基于ADAMS的动力钳齿轮传动系统动态载荷仿真分析.pdf

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1、基于ADAMS的动力钳齿轮传动系统动态载荷仿真分析口熊倪口王匀口郭玉琴口黄贤振江苏大学机械工程学院江苏镇江212013摘要：以动力钳齿轮传动系统为研究对象，基于Hertz接触理论在计算齿轮啮合接触力方面的应用，对齿轮传动系统进行了动态特性的研究。以UG和ADAMS软件为工具。建立动力钳齿轮传动系统的动力学仿真模型，并施加约束、栽荷、驱动以及齿轮啮合接触力参数，得到了齿轮啮合力在不同状态下的变化规律。结果表明，仿真与理论计算值相吻合，仿真方法及接触力计算正确。具有较高的可靠性与准确性，可为动力钳传动系统的

2、设计与计算提供依据。关键词：动力钳齿轮传动接触力动力学仿真ADAMS中图分类号iTH132．4文献标志码：A文章编号：1000—4998(2016101—0011—03动力钳作为石油钻井中重要的井口工具，广泛适表1各齿轮参数用于海洋和陆地钻井以及修井作业时上、卸管柱丝扣齿轮名称齿数模数，Hlm压力角)变位因数作业，其由钳体、液压马达、传动机构、变速机构、卡紧输人齿轮2212200机构、复位机构、制动机构、悬挂系统、液压系统及气动惰轮l241220O系统等组成。其中齿轮传动装置作为动力钳的重要组惰轮224

3、1220O成部分，直接影响动力钳在上、卸扣工作中的性能。缺口齿轮6312200齿轮的强度、刚度及疲劳寿命与齿轮啮合传动时参数见表1。的碰撞力密切相关。在传统的渐开线齿轮接触力理论由于输出齿轮为缺口齿轮，所以在齿轮传动系统计算中，通常把齿轮啮合传动过程中齿轮产生的碰撞工作过程中。齿轮啮合存在两种情况：①2个惰轮啮力视为恒力⋯。但在齿轮传动实际啮合过程中，其碰撞合缺口齿轮，如图2所示；②1个惰轮啮合缺口齿轮，力呈周期性变化，由于齿轮处于旋转状态，导致在实验如图3所示。中对齿轮啮合传动时碰撞力的测量非常困难]

4、。1．2建立仿真模型笔者建立了动力钳齿轮传动系统虚拟样机模型，使用三维建模软件UG建立各个齿轮的实体模基于Hertz接触理论，通过ADAMS动力学仿真，获取型，并且进行啮合装配，使该四联封闭齿轮系统中各个了输出缺口齿轮在双惰轮啮合与单惰轮啮合两种工况齿轮相互啮合，将模型导入ADAMS中，如图4所示，下齿轮碰撞力的变化规律。根据工作状态对其施加约束和载荷[s]：①每个齿轮与大地之间建立旋转副约束；②在输入齿轮与2个惰轮1齿轮传动系统动力学模型的建立之间添加齿轮副；③在惰轮与缺口齿轮之间建立“实1．1齿轮参

5、数计算以及工况分析体一实体”碰撞力，模拟齿轮啮合；④在输入齿轮上施笔者研究的动力钳齿轮传动系统与其它齿轮传动加恒定转速驱动，在缺口齿轮上施加恒定负载转矩。系统不同。如图1所示，其输出齿轮为缺口齿轮，为保1．3齿轮碰撞力计算证输出齿轮能够在ADAMS／View中。接触力计算有补偿法和冲击不问断工作，由2函数法，由于补偿法的参数难以准确设置，故常用冲个惰轮啮合缺口击函数法计算接触力。在ADAMS软件中，碰撞力的定齿轮．输入齿轮再义即冲击函数为：与2个惰轮啮合，Max4个齿轮构成四{【(，1一d，C，1，0)

6、)J}x

7、：两个齿轮的相对曲率；E为材料综合弹性模量。2．2仿真结果及分析将撞击看作是装备有轻弹簧缓冲器的两个刚体的根据以上仿真条件进行动力学仿真，得到齿轮传碰撞，并假定变形集中在惯性忽略的弹簧中，由式(2)动系统的动力学曲线，现对各条动力学曲线进行分析。可知。撞击时接触法向力P与刚体变形6的关系为：图6为缺口齿轮在4S仿真过程中的角速度变化p=K8~a(3)曲线。在0～0．2S期间为平缓加速阶段，在0．2～4s期间K=芸一尺(4)缺口齿轮角速度始终在30。／s附近波动，其中在0．2～1．8s与2．7～3．4s期

8、间齿轮处于双惰轮啮合状态，从曲式中：=+，R·、Rz分另Ⅱ为两个齿轮啮合点处的线图可以看出，波动幅度较小，运动较为平稳，在1．8～2．7s与3．4-4s期间齿轮出现单惰轮啮合状态，其转当量半径；=+，-分别为两接触速波动幅度较双惰轮啮合状态更为明显。物体材料的泊松比，、分别为两接触物体材料的弹图7为缺口齿轮与惰轮2啮合时的径向力随性模量。时间变化的曲线．图8为切向力随时间变化的曲齿轮材料为钢，泊松比为0．29，弹性模量为207线，碰撞力均呈