多级混合式行星齿轮传动的动态特性分析.pdf

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1、多级混合式行星齿轮传动的动态特性分析口谭昕江汉大学机电与建筑工程学院武汉430056摘要：运用有限元法在ADAMS环境下建立了多级混合式行星齿轮传动的多体动力学模型，并运用该模型对海上钻井平台升降机构齿轮箱进行了动态特性分析。行星传动中的柔性体零部件在ANSYS环境下进行映射网格划分，被视作刚体的零件直接在ADAMS中建模，然后在ADMAS下通过各种约束和边界条件构建成多体动力学模型。仿真结果表明，齿轮箱各部分的静态强度足够。振动和噪声主要由动态啮合力激发。关键词：行星齿轮传动动态特性分析虚拟建模ADAMS中圈分类号：TH132．425文献标识码：A文章编号

2、：1000—4998(2013)04—0010—04海上钻井平台的重要部件之一是升降机构中的圈进行有限元网格划分．并把轮齿间的接触方式视作大传动比、多级混合式行星齿轮减速箱，该减速箱传线接触．接触线上各有限单元具有独立的刚度系数K递的扭矩在百万牛·米以上．工作寿命通常为数百小()，把接触点上的当量法向变形量(MA作为轮齿时。它的动态特性对整个升降机构的工作寿命和稳定的轮廓变形量。行星轮和太阳轮由于直径较小，其相性有着重要的影响。本文通过有限元方法在ADAMS应的弹性变形远比齿圈的变形小．故而将行星轮和太环境中构建了多级混合式行星齿轮减速箱的多体动阳轮视作刚体

3、，并用下标，来表示行星轮的动坐标系力学模型．并将柔性体零件(如齿圈、太阳轮、行星轮原点。单个行星轮系的参照系设置如图2所示。等)的变形影响考虑其中，通过仿真分析，研究了齿轮根据图2所示参照系确定各行星轮的旋量计算箱主要零部件的静态强度和啮合过程中的动态啮合公式为[：力，为该型齿轮箱的结构优化设计提供了有效的分析，R—J()=t+乱0+L依据。=卿++_z式中：0f表示第，个行星轮的回转中心；{}表示第1行星齿轮系统的有限元建模方法．个行星轮的旋量，：(0f)表示{}的平动分量；表示如图l所示为某型海上石油钻井平台升降机构{}的转动分量；S，、、分别代表行星轮

4、动系的3个中多级混合式行星齿轮减速箱的传统系统结构简图，坐标方向；、分别表示3个平动自由度；卿、、其中包含的各级齿轮的参数见表1。分别表示3个转动自由度。图3所示为有限单元划分本文运用20节点的3D六面体单元对弹性体齿的模型。如图3所示．齿圈有限元模型所包含的每一个3D输出端Brick单元之间的矩形结合面在有限单元发生变形时仍被视作始终保持平直，根据式(1)，此时每个结合面圈3的旋量公式可表达为C2]：圈23圈1横▲图1传动系统结构简图▲图2行星轮系的参照系设置▲图3有限单元划分模型收稿日期：2012年12月回2013／4机械制造51卷第584期_表1行星齿

5、轮传动链的几何参数齿轮齿数模数齿轮齿数模数l74．5行星轮1548614．5齿圈11228磊654．5太阳轮21314644．5行星轮22714磊634．5齿圈26814Z6176太阳轮31322Z816行星轮3l822太阳轮1138齿圈35022{．}：{【(儿)刮&+以心z(2)∞c=KSC+~N+zo式中：表示结合面的中心节点。被视作弹性体的轮齿在发生相互接触时。接触线行数字化建模。而视作弹性体的部件，如太阳轮、齿圈上的有限单元采取统一的计算公式来计算啮合时各单元和齿轮箱体等，则在Pro／E中建模后。以IGES格式文的变形和载荷。若以表示齿圈上第i个有

6、限单元的位件导入ANSYS软件中．用3D20节点Brick单元进行移向量。则齿圈的线性动力学方程可以表示为口]：网格划分，添加材料属性后，获得有限元模型。该有限M+C+K(3)元模型可导出节点的位置矩阵、刚度矩阵，再将这些矩式中；表示该有限单元体上承受的外载荷；‰表示阵数据导入ADAMS软件中。在ADAMS软件中，将有限单元体的质量矩阵；K表示有限单元体的刚度矩Pr0，E生成的刚体部件和有限元生成的弹性体部件装配阵；表示有限单元体的阻尼矩阵，三者之间的关系成三维刚一柔混合多体动力学模型，再将力约束、位移为：约束等边界条件施加于这个混合多体动力学模型[4J。整

7、‘’，m(4)个建模流程如图5所示。获得的齿轮箱三维装配体模如果有限单元体是固结于参照系的，则没有刚型如图6所示。体自由度，此时和都是正定的，只有动系中的ADAMS软件自带了一些计算函数。本文选择实有限单元具有刚体自由度。用向量表示轮齿宏观运体一实体函数来仿真接触部件间的冲击过程。该函数表动中的小位移，在二维模型中，有3个分量．在图2示如下：[副所示参照系中．由于每个齿轮的平动被约束了，则只有f0q>~qo转动自由度，因此可得到如下矩阵方程：impac仁IK(㈣州卜Step(q,qo-q,1,qo,0)q

8、1J『ft{xn'1J}+I【KK三】JI{【d}J