齒形鏈傳動系統橫向振動特性仿真分析

王文成，郭維霄，田輝，劉曉論

(1．承德石油高等專科學校機械工程系，河北承德067000; 2．承德石油高等專科學校信息中心，河北承德067000;

3．吉林大學鏈傳動研究所，吉林長春130025)

齒形鏈傳動系統橫向振動特性仿真分析

王文成1，郭維霄2，田輝1，劉曉論3

(1．承德石油高等專科學校機械工程系，河北承德067000; 2．承德石油高等專科學校信息中心，河北承德067000;

3．吉林大學鏈傳動研究所，吉林長春130025)

基于Catia和Adams軟件建立了齒形鏈傳動系統的多體動力學仿真模型，研究了齒形鏈與鏈輪傳動過程中的橫向振動特性，分析了主動輪和從動輪扭轉振動以及鏈節的橫向振動的時域響應和頻域響應。結果表明齒形鏈的橫向振動呈現周期性，在嚙合頻率附近振幅最大。

齒形鏈系統;橫向振動;仿真分析

齒形鏈傳動與滾子鏈傳動相比具有高速、重載、低噪聲、低磨損等優點，作為動力和運動傳遞裝置被廣泛地應用于各種機械設備中［1-2］。但是，齒形鏈在高速工況下，橫向振動劇烈，嚴重地限制其運行速度的提高以及運動的準確性和穩定性［3-5］。本文利用Catia三維軟件和Adams多體動力學分析軟件聯合建立了齒形鏈傳動系統的幾何模型和動力學仿真模型，分析了齒形鏈傳動系統中鏈輪的扭轉振動和緊邊鏈段的橫向振動的時域響應和頻域響應。該研究對于提高齒形鏈傳動的平穩性、鏈節定位準確度等方面具有重要的實踐指導意義。

1　幾何模型建立

齒形鏈傳動系統主要由主動輪、從動輪、齒形鏈條三部分組成，在傳動過程中，主動輪將運動和動力傳遞給緊邊鏈段，緊邊鏈段傳遞給從動輪。由于鏈傳動系統的多邊形效應和嚙合沖擊的作用，導致緊邊鏈段產生橫向振動。橫向振動是影響傳動系統運行穩定性和定位準確度的重要因素［6］。

本文利用Catia三維建模軟件建立了齒形鏈傳動系統的幾何模型，如圖1所示［7］。該模型由主動輪、從動輪和齒形鏈組成。其中鏈輪齒數Z1=19，Z2=30，齒形鏈節距P=15．875，4×5型，節數LP=50，中心距C=200．463 mm。

2　動力學模型建立

將創建好的幾何模型導入到多體動力學軟件Adams中，給模型添加合理的運動副和約束如下:在主動輪輸入軸軸心處添加驅動(Motion);在從動鏈輪輸出軸軸心處添加負載轉矩(Torque);在主從動鏈輪與大地、鏈板與銷軸、導板與銷軸之間添加旋轉副(Revolute)，在旋轉副上定義摩擦，模擬相對轉動和摩擦阻力，保證仿真模型能夠準確地反映系統的動力學特征;在鏈板與銷軸、鏈板與鏈輪之間分別添加接觸力(Contact)［8］。施加邊界條件后的齒形鏈傳動系統的動力學模型如圖2所示。

仿真時，為了還原真實工況條件，在主動鏈輪上添加1 000 rpm的轉速，從動輪上添加阻力矩45 kN，用來模擬負載并保持齒形鏈處于張緊狀態。

3　仿真結果分析

圖3和圖4表示的是齒形鏈傳動系統動力學模型仿真結果數據提取，得到的鏈輪扭轉振動的時域響應和頻域響應結果。分析圖3(b)和圖4(b)主、從動輪的扭轉振動頻域響應結果曲線發現，主動輪扭轉振動的振幅峰值發生在主動輪轉速1 000 rpm條件下的嚙合激勵頻率316．67 Hz附近，且隨著頻率的增加，振幅逐漸降低。而從動輪的振動峰值發生在嚙合頻率及其諧波頻率附近。比較以上兩圖可見，主動輪扭轉振動中各個諧波振動成分均不明顯，而從動輪扭轉振動中二次諧波頻率成分較為明顯。

圖5為鏈節橫向振動時域響應與頻域響應結果曲線，分析發現，在多邊形效應和嚙合沖擊作用的影響下，鏈節橫向振動過程中明顯出現周期性的橫向振動峰值。從圖5(b)頻域分析可知，鏈節橫向振動的主要頻率成分依然是其嚙合頻率及其諧波成分。鏈節的橫向振動最大幅值發生在嚙合頻率附近。

4　結論

本文針對齒形鏈傳動系統進行了動力學仿真分析，得到以下結論:主動輪扭轉振動中的主要振動頻率成分為嚙合頻率，而從動鏈輪的主要振動頻率成分為嚙合頻率及二次諧波振動頻率。鏈節橫向振動的主要頻率成分同樣是嚙合頻率及其諧波成分，鏈節的橫向振動在嚙合頻率附近振幅最大。該研究結果對于解決齒形鏈傳動的平穩性、提高鏈節定位精度等有著十分重要的意義。

［1］鄭志峰，王義行，柴邦衡．鏈傳動［M］．北京:機械工業出版社，1984．

［2］孟繁忠．齒形鏈嚙合原理［M］．北京:機械工業出版社，2008．

［3］張京正，王勇，薛云娜．發動機正時鏈波動與沖擊特性［J］．山東大學學報(工學版)，2007，37(2):30－33．

［4］鄧強．新型Hy-Vo齒形鏈的剛柔耦合接觸動力學分析及試驗研究［D］．長春:吉林大學，2012．

［5］李啟海．新型Hy-Vo齒形鏈的嚙合分析及其設計［D］．長春:吉林大學，2007．

［6］馮增銘，孟繁忠，李純濤．新型齒形鏈的嚙合機制及仿真分析［J］．上海交通大學學報，2005，39(9):1427－1430．

［7］崔盟軍，宋英杰，李巍杭，等．三維建模軟件在工程制圖教學中的應用［J］．承德石油高等專科學校學報，2010(10): 68－71．

［8］陳立平，張云清，任衛群，等．機械系統動力學分析及ADAMS應用教程［M］．北京:清華大學出版社，2005．

簡訊

我校召開教育教學研究學術征文頒獎暨學術研討會12月30日，我校召開2014年教育教學研究學術征文活動頒獎暨學術研討會，總結、交流本次活動的成果，表彰獲獎單位與個人。會議由副校長于立國主持，副校長田乃林宣讀了表彰決定。機械工程系、外語與旅游系、工業技術中心獲得優秀組織獎，張黎明等11人獲得一等獎、張寶樹等15人獲得二等獎、付德永等22人獲得三等獎。

Simulation Research on Lateral Vibration of Silent Chain Drive System

WANG Wen-cheng1，GUO Wei-xiao2，TIAN Hui1，LIU Xiao-lun3
(1．Department of Mechanical Engineering，Chengde Petroleum College，Chengde 06700，Hebei，China; 2．Information Center，Chengde Petroleum College，Chengde 06700，Hebei，China; 3．Chain Transmission Institute，Jilin University，Changchun 130025，Jilin，China)

The lateral oscillation simulation model of silent chain drive system was created based on the software of Catia and Adams，and then lateral vibration feature during the chain drive was researched．The time domain response and frequency domain response of Torque vibration and lateral vibration was analyzed．The results showed that the lateral vibration is periodic，and the maximum amplitude occurrs at the place near the meshing frequency．

silent chain drive system;lateral vibration;simulation analysis

TH132

A

1008-9446(2015)01-0025-03

2014-12-02

王文成(1985－)，男，河北滄州人，承德石油高等專科學校機械工程系講師，博士，主要從事高速鏈傳動理論及應用以及微型智能機械系統方面研發工作。