翻译-关于在虚拟样机技术条件下探究渐开线齿轮啮合摩擦属性的动力学仿真研究

关于在虚拟样机技术条件下探究渐开线齿轮啮合摩擦属性的动力学仿真研究摘要在虚拟样机的技术下，考虑到摩擦对冲击负载的影响，我们通过ADAMS建立了渐开线齿轮啮合的动态模型，并且实现了模拟分析。模拟分析的结果基本与理论计算结果一致。我们将探究其多样化的趋势，摩擦系数的反作用和齿轮轮齿之间的想对速度。研究结果表明虚拟样机技术可以解决模拟分析和渐开线齿轮啮合摩擦属性的探究，而这能够为深入研究齿轮啮合摩擦属性奠定基础。此外，这项技术在实际的工程应用中也具有很好的前景。关键词渐开线齿轮虚拟样机技术摩擦动态仿真1简介虚拟样机技术作为一项新的技术，是应用在革新产品设计以及提高产品性能上的。在产品开发过程中，这项技术与装配设计，检测技术相结合。此外，整个产品的模型是在计算机上建立的。在真实的工作条件下，我们实现了模拟分析，预测了产品的性能【13】。虚拟样机技术在航空，工程等领域中扮演着十分重要的角色。作为一种基础的传输方式，齿轮传输被广泛地应用于各式各样的机器中。主动轴与从动轴齿轮间的啮合使得力和动作得以传递。齿轮传输具有结构密实，运输高效和使用寿命长的优点。齿轮系统的机械性能和公众性能对机械系统也有巨大的影响。在这篇论文中，渐开线圆柱齿轮的模型构建在PROE上。在虚拟样机技术条件下，考虑到摩擦对冲击负载的影响，我们建立了渐开线齿轮啮合的动态模型并实现了动态模拟。通过比较模拟结果和理论结果，这个模型被证明是正确可行的。我们将探究其多样化的趋势，摩擦系数的作用以及齿轮轮齿之间的相对速度，这些都将作为之后深入研究啮齿摩擦属性的基础。2齿轮啮合的动态模拟A模拟样机模型的引入和建立齿轮体系的模型建立步骤如下所示使用PROE建立一个渐开线齿轮的参数模型，然后使用特殊的界面机理。为了避免数据丢失，三维效果的模型可以直接转化成ADAMS。所有的操纵装置和重要的标记都应该转移至ADAMS。细节参照【4】齿轮在PROE中被装配，模型的格式转化成IGES，立体光刻或渲染。然后把新的模型文件导入ADAMS中。齿轮副模型直接在ADAMS中建立。ADAMS在动态模拟和后处理程序中具有很大的作用，但是它的塑型能力却不好。对于复杂的机制来说，模型通过第二种方式导入ADAMS时，一些线条和平面可能会丢失。所以常应用第一种方式建立齿轮体系模型和传输数据。图1所示即为齿轮体系的虚拟样机模型。图2齿轮体系的虚拟样机模型B虚拟样机的触点冲击算法探究中存在两种接触力，一种是基于冲击作用的，一种是基于恢复作用的。冲击作用计算的是基于刚度系数和阻尼系数下的冲击力，恢复作用则是基于补偿函数和恢复系数的。在这篇论文中，通过非线性弹簧阻尼器的模拟，冲击力由冲击作用获得。图2所示即为ADAMS的触点冲击模型。图2ADAMS的触点冲击模型冲击力可由下面的式子1获得。其中，X代表两个物体间的实际距离（位移函数的定义），XX上面有一点表示随时间变化X的变化率，X1表示决定接触力有无的触发距离，并且被指定为一个常数值，E表示刚度系数，CMAX表示阻尼系数的最大值，D表示阻尼过渡距离，K表示刚性系数，数据可以从赫兹理论中获得。根据赫兹理论，K是一个变量，受物质的材料和结构形状影响。相关的方程式如下所示其中R1和R2为两个物体接触点的半径，1和2为横向变形系数，E1和E2为弹簧模量。C动态模拟的结果和分析齿轮副的各项参数如表1所示，主动齿轮以恒定的角速度360/S旋转。为了避免负荷突变，运用一个层阶函数来使从、动齿轮逐渐产生转矩。主动轮和从动轮轴中心的旋转受到约束，齿轮副之间也受到限制作用。模拟运行开始，时长为05S，历经1200个步骤。表格1齿轮副的参数图3和图4分别表示从动轮的角速度和啮合法向力。图3从动轮的角速度图4啮合法向力从以上的图表可以看出，在运行的初始阶段，从动轮的速度逐渐增大。由于齿轮副之间强大的作用，啮合力产生了突变。在02S之后，从动轮的速度逐渐变得平稳，并保持在一个不变的水平。因为齿轮副在一定的周期内啮合情况发生变化，啮合力也在一个确定的范围内上下波动。将从动轮的角速度和啮齿法向力的理论价值同相关的模拟值进行比较，各参数值如表所列。误差指的是理论值与模拟值差量占理论值百分比的绝对值。从表可以看出，在工程领域中误差存在是在所难免的，而这从另一方面也证明了虚拟样机模型的正确性。表2比较理论值与仿真值3摩擦属性的探究根据ADAMS中的相对速度，摩擦力可以通过列摩擦算法得到。对于润滑刚性材料来说，当速度达到01MM/S时，在啮合齿轮间只存在恒定的动摩擦力。动摩擦系数为005，静摩擦系数为008。摩擦系数以及相对速度的模拟结果如图5，图6所示。图5摩擦系数图6相对速度齿副轮的啮合过程被分为两个部分。从0233S到02787S，两副齿轮开始接触最初的啮合节点。相对速度逐渐减小直到啮合节点处于静止状态，动摩擦系数变成静摩擦系数，再到最大静摩擦系数。从02787S到03229S，相对速度逐渐增加直到啮齿分离，静摩擦系数再变成动摩擦系数。比较分析可知，ADAMS摩擦系数与相对速度的结果与实际情况一致。通过得到摩擦系数和时间的关系，以及相对速度与时间的关系，我们就能得出摩擦系数和相对速度之间的关系。以上两个层面的关系几乎一致。图7所示为两个参数在相对速度减小时的情况。这里，我们只展示了当相对速度低于15MM/S的情况。图7相对滑动速度和摩擦系数之间的关系从上图可知，齿轮之间的相对速度与摩擦系数之间的关系符合ADAMS的列摩擦理论。当相对速度小于01MM/S时，齿轮间只存在静摩擦，当相对速度为01MM/S时，静摩擦到达最大值008，当相对速度大于10MM/S时，齿轮间只存在动摩擦，且动摩擦系数稳定在005。4总结通过结合PROE和ADAMS来构建模型和动态模拟，可以充分发挥各自的优势并且弥补ADAMS在复杂机械方面塑型的短处。基于虚拟样机的技术，实现了齿轮啮合体系的模拟分析。模拟结果与理论结果一致。虚拟样机技术还可以提供更精确的强度