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本文介紹基于多體動(dòng)力學(xué)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真，使用多體動(dòng)力學(xué)對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真的一種新方法，這一方法能使工程師在各種情況或條件下開(kāi)發(fā)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。首先，介紹RecurDyn/DriveTrain 解決方案；其次，分享相關(guān)應(yīng)用案例；然后，將繼續(xù)驗(yàn)證這種齒輪接觸計(jì)算方法；最后進(jìn)行總結(jié)。

動(dòng)力學(xué)仿真 3.1 模型修改 對(duì)于行星齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真和動(dòng)力學(xué)仿真之間的區(qū)別在于齒輪間相互關(guān)系的建立，在運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真中齒輪間靠齒輪副連接，相互之間的運(yùn)動(dòng)與理論值高度吻合。動(dòng)力學(xué)仿真時(shí)齒輪間采用接觸的方式相互連接，在動(dòng)力學(xué)仿真中會(huì)因?yàn)?em>齒輪間接觸剛度和間隙，而使仿真結(jié)果和理論計(jì)算值產(chǎn)生一定的出入，但是更加真實(shí)。

1 齒軌車輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)模型為研究齒軌車輛-軌道耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性，本文基于車輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)及齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論，建立了考慮齒輪齒條傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的齒軌車輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)模型，如圖 1 所示。

因此，還需要其它工具軟件以滿足齒輪分析的仿真需求。（2）傳統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)軟件由于齒輪專用分析工具存在一定的不足，有些工程人員會(huì)使用傳統(tǒng)的多體動(dòng)力學(xué)工具進(jìn)行齒輪分析，能在整機(jī)環(huán)境下模擬齒輪傳動(dòng)與其它部件之間的耦合或者分析控制系統(tǒng)對(duì)齒輪傳動(dòng)的影響等。但是由于齒輪傳動(dòng)的復(fù)雜性和專業(yè)性，傳統(tǒng)通用的多體動(dòng)力學(xué)軟件對(duì)齒輪傳動(dòng)仿真的準(zhǔn)確度和精確度往往無(wú)法達(dá)到齒輪產(chǎn)品的實(shí)際要求。

本人專攻齒輪動(dòng)力學(xué)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)、行星齒輪動(dòng)力學(xué)、人字齒行星齒輪動(dòng)力學(xué)、MATLAB建模、Workbench強(qiáng)度仿真等，歡迎相關(guān)研究方向的人員來(lái)交流。

這會(huì)導(dǎo)致整體齒輪嚙合剛度發(fā)生較大波動(dòng)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)振動(dòng)。 當(dāng)重合度在 1 和 2 之間時(shí)，第一對(duì)和第二對(duì)齒的齒輪齒剛度的典型變化。齒輪嚙合剛度對(duì)斜齒輪動(dòng)力學(xué)的影響 為了證明齒輪嚙合剛度對(duì)齒輪動(dòng)力學(xué)的影響，我們以一對(duì)斜齒輪為例來(lái)說(shuō)明。首先進(jìn)行瞬態(tài)研究，以比較剛性齒輪嚙合、恒定剛度的齒輪嚙合和變剛度的齒輪嚙合。

通過(guò)數(shù)值仿真，可以對(duì)齒輪鏈條多體系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和受力狀況的模擬。這種模擬方法可以提供對(duì)系統(tǒng)行為和性能的深入理解，有助于優(yōu)化設(shè)計(jì)、預(yù)測(cè)故障和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在數(shù)值仿真中，可以使用有限元分析（FEA）或多體動(dòng)力學(xué)（MBD）等方法來(lái)模擬齒輪鏈條多體系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和受力狀況。

Ansys解決方案針對(duì)上述多體動(dòng)力學(xué)在各個(gè)行業(yè)內(nèi)的一些應(yīng)用，Ansys提供了完整的解決方案，包括：疲勞仿真、模態(tài)仿真、動(dòng)力學(xué)特性、線性有限元分析、多體動(dòng)力學(xué)分析等，并且具有強(qiáng)大的無(wú)網(wǎng)格仿真技術(shù)，能夠高效并精確的求解多體運(yùn)動(dòng)與結(jié)構(gòu)變形的耦合問(wèn)題，能夠?qū)?em>系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)性能、結(jié)構(gòu)、振動(dòng)、疲勞等進(jìn)行分析。1、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括齒輪、軸承、轉(zhuǎn)軸、齒輪箱等。

今天學(xué)習(xí)的案例是是Workbench齒輪嚙合瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)評(píng)估，該案例的難點(diǎn)是第一點(diǎn)是如何通過(guò)接觸對(duì)齒輪進(jìn)行等效模擬，第二個(gè)是影響齒輪收斂因素主要是法向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。本案例還是遵循377原則，即三大步三小步。如圖所示。

▲ 圖20 各部件瞬態(tài)應(yīng)力分布總結(jié)基于EXCITE軟件平臺(tái)，可構(gòu)建完整詳細(xì)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，可對(duì)于風(fēng)機(jī)模型中滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑以及摩擦磨損進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，同時(shí)對(duì)于齒輪嚙合、軸系扭振計(jì)算、NVH特性以及可靠性進(jìn)行相應(yīng)的仿真。

弓網(wǎng)動(dòng)力學(xué)仿真的難點(diǎn)在于接觸網(wǎng)上使用的架空線纜拉伸模量遠(yuǎn)大于壓縮模量。并且在預(yù)緊力和重力作用下，線纜會(huì)出現(xiàn)大變形現(xiàn)象。這樣的力學(xué)行為明顯是非線性的，需要專門的模型進(jìn)行描述。并且接觸網(wǎng)和受電弓之間存在接觸情況，需要合適的接觸設(shè)置以及非線性動(dòng)力學(xué)求解器進(jìn)行求解。本案例將使用通用結(jié)構(gòu)仿真軟件中集成CABLE線纜模型、接觸算法以及非線性動(dòng)力學(xué)求解器，進(jìn)行弓網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)仿真。

常用摩擦潤(rùn)滑系統(tǒng) 對(duì)于典型機(jī)械零件的潤(rùn)滑設(shè)計(jì)，如滾動(dòng)軸承、齒輪、凸輪結(jié)構(gòu)、滑動(dòng)軸承、止推軸承、活塞/氣缸等，Tribo-X計(jì)算軟件考慮摩擦學(xué)問(wèn)題中的多種影響因素，能有效解決傳統(tǒng)CAE方法計(jì)算困難、計(jì)算速度慢的問(wèn)題，精確考慮各種特性對(duì)摩擦學(xué)結(jié)構(gòu)的影響，包括混合摩擦、湍流效應(yīng)、微觀粗糙表面、氣穴等。

一、軟件核心介紹Adams 是集建模、求解、可視化、多學(xué)科耦合于一體的系統(tǒng)級(jí)仿真平臺(tái)，核心是通過(guò)虛擬樣機(jī)模擬機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、靜力學(xué)及非線性動(dòng)態(tài)行為，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)、載荷、振動(dòng)及應(yīng)力分布，替代大量物理樣機(jī)試驗(yàn)dr.adams.com。1. 發(fā)展歷程· 起源于 20 世紀(jì) 70 年代美國(guó)密歇根大學(xué)，最初聚焦車輛懸架動(dòng)力學(xué)研究。

Adams 是一款系統(tǒng)級(jí)多體動(dòng)力學(xué)仿真平臺(tái)，被廣泛應(yīng)用于汽車、能源、重型機(jī)械等多個(gè)行業(yè)。該工具凝聚了豐富行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，能夠快速進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)仿真、系統(tǒng)級(jí)模態(tài)及振動(dòng)分析、與控制系統(tǒng)集成的機(jī)電一體化分析、系統(tǒng)疲勞壽命分析等，包括基礎(chǔ)模塊、擴(kuò)展模塊、車輛專用模塊、新能源專用模塊、實(shí)時(shí)仿真模塊等。

1 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模及振動(dòng)噪聲研究現(xiàn)狀 1.1 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模 通過(guò)對(duì)現(xiàn)有資料進(jìn)行收集整理可知，現(xiàn)階段，驅(qū)動(dòng)電機(jī)與減速器的一體化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型為劣勢(shì)內(nèi)容，研究人員對(duì)其關(guān)注度較低，在所構(gòu)建的耦合電磁激勵(lì)與齒輪傳遞誤差激勵(lì)模型中，都滲透有其內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成耦合變形內(nèi)容。下面針對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)建模與一體化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模進(jìn)行了闡述： 1.

基于matlab的齒輪-軸-軸承系統(tǒng)的含間隙非線性動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)牛頓第二定律，建立齒輪系統(tǒng)嚙合的非線性動(dòng)力學(xué)方程，同時(shí)也主要應(yīng)用修正Capone模型的滑動(dòng)軸承無(wú)量綱化雷諾方程，利用這些方程推到公式建模；用MATLAB求解畫出位移-速度圖像，從而得到系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速下的混沌特性，分析齒輪-滑動(dòng)軸承系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。程序已調(diào)通，可直接運(yùn)行。

一體化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模方法：現(xiàn)階段與此方面有關(guān)的研究?jī)?nèi)容較少，在之前，有關(guān)人員的關(guān)注內(nèi)容主要包括兩方面內(nèi)容，分別是齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲與驅(qū)動(dòng)電機(jī)振動(dòng)噪聲。結(jié)合電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) NVH 特性研究成果可知，驅(qū)動(dòng)電機(jī)振動(dòng)噪聲來(lái)源多為徑向電磁力，研究人員經(jīng)常忽略電磁切向力所造成的影響。