duì)速度與時(shí)間的關(guān)系，我們就能得出摩擦系數(shù)和相對(duì)速度之間的關(guān)系。以上兩個(gè)層面的關(guān)系幾乎一致。圖7所示為兩個(gè)參數(shù)在相對(duì)速度減小時(shí)的情況。這里，我們只展示了當(dāng)相對(duì)速度低于15MM/S的情況。圖7相對(duì)滑動(dòng)速度和摩擦系數(shù)之間的關(guān)系從上圖可知，齒輪之間的相對(duì)速度與摩擦系數(shù)之間的關(guān)系符合ADAMS的列摩擦理論。當(dāng)相對(duì)速度小于01MM/S時(shí)，齒輪間只存在靜摩擦，當(dāng)相對(duì)速度為01MM/S時(shí)，靜摩擦到達(dá)最大值008，當(dāng)相對(duì)速度大于10MM/S時(shí)，齒輪間只存在動(dòng)摩擦，且動(dòng)摩擦系數(shù)穩(wěn)定在005。四、總結(jié)通過(guò)結(jié)合PROE和ADAMS來(lái)構(gòu)建模型和動(dòng)態(tài)模擬，可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)并且彌補(bǔ)ADAMS在復(fù)雜機(jī)械方面塑型的短處。基于虛擬樣機(jī)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了齒輪嚙合體系的模擬分析。模擬結(jié)果與理論結(jié)果一致。虛擬樣機(jī)技術(shù)還可以提供更精確的強(qiáng)度