2015年4月29日 13:53   來源：MSC軟件

    在以往換擋機構分析中，由于模型的簡化或功能性缺陷，機構模型大多采用理想化約束，這導致了在做換擋機構分析時，僅能模擬機構的換擋運動過程，對同步環、機構自鎖及換擋沖擊等問題一無所知。現在Adams/View強大的接觸計算功能下，可將機構模型根據分析需要，建立為接觸模型，實現顯示中的零部件之間接觸、沖擊、嚙合等狀態。

1、換擋機構基礎模型創建

模型實體通過Catia的CAD模型導入。模型中包含了手柄、撥叉和齒輪組三個部分，該部分模型在創建動力學模型時不可以采用全約束形式（所有驅動與連接均采用約束），部件之間的驅動方式需用接觸。

1）手柄模型的創建

手柄模型創建時只要創建出旋轉軸的中心位置即可，然后在此創建旋轉驅動（采用勻速驅動，本例中采用正常快速換擋）。快速換擋速度定義為40度/秒，即一個換擋時間為0.01秒。該部分需要注意的是，為了保證換擋力的準確性，約束處需添加一個只有阻尼特性的bushing，Z向旋轉取2。

2）撥叉模型創建

    撥叉模型運動方式是橫向滑移，因此其約束采用了滑移副，但為了保證計算的穩定與準確，約束處添加一個有阻尼的bushing，Z向平動為50。手柄與撥叉之間用接觸驅動，與實際模型一致，參數如下，更精細的參數需根據工程調整。

限位小球用于撥叉的限位，該處不僅需要對限位小球進行約束，同時需合理的設定小球與撥叉桿之間的接觸與摩擦。限位小球用滑移副約束，并且用彈簧連接，用于確定鎖緊力，小球與撥叉桿之間的摩擦較大。

3）齒輪組模型創建

    齒輪組模型是本部分重點，涉及到的齒輪對，同步環，結合套等模型的接觸關系，詳細設定請參考動力學模型。

齒輪組中，首先是主軸要設定旋轉與驅動，用旋轉副定義即可，驅動采用函數18000d * time定義轉速，3000轉/分。然后其他的齒輪，齒、套均不與該軸連接，僅由結合套與其用同步驅動。

2、重點約束條件定義

1）結合套與驅動軸用滑移副連接

    省去接觸的計算問題，用滑移副把結合套和驅動軸連接，這樣既保證了驅動軸對結合套的同步驅動，同時保證結合套可在軸上根據用戶需求滑動；結合套與撥叉同樣采用接觸關系。

2）同步環設定

    同步環中的內、中、外三環與地面用圓柱副連接，內環與中環，中環與外環之間設定相關接觸。該步主要注意接觸參數的設定，其關鍵參數為摩擦系數。

此外，外環還需要設定與結合套的接觸關系，同步環與結合齒之間接觸關系。

3）結合齒

    結合齒與地面用旋轉副連接，不可移動。然后設定結合齒與結合套，結合齒與同步環之間的接觸關系。

4）齒輪組模型創建注意事項

    齒輪組的各約束創建按以上幾部，詳細定義參考模型，需要注意的是模型中的Bushing，bushing的定義主要是為了保證齒之間的接觸撞擊引起計算不收斂，并可保證結合平緩。因此，Bushing定義時不可設定剛度，只要給定阻尼參數即可。Z向平動方向給定阻尼系數，范圍在50-100間，不宜過大。

    各零部件之間的接觸剛度除了外環與結合齒之間需要設定較大剛度以外，其他接觸剛度不能太大。外環與結合齒剛度設定范圍10000-50000之間，其他接觸剛度設定約為80-200，個別不可超過1000。其原理是受沖擊較大的零部件剛度需小點，同步結合的剛度稍大。

    摩擦系數設定依據是與同步環相關參數選定較大，在0.7-0.95之間，動、靜閥也需較小，靜閥不超過10，動閥按10倍靜閥比例關系。限位小球的動靜摩擦閥一定要足夠小，不然不能自鎖，靜閥在0.1-0.01之間。

3、求解計算

定義好模型之后既可以開始仿真分析，由于本模型存在較多接觸計算，計算時間會相應增加，1s仿真時間約運行2小時。

    求解過程無需關注，僅需用戶在求解完成后查看結果，并根據用戶實際數據對比。如模型中參數不符合用戶需求，可根據注意事項，配合實際試驗要求更改，本模型不作為任何項目依據。

    有關手柄的力驅動方式，用戶僅需設定速度驅動即可，一般情況下，換擋習慣可定義為勻速的換擋過程，只是速度稍有區別。因此，用戶在設定時只要給定該驅動速度即可，本例采用快速換擋，因此換擋力會稍大。

    待求解完成，用戶根據需要找到相應后處理數據。本例主要查找兩個數據，結合齒嚙合以后的同步速度和換擋手柄的換擋力。

4、結果處理

    求解計算后按F8進入后處理界面，分別制作兩條曲線。

1）驅動力曲線

    選擇constraint->motion_3->element torque->Z，點擊add curves添加曲線，注意該曲線是力矩，手柄力需進行換算。換擋手柄頂端到旋轉軸距離為136mm，因此，計算等到的力矩結果需除以136mm。在Adams后處理中點擊math，在顯示的Y坐標數據條里輸入/136.點擊apply即可得到手柄端點的力。同理，在需要計算出實際的換擋手感時，需把換擋桿與該手柄的杠桿比考慮在內。

    用戶應用曲線時注意濾波，剔除無效毛刺峰值，另外該計算值偏大，這與模型中的參數設定有較大關系，參數為未知。曲線寬度（跨度）與驅動速度有關，即快速換擋還是緩慢換擋。

2）同步速度

    同樣在data數據下選擇constraint->joint_5->angular velocity->Y，得到結合齒的同步速度曲線。該值有一定損失，但同步后是平和的，可認為同步。根據曲線能看出同步計算過程，結合齒的振動狀態。

5、小結

    本例為實際模型工程分析，參數未精確，僅供學習參考。通過本分析，可以了解到實際的換擋機構存在較多的驅動細節，并非理想化模型中的全約束狀態。這樣可以全面了解換擋機構各零部件的實際運動狀態。同時，以本例為基礎，對有特別需求的用戶可以進行延伸，通過細節調整、參數細化進行分析，也可根據用戶目的設定工況進行分析，以達到精確的工程分析需要。