基于Pro／E與ADAMS行星輪系仿真研究

1、基金項目:安徽省教育廳資助項目(kJ2007B274!基于Pro/E 與ADAMS 行星輪系仿真研究劉春景1,2,胡天翔2(1.蚌埠學(xué)院機電系,安徽蚌埠233030;2.南京林業(yè)大學(xué)機電學(xué)院,南京2100371引言Pro/E 是美國PTC 公司使用參數(shù)化特征造型技術(shù)的CAD/CAM/CAE 集成軟件,具有零件設(shè)計、裝配設(shè)計、工程圖制作、結(jié)構(gòu)分析、運動仿真、模具設(shè)計、NC 加工等功能。機械系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析軟件ADAMS 使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫、創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)幾何模型,其求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)理論中的拉格朗日方程方法,建立系統(tǒng)動力學(xué)方程,對虛擬機械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、

2、運動學(xué)和動力學(xué)分析,輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。在Pro/E 中進(jìn)行行星輪系的設(shè)計和裝配,通過專用的接口模塊把模型傳輸?shù)紸DAMS 中定義剛體和施加約束后,進(jìn)行全面的運動學(xué)和動力學(xué)分析。2行星輪系設(shè)計2.1行星輪系Pro/E 建模及裝配設(shè)計一對外嚙合漸開線直齒圓柱齒輪傳動行星輪系。已知太陽輪z 1、行星輪z 2和系桿H ,參數(shù)分別為z 1=16,z 2=8,m=4mm ,!=20°。兩個齒輪的厚度都是50mm 。在Pro/E 中創(chuàng)建太陽輪、行星輪和系桿的三維模型并裝配起來,裝配后應(yīng)進(jìn)入Mechenism 模塊來設(shè)置面的對齊約束和制作快照,從而讓構(gòu)件正確嚙合避免發(fā)生運動干涉,

3、裝配好的模型見圖1。2.2裝配模型導(dǎo)入ADAMS由于ADAMS 對parasolid 接口文件識別較好,可以正確辨識出各個剛體和相關(guān)信息,所以建議把裝配模型保存為parasolid 擴展名文件。但Pro/E 沒有這個擴展名,最好先保存為step 文件傳輸?shù)経G 中,在UG 中轉(zhuǎn)換為parasolid 格式。3ADAMS 中剛體及運動副建立3.1創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副由于ADAMS 對paasolid 格式文件辨識較好,導(dǎo)入到ADAMS 中文件會自動建立行星輪系的各個剛體構(gòu)件。ADAMS 中的行星輪系見圖2。選擇ADAMS/View 約束庫中的旋轉(zhuǎn)副(Joint :Revolute 圖標(biāo),參數(shù)選擇2Bod-

4、1Loc 和Normal To Grid 。在ADAMS/View 工作窗口中先用鼠標(biāo)左鍵選擇系桿(PART_4,然后選擇機架(ground ,接著選擇齒輪上的PART_4.MARKER_3,如圖3所示。圖中顯亮的部分就是所創(chuàng)建的旋轉(zhuǎn)副(JOINT_1,該旋轉(zhuǎn)副連接機架和系桿,使系桿能相對機架旋轉(zhuǎn)。選擇ADAMS/摘要:論述了基于Pro/E 與ADAMS 的行星輪系的設(shè)計及動態(tài)仿真的方法和過程,論述了paras olid 文件接口使用以及ADAMS 齒輪副中嚙合點創(chuàng)建方法,對仿真結(jié)果和理論計算結(jié)果進(jìn)行了對比。關(guān)鍵詞:行星輪系;仿真;齒輪副;接口文件中圖分類號:TP391.9文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章

5、編號:1002-2333(200707-0058-02Simulation Resear ch of Planet Wheel System Based on Pr o/E And ADAMSLIU Chun-jing 1,2,HU Tian-xiang 2(1.Department of Mechanical&Electronic Engineering ,College of Bengbu ,Bengbu 233030,China ;2.College of Mechanical&Electronic Engineering ,Nanjing Forestry Univer

6、sity ,Nanjing 832003,China Abstract :Based on Pro/E and ADAMS ,this paper provided the methods and made a certain procedure of design and dynamic simulation of planet wheel system.Simultaneously ,the use of the interface file parasolid and the technique of setting up joggle point of gear pair in ADA

7、MS have been discussed ,the contrast of the result of simulation and the theoretic result has been offered in detail.Key words :planet wheel system;simulation;gear pair;interface file圖1行星輪系裝配圖圖2ADAMS 中行星輪系裝配圖齒輪JOINT_1JOINT_1、JOINT_2Rotational Joint Motion圖3ADAMS 中行星輪旋轉(zhuǎn)副圖58機械工程師2007年第7期M制造業(yè)信息化MANUFAC

8、TURINGINFORMATIONALIZATION圖5系桿、太陽輪和行星輪的轉(zhuǎn)速圖View 約束庫中的旋轉(zhuǎn)副(Joint:Revolute 圖標(biāo),參數(shù)選擇2Bod-1Loc 和Normal To Grid 。在ADAMS/View 工作窗口中先用鼠標(biāo)左鍵選擇太陽輪(PART_2,然后選擇系桿(PART_4,接著選擇PART_2.MARKER_1,如圖3所示。圖中顯亮的部分就是所創(chuàng)建的旋轉(zhuǎn)副(JOINT_2,該旋轉(zhuǎn)副連接連桿和固定齒輪,使連桿能相對固定齒輪旋轉(zhuǎn)。因為JOINT_1和JOINT_2重合在一起,所以從圖3中區(qū)分不出來。選擇ADAMS/View 約束庫中的旋轉(zhuǎn)副(Joint:Revo

9、lute 圖標(biāo),參數(shù)選擇2Bod-1Loc 和Normal To Grid 。在ADAMS/View 工作窗口中先用鼠標(biāo)左鍵選擇行星輪(PART_3,然后選擇連桿(PART_4,接著選擇PART_3.MARKER_2,如圖3所示。圖中顯亮的部分就是所創(chuàng)建的旋轉(zhuǎn)副(JOINT_3,該旋轉(zhuǎn)副連接系桿和行星輪,使系桿能帶動行星輪旋轉(zhuǎn)。3.2創(chuàng)建齒輪副創(chuàng)建完兩個齒輪和連桿上的旋轉(zhuǎn)副后,還要創(chuàng)建兩個齒輪的嚙合點(MARKER 。因為行星輪要在太陽輪上做圓周運動,所以行星輪和太陽輪的嚙合點不是固定不動的,它隨著行星輪的運動而不斷地變化,因此,可以把嚙合點固定在系桿上,因為系桿和行星輪一起做圓周運動,并且兩

10、齒輪旋轉(zhuǎn)中心的連線一定經(jīng)過嚙合點。下面我們將把嚙合點畫在連桿,并且使嚙合點Z 軸的方向與齒輪的傳動方向相同,要保證嚙合點能使齒輪副實現(xiàn)確定的傳動比。在圖形中雙擊MARKER_1,之后彈出編輯對話框,將MARKER_1的原點位置記錄下來。為P 1(0.0,0.0,-0.009.9999999998,用同樣的方法記錄MARKER_2的原點位置,為P 2(0.032457833262,0.015572060066,-0.009.9999999998,根據(jù)太陽輪和行星輪之間的傳動比為12,可以計算出車輪副方向坐標(biāo)系的原點為P 3(0.032457833262×2/3,0.0155720600

11、66×2/3,-0.009.9999999998,即P 3(0.02.16385555080,010*,-0.009.9999999998,選擇ADAMS/View 零件庫中的標(biāo)記點工具圖標(biāo),參數(shù)選擇Add to Ground 和Global YZ Plane ,選擇系桿(PART_4,在選擇連桿上點PART_4.cm ,。上面所創(chuàng)建的嚙合點不在兩個齒輪的分度圓的交線上,下面將對上面做出的嚙合點進(jìn)行位置移動,使該嚙合點位于兩齒輪交線上,在ADAMS/View 窗口中,在兩個齒輪嚙合處點擊鼠標(biāo)右鍵,選擇Maker :MARKER_3Modify ,在彈出的對話框中,將Location

12、欄的值改為P 3(0.02.16385555080,010*,-0.009.9999999998。修改后的嚙合點(MARKER_3如圖4所示。從圖中可以看出,嚙合點的Z 軸的方向與齒輪的嚙合方向相同。選擇ADAMS/View 約束庫中的齒輪副(Gear 圖標(biāo),在彈出的對話框中的Joint Name 欄中,點擊鼠標(biāo)右鍵分別選擇JOINT_2、JOINT_3。在Common Velocity Marker 欄中,點擊鼠標(biāo)右鍵選擇嚙合點(MARKER_3。兩個齒輪的齒輪副創(chuàng)建出來,如圖3所示。3.3創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)驅(qū)動在ADAMS/View 驅(qū)動庫中選擇旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(Rotational Joint Motio

13、n 圖標(biāo),在Speed 一欄中輸入360,360表示旋轉(zhuǎn)驅(qū)動速度360°/s 。在ADAMS/View 工作窗口中,本設(shè)計中選擇左邊的齒輪為主動齒輪,用鼠標(biāo)左鍵點擊齒輪上的旋轉(zhuǎn)副(JOINT_1,一個旋轉(zhuǎn)驅(qū)動創(chuàng)建出來,如圖3所示。4仿真研究點擊仿真按鈕,設(shè)置仿真終止時間(End Time 為1,仿真工作步長(Step Size 為0.01,然后點擊開始仿真按鈕,進(jìn)行仿真。由仿真結(jié)果可以測量到系桿、太陽輪和行星輪的轉(zhuǎn)速分別如圖5所示。由圖可知行星輪系中系桿、太陽輪和行星輪的轉(zhuǎn)速分別為!H =360°/s ,!1=432°/s ,!2=216°/s 。在AD

14、AMS 中,以逆時針旋轉(zhuǎn)為正方向,當(dāng)系桿每秒逆時針轉(zhuǎn)過360°時,小齒輪逆時針轉(zhuǎn)過的角度為216°,即小齒輪繞大齒輪逆時針公轉(zhuǎn)(牽連運動360°的同時,其逆時針自轉(zhuǎn)(相對運動216°,絕對運動=(牽連運動+相對運動=360°+216°=576°。根據(jù)機械原理上公式已知(!1-!H /(!2-!H =-z 2/z 1,又因為知道!1=432°/s ,!H =360°/s ,z 1=16,z 2=8,易得!2=216°/s ,實際結(jié)果和理論計算相同。5結(jié)論基于PRO/E 和ADAMS 進(jìn)行運動學(xué)仿真

15、分析,有以下優(yōu)點:(1增加模型的仿真精度;(2提高工作效率;(3準(zhǔn)確體會設(shè)計意圖;(4能削減設(shè)計費用。參考文獻(xiàn)1李軍,等.ADAMS 實例教程M .北京:北京理工大學(xué)出版社,2002.2鄭建榮.ADAMS 虛擬樣機技術(shù)入門與提高M(jìn) 北京:機械工業(yè)出版社,2002.3徐燈鋒.Pro/Mechanism/Mechanica M .北京:電子工業(yè)出版社,2006.4李增剛.ADAMS 入門詳解與實例M .北京:國防工業(yè)出版社,2006.5劉春景.基于PRO/E 與ADAMS 的齒輪泵設(shè)計及動態(tài)仿真J .機床與液壓,2005(11:(編輯立明作者簡介:劉春景(1975-,男,講師,博士研究生,主要研究方向為CAD/CAM/CAE 及機械系統(tǒng)動力學(xué)。收稿日期:2007-03-23圖4嚙合點MARKER_3圖361.25360.0