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万向联轴器动态特性仿真

发布人: 菠菜导航 来源: 菠菜导航网站 发布时间: 2020-07-06 11:27

  万向联轴器动态特性仿真_机械/仪表_工程科技_专业资料。万向联轴器动态特性仿真 诸昌伟 薛惠芳 (南京工业大学 机械和动力工程学院,江苏 南京 210009) [摘要]利用 Pro/E 软件建立万向联轴器的三维模型,通过接术,把模型导入 ADAMS 和

  万向联轴器动态特性仿真 诸昌伟 薛惠芳 (南京工业大学 机械和动力工程学院,江苏 南京 210009) [摘要]利用 Pro/E 软件建立万向联轴器的三维模型,通过接术,把模型导入 ADAMS 和 ANSYS 软件中, 并对模型进行动态仿真分析和有限元分析。 将仿真结果与理论结果进行对比, 验证了模型的正确性,对后续的万向联轴器的设计与动力学分析提供了指导意义。 关键词:万向联轴器;运动仿真;模态分析 中图分类号:TH113.2+2 Dynamic feature simulation of Universal Coupling ZHU changwei XUE huing (School of Mechanical Engineering,Nanjing University of Technology,Nanjing,Jiangsu 210009,China) [Abstract]The three dim-ensional model of the double universal couplings was builded up by using Pro/E software.And the model was imported into ADAMS and ANSYS software through the intece technology. then doing it’s dynamic simulation analysis and finite element analysis.With the comparision of simulation result and theoretic result,it rerified the simulation,which lay a good foundation for further design and dynammic analysis of double universal coupling. Key words: universal coupling;kinematic simulation;model analysis 引言 万向联轴器(见图 1)由两个单万向联轴节和中间轴构成,可以用来实现相交,平行或空间交错的两 轴间的联接,以实现主动轴和从动轴之间的运动和动力的传递。它在机械工程和车辆工业的发展中起到极 其重要的作用。由于单万向联轴节从动轴的角速度作周期性变化,因而在传动中将引起附加的动载荷,使 轴产生振动,而采用双万向联轴节可以消除这一缺点。为了适应不同的工况,万向联轴器的中间轴一般分 为左右两部分,并用花键连接,其两端叉面的相互可以借助改变花键的装配关系来调节。合理的万向 节传动设计能可靠的传递动力,运动传递中产生的振动,尽可能两轴等速转动和传递相同的转矩。 因此,有必要对万向联轴器动态特性进行理论建模和仿线 万向联轴器的结构模型 1 运动学分析与仿线 的十字轴中心 O1 和 O2 作为坐标系原点,分别建立坐标系 xyz 和 x y z 。其中输入轴 1 和传动轴 2 在 x01 y 平面内,输出轴 4 和传动轴 3 在 x 0 2 y O1 A (或 O2 A )始终在 yo1 z (在 平面内。回转副轴线; )平面内。令传动轴 2 与传动轴 3 的转角为θ。经过推导得输 入轴 1 与传动轴 2 的角速度的关系为: ω1 cos α = ω2 1 ? sin 2 α cos 2 θ 由此可知角速比是α和θ的函数。当α=0 时,角速比恒为 1;当α=90°时,角速比为 0,两轴不能进 行传动。 图 2 万向联轴器的结构示意图 同理可得:传动轴 3 与输出轴 4 的角速度比为: ω4 cos β = ω3 1 ? sin 2 β cos 2 α 2 2 ω1 cos α (1 ? sin β cos θ ) 由于 ω2 ≈ ω3 ,所以可到输入轴 1 和输出轴 4 的角速度比为: = ω4 cos β (1 ? sin 2 α cos 2 θ ) 当α = β 时,有 ω1 = ω2 。 对于联接相交的或平行的两轴的万向联轴器,如要使主从动轴的角速度相等,应满足两个条件: (1) 主动轴与中间轴的夹角必须等于从动轴与中间轴的夹角; (2)中间轴两端的叉面必须位于同一平面内。 取轴 1、万向节 1 和传动轴 2 为研究对象,来分析角度α的大小对 ω2 的影响(表 1) 。用不均匀系数 δ来表示 ω2 的波动情况。即有 δ = ω1 ? ? 1 ? ? cos α ? 2 ? cos α ? = sin α ω1 cos α 表 1 α与δ的关系 α δ 0 0 10° 0.03 20° 0.12 30° 0.29 40° 0.54 50° 0.91 60° 1.50 70° 2.58 80° 5.70 从表中可以看出α增大时,δ增加的很快,因此在实际应用中α一般不超过 40°。 (2)运动学仿真 在 ADAMS/View 中通过运动学的仿真可以对前面所建立的方程进行验证,并对仿真结果进行研究和分 析。在仿真之前首先对模型中的各个零件定义材料属性,这里将材料定义为 steel;然后定义零件之间的 约束;最后添加驱动,这里添加的是旋转驱动,驱动函数为: Function(time)=30d*time;接着就可以进行仿真分析了。 对样机进行时间 100s,步长 2000 的动力学仿线 所示的结果曲线。这些曲线反映了 仿真模型的运动情况是否与理论结果吻合。 图 3 输出轴 4 的角加速度 图 4 输入轴 1 和输出轴 4 的角速度 从仿真结果可以看出,输出轴 4 的角加速度和角速度都是作周期性变化,这主要是由于装配误差和传 动轴的振动引起的,但其变化幅度都很小,与理论计算结果相符。这表明我们所建立的样机模型是符合理 论模型要求的。 3 中间传动轴的模态分析 万向联轴器在工作过程中,会受到来激励的影响。当这些激励与系统固有频率接近时,将产 生共振现象。为了避免共振产生,需对万向联轴器进行模态分析,确定结构的固有振动频率和振型,从而 为系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。本课题所研究的万 向联轴器的中间传动轴的振动对系统的影响最大,因此、本课题只对中间传动轴的振动情况进行分析。 由于联轴器系统较低的几阶固有频率和相应振型对其动态响应的影响最大,因此在研究分析中只需了 解前几阶的固有频率和相应振型。利用 ANSYS 中 Block Lanczos 方法,求解得到中间传动轴前 4 阶的固有 频率(见表 4-1 所示)和相应的 4 阶振型。 表 2 中间传动轴的固有频率 图 5 中间传动轴的前四阶振型 通过对中间传动轴模态分析结果和试验测试所得到的结果绝对差值小于 12.6HZ,而且偏差方向具有 一致性,所以很好的验证了建模过程和在 ANSYS 软件中进行模态分析过程上和实际模型具有正确和很好的 一致。在进行系统设计时,应激振频率与传动轴的固有频率有一定的偏差,防止共振现象的产生。 4 结论 本文采用理论分析与软件仿结合的方式对双万向联轴节进行了运动学分析。通过理论分析与建模 仿真我们可以看出,虚拟样机技术的简便、直观、可靠。根据不同软件的特点,我们将 Pro/E 的三维建模 功能与 ADAMS 的运动分析功能、ANSYS 有限元分析功能联合起来为机构的运动仿真提供了一个稳定可靠的 平台。基于这样的一个平台,可以提高模型的仿真精度、提高工作效率、缩短产品的开发周期。通过仿真 可以得到各个构件的运动特征,从中能够判断运动方案的合、同时对其他机械产品的设计也有一定的 借鉴参考价值。 参考文献: 【1】 孙恒,陈作模.机械原理[M].:高等教育出版社,2000. 【2】 陈卫平,机械系统动力学分析及 ADAMS 应用教程[M].:大学出版社,2005. 【3】 洪嘉振,计算多体系统动力学[M].:高等教育出版社,1999. . . 【4】 陈家瑞.汽车构造[M].:人民交通出版社,1997. . . . 【5】 王国强,平,马若丁.虚拟样机技术及其在 ADAMS 上的实践[M].西安:西北工业 . . 大学出版社,2002. . 【6】 傅志方,华宏星.模态理论分析与应用[M].上海:上海交通大学出版社,2000 作者简介:诸昌伟,1987 年 2 月出生,男,汉族,硕士研究生 电话: 通信地址—南京市新模范马 5 号(南京工业大学机械学院) 邮编 210009 E—mail:

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