基于ADAMS的行星齿轮系统的仿真计算

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 　　 基于 ADAMS的行星齿轮系统的仿真计算 3 周永新 (嘉兴职业技术学院机电与汽车分院 , 　浙江 嘉兴 314036) 摘 　要 :传统的机械产品制造过程是基于实际样机的设计验证过程 ,设计周期长、成本高、质量提高 困难。为克服这些困难 ,应用 UG软件对行星齿轮传动系统进行三维实体参数化建模 ,应用仿真分析软 件 MSC. ADAMS对行星齿轮传动系统模型进行仿真模拟及运动学分析。实现了用虚拟样机来代替实 际样机进行验证设计 ,提高了设计质量和效率。 关键词 :虚拟样机技术 ; ADAMS;仿真分析 ;行星齿轮 中图分类号 : TP391. 9　　文献标识码 : A　　文章编号 : 1008 - 5300 (2009) 03 - 0058 - 03 Simulation Calculation of Planetary Gear System Based on ADAMS ZHOU Yo ng2xin (College of M echan ica l and E lectrica l Eng ineering and A uto, J iax ing V oca tiona l & Techn ica l College, 　J iax ing 314036, Ch ina) Abstract: The traditional mechanical p roduct design and manufacturing p rocess is based on the actual p roto2 type from the design verification p rocess, which needs a long design cycle, high cost and with difficulties to imp rove the quality. In order to overcome this difficulty, UG software for p lanetary gear drive system to build three2dimensional solid parametric modeling is app lied. MSC. ADAMS simulation analysis software for p laneta2 ry gear drive system is app lied to simulate and perform kinematic analysis. W ith a virtual p rototype instead of the actual p rototype for the design verification, the design quality and efficiency is imp roved. Key words: virtual p rototyp ing technology; ADAMS; simulation; p lanetary gear 0　引　言 随着人类社会进步的加快 ,市场竞争越来越激烈 , 企业要保持竞争优势 ,就必须在最短的时间里设计并 生产出高质量的满足用户需求的新产品 ,而传统的产 品开发过程是一个大循环过程 ,不仅难以提高产品质 量 ,而且耗费大量的时间和资金。虚拟样机技术的出 现为解决以上问题提供了可能。通过虚拟样机技术 , 一方面可以节约新产品开发时间和资金 ,降低新产品 开发成本 ,避免不必要的浪费 ,另一方面可以完善产品 性能 ,提高产品质量 ,从而增强产品市场竞争力 [ 1 - 2 ]。 所以应用虚拟样机技术进行行星齿轮的设计与仿真研 究具有重要的意义。 1　动力学仿真软件 ADAMS的特点 ADAMS (Automatic Dynam ic Analysis of Mechani2 cal System ) 是由美国 Automatic Dynam ics Inc1公司研制的 ,集建模、求解、可视化技术于一体的虚拟样机软件 ,是世界上目前使用范围最广、最负盛名的机械系统仿真软件。使用这套软件可以产生复杂机械系统的虚拟样机 ,真实地仿真其运动过程 ,并且可以迅速地分析和比较多种参数 ,直至获得优化的工作性能。利用 ADAMS软件 ,用户可以快速、方便地创建完全参数化的机械系统几何模型。该模型既可以在 ADAMS软件中直接建造几何模型 ,也可以是从其它 CAD软件中导入的几何模型 ,然后在几何模型上施加力和运动激励。最后执行与实际状况十分接近的运动仿真测试 ,所得的测试结果就是机械系统工作过程的实际运动情况。过去需要几个月才能完成的建造和测试物理样机的工作 ,现在利用 ADAMS软件仅需要几个星期就可以完成。大大地提高了生产效率和经济效益。利用ADAMS建立虚拟样机的步骤如图 1所示 [ 3 - 4 ]。 85 　电 子 机 械 工 程 Electro - M echan ica l Eng ineer ing 　　　　　　　　　　　 2009年第 25卷第 3期 2009. Vol. 25 No. 3 3 收稿日期 : 2009 - 02 - 03 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 图 1　ADAMS虚拟样机仿真分析步骤 2　行星齿轮传动系统运动学仿真计算 2. 1　行星齿轮传动系统三维实体模型的建立 行星齿轮传动因具有质量轻、体积小、传动比大及 效率高等优点 ,被广泛应用于机械、矿山机械、冶 金机械、轻工机械、汽车等各个方面 ,但行星齿轮传动 结构复杂、生产成本高 ,制造和安装困难。 行星齿轮传动系统设计实例 [ 5 ] :其传动类型为 Abax ,转臂固定 ,齿圈输入 ,内齿轮输出。已知太阳轮齿 数 Z = 20,行星轮 Z = 31,齿圈 Z = 82。齿圈输入转速 为 20 r/m in,求传动比及各部件的转速。MSC. AD2 AMS/V iew虽然功能强大 ,但造型功能相对薄弱 ,难以 用它创建具有复杂特征的零件。对于复杂的产品 ,其 三维几何模型的建立、产品预装配 ,通常在专业的 CAD软件 (如 UG、PRO2E等 )中完成。然后通过格式 转换 ,导入 ADAMS软件中进行分析。文中利用目前 常用的高级 CAD软件 UG创建行星齿轮传动机构的 实体模型 ,如图 2所示。 2. 2　数据转换 MSC. ADAMS/V iew支持多种数据接口 ,如 Para2 solid、STEP、IGES、DW G等。因此 ,在 UG中进行三维 建模后 ,将其转化为 Parasolid格式文件 ,然后将 Para2 图 2　行星齿轮系统的三维实体模型 ｓｏｌｉｄ格式文件导入至 ADAMS软件中。对导入的构件 进行外观、等属性编辑。在数据转换过程中 ,需要 注意在 UG中建立的模型单位要与 ADAMS的单位相 一致 ,否则将导致模型转换失败。 2. 3　添加约束条件 行星齿轮传动系统中的约束主要是齿轮副的建 立。在 ADAMS软件中创建齿轮副相比其它的运动副 要复杂些 ,齿轮副关联两个运动副和一个方向坐标系 , 且要求这两个运动副关联的第一构件与第二构件分别 是齿轮 1与箱体、齿轮 2与箱体 ,其方向坐标系固定在 箱体上 ,方向坐标系 Z轴的方向指向齿轮的啮合方 向 [ 6 ]。方向坐标系的原点与两个运动副之间的距离 决定于齿轮的传动比。分别定义太阳轮与行星轮、行 星轮与齿圈的方向坐标系 ,然后分别创建太阳轮、行星 轮、齿圈的旋转副 ,最后创建太阳轮与行星轮、行星轮 与齿圈的齿轮副。仿真模型如图 3所示。 图 3　行星齿轮系统仿真模型 2. 4　运动学仿真分析计算 ADAMS软件具有相当强大的后处理功能 ,可以回放 仿真结果、绘制各种分析曲线 ,并对仿真分析曲线进行一 些数学和统计计算 ;也可以输入实验数据绘制试验曲线 , 与仿真结果相比较 [ 7 ] 。对齿圈施加驱动 ,转速为 20 r/min。将仿真类型设置为 Default,仿真时间 Duration 95第 3期 周永新 :基于 ADAMS的行星齿轮系统的仿真计算 　 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 设置为 5. 0 s,仿真步数 Steps设置为 500,进行仿真计算。 行星齿轮机构运动学仿真结果如图 4所示。其中 PART2 为行星架 ; PART3为齿圈 ; PART4为行星轮 ; PART5为太 阳轮。从图 4中可得N2 = 0 r /min, N3 = 20 r /min, N4 = 52. 9032 r /min, N5 = 82 r /min,计算得到 :传动比 i53 = - 4. 1 ( -示两构件运动方向相反 ,可从仿真模拟图 3 中看出 ) ,其仿真结果与实际样机运行结果完全相符。 图 4　行星齿轮系统各构件的转速图 3　结束语 在行星齿轮传动系统及同类产品设计与分析过程 中 ,应用虚拟样机技术 ,在计算机上建立产品的数字化 模型 ,应用仿真分析软件MSC. ADAMS对行星齿轮传 动系统模型进行运动学分析 ,为进一步的产品优化设 计提供了依据。使设计人员能够在设计初始阶段就能 发现设计缺陷 ,为物理样机试验提供更为可靠的依据。 从而有效地提高产品设计质量 , 缩短了研制开发周 期。 参考文献 : [ 1 ]　熊光楞 ,李伯虎 ,柴旭东. 虚拟样机技术 [ J ]. 系统仿真 学报 , 2001 (1) : 114 - 117 [ 2 ]　张悦刊 ,钟佩思 ,杨俊茹 . 基于虚拟样机技术的齿轮减速 器设计与仿真研究 [ J ]. 机械工程师 2006 (7) : 100 - 102 [ 3 ]　MD I公司. MSC. ADAMS用户参考手册 [ K]. 2005 [ 4 ]　刘银虎 ,缪炳祺 .多体动力学仿真软件 ADAMS理论基础 及其功能分析 [ J ]. 电子与封装 , 2005 (4) : 25 - 28 [ 5 ]　饶振纲. 行星齿轮传动设计 [M ]. 北京 :化工出版社. 2003 [ 6 ]　郑 　凯 ,胡仁喜 ,陈鹿民. ADAMS 2005机械设计高级应 用实例 [M ]. 北京 :机械出版社 , 2006 [ 7 ]　李增刚. ADAMS入门详解与实例 [M ]. 北京 :国防工业 出版社. 2006 作者简介 :周永新 ( 1969 - ) ,男 ,讲师 ,主要从事 CAD、汽车构造与维修等方面的研究和教学工作。 2009年机械电子学学术会议征文通知 中国电子学会电子机械工程分会为推动我国机械电子学术发展 ,决定于 2009年 8月 ～9月 ,在山西召开 “2009年机械电子学学术会议 ”,北京电子学会电子机械工程委员会将协办此次会议。热忱欢迎从事电子机械研 究、生产、管理的专家、学者、企业家及本分会团体会员单位的同行们积极组稿、撰稿并参加会议进行交流。现就 会议征文的有关事宜通知如下 : 征文范围 (不局限于此 ) 　 (1)机电一体化的建模和仿真 ; (2)与机电一体化相关的机械结构系统的同步优 化 ; (3)与机电一体化相关的系统设计 ; (4)机电一体化领域内的应用 (制造过程 /机械制造 /精密加工 /校准、测量 及检验 /尺寸非稳定材料处理 /医疗、保健、医学及生物医学领域 /建筑、结构及维护 /玩具、娱乐和教育 /工业及服 务自动化 /机器人等 ) ; (5)机电一体化和光机电一体化领域内的应用 (天线和射电望远镜 /天线伺服系统 /电子机 械工程 /电子封装 /微机电系统 ) ; (6)电子设备中的电磁兼容及热设计 ; (7)机电一体化及光机电一体化系统中的 振动和噪声控制 ; (8)机电一体化及光机电一体化系统中的传感及控制 ; (9)嵌入式智能 ; (10)模糊逻辑及神经网 络应用 ; (11)其它与机电一体化及光机电一体化相关的内容。 征文出版要求 　论文的保密审查由各单位自行负责。论文应论点明确、论据充分。论文撰写的格式与《电 子机械工程 》期刊要求相同。论文集将由出版社正式出版 (有书号 ) ,每篇录用的论文须收取版面费。 时间安排 　2009年 4月 30日征文截止 ; 2009年 5月 20日通过 E2mail发录用通知 (含论文修改 ) ; 2009年 6 月 20日参会确认 (通过 E2mail) ;开会前 30天通过 E2mail发正式开会通知。 投稿地址 　稿件请用 E2mail发送 ,为确保传送无误 ,请同时用手机短信息通知联系人。 联系人 　戴林风 : dlf2134@163. com　　TEL : 025 - 83772620　　　　13770609718 叶渭川 : ye. w. c@163. com TEL : 025 - 83375815 - 512 13905170560 中国电子学会电子机械工程分会 　　 06 电 子 机 械 工 程 第 25卷