[发明专利]基于ADAMS的行星轮系非线性动力学建模方法

说明书

本发明公开了一种基于ADAMS的行星轮系非线性动力学建模方法，该建模方法在模型中计入了时变啮合刚度、时变啮合阻尼以及相关参数激励，所建模型通用性强，可以做任何工况下的行星轮系的动力学仿真；齿轮啮合力的计算结果更为准确，有效地避免了由于建立模型的几何形状的精确性影响到计算结果的准确性，计算速度快，精度高。此外，本发明所提供的所建的齿轮啮合力方程适用于不同结构的行星轮系，如固定齿圈的行星轮系、差动行星轮系。

技术领域

本发明涉及一种动力学建模方法，尤其是涉及一种基于ADAMS的行星轮系非线性动力学建模方法。

背景技术

复杂机械系统的运动学和动力学分析过程中存在许多困难：在构造动力学方程时面临繁重的代数和微分计算，而且由于方程的非线性致使无法求得封闭的解析解。在这一背景下，利用计算机解决复杂系统的分析和综合问题成为近二十年来一般力学领域的一个主要且进展迅速的研究方向。目前，多体动力学仿真软件(ADAMS)是世界上最具有权威性，使用范围最广的机械系统动力学软件。用户使用ADAMS软件，可以生成任意复杂系统的多体动力学数学化虚拟样机模型，能为用户提供从产品概念设计、方案论证、详细设计、到产品方案修改、优化、试验规划甚至故障诊断各阶段、全方位的仿真计算分析结果。

针对在机械系统中应用广泛的齿轮传动，ADAMS/View提供了impact函数进行计算接触力来表示齿轮之间的啮合作用力。这种方法在求解计算的时候需要占用较长时间，求解效率低。而且仿真结果的精确性在很大程度上依赖于几何模型的精确性。同时，实际的齿轮传动系统是一个复杂的动力学系统，在啮合过程中存在大量动态激励因素，如时变啮合刚度、时变啮合阻尼、不同齿对啮合相位等。因此，有必要对轮齿之间的啮合作用力提出改进。

发明内容

本发明提供了一种基于ADAMS行星轮系非线性动力学建模方法，考虑齿轮时变啮合刚度、时变啮合阻尼及齿对相位差，旨在解决在ADAMS软件中难以准确表达轮齿之间的啮合作用力问题。

为了实现本发明的目的，在此所提供的基于ADAMS行星轮系非线性动力学建模方法，具体步骤如下：

步骤一：设定行星轮系的建模条件；

步骤二：建模并将建好的模型导入ADAMS中，对模型进行简化，设定环境参数并添加约束、接触力和驱动函数；

步骤三：在太阳轮、行星轮、内齿圈、行星架的质心建立Marker点Angle_ref，并使各Marker点Z轴的方向与全局坐标系下的Z轴相同，先求各齿轮相对行星架Marker点的Angle_ref的Z轴角位移，再乘以基圆半径获得各齿轮在啮合线上的相对位移方程和相对线速度方程；

步骤四：通过改进势能法获取齿轮时变啮合刚度方程；

步骤五：获取齿轮时变啮合阻尼方程；

步骤六：在ADAMS中修改模型中齿轮接触力，使其值恒为0，根据相对位移方程、相对线速度方程、齿轮时变啮合刚度方程和齿轮时变啮合阻尼方程定义啮合力方程，完成行星轮系非线性动力学建模。

本发明所提供的建模方法在模型中计入了时变啮合刚度、时变啮合阻尼以及相对位移和速度等参数激励，所建模型通用性强，可以做任何工况下的行星轮系的动力学仿真；齿轮啮合力的计算结果更为准确，有效地避免了由于建立模型的几何形状的精确性影响到计算结果的准确性，计算速度快，精度高。

具体的，步骤六中所述的啮合力方程为：