引 言

Adams/Gear AT是一種用戶友好且高效的設計和仿真建模工具，人們能夠應用Gear AT進行齒輪設計，從產品概念設計階段到優化分析階段，有助于提高仿真團隊的效率。

Gear AT的建模過程分為①預處理、②建模（定義齒單元和力）、③仿真設置、④后處理四個階段。Gear AT目前提供三種類型的齒輪（圓柱齒輪、錐齒輪、圓柱蝸輪）、一種絲杠（梯形絲杠）和一種花鍵接頭（漸開線花鍵），每種都有其相應的建模流程，在Gear AT中均以導航式的形式存在。

本文以圓柱齒輪為例，為大家詳細介紹Gear AT的建模流程。

01

齒輪預處理

Gear AT預處理可以定義齒輪的齒廓和特性、創建Nastran網格和幾何體文件、將具有微觀幾何形狀齒的有限元網格導出到BDF文件、預先計算齒接觸（提高仿真效率）等。

圖 1 齒輪預處理

1.1 高級形狀定義 ：

在高級形狀定義中主要進行以下幾個方面的設置：①基本參數、②質量、③齒廓、④公差、⑤齒面修形、⑥齒輪偏差等。

? 基本參數包括法向模數、齒數、法向壓力角、分度圓螺旋角、齒寬等參數。

圖 2 基本參數定義

? 質量的定義有兩種方式：①由幾何和材料類型定義；②用戶輸入。齒廓可以通過直接定義或選擇不同的加工方式來定義。

? 齒廓可以通過直接定義或選擇不同的加工方式來定義。

圖 3 齒廓定義

? 公差的定義包括齒厚、齒尖和齒根直徑公差。齒厚公差可以直接定義；也可以通過法向側隙或圓周側隙定義；或通過測量跨棒距、公法線長度來定義，如果跨棒距和公法線長度的測量值未知，可以初始化測量值。

圖 4 公差定義

? 齒輪修形用于補償制造誤差、負載引起的齒變形以及軸和殼體變形，從而確保適當的嚙合，以實現更有利的負載分布并減少傳動誤差。最終目標是減少齒輪副操作引起的齒輪磨損和振動，從而有助于設計滿足指定NVH參數的耐用變速箱。

圖 5 齒面修形定義

? 偏差定義在接觸模擬中要考慮的齒輪制造誤差。為每個齒輸入齒輪徑向跳動誤差以描述與理想節圓的偏差，或為每個齒輸入齒距累積總偏差用以描述其與理想節距的偏差。如果沒有任何測量數據，還可以通過輸入振幅和相移使用余弦函數來計算諧波分布，或者應用隨機數生成器獲得隨機分布。

圖 6 偏差定義

1.2 高級形狀定義 ：

通過形狀定義得到屬性文件CGP后，可以對齒輪齒有限元模型進行預處理，以獲得齒接觸面和剛度矩陣，用于齒輪接觸模擬。

圖 7 偏差定義

首先，通過啟動Gear AT Mesher（下圖橙色）開始有限元前處理，Gear AT Mesher的輸入數據為CGP文件和opt文件；輸出是Adams幾何文件shl、齒接觸面剛度文件CGS，同時也會更新屬性文件CGP。

為了在接觸模擬中考慮齒輪齒的柔性，執行Nastran SOL 101（下圖綠色），生成op2文件。Gear AT op2_reader使用op2文件更新了CGS文件。

為了考慮輪體（藍色部分）的柔性，執行MSC Nastran SOL 103，生成MNF和op2結果文件。每當重新創建MNF文件時，CNT文件由Mode Shape extraction使用op2文件的結果進行更新，CNT文件也在CGP文件中引用，因此CGP文件會更新。

圖 8 Gear AT 網格劃分的數據流

02

齒輪建模

2.1 創建齒輪單元 ：

創建齒輪單元即創建齒輪模型，并將其所有參數和屬性存儲在Adams View模型數據庫中，用于齒輪力的定義。

圖9 齒輪單元工具

創建齒輪單元需要輸入名稱、屬性文件（cgp文件）、以及齒輪定位的Marker坐標（Z軸表示齒輪的旋轉軸）。

圖10 齒輪單元定義

2.2 創建齒輪力 ：

通過指定齒輪單元和相應的*CGS屬性文件來定義齒輪副接觸力。Gear AT針對圓柱齒輪提供四種接觸力模式，分別是：①齒輪力快速建立、②剛性齒輪、③柔性齒、④完全柔性齒輪。第一種方式使用預先計算的接觸公式，可以大大提高計算效率；后面三種使用高級的面對面接觸算法，提供更加精確和平滑的結果。

圖11 齒輪力定義

2.3 設置驅動和輸出扭矩：

定義圓柱齒輪的驅動和輸出扭矩。

圖12 齒輪力定義

03

求解設置

在菜單欄Settings中分別對求解的類型、積分器、顯示、輸出等項進行設置。

04

后處理

線性化分析結果：

圖13 模態振型

柔性輪體變形：

圖14 柔性齒變形

高級結果-齒的接觸模式：

圖15 齒接觸模式

05

附錄：文件說明

以下列表針對本文提到的文件類型進行解釋說明。

表格1：文件說明

表中序號1-7的文件后綴名中，前兩個字母表示齒輪類型：CG（圓柱齒輪）、HG（錐齒輪）、WG（圓柱蝸輪）、TL（梯形絲杠）、IS（漸開線花鍵）；最后一個字母表示存儲的數據類型。