91精品人妻互换日韩精品久久影视|又粗又大的网站激情文学制服91|亚州A∨无码片中文字慕鲁丝片区|jizz中国无码91麻豆精品福利|午夜成人AA婷婷五月天精品|素人AV在线国产高清不卡片|尤物精品视频影院91日韩|亚洲精品18国产精品闷骚

 張白鴿，岑海堂

 (內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院，內(nèi)蒙古  呼和浩特010051)

摘要：在利用MATLAB和Pro/E對(duì)橢圓齒輪進(jìn)行參數(shù)化混合建模的基礎(chǔ)上，將其導(dǎo)入機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件ADAMS中，并在ADAMS里建立起一對(duì)橢圓齒輪互相嚙合的虛擬樣機(jī)模型，對(duì)其嚙合過(guò)程進(jìn)行仿真分析。通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果和理論數(shù)據(jù)的分析比較，驗(yàn)證了基于MATLAB和Pro/E的參數(shù)化橢圓齒輪設(shè)計(jì)方法的可行性。

關(guān)鍵詞：橢圓齒輪；ADAMS;動(dòng)力學(xué)仿真 中圖分類(lèi)號(hào)：T H132.  41：TP391.9  

 0  引言

 橢圓齒輪作為非圓齒輪中應(yīng)用最為廣泛的一種，以自身在運(yùn)動(dòng)學(xué)和幾何學(xué)上獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)可滿足特殊機(jī)構(gòu)中所要求的變傳動(dòng)比傳動(dòng)。但作為非圓齒輪，其設(shè)計(jì)過(guò)程中的計(jì)算非常復(fù)雜，尤其是其節(jié)曲線的設(shè)計(jì)，并非任意形狀的曲線都可以適用于非圓齒輪節(jié)曲線，真正實(shí)用的節(jié)曲線形狀有很多的限制條件，所以非圓齒輪在實(shí)際中的制造加工比較困難，而找到一種簡(jiǎn)潔又精確的設(shè)計(jì)方法則會(huì)大大縮減非圓齒輪的加工周期，因此本文在利用MATLAB和Pro/E對(duì)橢圓齒輪混合建模設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用ADAMS軟件對(duì)設(shè)計(jì)好的橢圓齒輪進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，輸出其角速度、圓周力、徑向力、法向載荷等一系列曲線，通過(guò)與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析，一方面來(lái)驗(yàn)證利用MATLAB和Pro/E進(jìn)行參數(shù)化橢圓齒輪設(shè)計(jì)方法的可行性，對(duì)今后其他類(lèi)型的非圓齒輪設(shè)計(jì)提供一個(gè)設(shè)計(jì)思路；另一方面，仿真的數(shù)據(jù)結(jié)果也可以作為今后進(jìn)一步研究橢圓齒輪強(qiáng)度的一個(gè)可靠參考。

1  基于MATLAB和Pro／E混合建模設(shè)計(jì)的橢圓齒輪

 Pro/E是一款EDA工具，主要用于三維制圖、建模，在復(fù)雜的三維模型設(shè)計(jì)方面有優(yōu)勢(shì)。但是Pro/E有個(gè)不足之處就是在進(jìn)行曲面設(shè)計(jì)時(shí)不能通過(guò)曲面方程來(lái)生成，另一方面用來(lái)提供生成曲線方程的函數(shù)本身就有限，所以想要靠這種方式來(lái)完成曲面設(shè)計(jì)受到了很多客觀因素的限制。所以，一旦設(shè)計(jì)者所需要的曲面或曲線精確度要求很高，就只能采用別的方法來(lái)近似。而MATLAB正好是一款具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理功能的軟件，它可以處理很多復(fù)雜的函數(shù)，若將這兩種軟件結(jié)合起來(lái)，由MATLAB來(lái)完成復(fù)雜的曲線和曲面的函數(shù)處理，再將得到的數(shù)據(jù)提供給Pro/E，則可以彌補(bǔ)Pro/E在這方面的不足。因此，在橢圓齒輪的整體設(shè)計(jì)中，將MATLAB和Pro/E結(jié)合來(lái)輔助設(shè)計(jì)是非常高效的。首先，利用MATLAB建立起橢圓齒輪的節(jié)曲線和輪齒齒廓的數(shù)學(xué)模型，生成齒廓上一系列點(diǎn)的坐標(biāo)，再將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Pro/E中，即可快速地生成齒廓曲線，最后再通過(guò)一系列特征操作完成整體的建模。通過(guò)這種方式可以大大縮減其設(shè)計(jì)時(shí)間，并保持較高的精確度，同時(shí)由于實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化，設(shè)計(jì)者可以結(jié)合實(shí)際需要通過(guò)修改參數(shù)就能呈現(xiàn)出不同的橢圓齒輪。圖1即是將MATLAB和Pro/E結(jié)合起來(lái)設(shè)計(jì)出的偏心率k=0. 258 8的橢圓齒輪，其主要參數(shù)如表1所示。

2橢圓齒輪虛擬樣機(jī)的構(gòu)建

2.1  數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

 Pro/E和ADAMS可以利用Mechanism／Pro接口直接進(jìn)行無(wú)縫銜接的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，本文數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換即采用此種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.2  橢圓齒輪動(dòng)力學(xué)分析模型的建立

 (1)在Pro/E中將其保存成config.  pro格式的文件，并復(fù)制到裝配好的橢圓齒輪副的文件夾下。

 (2)在Pro/E里將裝配好的橢圓齒輪副打開(kāi)，此時(shí)在Pro/E中會(huì)找到Mechanism/Pro的菜單管理器。

 (3)在Mechanism／Pro的菜單里依次選擇SetMechanismRigid  BodiesCreatAutomaticAll parts，完成剛體創(chuàng)建。

 (4)在第(3)步的基礎(chǔ)上，再依次選擇Interface ADAMS View→Geometry Quality，同時(shí)選

擇Output Type→Render→Done/Return，然后就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框顯示導(dǎo)人成功，同時(shí)ADAMS／View界面會(huì)啟動(dòng)并顯示已導(dǎo)入其中的橢圓齒輪副模型，如圖

2所示。

2.3  橢圓齒輪副載荷和約束的施加

 (1)以機(jī)架為地，同時(shí)在主、從動(dòng)輪上加上轉(zhuǎn)動(dòng)副(Revolute joint)。

 (2)在橢圓齒輪副之間加接觸力(Solid to solid)來(lái)仿真其嚙合傳動(dòng)。

 (3)對(duì)橢圓齒輪輸入軸的轉(zhuǎn)動(dòng)副施加一個(gè)恒定的驅(qū)動(dòng)( Motion)，以對(duì)橢圓齒輪副的嚙合傳動(dòng)進(jìn)行仿真。

 (4)在橢圓齒輪輸出軸上給一個(gè)恒定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩( Torque)，用來(lái)模擬橢圓齒輪嚙合時(shí)的負(fù)載。

3 ADAMS動(dòng)力學(xué)仿真設(shè)置

3.1碰撞參數(shù)

 在運(yùn)動(dòng)學(xué)中，碰撞接觸力是最為常見(jiàn)的一種現(xiàn)象，當(dāng)物體的幾何外形相互接觸時(shí)才會(huì)有碰撞這一說(shuō)，所以它是作用在物體上比較特殊的力。

 在ADAMS里，有兩種不同類(lèi)型的接觸力分析模型：一種接觸力是和Impact函數(shù)相關(guān)，另外一種接觸力是和Restitution函數(shù)相關(guān)。橢圓齒輪的輪齒在接觸嚙合的時(shí)候，主要是針對(duì)單側(cè)碰撞的，所以本文采用第一種Impact模型，它是基于阻尼系數(shù)和剛度系數(shù)，其效果和彈簧阻尼類(lèi)似。在具體考慮橢圓齒輪嚙合之間的碰觸問(wèn)題時(shí)，我們選擇把它當(dāng)作其當(dāng)量圓齒輪來(lái)考慮，即把它們之間視作是兩個(gè)相同曲率半徑的柱體在進(jìn)行碰撞，由Hertz靜力學(xué)彈性接觸理論對(duì)此類(lèi)問(wèn)題解決方法進(jìn)行描述。

 由Hertz碰撞理論可知，如果兩碰撞物體的接觸部分為圓形時(shí)，則：

 同時(shí)，橢圓齒輪模型的嚙合仿真還需要以下相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，依照以往經(jīng)驗(yàn)取齒輪的非線性碰撞指數(shù)e=2.2，阻尼系數(shù)c=100 N．s-1．mm-l，嵌入深度d=0.1  mm。并且考慮兩個(gè)橢圓齒輪接觸過(guò)程中產(chǎn)生一定的摩擦，所以對(duì)兩個(gè)齒輪采取潤(rùn)滑處理，分別把動(dòng)摩擦系數(shù)和靜摩擦系數(shù)取為0. 05和0.08。

 基于本文中橢圓齒輪的虛擬模型，在從動(dòng)輪處加上2 835 000 N．mm的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，因?yàn)橐�避免施加的�?fù)載發(fā)生突變，在這里用STEP函數(shù)將其在0.01 s內(nèi)逐漸加上去，即：STEP( time，0，0，0.02，2835000)，其中，time是時(shí)間自變量，驅(qū)動(dòng)力矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩如圖3所示。

4  仿真結(jié)果和分析

4.1  仿真結(jié)果

 通過(guò)試驗(yàn)確定最為合適的求解器及精度，對(duì)橢圓齒輪副進(jìn)行仿真，得到的橢圓齒輪的輸入和輸出角速度曲線見(jiàn)圖4，橢圓齒輪三個(gè)方向的動(dòng)態(tài)嚙合力見(jiàn)圖5，輪齒嚙合頻率見(jiàn)圖6，消耗電機(jī)的功率見(jiàn)圖7。

 從ADAMS后處理中可以得出輸出角速度為872(。)/s，圓周力平均值為32. 045 k N，徑向力平均值為47. 250 k N，法向載荷平均值為58. 938.5 k N，消耗電機(jī)的功率平均值為15 kW齒輪嚙合頻率平均值為93.8 Hz。

4.2仿真分析

 表2中的理論計(jì)算值是結(jié)合表1中橢圓齒輪的基本參數(shù)，給定一個(gè)轉(zhuǎn)速n=134 r／min通過(guò)計(jì)算后得到的。

 從表2的數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出仿真的平均數(shù)值和理論計(jì)算后的數(shù)值差別不是很大，證明了基于MATLAB和Pro/E參數(shù)化的橢圓齒輪設(shè)計(jì)的可行性，也反映出仿真虛擬樣機(jī)模型的可靠性。

5  結(jié)論

 (1)將MATLAB和Pro/E結(jié)合起來(lái)設(shè)計(jì)橢圓齒輪，此種方法將橢圓齒輪參數(shù)化，設(shè)計(jì)者可根據(jù)實(shí)際需要來(lái)修改齒輪的參數(shù)以滿足實(shí)際需求，從而大大降低了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度并使設(shè)計(jì)出的模型更精確。

 (2)利用Pro/E和ADAMS的專業(yè)對(duì)口技術(shù)，將設(shè)計(jì)好的橢圓齒輪快速準(zhǔn)確地導(dǎo)人ADAMS軟件中，為后面進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析提供了保障。

 (3)在ADAMS中建立橢圓齒輪副的虛擬樣機(jī)模型，并進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，通過(guò)仿真后輸出一系列曲線圖，把分析結(jié)果和理論上的數(shù)值相比較，從而驗(yàn)證基于MATLAB和Pro/E參數(shù)化的橢圓齒輪設(shè)計(jì)具有可行性，同時(shí)也為今后研究橢圓齒輪的疲勞強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度提供可靠的數(shù)值依據(jù)。