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克維斯傳動:減速機運行體系基于新方法的可用性能探討
作者:無錫市克維斯傳動機械有限公司    發布于:2013-11-14 08:39:17    文字:【】【】【
摘要:克維斯傳動:減速機運行體系基于新方法的可用性能探討

  1研究采用新材料的齒輪的可靠性,必須進行齒輪的全壽命試驗,這就需要選擇大量高精度齒輪樣本進行試驗,并浪費大量工作時間進行概率分布統計規律分析。

  虛擬樣機技術是近幾年發展起來的,基于智能設計技術、信息技術、多媒體/虛擬現實技術、仿真工程、系統技術和管理技術的先進技術,它以計算機仿真和建模技術為支持,利用虛擬產品模型,使產品在實際加工之前即對產品的性能、行為、功能和產品的可制造性進行預測,從而完成設計方案的評估和優化。因此,虛擬樣機技術能夠完成虛擬產品設計、虛擬系統裝配、虛擬系統測試、優化分析等多方面的工作,大大縮短了產品的設計周期,節省了產品設計費用。在虛擬樣機軟件中,ADAMS軟件最具有權威性,是機械系統使用范圍最廣的運動學、動力學虛擬分析軟件。本文介紹利用ADAMS虛擬樣機軟件對齒輪可靠性進行研究,為齒輪的可靠性研究提供新思路。

  2虛擬樣機技術研究

  2.1齒輪動力學仿真研究

  采用ADAMS軟件的齒輪虛擬樣機技術路線。齒輪設計必須考慮齒輪工作的環境,如溫度、壓力、環境腐蝕性等,根據環境選擇合適的材料,并對材料進行力學、化學等基本性能分析。

  ADAMS并沒有提供齒輪模塊,所以,必須利用其它三維造型軟件,如Pro/Engineer完成齒輪虛擬樣機設計。

  虛擬樣機系統仿真分析主要包括系統裝配設計與分析和系統工作仿真設計與分析,這些可通過ADAMS軟件完成。虛擬樣機的系統裝配設計與分析內容包括虛擬樣機的組裝、造型,調整以及系統的靜態干涉檢查分析等;確立零件之間合理的層次結構和空間定位關系;建立虛擬樣機的總體幾何模型和物理模型,直觀地展示虛擬樣機裝配過程中零件的運動形態和空間位置關系。

  虛擬樣機系統工作仿真設計與分析完成虛擬樣機系統運動學和動力學分析以及系統的動態干涉檢查等,主要步驟有:

 ?。?)系統的初始狀態確定,包括齒輪對所受外力、計算自由度,保證主動力的數目與系統自由度數目相等;

 ?。?)系統運動求解的參數設定,即指定齒輪以及齒輪對運動求解所需的時間、受力情況,系統求解參數,如位移、速度、加速度、作用力等;

 ?。?)運動求解,按照指定的參數計算齒輪對全部的運動,生成運動過程各零、部件的運動動畫和參數;

 ?。?)運動仿真分析,分析虛擬樣機的運動數據及動畫結果。

  鑒于篇幅關系,在此不再給出詳細的Pro/Engineer幾何造型過程以及ADAMS軟件中齒輪嚙合的運動學和動力學分析過程。利用ADAMS軟件的齒輪虛擬裝配后虛擬造型。ADAMS軟件完成的齒輪嚙合運動虛擬仿真結果。

  2.2齒輪虛擬樣機可靠性分析

  ADAMS軟件完成的齒輪嚙合的動力學分析過程,得到了齒輪傳動的應力-時間(F - t)曲線。將該曲線輸入到軟件ANSYS中,利用該軟件的有限元分析功能,進行實際工況下齒輪應力-應變分析,確定出多級應力水平下的齒輪應力循環特性,得到可靠性-應力-壽命曲線,記為R - S - N,也記為P - S - N曲線,確定出齒輪的壽命。根據R - S - N的關系,把上述計算的壽命數據和試驗數據換算到同一應力水平下。以42CrMo材料的齒輪(齒面淬火)為例,齒輪虛擬樣機的彎曲疲勞虛擬可靠性計算數據。

  表的數據是42CrMo材料的齒輪通過電磁諧振疲勞試驗機測得的數據。對比的數據,發現:

  虛擬樣機計算出來的數據普遍高于試驗得到的數據,即齒輪過預測的壽命值普遍偏高。

  究其原因,主要是由于在齒輪虛擬樣機進行虛擬仿真分析時完全忽略了真實物理齒輪的表面粗糙度、齒輪的加工質量、加工誤差、齒輪嚙合間距誤差以及齒輪加工以及齒面淬火引起的應力等因素的影響。

  3結論

  1)利用Pro/Engineer完成齒輪虛擬樣機的三維造型,利用ADAMS軟件可以完成齒輪虛擬樣機的虛擬裝配,模擬多種工況條件下齒輪嚙合運動學、動力學分析。

  2)真實齒輪疲勞壽命試驗需投入大量人力、物力和財力,歷經很長的時間,ADAMS軟件可以在比較短的時間內完成齒輪的動力學仿真分析。

  3)盡管虛擬樣機模擬得到的齒輪壽命與齒輪疲勞試驗存在一定的偏差,但從這些數據上可以大致了解實際齒輪的壽命分布概況。

  4)不同材料的齒輪可靠性試驗,虛擬樣機仿真工作只需調整ADAMS軟件的參數即可,不必準備真實齒輪樣本。

  因此,ADAMS軟件在齒輪可靠性的應用為齒輪可靠性研究提供重要的參考價值,也為復雜機械系統的可靠性研究提供了一種新的思路,在實際工程中有切實的意義。

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