基于TYCON的变速箱动力学仿真

第31卷第4期基于 TYCON的变速箱动力学仿真文章编号:1004-2539(200)04-0093-04基于 TYCON的变速箱动力学仿真(三峡大学机械与材料学院,湖北宜昌40)邓晓龙(奇瑞汽车工程研究院动力总成开发部,安徽芜潮400)刘国庆摘要为了研究齿轮传动系统的动力学特性,采用 TYCON软件建立了某变速箱的动力学模型,该模型考虑了时变啮合刚度、啮合阻尼、轮齿啮合综合误差、原动机和负载的动态输入、传动轴的扭转及弯曲剛度等因素。通过仿真,得到了多级齿轮传动系统的动态特性,包括稳态、转速波动等情况下的各轴及齿轮的转速、角加速度、转矩等参数的变化情况。并且对比分析了将原变速箱的第三轴加强和减弱两种工况。关键词变速箱动力学仿真引言具有相同的基本频率,且加速度波形相似,其振幅成定的比例关系,可以认为径向和轴向振动是以扭转振齿轮传动系统的振动特性直接影响机械装备的工动为激振力而产生的振动。在这三种振动中,扭转振作性能国内外学者以非线性振动理论为基础以齿轮动是系统的主要振动。为了简化,本研究结果分析主啮合过程的时变啮合刚度、啮合阻尼和齿侧间隙等非要考虑系统的扭转振动。线性因素为核心,对齿轮传动系统振动问题进行了大齿轮副扭转振动模型如图1所示,0、I、R、T分别量研究这些研究工作主要集中在建模方法求解方法表示为齿轮角位移、转动惯量基圆半径、外载荷力矩;和系统特性等方面1。近年来,随着研究的深入和分下标12分别表示主动齿轮和从动齿轮。e(t)为轮齿析工具的进步,在实际传动系统的动力学仿真方面的啮合综合误差,k、c分别表示啮合综合刚度和啮合阻研究有了较大的进展,不少研究者基于 ADAMS、Mat-尼。ldb/ Simlink等软件来建立仿真模型2-4,并在模型中考虑时变啮合刚度等因素对系统特性的影响。采用这些软件建模的过程中,需要自己建立齿轮啮合刚度等模型。AVL公司的 TYCON软件可进行齿轮传动和齿轮箱动力学仿真,软件中包含有轮齿啮合模型,可根据从动齿轮输人的齿轮参数,计算出啮合刚度、啮合阻尼等,能大主动齿轮大缩短建模时间,以方便对系统特性的深入研究。图1齿轮副扭转振动模型某变速箱运转过程中尤其是启动和制动阶段,出12变速箱结构现较大的振动。由于该装置要求响应迅速、运转平稳,图2为所研究的变速箱的传动简图,系统由3根振动现象影响了该装置的性能。因此,在改进型的设传动轴4个齿轮组成。第3轴拖动一个大转动惯量计中,需要从理论上对传动系统本身的动力学特性等的负载。方面进行研究,分析产生振动的原因,研究解决的办法,指导改进型样机的设计。本文采用TYON软件建第I轴第Ⅲ轴负载立了该变速箱的仿真模型,对其进行了动力学仿真。1变速箱仿真模型第Ⅱ轴11多级齿轮传动系统的扭转振动TYCON建立的变速箱仿真模型考虑了系统的扭中国煤化工转振动和弯曲振动问题。CNMHG多级齿轮传动系统的振动现象包括径向振动轴1.3 TYCON建模向振动和圆周方向的振动(扭转振动),根据研究,三者TYCON在进行齿轮传动和齿轮箱动力学仿真的机械传动200年基本假设及简化为5去)。从图6可以看出,齿轮1的转速波动和激励变化(1)坐标系与动力传递方向定义全局坐标系,基本吻合,齿轮4由于后接大转动惯量的负载,转速波X轴为旋转轴。动力由前主动齿轮传递到当前从动齿动很小。齿轮2的转速波动幅值介与前后级齿轮之轮;间,但变化曲线形状出现了变化。(2)齿轮单元用质量点来描述;齿轮的描述可以考虑1个或6个自由度;采用变啮合刚度、阻尼、侧隙等参数描述齿轮啮合;(3)齿轮轴齿轮和轴的复合单元,有6个自由度,考虑旋转和轴向运动,以及弹性支承刚度;齿轮轴定义为一集中质量点,用3D模型获得质量和惯量;0.16501701750180.1850190.195020205021(a)齿轮1和齿轮2(4)轴段弹性特性输入弹性模量、截面积、轴段长、弯曲和扭转截面模量等参数;(5)定义激励可定义齿轮轴转速不均匀量。E 0.002图3为建立的变速箱 TYCON模型。00240004齿轮箱模拟0.16501701750.1801850190.1950202050.21时间/s2n.o,(b)齿轮3和齿轮4讠郵要。,海郡要群图44个齿轮的转速波动情况→吹-2001650170.1750180.1850190195020205021图3变速箱的 TYCON模型(a)齿轮1和齿轮2时间/在该变速箱中,有一些特殊的模型需要考虑:(1)搅油阻尼的确定齿轮的一半浸在油中,需要考虑搅油阻力。额定工况下,假设5%的能量消耗在搅油损失上。这样可将总的搅油损失分配到4个齿轮上,进而计算出其搅油阻尼。(2)大惯量负载在转台上的常阻力矩由实验测0.165017017501g01850190195020205021得(b)齿轮3和齿轮4图54个齿轮的角加速度变化情况2仿真结果分析建立 TYCON模型后,对多种工况进行了仿真2.1系统稳态工作情况首先对系统稳定运转工况进行了仿真。图4和图5分别为4个齿轮的转速波动加速度波动情况0.16501701750180185019019020205从图中可以看出,稳定情况下,转速波动很小,最时间/大为0.05mad/s角加速度也很小,最大仅为350md/s2图63个齿轮的转速波动情况说明该传动系统,稳定工作情况良好。2.2转速波动时,系统工作情况中国煤化工变化情况。齿轮2的在动力源的转速波动最大幅值为2%,以正弦规如iHG一加速度幅值变化较CNMH也出现了急剧变化律变化的情况下,进行了工作过程仿真。图6为3个可能导致系统大的冲击。图8为3个齿轮的转矩变化齿轮的转速(齿轮3由于和齿轮2的值非常接近,故略第31卷第4期基于 TYCON的变速箱动力学仿真情况,从图中可清楚地看出,在齿轮4的角加速度剧烈矩波动峰值的幅度变大;而减小轴的刚度之后,其传递变化的0.2s处,其传递的转矩出现了一个大的峰值,转矩波动峰值的幅度变小,但是出现转矩波动的次数最大值达到100Nm以上,冲击可能引起振动和噪声。增多,角加速度的幅值增大对齿轮4的转矩变化进行了FT分析得出了其转矩变化的频谱图,见图9主要的转矩变化频率在25Hz~150H范围内。0.1650170.1750.180185019019020205021时间/图11加强后,齿轮1和2的转矩变化情况0165017017501801850190.195020.205021350图73个齿轮的角加速度变化情况飞至最警0864002001701750l8018501965017017501801850190.n95020205021图12加强后,齿轮4的转矩变化情况时间/图8三个齿轮的转矩变化情况0.165 0.170 175 0.180. 185 0.19 0.195时间300400500600图13减弱后,三个齿轮的角加速度变化情况频率/H图9齿轮4的转矩变化频谱图2.3加强和减弱第三轴时系统工作情况为了给系统的结构修改提供方向,对第3轴进行了修改,分两种情况第一种情况是将第3轴上轴段的直径加大1.5倍;第二种情况为将第3轴上轴段的直016501701750.1801850190195020205021径减小30%结论通过仿真,可以得出以下结论:0165017017501801850190.195020205021(1)稳定情况下,转速波动和角加速度都很小。说时间/明该传动系统稳定工作情况良好图10加强后,三个齿轮的角加速度变化情况(2)在动力源存在2%的转速波动的情况下,齿轮图10到图12分别为加强第3轴后,齿轮角加速度转矩的变化情况。图13和图14分别为减弱第3变化中国煤化工寺别在角加速度剧烈现了一个大的峰值轴后齿轮的角加速度转矩的变化情况。对比转矩及冲击CNMH的转矩变化频率在加速度变化可看出,随着传动轴刚度的增加,其传递转25Hz~150H范围内。机械传动2007年(3)随着传动轴刚度的增加,其传递转矩波动峰值展.2005,35(1):37~51的幅度变大;而减小轴的刚度之后,其传递转矩波动峰2 Kahraman A. Nonlinear Dynamics of a Geared Rotor- Beating System with值的幅度变小,但是出现转矩波动的次数增多,角加速Multiple Clearances. J of Sound and Vibration, 1991. 144(3): 459-506度的幅值增大3洪清泉,程颖.基于 ADAMS的多级齿轮传动系统动力学仿真.北京理工大学学报,2003,23(6):600-693通过对齿轮传动系统的动力学仿真,可得到各轴4张柏松.多级齿轮传动系统扭振建模及模态分析,船舶,200(6):的角速度、角加速度、齿轮啮合力、轴承的受力等参数40-4变化的情况;这些分析结果对于指导变速箱设计有重5 TYCON Users Guide.AM.203要的意义收稿日期:20004收修改稿日期:2006102基金项目:湖北省教育厅重点科研项目(D061302)1王建军,李其汉,李润方.齿轮系统非线性振动研究进展.力学进作者简介:邓晓龙(2-),男湖北荆州人,工学博土副教授(上接第86页)式螺旋压力机进行了试验,其性能表现如下:新式的开关磁阻调速式螺旋压力机是最好的机型,能(1)滑块的速度可数字设置,0-最大值(0.9m/s)克服传统螺旋压力机的缺点,解决本领域长期以来难范围内无级调速打击能量0-最大值(36kJ)范围内数以解决的数控难题。开关磁阻调速式螺旋压力机将会字设定。逐步代替其它传动方式的机型,具有广阔的应用前景。(2)滑块行程次数0-最大值(20次/mn)范围内数字设定。(3)同等打击能量和滑块行程次数下,与其它机1周有强崔学良董志峰机械无级变速器发展概述机械传动,200型相比,电机输入电流值最低。29(1):65~682刘洁,王得俊,王丽霞螺旋压力机传动类型选择机械传动,2004,284结束语3夏思淝,郝滨海,夏天赳快卸压高能螺旋压力机离合系统性能分(1)摩擦式、液压式螺旋压力机因传动速度很难析中国机械工程,200,15(4):338-342控制与调节,而难以达到数控打击能量的目的。其中黄树槐,卢怀亮陈柏金实用新型专利电动机驱动的螺旋压力机摩擦式螺旋压力机存在耗能大的缺陷,从节约能源考中国专利:03254142.2,2004虑,应限制其使用。黄树槐卢怀亮陈柏金实用新型专利,一种电动螺旋压力机中国(2)离合器式螺旋压力机结构复杂,伺服式螺旋专利:200420016967.0,20056孙友松,李明亮魏航螺旋压力机发展综述锻压装备与制造技术压力机控制系统复杂,虽然数控打击能量可以实现但2006,(2):18-21高的成本使其发展受限。7赵婷婷,贾明全,丁慎言.通风机采用开关磁阻调速节能的方法风(3)开关磁阻调速驱动的螺旋压力机结构简单机技术,2006,(3):41-43成本低、效率高且滑块速度和打击能量可准确数控,高如云,韩林元实用新型专利,电动螺旋压力机中国专利可适用于多种材料、多种工艺和多种变形能量的加工200520012542.7,2006需求经过不同种类螺旋压力机的比较研究可以看出,作者简介:赵婷婷(962-),女,山东省瀰博人,硕士,副教授中国煤化工CNMHG