齿形链传动系统横向振动特性仿真分析

王文成，郭维霄，田辉，刘晓论

(1．承德石油高等专科学校机械工程系，河北承德067000; 2．承德石油高等专科学校信息中心，河北承德067000;

3．吉林大学链传动研究所，吉林长春130025)

齿形链传动系统横向振动特性仿真分析

王文成1，郭维霄2，田辉1，刘晓论3

(1．承德石油高等专科学校机械工程系，河北承德067000; 2．承德石油高等专科学校信息中心，河北承德067000;

3．吉林大学链传动研究所，吉林长春130025)

基于Catia和Adams软件建立了齿形链传动系统的多体动力学仿真模型，研究了齿形链与链轮传动过程中的横向振动特性，分析了主动轮和从动轮扭转振动以及链节的横向振动的时域响应和频域响应。结果表明齿形链的横向振动呈现周期性，在啮合频率附近振幅最大。

齿形链系统;横向振动;仿真分析

齿形链传动与滚子链传动相比具有高速、重载、低噪声、低磨损等优点，作为动力和运动传递装置被广泛地应用于各种机械设备中［1-2］。但是，齿形链在高速工况下，横向振动剧烈，严重地限制其运行速度的提高以及运动的准确性和稳定性［3-5］。本文利用Catia三维软件和Adams多体动力学分析软件联合建立了齿形链传动系统的几何模型和动力学仿真模型，分析了齿形链传动系统中链轮的扭转振动和紧边链段的横向振动的时域响应和频域响应。该研究对于提高齿形链传动的平稳性、链节定位准确度等方面具有重要的实践指导意义。

1　几何模型建立

齿形链传动系统主要由主动轮、从动轮、齿形链条三部分组成，在传动过程中，主动轮将运动和动力传递给紧边链段，紧边链段传递给从动轮。由于链传动系统的多边形效应和啮合冲击的作用，导致紧边链段产生横向振动。横向振动是影响传动系统运行稳定性和定位准确度的重要因素［6］。

本文利用Catia三维建模软件建立了齿形链传动系统的几何模型，如图1所示［7］。该模型由主动轮、从动轮和齿形链组成。其中链轮齿数Z1=19，Z2=30，齿形链节距P=15．875，4×5型，节数LP=50，中心距C=200．463 mm。

2　动力学模型建立

将创建好的几何模型导入到多体动力学软件Adams中，给模型添加合理的运动副和约束如下:在主动轮输入轴轴心处添加驱动(Motion);在从动链轮输出轴轴心处添加负载转矩(Torque);在主从动链轮与大地、链板与销轴、导板与销轴之间添加旋转副(Revolute)，在旋转副上定义摩擦，模拟相对转动和摩擦阻力，保证仿真模型能够准确地反映系统的动力学特征;在链板与销轴、链板与链轮之间分别添加接触力(Contact)［8］。施加边界条件后的齿形链传动系统的动力学模型如图2所示。

仿真时，为了还原真实工况条件，在主动链轮上添加1 000 rpm的转速，从动轮上添加阻力矩45 kN，用来模拟负载并保持齿形链处于张紧状态。

3　仿真结果分析

图3和图4表示的是齿形链传动系统动力学模型仿真结果数据提取，得到的链轮扭转振动的时域响应和频域响应结果。分析图3(b)和图4(b)主、从动轮的扭转振动频域响应结果曲线发现，主动轮扭转振动的振幅峰值发生在主动轮转速1 000 rpm条件下的啮合激励频率316．67 Hz附近，且随着频率的增加，振幅逐渐降低。而从动轮的振动峰值发生在啮合频率及其谐波频率附近。比较以上两图可见，主动轮扭转振动中各个谐波振动成分均不明显，而从动轮扭转振动中二次谐波频率成分较为明显。

图5为链节横向振动时域响应与频域响应结果曲线，分析发现，在多边形效应和啮合冲击作用的影响下，链节横向振动过程中明显出现周期性的横向振动峰值。从图5(b)频域分析可知，链节横向振动的主要频率成分依然是其啮合频率及其谐波成分。链节的横向振动最大幅值发生在啮合频率附近。

4　结论

本文针对齿形链传动系统进行了动力学仿真分析，得到以下结论:主动轮扭转振动中的主要振动频率成分为啮合频率，而从动链轮的主要振动频率成分为啮合频率及二次谐波振动频率。链节横向振动的主要频率成分同样是啮合频率及其谐波成分，链节的横向振动在啮合频率附近振幅最大。该研究结果对于解决齿形链传动的平稳性、提高链节定位精度等有着十分重要的意义。

［1］郑志峰，王义行，柴邦衡．链传动［M］．北京:机械工业出版社，1984．

［2］孟繁忠．齿形链啮合原理［M］．北京:机械工业出版社，2008．

［3］张京正，王勇，薛云娜．发动机正时链波动与冲击特性［J］．山东大学学报(工学版)，2007，37(2):30－33．

［4］邓强．新型Hy-Vo齿形链的刚柔耦合接触动力学分析及试验研究［D］．长春:吉林大学，2012．

［5］李启海．新型Hy-Vo齿形链的啮合分析及其设计［D］．长春:吉林大学，2007．

［6］冯增铭，孟繁忠，李纯涛．新型齿形链的啮合机制及仿真分析［J］．上海交通大学学报，2005，39(9):1427－1430．

［7］崔盟军，宋英杰，李巍杭，等．三维建模软件在工程制图教学中的应用［J］．承德石油高等专科学校学报，2010(10): 68－71．

［8］陈立平，张云清，任卫群，等．机械系统动力学分析及ADAMS应用教程［M］．北京:清华大学出版社，2005．

简讯

我校召开教育教学研究学术征文颁奖暨学术研讨会12月30日，我校召开2014年教育教学研究学术征文活动颁奖暨学术研讨会，总结、交流本次活动的成果，表彰获奖单位与个人。会议由副校长于立国主持，副校长田乃林宣读了表彰决定。机械工程系、外语与旅游系、工业技术中心获得优秀组织奖，张黎明等11人获得一等奖、张宝树等15人获得二等奖、付德永等22人获得三等奖。

Simulation Research on Lateral Vibration of Silent Chain Drive System

WANG Wen-cheng1，GUO Wei-xiao2，TIAN Hui1，LIU Xiao-lun3
(1．Department of Mechanical Engineering，Chengde Petroleum College，Chengde 06700，Hebei，China; 2．Information Center，Chengde Petroleum College，Chengde 06700，Hebei，China; 3．Chain Transmission Institute，Jilin University，Changchun 130025，Jilin，China)

The lateral oscillation simulation model of silent chain drive system was created based on the software of Catia and Adams，and then lateral vibration feature during the chain drive was researched．The time domain response and frequency domain response of Torque vibration and lateral vibration was analyzed．The results showed that the lateral vibration is periodic，and the maximum amplitude occurrs at the place near the meshing frequency．

silent chain drive system;lateral vibration;simulation analysis

TH132

A

1008-9446(2015)01-0025-03

2014-12-02

王文成(1985－)，男，河北沧州人，承德石油高等专科学校机械工程系讲师，博士，主要从事高速链传动理论及应用以及微型智能机械系统方面研发工作。