某采棉机传动系统动力学仿真分析

《某采棉机传动系统动力学仿真分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、某采棉机传动系统动力学仿真分析撰文/西南科技大学工程技术中心徐春梅传动系统是棉花收获机械中必不可少的重要部分，其运转的可靠性和稳定性直接影响到采棉机的运行。为了验证设计的合理性，本文运用三维建模软件SolidS虚拟传动系统模型根据采棉机整机设计，总传动系统的位置结构如图1所示。将SolidS软件里面，在ADAMS中给传动系统加上初始条件，配合约束、驱动约束、阻力和阻力矩等。1.施加约束副从SolidS以后，只有该虚拟系统的几何位置关系，需要添加约束关系，具体添加方法及参数在此不一一赘述。系统中除了这些约束以外，还需要给不运动的零部件如变速箱箱体，带座立式轴承等加上对大地的固定约

2、束。另外应当给各零部件逐一添加对应的材料属性，并确定整机系统的重力方向，即可得到各零部件的质量属性参数。2.初步验证载荷的确定进行仿真分析之前，首先应该检验样机模型，以便及时发现和排除建模过程中隐含的错误，以确保后续仿真分析的顺利进行。本文主要通过两个方面对样机模型进行初步验证。(1)人工检验样机模型基本参数：对照实际设计模型详细检验样机各零部件的参数单位、质心位置、质量以及初始装配位置，及时修正样机系统与实际模型有差别的部分。(2)使用ADAMS自检工具检验：利用ADAMS自带的自检工具“ModelVerify”，能够检查出仿真系统是否存在没有约束或过约束的构件，还能计算出样

3、机的自由度等。经过两种检查可以看出，虚拟样机模型建立正确，可以进行后续仿真分析工作。3.施加力在系统中，所有轴的轴线都是与坐标系x轴平行，所以所有的轴受到的来自带传动或者链传动的径向力都在y-z平面内。可根据轴上各零部件装配位置，轴段的长度等其他参数分别计算出各轴支座反力。4.施加阻力矩压棉杆轴、拨轮轴以及螺旋输送器轴都受到外来力矩作用，因此在仿真模拟中，加入相应阻力矩。此处以压棉杆轴所受阻力矩计算为例。在梳齿式采棉机作业过程中，拖拉机带动整机行驶，棉花被经过的梳齿间的缝隙夹持，随着整机前行最终被掳下来。在这个过程中，压棉杆的作用就是防止被夹持的棉株连根拔起。压棉杆上的防拔辊分

4、布有具有方向性的锯齿形状的齿牙。在棉杆受到梳齿的拉力的情况下，压棉杆上的齿将棉杆向下压倒，从而实现防拔起棉杆的功能。棉杆在防拔起的时候要求棉杆表面纤维不被破坏，而棉杆的抗压强度（横纹）σ=3.5MPa。因此可以将压棉杆轴上所受的垂直地面向上的力看成均布载荷，它的正应力应该小于或者等于棉花的抗压强度（σ=3.5MPa）。即该轴上受到的最大阻力矩可按均布荷载σmax=3.5MPa来计算。三、系统动力学仿真分析1.初始条件分析在进行静力学、运动学和静力学分析之前，ADAMS会自动进行初始条件分析，以便在初始系统模型中各物体的坐标与各种运动学约束之间达成协调，这样可以保证系统满足所有的

5、约束条件。本系统中，所有零部件的初始位置一定，初始速度都为零。因此，不用单独求解。2.运动学分析建立系统仿真模型时，将系统中的运动副（构件与地面或构件与构件之间）用系统广义坐标表示为代数方程，即可写出其运动学约束方程组。系统中驱动约束是系统广义坐标和时间的函数，可以将系统运动学约束和驱动约束统一表示为：对上式求导，即有速度约束方程；再次求导即可得加速度方程。在此，仅以变速箱输出轴与风机一级传动轴转速为例，仿真得到图2、图3所示结果。变速箱输出转速为30005.5deg/s（图2），风机一级传动轴转速为60009.75deg/s（图3），即可得知，风机一级传动轴与变速箱输出轴转速

6、比约为2∶1。满足实际设计转速。由以上分析可知，动力传动系统自建立模块运动关系正确，能够合理地表示出该传动系统的运动关系。3.动力学分析（1）动荷系数的研究：静荷是指无加速度或加速度可以忽略的受力状态；动荷有加速度的受力状态。本文中构件等角速转动也为动荷的一种研究状态。在虚拟样机的动力学分析中，可以得到运动过程中各轴承座上的约束反力，这些结果可以与设计过程中求解的静平衡状态下的支座反力进行比较得到载荷的动荷系数，该结果可以反作用于设计过程，确保整机的安全性。由于轴段同一位置的力和应力值成正比，所以动荷系数也可以表示为：接变速箱右端输出的主轴上轴承处的静载荷为：FAd=320N，

7、FBd=169N。而从整个运动仿真过程中测得两支座的动载荷如图4所示。由图4、5可以算出kdmax：由静强度分析结果知道该轴上应力最大处的σstmax=16.558MPa，因此σdmax=36.1MPa，σdmax＜[σ]该轴在运动过程中的强度可以通过校核。（2）变速箱动态特性分析：本文是基于IMPACT函数的接触模式来定义的接触力，接触碰撞模型以Hertz弹性撞击理论分析为基础，能比较准确地模拟变速箱内齿轮啮合时接触力的响应。该传动系统中两齿轮均为运行速度较慢的齿轮，所以齿轮材料选择20C