基于ADAMS的齿轮啮合过程中齿隙的研究

张 晨，崔彧青

（装甲兵工程学院，北京 100072）

基于ADAMS的齿轮啮合过程中齿隙的研究

张 晨，崔彧青

（装甲兵工程学院，北京 100072）

利用Solidworks和GearTrax建立一对齿轮的三维模型，借助虚拟样机分析软件ADAMS，对该齿轮对的啮合进行仿真分析，研究不同的齿隙对齿轮啮合的影响，以期为日后相关工作的顺利进行提供参考和借鉴。

齿轮；齿隙；三维模型；接触刚度

在实际应用中，一对相互啮合的齿轮之间必须存在一定的齿隙，否则，齿轮非常可能因为摩擦发热膨胀导致卡死。同时，齿轮齿廓之间还需要润滑，在相互啮合的齿轮之间需要一层油膜以润滑散热。然而，齿侧间隙的存在会使得齿轮副在工作时表现出明显的非线性特征，不仅会影响齿轮传动，更会进一步影响减速箱传动的平稳性。因此，研究齿侧间隙对齿轮传动的影响，对于指导齿轮设计和疲劳预测等都具有重大的工程意义。

1 三维实体建模

Solidworks是一套机械设计自动化软件，采用用户熟悉的Windows图形界面，操作简便、易学易用，它在机械、汽车和航空等领域得到了广泛的应用。

在Solidworks2014中，借助齿轮设计插件GearTrax建立齿轮对的三维模型。这对齿轮的齿数分别为18和28，模数为2.54，均为直齿圆柱齿轮，实体模型如图1所示。

图1 实体模型

2 动力学仿真软件ADAMS

ADAMS，即机械系统动力学自动分析，是美国MSC公司开发的虚拟样机分析软件。目前，ADAMS已经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。ADMAS软件由基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块和工具箱5类模块组成，用户可以采用通用模块仿真一般机械系统。

在Solidworks中，建好的三维模型保存成parasolid格式，其拓展名为*.X_T，并通过mechanism/Pro接口将其导入ADAMS。在ADAMS中，先检验模型各部分的完整性，然后对模型各个构件重命名，最后为各个构件添加质量信息。

3 约束和接触力的计算

小齿轮与大地之间添加转动副joint_1，大齿轮与大地之间添加转动副joint_2.关于齿轮与齿弧之间的接触，其本质是2齿轮之间的接触。根据Hertz接触理论计算齿轮的接触刚度，刚度K一般取决于材料属性和接触球半径，刚度计算公式为：

添加约束之后的虚拟模型如图2所示。

图2 虚拟模型

4 仿真计算

在运动副joint_1上添加正弦运动motion_1：5*sin（10*time），如图3所示。

图3 添加驱动

一对渐开线标准齿轮无侧隙啮合时，其分度圆与节圆重合，安装中心距为：

式（2）中：a为标准安装中心距，标准齿轮按标准中心距安装，即可实现无侧隙啮合。

因此，人为调整安装中心距距离，可以控制齿隙的大小，进而分析齿隙对齿轮啮合的影响。仿真实验分成3组，中心距与标准安装中心距的差值分别为0 mm、1 mm、2 mm，其仿真结果如图4、图5、图6所示。

从图4、图5、图6中可以看出，齿隙越大，齿轮角速度到达最快速度所需时间越长，齿轮系统的快速性和精度会受到影响。

图4 0 mm距离差值时齿轮啮合角速度

图5 1 mm距离差值时齿轮啮合角速度

5 结束语

本文利用Solidworks和GearTrax建立一对齿轮的三维模型，借助虚拟样机分析软件ADAMS对该齿轮对的啮合进行仿真分析。研究发现，在不同的齿隙下，齿轮啮合受到了影响，齿隙越大，齿轮啮合的精度影响越大。

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〔编辑：白洁〕

TH132.4

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.13.027

2095-6835（2017）13-0027-03

张晨（1993—），男，湖北宜昌人，硕士研究生，主要研究方向为控制科学与控制工程。