基于ADAMS的齒輪嚙合過程中齒隙的研究

張 晨，崔彧青

（裝甲兵工程學院，北京 100072）

基于ADAMS的齒輪嚙合過程中齒隙的研究

張 晨，崔彧青

（裝甲兵工程學院，北京 100072）

利用Solidworks和GearTrax建立一對齒輪的三維模型，借助虛擬樣機分析軟件ADAMS，對該齒輪對的嚙合進行仿真分析，研究不同的齒隙對齒輪嚙合的影響，以期為日后相關工作的順利進行提供參考和借鑒。

齒輪；齒隙；三維模型；接觸剛度

在實際應用中，一對相互嚙合的齒輪之間必須存在一定的齒隙，否則，齒輪非常可能因為摩擦發熱膨脹導致卡死。同時，齒輪齒廓之間還需要潤滑，在相互嚙合的齒輪之間需要一層油膜以潤滑散熱。然而，齒側間隙的存在會使得齒輪副在工作時表現出明顯的非線性特征，不僅會影響齒輪傳動，更會進一步影響減速箱傳動的平穩性。因此，研究齒側間隙對齒輪傳動的影響，對于指導齒輪設計和疲勞預測等都具有重大的工程意義。

1 三維實體建模

Solidworks是一套機械設計自動化軟件，采用用戶熟悉的Windows圖形界面，操作簡便、易學易用，它在機械、汽車和航空等領域得到了廣泛的應用。

在Solidworks2014中，借助齒輪設計插件GearTrax建立齒輪對的三維模型。這對齒輪的齒數分別為18和28，模數為2.54，均為直齒圓柱齒輪，實體模型如圖1所示。

圖1 實體模型

2 動力學仿真軟件ADAMS

ADAMS，即機械系統動力學自動分析，是美國MSC公司開發的虛擬樣機分析軟件。目前，ADAMS已經被全世界各行各業的數百家主要制造商采用。ADMAS軟件由基本模塊、擴展模塊、接口模塊、專業領域模塊和工具箱5類模塊組成，用戶可以采用通用模塊仿真一般機械系統。

在Solidworks中，建好的三維模型保存成parasolid格式，其拓展名為*.X_T，并通過mechanism/Pro接口將其導入ADAMS。在ADAMS中，先檢驗模型各部分的完整性，然后對模型各個構件重命名，最后為各個構件添加質量信息。

3 約束和接觸力的計算

小齒輪與大地之間添加轉動副joint_1，大齒輪與大地之間添加轉動副joint_2.關于齒輪與齒弧之間的接觸，其本質是2齒輪之間的接觸。根據Hertz接觸理論計算齒輪的接觸剛度，剛度K一般取決于材料屬性和接觸球半徑，剛度計算公式為：

添加約束之后的虛擬模型如圖2所示。

圖2 虛擬模型

4 仿真計算

在運動副joint_1上添加正弦運動motion_1：5*sin（10*time），如圖3所示。

圖3 添加驅動

一對漸開線標準齒輪無側隙嚙合時，其分度圓與節圓重合，安裝中心距為：

式（2）中：a為標準安裝中心距，標準齒輪按標準中心距安裝，即可實現無側隙嚙合。

因此，人為調整安裝中心距距離，可以控制齒隙的大小，進而分析齒隙對齒輪嚙合的影響。仿真實驗分成3組，中心距與標準安裝中心距的差值分別為0 mm、1 mm、2 mm，其仿真結果如圖4、圖5、圖6所示。

從圖4、圖5、圖6中可以看出，齒隙越大，齒輪角速度到達最快速度所需時間越長，齒輪系統的快速性和精度會受到影響。

圖4 0 mm距離差值時齒輪嚙合角速度

圖5 1 mm距離差值時齒輪嚙合角速度

5 結束語

本文利用Solidworks和GearTrax建立一對齒輪的三維模型，借助虛擬樣機分析軟件ADAMS對該齒輪對的嚙合進行仿真分析。研究發現，在不同的齒隙下，齒輪嚙合受到了影響，齒隙越大，齒輪嚙合的精度影響越大。

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〔編輯：白潔〕

TH132.4

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.13.027

2095-6835（2017）13-0027-03

張晨（1993—），男，湖北宜昌人，碩士研究生，主要研究方向為控制科學與控制工程。