利用虚拟样机软件对减速机齿轮可靠性进行研究

yzhan79

　　1.行星减速机齿轮虚拟样机可靠性分析
　　ADAMS软件完成的齿轮啮合的动力学分析过程，得到了齿轮传动的应力-时间(F - t)曲线。将该曲线输入到软件ANSYS中，利用该软件的有限元分析功能，进行实际工况下齿轮应力-应变分析，确定出多级应力水平下的齿轮应力循环特性，得到可靠性-应力-寿命曲线，记为R - S - N，也记为P - S - N曲线，确定出齿轮的寿命。根据R - S - N的关系，把上述计算的寿命数据和试验数据换算到同一应力水平下。以42CrMo材料的齿轮(齿面淬火)为例，齿轮虚拟样机的弯曲疲劳虚拟可靠性计算数据。

　　表的数据是42CrMo材料的行星减速机齿轮通过电磁谐振疲劳试验机测得的数据。对比的数据，发现：虚拟样机计算出来的数据普遍高于试验得到的数据，即齿轮过预测的寿命值普遍偏高。究其原因，主要是由于在行星减速机齿轮虚拟样机进行虚拟仿真分析时完全忽略了真实物理齿轮的表面粗糙度、齿轮的加工质量、加工误差、齿轮啮合间距误差以及齿轮加工以及齿面淬火引起的应力等因素的影响。

　　2.齿轮动力学仿真研究
　　采用ADAMS软件的齿轮虚拟样机技术路线。行星减速机齿轮设计必须考虑齿轮工作的环境，如温度、压力、环境腐蚀性等，根据环境选择合适的材料，并对材料进行力学、化学等基本性能分析。
　　ADAMS并没有提供齿轮模块，所以，必须利用其它三维造型软件，如Pro/Engineer完成齿轮虚拟样机设计。

　　虚拟样机系统工作仿真设计与分析完成虚拟样机系统运动学和动力学分析以及系统的动态干涉检查等，主要步骤有：
　　(1)系统的初始状态确定，包括齿轮对所受外力、计算自由度，保证主动力的数目与系统自由度数目相等;
　　(2)系统运动求解的参数设定，即指定齿轮以及齿轮对运动求解所需的时间、受力情况，系统求解参数，如位移、速度、加速度、作用力等;
　　(3)运动求解，按照指定的参数计算齿轮对全部的运动，生成运动过程各零、部件的运动动画和参数;
　　(4)运动仿真分析，分析虚拟样机的运动数据及动画结果。

　　虚拟样机系统仿真分析主要包括系统装配设计与分析和系统工作仿真设计与分析，这些可通过ADAMS软件完成。虚拟样机的系统装配设计与分析内容包括虚拟样机的组装、造型，调整以及系统的静态干涉检查分析等;确立零件之间合理的层次结构和空间定位关系;建立虚拟样机的总体几何模型和物理模型，直观地展示虚拟样机装配过程中零件的运动形态和空间位置关系。

　　鉴于篇幅关系，在此不再给出详细的Pro/Engineer几何造型过程以及ADAMS软件中齿轮啮合的运动学和动力学分析过程。利用ADAMS软件的齿轮虚拟装配后虚拟造型。ADAMS软件完成的齿轮啮合运动虚拟仿真结果。

　　研究采用新材料的行星减速机齿轮的可靠性，必须进行齿轮的全寿命试验，这就需要选择大量高精度齿轮样本进行试验，并浪费大量工作时间进行概率分布统计规律分析。虚拟样机技术是近几年发展起来的，基于智能设计技术、信息技术、多媒体/虚拟现实技术、仿真工程、系统技术和管理技术的先进技术，它以计算机仿真和建模技术为支持，利用虚拟产品模型，使产品在实际加工之前即对产品的性能、行为、功能和产品的可制造性进行预测，从而完成设计方案的评估和优化。

　　因此，虚拟样机技术能够完成虚拟产品设计、虚拟系统装配、虚拟系统测试、优化分析等多方面的工作，大大缩短了产品的设计周期，节省了产品设计费用。在虚拟样机软件中，ADAMS软件最具有权威性，是机械系统使用范围最广的运动学、动力学虚拟分析软件。本文介绍利用ADAMS虚拟样机软件对齿轮可靠性进行研究，为行星减速机齿轮的可靠性研究提供新思路。



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