第31卷第4期基于 TYCON的變速箱動力學仿真文章編號:1004-2539(200)04-0093-04基于 TYCON的變速箱動力學仿真(三峽大學機械與材料學院,湖北宜昌40)鄧曉龍(奇瑞汽車工程研究院動力總成開發(fā)部,安徽蕪潮400)劉國慶摘要為了研究齒輪傳動系統(tǒng)的動力學特性,采用 TYCON軟件建立了某變速箱的動力學模型,該模型考慮了時變嚙合剛度、嚙合阻尼、輪齒嚙合綜合誤差、原動機和負載的動態(tài)輸入、傳動軸的扭轉(zhuǎn)及彎曲剛度等因素。通過仿真,得到了多級齒輪傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性,包括穩(wěn)態(tài)、轉(zhuǎn)速波動等情況下的各軸及齒輪的轉(zhuǎn)速、角加速度、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)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。關鍵詞變速箱動力學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系,可以認為徑向和軸向振動是以扭轉(zhuǎn)振齒輪傳動系統(tǒng)的振動特性直接影響機械裝備的工動為激振力而產(chǎn)生的振動。在這三種振動中,扭轉(zhuǎn)振作性能國內(nèi)外學者以非線性振動理論為基礎以齒輪動是系統(tǒng)的主要振動。為了簡化,本研究結(jié)果分析主嚙合過程的時變嚙合剛度、嚙合阻尼和齒側(cè)間隙等非要考慮系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動。線性因素為核心,對齒輪傳動系統(tǒng)振動問題進行了大齒輪副扭轉(zhuǎn)振動模型如圖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(zhuǎn)動慣量基圓半徑、外載荷力矩;和系統(tǒng)特性等方面1。近年來,隨著研究的深入和分下標12分別表示主動齒輪和從動齒輪。e(t)為輪齒析工具的進步,在實際傳動系統(tǒng)的動力學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展,不少研究者基于 ADAMS、Mat-尼。ldb/ Simlink等軟件來建立仿真模型2-4,并在模型中考慮時變嚙合剛度等因素對系統(tǒng)特性的影響。采用這些軟件建模的過程中,需要自己建立齒輪嚙合剛度等模型。AVL公司的 TYCON軟件可進行齒輪傳動和齒輪箱動力學仿真,軟件中包含有輪齒嚙合模型,可根據(jù)從動齒輪輸人的齒輪參數(shù),計算出嚙合剛度、嚙合阻尼等,能大主動齒輪大縮短建模時間,以方便對系統(tǒng)特性的深入研究。圖1齒輪副扭轉(zhuǎn)振動模型某變速箱運轉(zhuǎn)過程中尤其是啟動和制動階段,出12變速箱結(jié)構現(xiàn)較大的振動。由于該裝置要求響應迅速、運轉(zhuǎn)平穩(wěn),圖2為所研究的變速箱的傳動簡圖,系統(tǒng)由3根振動現(xiàn)象影響了該裝置的性能。因此,在改進型的設傳動軸4個齒輪組成。第3軸拖動一個大轉(zhuǎn)動慣量計中,需要從理論上對傳動系統(tǒng)本身的動力學特性等的負載。方面進行研究,分析產(chǎn)生振動的原因,研究解決的辦法,指導改進型樣機的設計。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,對其進行了動力學仿真。1變速箱仿真模型第Ⅱ軸11多級齒輪傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動TYCON建立的變速箱仿真模型考慮了系統(tǒng)的扭中國煤化工轉(zhuǎn)振動和彎曲振動問題。CNMHG多級齒輪傳動系統(tǒng)的振動現(xiàn)象包括徑向振動軸1.3 TYCON建模向振動和圓周方向的振動(扭轉(zhuǎn)振動),根據(jù)研究,三者TYCON在進行齒輪傳動和齒輪箱動力學仿真的機械傳動200年基本假設及簡化為5去)。從圖6可以看出,齒輪1的轉(zhuǎn)速波動和激勵變化(1)坐標系與動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(zhuǎn)動慣量的負載,轉(zhuǎn)速波X軸為旋轉(zhuǎn)軸。動力由前主動齒輪傳遞到當前從動齒動很小。齒輪2的轉(zhuǎn)速波動幅值介與前后級齒輪之輪;間,但變化曲線形狀出現(xiàn)了變化。(2)齒輪單元用質(zhì)量點來描述;齒輪的描述可以考慮1個或6個自由度;采用變嚙合剛度、阻尼、側(cè)隙等參數(shù)描述齒輪嚙合;(3)齒輪軸齒輪和軸的復合單元,有6個自由度,考慮旋轉(zhuǎn)和軸向運動,以及彈性支承剛度;齒輪軸定義為一集中質(zhì)量點,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、彎曲和扭轉(zhuǎn)截面模量等參數(shù);(5)定義激勵可定義齒輪軸轉(zhuǎn)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時間/s2n.o,(b)齒輪3和齒輪4讠郵要。,?？ひ簣D44個齒輪的轉(zhuǎn)速波動情況→吹-2001650170.1750180.1850190195020205021圖3變速箱的 TYCON模型(a)齒輪1和齒輪2時間/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個齒輪上,進而計算出其攪油阻尼。(2)大慣量負載在轉(zhuǎn)臺上的常阻力矩由實驗測0.165017017501g01850190195020205021得(b)齒輪3和齒輪4圖54個齒輪的角加速度變化情況2仿真結(jié)果分析建立 TYCON模型后,對多種工況進行了仿真2.1系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工作情況首先對系統(tǒng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)工況進行了仿真。圖4和圖5分別為4個齒輪的轉(zhuǎn)速波動加速度波動情況0.16501701750180185019019020205從圖中可以看出,穩(wěn)定情況下,轉(zhuǎn)速波動很小,最時間/大為0.05mad/s角加速度也很小,最大僅為350md/s2圖63個齒輪的轉(zhuǎn)速波動情況說明該傳動系統(tǒng),穩(wěn)定工作情況良好。2.2轉(zhuǎn)速波動時,系統(tǒng)工作情況中國煤化工變化情況。齒輪2的在動力源的轉(zhuǎn)速波動最大幅值為2%,以正弦規(guī)如iHG一加速度幅值變化較CNMH也出現(xiàn)了急劇變化律變化的情況下,進行了工作過程仿真。圖6為3個可能導致系統(tǒng)大的沖擊。圖8為3個齒輪的轉(zhuǎn)矩變化齒輪的轉(zhuǎn)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的變速箱動力學仿真情況,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(zhuǎn)矩出現(xiàn)了一個大的峰值,轉(zhuǎn)矩波動峰值的幅度變小,但是出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩波動的次數(shù)最大值達到100Nm以上,沖擊可能引起振動和噪聲。增多,角加速度的幅值增大對齒輪4的轉(zhuǎn)矩變化進行了FT分析得出了其轉(zhuǎn)矩變化的頻譜圖,見圖9主要的轉(zhuǎn)矩變化頻率在25Hz~150H范圍內(nèi)。0.1650170.1750.180185019019020205021時間/圖11加強后,齒輪1和2的轉(zhuǎn)矩變化情況0165017017501801850190.195020.205021350圖73個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(zhuǎn)矩變化情況時間/圖8三個齒輪的轉(zhuǎn)矩變化情況0.165 0.170 175 0.180. 185 0.19 0.195時間300400500600圖13減弱后,三個齒輪的角加速度變化情況頻率/H圖9齒輪4的轉(zhuǎn)矩變化頻譜圖2.3加強和減弱第三軸時系統(tǒng)工作情況為了給系統(tǒng)的結(jié)構修改提供方向,對第3軸進行了修改,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(jié)論通過仿真,可以得出以下結(jié)論:0165017017501801850190.195020205021(1)穩(wěn)定情況下,轉(zhuǎn)速波動和角加速度都很小。說時間/明該傳動系統(tǒng)穩(wěn)定工作情況良好圖10加強后,三個齒輪的角加速度變化情況(2)在動力源存在2%的轉(zhuǎn)速波動的情況下,齒輪圖10到圖12分別為加強第3軸后,齒輪角加速度轉(zhuǎn)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(xiàn)了一個大的峰值軸后齒輪的角加速度轉(zhuǎn)矩的變化情況。對比轉(zhuǎn)矩及沖擊CNMH的轉(zhuǎn)矩變化頻率在加速度變化可看出,隨著傳動軸剛度的增加,其傳遞轉(zhuǎn)25Hz~150H范圍內(nèi)。機械傳動2007年(3)隨著傳動軸剛度的增加,其傳遞轉(zhuǎn)矩波動峰值展.2005,35(1):37~51的幅度變大;而減小軸的剛度之后,其傳遞轉(zhuǎn)矩波動峰2 Kahraman A. Nonlinear Dynamics of a Geared Rotor- Beating System with值的幅度變小,但是出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩波動的次數(shù)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的多級齒輪傳動系統(tǒng)動力學仿真.北京理工大學學報,2003,23(6):600-693通過對齒輪傳動系統(tǒng)的動力學仿真,可得到各軸4張柏松.多級齒輪傳動系統(tǒng)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(shù)40-4變化的情況;這些分析結(jié)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:湖北省教育廳重點科研項目(D061302)1王建軍,李其漢,李潤方.齒輪系統(tǒng)非線性振動研究進展.力學進作者簡介:鄧曉龍(2-),男湖北荊州人,工學博土副教授(上接第86頁)式螺旋壓力機進行了試驗,其性能表現(xiàn)如下:新式的開關磁阻調(diào)速式螺旋壓力機是最好的機型,能(1)滑塊的速度可數(shù)字設置,0-最大值(0.9m/s)克服傳統(tǒng)螺旋壓力機的缺點,解決本領域長期以來難范圍內(nèi)無級調(diào)速打擊能量0-最大值(36kJ)范圍內(nèi)數(shù)以解決的數(shù)控難題。開關磁阻調(diào)速式螺旋壓力機將會字設定。逐步代替其它傳動方式的機型,具有廣闊的應用前景。(2)滑塊行程次數(shù)0-最大值(20次/mn)范圍內(nèi)數(shù)字設定。(3)同等打擊能量和滑塊行程次數(shù)下,與其它機1周有強崔學良董志峰機械無級變速器發(fā)展概述機械傳動,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類型選擇機械傳動,2004,284結(jié)束語3夏思淝,郝濱海,夏天赳快卸壓高能螺旋壓力機離合系統(tǒng)性能分(1)摩擦式、液壓式螺旋壓力機因傳動速度很難析中國機械工程,200,15(4):338-342控制與調(diào)節(jié),而難以達到數(shù)控打擊能量的目的。其中黃樹槐,盧懷亮陳柏金實用新型專利電動機驅(qū)動的螺旋壓力機摩擦式螺旋壓力機存在耗能大的缺陷,從節(jié)約能源考中國專利:03254142.2,2004慮,應限制其使用。黃樹槐盧懷亮陳柏金實用新型專利,一種電動螺旋壓力機中國(2)離合器式螺旋壓力機結(jié)構復雜,伺服式螺旋專利: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壓力機控制系統(tǒng)復雜,雖然數(shù)控打擊能量可以實現(xiàn)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.通風機采用開關磁阻調(diào)速節(jié)能的方法風(3)開關磁阻調(diào)速驅(qū)動的螺旋壓力機結(jié)構簡單機技術,2006,(3):41-43成本低、效率高且滑塊速度和打擊能量可準確數(shù)控,高如云,韓林元實用新型專利,電動螺旋壓力機中國專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)過不同種類螺旋壓力機的比較研究可以看出,作者簡介:趙婷婷(962-),女,山東省瀰博人,碩士,副教授中國煤化工CNMHG