基于ADAMS的行星齿轮机构的运动学分析及仿真.docxVIP

基于ADAMS的行星齿轮机构的运动学分析及仿真

黎高进

【摘要】本文以一种内啮合行星齿轮机构为研究对象,对其运动进行了运动学分析和仿真研究.在其机构运动学分析基础上,通过Solidworks建立了机构的实体模型,导入Adams中分析了运动特性,仿真效果直观展示了该机构的工作状态,最终获得机构运动仿真结果与机构运动学分析结果基本一致,为该机构在实际应用及后续研究中提供了一种有效、可行的方法和结果.

【期刊名称】《南方农机》

【年(卷),期】2018(049)019

【总页数】2页(P49-50)

【关键词】行星机构;运动学分析;Adams;仿真

【作者】黎高进

【作者单位】桂林电子科技大学机电工程学院,广西桂林541004

【正文语种】中文

【中图分类】TH132.425

在行星齿轮机构产品试制之前，对机构的运动过程进行计算机仿真，以获得设计机构在真实工作条件下的运动性能，对于缩短研发周期、减少研究失误、节省试制费用和提高设计质量有着很重要的意义。ADAMS是集成建模、求解和可视化技术为一体的运动仿真软件，是当今世界上应用范围最广的机械系统动力学仿真分析平台之一[1]。它已成功应用于汽车工程、航空航天、铁路车辆和工程机械等领域。

1机构运动学分析

本文研究的一种内啮合行星齿轮机构，由一个内齿轮、一个行星齿轮和一个行星架组成，不属于典型的行星轮系[2]。首先，对内啮合行星齿轮机构进行运动学分析，其简化的运动简图，如图1（a）所示。

图1内啮合行星齿轮机构运动简图

为方便进行运动分析，做出以下合理的假设：

1）行星架以匀角速度ωH=3600/s绕固定轴O转动，并带动分度圆半径为r的行星齿轮1在分度圆半径为R的固定的内齿轮2上作纯滚动；

2）行星齿轮1绕动轴A转动，两齿轮分度圆相切接触在C点；

3）忽略各关节的摩擦和阻尼，且系统无能量耗散。

根据图1和假设条件可知：行星齿轮1作平面运动。由于行星齿轮1在固定的内齿轮2上纯滚动，接触点C的速度VC=0，A点的速度的大小为：

其方向如图1(b)所示。

取A点作基点。将C点的速度公式：

向VA方向投影得：

故，行星齿轮1的角速度：

查阅机械设计手册齿轮设计部分的资料，得到：分度圆直径d=m×Z，将表1相应参数值代入，计算得到：R=418.125mm,r=18.125。取中心距a=400mm。

若取逆时针转动为正方向，当行星架逆时针绕固定轴O每秒转360°时，行星齿轮绕动轴A自转，顺时针每秒转7944.84°，即为相对运动速度；与此同时，由机械原理相关知识可知：行星齿轮在行星架的带动下绕固定轴O公转，行星齿轮相对保持静止不动的行星架，顺时针每秒转360°，即为牵连运动速度，最终行星齿轮相对保持静止不动的行星架，顺时针每秒转8304.84°，即为绝对运动速度。

2Solidworks建模

选取该机构的齿轮参数如表1所示，建立实体模型如图2所示。其中，行星架长度L=420mm，宽度w=30mm，厚度b=2mm。

表1内啮合行星齿轮机构的齿轮参数名称齿宽（b）行星齿轮130mm内齿轮220mm模数（m）1.25mm1.25mm齿数（Z）29齿669齿压力角（α）20°20°

为高效、精准地建立模型，使用Solidworks及其插件工具箱（GearTrax），依据表中的参数，绘制零部件并进行装配。

图2内啮合行星齿轮机构实体模型1.行星齿轮1；2.行星架；3.内齿轮2。

根据该机构运动学分析，在Solidworks装配体中，设定各构件间的位置和约束关系。为了提高导入Adams进行运动学分析处理的效率，把能产生相对运动的零部件行星齿轮1、行星架和内齿轮2作为单个独立构件，导出为“Parasolid（*x_t)”文件格式，对于复杂的模型，这样做可以减少零部件的数目，降低机构模型的复杂度。

3Adams运动仿真

将Solidworks建立的模型，导入Adams进行运动学仿真，进一步分析验证机构运动学分析的结果[3]。在Adams中，可以根据需要编辑导入模型及其构成构件的名称、位置、颜色和材料属性等信息[4]。

该机构涉及多体运动学的问题，侧重考虑Marker点与Marker点之间的关系，与模型的外形外观属性关系不大。Marker点称为连体坐标系或局部坐标系，带有方向性，与构件固定在一起，随构件一起移动或转动，与构件不发生相对运动。

在ADAMS/VIEW中仿真的关键就是创建与选择正确的Marker点。通过捕抓构件几何特征，如圆心、顶点等信息，初定一个Marker点的位置，然后通过修改其相对全局坐标系的方位坐标值，建立准确的Marker点。针对本模型，在行星架上分别创建Marker_1、Marker_2和Marker_3，在内齿轮上创建Marker