基于TYCON的變速箱動(dòng)力學(xué)仿真

第31卷第4期基于 TYCON的變速箱動(dòng)力學(xué)仿真文章編號:1004-2539(200)04-0093-04基于 TYCON的變速箱動(dòng)力學(xué)仿真(三峽大學(xué)機械與材料學(xué)院,湖北宜昌40)鄧曉龍(奇瑞汽車(chē)工程研究院動(dòng)力總成開(kāi)發(fā)部,安徽蕪潮400)劉國慶摘要為了研究齒輪傳動(dòng)系統的動(dòng)力學(xué)特性,采用 TYCON軟件建立了某變速箱的動(dòng)力學(xué)模型,該模型考慮了時(shí)變嚙合剛度、嚙合阻尼、輪齒嚙合綜合誤差、原動(dòng)機和負載的動(dòng)態(tài)輸入、傳動(dòng)軸的扭轉及彎曲剛度等因素。通過(guò)仿真,得到了多級齒輪傳動(dòng)系統的動(dòng)態(tài)特性,包括穩態(tài)、轉速波動(dòng)等情況下的各軸及齒輪的轉速、角加速度、轉矩等參數的變化情況。并且對比分析了將原變速箱的第三軸加強和減弱兩種工況。關(guān)鍵詞變速箱動(dòng)力學(xué)仿真引言具有相同的基本頻率,且加速度波形相似,其振幅成定的比例關(guān)系,可以認為徑向和軸向振動(dòng)是以扭轉振齒輪傳動(dòng)系統的振動(dòng)特性直接影響機械裝備的工動(dòng)為激振力而產(chǎn)生的振動(dòng)。在這三種振動(dòng)中,扭轉振作性能?chē)鴥韧鈱W(xué)者以非線(xiàn)性振動(dòng)理論為基礎以齒輪動(dòng)是系統的主要振動(dòng)。為了簡(jiǎn)化,本研究結果分析主嚙合過(guò)程的時(shí)變嚙合剛度、嚙合阻尼和齒側間隙等非要考慮系統的扭轉振動(dòng)。線(xiàn)性因素為核心,對齒輪傳動(dòng)系統振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行了大齒輪副扭轉振動(dòng)模型如圖1所示,0、I、R、T分別量研究這些研究工作主要集中在建模方法求解方法表示為齒輪角位移、轉動(dòng)慣量基圓半徑、外載荷力矩;和系統特性等方面1。近年來(lái),隨著(zhù)研究的深入和分下標12分別表示主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪。e(t)為輪齒析工具的進(jìn)步,在實(shí)際傳動(dòng)系統的動(dòng)力學(xué)仿真方面的嚙合綜合誤差,k、c分別表示嚙合綜合剛度和嚙合阻研究有了較大的進(jìn)展,不少研究者基于 ADAMS、Mat-尼。ldb/ Simlink等軟件來(lái)建立仿真模型2-4,并在模型中考慮時(shí)變嚙合剛度等因素對系統特性的影響。采用這些軟件建模的過(guò)程中,需要自己建立齒輪嚙合剛度等模型。AVL公司的 TYCON軟件可進(jìn)行齒輪傳動(dòng)和齒輪箱動(dòng)力學(xué)仿真,軟件中包含有輪齒嚙合模型,可根據從動(dòng)齒輪輸人的齒輪參數,計算出嚙合剛度、嚙合阻尼等,能大主動(dòng)齒輪大縮短建模時(shí)間,以方便對系統特性的深入研究。圖1齒輪副扭轉振動(dòng)模型某變速箱運轉過(guò)程中尤其是啟動(dòng)和制動(dòng)階段,出12變速箱結構現較大的振動(dòng)。由于該裝置要求響應迅速、運轉平穩,圖2為所研究的變速箱的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖,系統由3根振動(dòng)現象影響了該裝置的性能。因此,在改進(jìn)型的設傳動(dòng)軸4個(gè)齒輪組成。第3軸拖動(dòng)一個(gè)大轉動(dòng)慣量計中,需要從理論上對傳動(dòng)系統本身的動(dòng)力學(xué)特性等的負載。方面進(jìn)行研究,分析產(chǎn)生振動(dòng)的原因,研究解決的辦法,指導改進(jìn)型樣機的設計。本文采用TYON軟件建第I軸第Ⅲ軸負載立了該變速箱的仿真模型,對其進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真。1變速箱仿真模型第Ⅱ軸11多級齒輪傳動(dòng)系統的扭轉振動(dòng)TYCON建立的變速箱仿真模型考慮了系統的扭中國煤化工轉振動(dòng)和彎曲振動(dòng)問(wèn)題。CNMHG多級齒輪傳動(dòng)系統的振動(dòng)現象包括徑向振動(dòng)軸1.3 TYCON建模向振動(dòng)和圓周方向的振動(dòng)(扭轉振動(dòng)),根據研究,三者TYCON在進(jìn)行齒輪傳動(dòng)和齒輪箱動(dòng)力學(xué)仿真的機械傳動(dòng)200年基本假設及簡(jiǎn)化為5去)。從圖6可以看出,齒輪1的轉速波動(dòng)和激勵變化(1)坐標系與動(dòng)力傳遞方向定義全局坐標系,基本吻合,齒輪4由于后接大轉動(dòng)慣量的負載,轉速波X軸為旋轉軸。動(dòng)力由前主動(dòng)齒輪傳遞到當前從動(dòng)齒動(dòng)很小。齒輪2的轉速波動(dòng)幅值介與前后級齒輪之輪;間,但變化曲線(xiàn)形狀出現了變化。(2)齒輪單元用質(zhì)量點(diǎn)來(lái)描述;齒輪的描述可以考慮1個(gè)或6個(gè)自由度;采用變嚙合剛度、阻尼、側隙等參數描述齒輪嚙合;(3)齒輪軸齒輪和軸的復合單元,有6個(gè)自由度,考慮旋轉和軸向運動(dòng),以及彈性支承剛度;齒輪軸定義為一集中質(zhì)量點(diǎn),用3D模型獲得質(zhì)量和慣量;0.16501701750180.1850190.195020205021(a)齒輪1和齒輪2(4)軸段彈性特性輸入彈性模量、截面積、軸段長(cháng)、彎曲和扭轉截面模量等參數;(5)定義激勵可定義齒輪軸轉速不均勻量。E 0.002圖3為建立的變速箱 TYCON模型。00240004齒輪箱模擬0.16501701750.1801850190.1950202050.21時(shí)間/s2n.o,(b)齒輪3和齒輪4讠郵要。,?？ひ簣D44個(gè)齒輪的轉速波動(dòng)情況→吹-2001650170.1750180.1850190195020205021圖3變速箱的 TYCON模型(a)齒輪1和齒輪2時(shí)間/在該變速箱中,有一些特殊的模型需要考慮:(1)攪油阻尼的確定齒輪的一半浸在油中,需要考慮攪油阻力。額定工況下,假設5%的能量消耗在攪油損失上。這樣可將總的攪油損失分配到4個(gè)齒輪上,進(jìn)而計算出其攪油阻尼。(2)大慣量負載在轉臺上的常阻力矩由實(shí)驗測0.165017017501g01850190195020205021得(b)齒輪3和齒輪4圖54個(gè)齒輪的角加速度變化情況2仿真結果分析建立 TYCON模型后,對多種工況進(jìn)行了仿真2.1系統穩態(tài)工作情況首先對系統穩定運轉工況進(jìn)行了仿真。圖4和圖5分別為4個(gè)齒輪的轉速波動(dòng)加速度波動(dòng)情況0.16501701750180185019019020205從圖中可以看出,穩定情況下,轉速波動(dòng)很小,最時(shí)間/大為0.05mad/s角加速度也很小,最大僅為350md/s2圖63個(gè)齒輪的轉速波動(dòng)情況說(shuō)明該傳動(dòng)系統,穩定工作情況良好。2.2轉速波動(dòng)時(shí),系統工作情況中國煤化工變化情況。齒輪2的在動(dòng)力源的轉速波動(dòng)最大幅值為2%,以正弦規如iHG一加速度幅值變化較CNMH也出現了急劇變化律變化的情況下,進(jìn)行了工作過(guò)程仿真。圖6為3個(gè)可能導致系統大的沖擊。圖8為3個(gè)齒輪的轉矩變化齒輪的轉速(齒輪3由于和齒輪2的值非常接近,故略第31卷第4期基于 TYCON的變速箱動(dòng)力學(xué)仿真情況,從圖中可清楚地看出,在齒輪4的角加速度劇烈矩波動(dòng)峰值的幅度變大;而減小軸的剛度之后,其傳遞變化的0.2s處,其傳遞的轉矩出現了一個(gè)大的峰值,轉矩波動(dòng)峰值的幅度變小,但是出現轉矩波動(dòng)的次數最大值達到100Nm以上,沖擊可能引起振動(dòng)和噪聲。增多,角加速度的幅值增大對齒輪4的轉矩變化進(jìn)行了FT分析得出了其轉矩變化的頻譜圖,見(jiàn)圖9主要的轉矩變化頻率在25Hz~150H范圍內。0.1650170.1750.180185019019020205021時(shí)間/圖11加強后,齒輪1和2的轉矩變化情況0165017017501801850190.195020.205021350圖73個(gè)齒輪的角加速度變化情況飛至最警0864002001701750l8018501965017017501801850190.n95020205021圖12加強后,齒輪4的轉矩變化情況時(shí)間/圖8三個(gè)齒輪的轉矩變化情況0.165 0.170 175 0.180. 185 0.19 0.195時(shí)間300400500600圖13減弱后,三個(gè)齒輪的角加速度變化情況頻率/H圖9齒輪4的轉矩變化頻譜圖2.3加強和減弱第三軸時(shí)系統工作情況為了給系統的結構修改提供方向,對第3軸進(jìn)行了修改,分兩種情況第一種情況是將第3軸上軸段的直徑加大1.5倍;第二種情況為將第3軸上軸段的直016501701750.1801850190195020205021徑減小30%結論通過(guò)仿真,可以得出以下結論:0165017017501801850190.195020205021(1)穩定情況下,轉速波動(dòng)和角加速度都很小。說(shuō)時(shí)間/明該傳動(dòng)系統穩定工作情況良好圖10加強后,三個(gè)齒輪的角加速度變化情況(2)在動(dòng)力源存在2%的轉速波動(dòng)的情況下,齒輪圖10到圖12分別為加強第3軸后,齒輪角加速度轉矩的變化情況。圖13和圖14分別為減弱第3變化中國煤化工寺別在角加速度劇烈現了一個(gè)大的峰值軸后齒輪的角加速度轉矩的變化情況。對比轉矩及沖擊CNMH的轉矩變化頻率在加速度變化可看出,隨著(zhù)傳動(dòng)軸剛度的增加,其傳遞轉25Hz~150H范圍內。機械傳動(dòng)2007年(3)隨著(zhù)傳動(dòng)軸剛度的增加,其傳遞轉矩波動(dòng)峰值展.2005,35(1):37~51的幅度變大;而減小軸的剛度之后,其傳遞轉矩波動(dòng)峰2 Kahraman A. Nonlinear Dynamics of a Geared Rotor- Beating System with值的幅度變小,但是出現轉矩波動(dòng)的次數增多,角加速Multiple Clearances. J of Sound and Vibration, 1991. 144(3): 459-506度的幅值增大3洪清泉,程穎.基于 ADAMS的多級齒輪傳動(dòng)系統動(dòng)力學(xué)仿真.北京理工大學(xué)學(xué)報,2003,23(6):600-693通過(guò)對齒輪傳動(dòng)系統的動(dòng)力學(xué)仿真,可得到各軸4張柏松.多級齒輪傳動(dòng)系統扭振建模及模態(tài)分析,船舶,200(6):的角速度、角加速度、齒輪嚙合力、軸承的受力等參數40-4變化的情況;這些分析結果對于指導變速箱設計有重5 TYCON Users Guide.AM.203要的意義收稿日期:20004收修改稿日期:2006102基金項目:湖北省教育廳重點(diǎn)科研項目(D061302)1王建軍,李其漢,李潤方.齒輪系統非線(xiàn)性振動(dòng)研究進(jìn)展.力學(xué)進(jìn)作者簡(jiǎn)介:鄧曉龍(2-),男湖北荊州人,工學(xué)博土副教授(上接第86頁(yè))式螺旋壓力機進(jìn)行了試驗,其性能表現如下:新式的開(kāi)關(guān)磁阻調速式螺旋壓力機是最好的機型,能(1)滑塊的速度可數字設置,0-最大值(0.9m/s)克服傳統螺旋壓力機的缺點(diǎn),解決本領(lǐng)域長(cháng)期以來(lái)難范圍內無(wú)級調速打擊能量0-最大值(36kJ)范圍內數以解決的數控難題。開(kāi)關(guān)磁阻調速式螺旋壓力機將會(huì )字設定。逐步代替其它傳動(dòng)方式的機型,具有廣闊的應用前景。(2)滑塊行程次數0-最大值(20次/mn)范圍內數字設定。(3)同等打擊能量和滑塊行程次數下,與其它機1周有強崔學(xué)良董志峰機械無(wú)級變速器發(fā)展概述機械傳動(dòng),200型相比,電機輸入電流值最低。29(1):65~682劉潔,王得俊,王麗霞螺旋壓力機傳動(dòng)類(lèi)型選擇機械傳動(dòng),2004,284結束語(yǔ)3夏思淝,郝濱海,夏天赳快卸壓高能螺旋壓力機離合系統性能分(1)摩擦式、液壓式螺旋壓力機因傳動(dòng)速度很難析中國機械工程,200,15(4):338-342控制與調節,而難以達到數控打擊能量的目的。其中黃樹(shù)槐,盧懷亮陳柏金實(shí)用新型專(zhuān)利電動(dòng)機驅動(dòng)的螺旋壓力機摩擦式螺旋壓力機存在耗能大的缺陷,從節約能源考中國專(zhuān)利:03254142.2,2004慮,應限制其使用。黃樹(shù)槐盧懷亮陳柏金實(shí)用新型專(zhuān)利,一種電動(dòng)螺旋壓力機中國(2)離合器式螺旋壓力機結構復雜,伺服式螺旋專(zhuān)利:200420016967.0,20056孫友松,李明亮魏航螺旋壓力機發(fā)展綜述鍛壓裝備與制造技術(shù)壓力機控制系統復雜,雖然數控打擊能量可以實(shí)現但2006,(2):18-21高的成本使其發(fā)展受限。7趙婷婷,賈明全,丁慎言.通風(fēng)機采用開(kāi)關(guān)磁阻調速節能的方法風(fēng)(3)開(kāi)關(guān)磁阻調速驅動(dòng)的螺旋壓力機結構簡(jiǎn)單機技術(shù),2006,(3):41-43成本低、效率高且滑塊速度和打擊能量可準確數控,高如云,韓林元實(shí)用新型專(zhuān)利,電動(dòng)螺旋壓力機中國專(zhuān)利可適用于多種材料、多種工藝和多種變形能量的加工200520012542.7,2006需求經(jīng)過(guò)不同種類(lèi)螺旋壓力機的比較研究可以看出,作者簡(jiǎn)介:趙婷婷(962-),女,山東省瀰博人,碩士,副教授中國煤化工CNMHG