基于RecurDyn的偏心鏈傳動仿真分析

何偉棟 陳樺 王潤鑫

摘要：為了研究鏈傳動中主動鏈輪存在偏心誤差時對其動力學特性的影響，在多體動力學仿真軟件RecurDyn中，分別建立了無偏心誤差鏈傳動模型和存在偏心誤差模型，進行動力學仿真分析，得到了兩種模型的各主要參數的動力學響應變化情況。

關鍵詞：鏈傳動;偏心;RecurDyn;仿真分析

中圖分類號：TH132.45? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2020）20-0041-02

0? 引言

鏈傳動是由鏈輪和鏈條組成的一種撓性傳動裝置 [1]，通過輪齒與鏈節嚙合來傳遞運動和動力。鏈傳動無整體打滑現象和彈性滑動，能保持準確的傳動比，且其制造及安裝精度要求較低[2]。

由于鏈傳動系統中制造及裝配產生的誤差，導致鏈輪與輸入軸的幾何旋轉中心不能完全重合，最終將導致鏈輪繞其安裝軸承的中心線呈周期性作弓形回轉。為了分析由于偏心誤差對其動力學性能造成的影響，本文在多體動力學仿真軟件RecurDyn中建立鏈傳動模型，并對其分別進行無偏心鏈傳動及偏心鏈傳動動力學仿真[3-4]。

1? 鏈傳動模型的建立

RecurDyn軟件中特有的Chain模塊可快速準確的實現鏈傳動模型的創建以及裝配[5]，并自動完成相應約束的創建，通過使用該模塊可以有效的解決鏈傳動三維模型的創建及裝配難題。

在Toolkit工具包命令中選擇Chain模塊，鏈輪及鏈條參數如表1和表2所示，完成無偏心鏈傳動仿真模型的創建如圖1所示。

2? 動力學仿真分析

2.1 鏈輪的動力學響應

當鏈傳動不存在偏心情況時，得到的主動輪與從動輪的速度變化曲線如圖2所示。由圖2可以看出由于主動輪角速度設定為恒定值以及啟動瞬間產生的沖擊震蕩的影響，從動輪的角速度有較大波動，0.4s左右以后開始趨于穩定。又由于鏈傳動本身存在著多邊形效應，所以從動輪角速度保持在5rad/s上下波動。

當主動輪與驅動軸之間存在偏心情況仿真得到主動輪與從動輪的速度變化曲線如圖3所示。由圖3可知啟動以后由于沖擊震蕩的影響從動輪角速度在0.5s左右以后開始趨于穩定。

2.2 鏈節的動力學響應

歐拉角坐標下鏈節在無偏心及偏心狀態下的質心點角度變化情況分別如圖4、圖5所示。從圖4、圖5中可以看出在啟動階段由于啟動沖擊的影響，兩種狀況下的鏈節角度變化波動差異不大，但是當渡過啟動階段后，無偏心鏈輪的鏈節波動情況明顯減少，鏈節開始呈周期性波動。而存在偏心的鏈傳動系統鏈節角度波動仍然較大，這是由于該鏈輪存在偏心情況，導致鏈輪與鏈節的嚙合位置置在Y方向上呈周期性變化，將導致鏈條在其運行平面內上下抖動。

取鏈節1的瞬時速度變化情況如圖6、圖7所示。從圖6、圖7中可知當鏈節嚙入主動輪時其瞬時速度將會有較大波動。當主動輪旋轉無偏心時鏈節的最大瞬時速度為1401.38mm/s，當主動輪旋轉存在偏心誤差時其最大瞬時速度為1931.75mm/s。對比可知存在偏心誤差的鏈輪對于鏈節的瞬時速度影響較大，而這種明顯的速度波動將導致鏈節的運動狀況更加不平穩。

3? 結論

本文利用多體動力學仿真軟件RecurDyn對鏈傳動系統分別進行了鏈輪無偏心誤差仿真及鏈輪存在偏心誤差仿真。對兩種情況下鏈節及鏈輪的動力學仿真結果進行了分析比較。結果表明：當鏈傳動主動輪旋轉存在較小的偏心誤差時在啟動階段會加長從動輪的轉速震蕩時間，當震蕩結束后，對其固有的速度波動特性影響不大。但鏈輪存在偏心誤差將導致鏈節的質心位置及速度波動明顯加劇，鏈節的質心位置波動即其抖動更加明顯，鏈節的瞬時速度在啟動階段波動更加嚴重。故在工程實際中，對于輸送用鏈傳動系統，應盡量避免鏈輪安裝存在偏心誤差。

參考文獻：

[1]濮良貴，紀名剛.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2001：170-173.

[2]侯紅玲，趙永強.基于RecurDyn的精密滾子鏈傳動的運動特性仿真分析[J].機械傳動，2014，38（11）：148-151.

[3]劉雨，趙俊天.基于Recurdyn的滾子輸送鏈爬行現象仿真與分析[J].機械傳動，2016，40（02）：137-141.

[4]程明.基于Recurdyn鏈傳動的仿真與分析[J].機械設計，2013，30（09）：42-46.

[5]郝馳宇，閆鵬程，孫華剛，劉超.基于RecurDyn的鏈傳動動力學故障仿真分析[J].機械傳動，2014，38（10）：173-176.