方向机刚柔耦合动力学仿真研究.pdf

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1、CAD／CAE／CAPP／CAM现代制造j：程(ModernManufacturingEngineering)2011年第7期方向机刚柔耦合动力学仿真研究王炎，马吉胜，邓辉咏，刘海平(军械工程学院火炮工程系，石家庄050003)摘要：以多体接触理论和刚柔耦合动力学理论为基础，综合考虑方向机齿轮啮合冲击与传动轴、轴承及箱体弹性振动的耦合作用，建立方向机刚柔耦合虚拟样机模型。针对其在最恶劣调炮【况F的激励对方向机动态响应进行仿真，分析柔性体的弹性振动对齿轮啮合力的影响。结果表明：考虑柔件体后初始啮合冲击力下降明湿，稳定后刚柔耦合模型的啮合力振

2、动幅值显著大于多刚体模型。研究工作对方向机动载工况下的优化设计有着蓖要的意义。关键词：啮合力；刚柔耦合；模态综合法；Virtual．LabMotion软件中图分类号：THl32文献标志码：A文章编号：167l_313312011)07--0050----04Dynamicssimulationandresearchonrigid-flexiblecoupledtraversinggearboxWANGYan，MaJi—sheng，DENGHui—yong，LIUHai-ping(OrdnanceEngineeringCollege，Shi

3、jiazhuang050003，China)Abstract：Basedonthetheoriesofmulti-bodycontactandflexiblebodydynamics，consideringthecoupledinfluenceofmeshingimpactandflexiblevibrationsofshafts，bearingsandgearbox，therigid-flexiblecoupledvirtualprototypesoftraversinggearboxayeestablished．Fortheworst

4、loadssituation，theinfluenceofflexiblebodyvibrationtomeshingforceisanalyzed．Theresultsindicatethat，consideringoftheinfluenceofflexiblebody，theimpactforceisreducedclearlyatthebeginning，andthenthemeshingforceofcoupledmodelislargerthanthemulti-bodymodel．Theseresearcheshaveimp

5、ortantsignificanceforthedynamicoptimizationdesignandfatiguelifepredictionoftraversinggearbox．Keywords：meshingforce；rigid-flexiblecoupled；modalitysynthesismethod；Virtual．LabMotionO引言力，为复杂工况下的方向机设计提供新的方法。舰炮依靠方向机传递动力，驱动炮塔总成完成调炮瞄准动作。由于炮塔总成在调炮过程中惯性负载很大，方向机输出端齿轮啮合力及轴承支承力也很大，齿轮轴

6、、轴承和箱体的弹性振动与啮合力之间的耦合作用不可忽略。以往学者在建立齿轮系统模型时，通常在齿轮节圆处施加激励力，分析箱体的动力学响应【l引，但该种方法未考虑支承的弹性振动与齿轮啮合力的耦合。近年来，已有学者基于赫兹接触理论对齿轮动态啮合过程进行研究，得到齿轮啮合过程的动态啮合力p剖。但该方法也未考虑支承系统和轴的弹性对啮合力的耦合作用，当支承和轴变形较大时，不能得到啮合力的正确响应。本文基于赫兹接触理论和刚柔耦合建模理论，以Virtual．LabMotion软件为建模平台，综合考虑齿轮啮合力与轴、轴承和箱体弹性振动之间的耦合作用，建立方向

7、机刚柔耦合动力学模型，通过数值仿真得到耦合作用F齿轮动态啮合501齿轮接触力模型齿轮在啮合过程中，接触力可分解为齿面法向接触力和切向摩擦力，计算式为：f严=Fn+f{F。=max[Kg。+Cstep(g，0，0，g一，1)宣，o]n【F。；／：。弘(”．，口，，p，，口d，肛。)n．式中：P～为总接触力；F。为齿面法向接触力；rt为接触面的法线单位矢量；K为齿轮接触刚度系数；g为穿透量；g一为最大穿透量；毒为穿透速度；e为力指数；C为最大碰撞阻尼；step(g，0，0，g一，1)为三次多项式逼近的海赛阶跃函数，当g=0时，阻尼系数为0，当

8、g=g一时，阻尼系数为l；max[]函数用以限制接触力为非负值；F，为切向摩擦力以为法向接触力的代数值渺为摩擦因数，凡．为相对滑移单位矢量；口．为接触面相对滑移速度；t，，为静摩擦速度阈值；地