ADAMS进行蜗轮蜗杆模拟仿真

1目录1绪论..................................................11.1国内外蜗轮蜗杆发展现状...............................11.2ADAMS软件简介.......................................21.3本文工作.............................................31.4本章小结.............................................32蜗轮蜗杆传动设计......................................52.1蜗杆传动概述.........................................52.2普通圆柱蜗杆传动的主要参数...........................72.3传动比i、蜗杆头数z1和蜗轮齿数z2.................82.4蜗杆分度圆直径d1和蜗杆直径系数q.....................82.5蜗杆导程角γ.........................................82.6.................................92.7注意事项.............................................92.8普通圆柱蜗轮蜗杆传动设计计算........................102.8.1设计计算..........................................102.8.2蜗轮蜗杆传动尺寸计算..............................142.8.3齿面接触疲劳验证..................................152.8.4齿根弯曲疲劳强度验证..............................162.8.5验算效率..........................................172.8.6精度等级公差与表面粗糙度的确定....................172.8.7热平衡计算........................................1723用ADAMS进行蜗轮蜗杆模拟仿真........................183.1启动ADAMS..........................................183.2设置工作环境........................................163.3创建蜗轮............................................173.4创建蜗杆............................................183.5创建旋转副、齿轮副、旋转驱动........................193.6进行啮合点（MARKER_7）的坐标轴旋转.....................223.7仿真验证............................................264结果分析.............................................31参考文献...............................................29外文资料...............................................30中文翻译...............................................36致谢....................................................4031绪论1.1国内外蜗轮蜗杆发展现状蜗杆传动是机器、设备和仪器中最常见的机械传动方式之一。从蜗杆传动的出现到现在已经有以犯多年的历史。随着生产的不断发展,蜗杆传动也在不断地取得发展。渐开螺旋面包络环面蜗杆传动简称为竹蜗杆传动,它是二十世纪七十年代出现的一种新型蜗杆传动副。蜗杆传动可分为一次包络蜗杆传动和二次包络蜗杆传动。在一次包络蜗杆传动中,蜗轮是一个普通的渐开线斜齿圆柱齿轮,蜗杆则是由渐开线斜齿圆柱齿轮包络而成的。在二次包络蜗杆传动中,与蜗杆相啥合的蜗轮是以一次包络生成的蜗杆为产形面而生成的。在众多的蜗杆传动中,蜗杆传动被认为是最具有潜力和希望的一种蜗杆传动。由于蜗杆传动能够得到很大的传动比，因此其一般应用于减速机的得制造中，国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过低的问题。另外，材料品质和工艺水平上还有许多弱点。由于在传动的理论上、工艺水平和材料品质方面没有突破，因此，没能从根本上解决传递功率大、传动比大、体积小、重量轻、机械效率高等这些基本要求。国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题，也未解决好。当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。蜗轮蜗杆减速机系按Q／MDl-2000技术质量标准设计制造，产品在符合按国家标准GBl0085-88圆柱蜗轮蜗杆参数基础之上，吸取国内外最先进科技，独具新颖一格的“方箱型”外形结构，箱体外形美观，以优质铝合金压铸而成，具有以下优势性能：1、机械结构紧凑、体积外形轻巧、小型高效；2、热交换性能好，散热快；3、安装简易、灵活轻捷、性能优越、易于维护检修；4、运行平稳、噪音小，经久耐用；5、适用性强、安全可靠性大。本产品目前已广泛应用于各类行业生产工艺装备的机械减速装置，深受用户的好评，是目前现代工业装备实现大扭矩，大速比低噪音、高稳定机械减速传动控制装置的最佳选择。蜗轮蜗杆减速机的特点是能耗低、性能优越，减速机效率高达96%，振动小、噪音低、带筋的高钢性铸铁箱体斜齿轮采用锻钢材料，表面经过渗碳硬化处理经4过精密加工，确保轴平行度和定位精度可以和普通、变频、制动、伺服等多种电机完美组合.减速机多种的设计方案为客户的装提供了很强的可选性。现在人们所用的蜗轮蜗杆减速器中，大多都是直接利用蜗轮蜗杆传动的优点：能得到很大的传动比、结构紧凑(其在分度机构中的传动比i可达1000，在动力传动中i=10-80)。传动平稳、噪声低；在一定条件下，该机构可以自锁。而很少有人通过其他方法来验证其传动比。在本文中，将介绍怎么在ADAMS中模拟蜗轮蜗杆传动，做出蜗轮蜗杆角速度的关系曲线，并验证与传动比的一致性。1.2ADAMS软件简介ADAMS，即机械系统动力学自动分析(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems)，该软件是美国MDI公司(MechanicalDynamicsInc.)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。根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS软件销售总额近八千万美元、占据了51%的份额,现已经并入美国MSC公司。ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。ADAMS软件有两种操作系统的版本：UNIX版和WindowsNT/2000版。ADAMS软件由基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块及工具箱5类模块组成，用户不仅可以采用通用模块对一般的机械系统进行仿真，而且可以采用专用模块针对特定工业应用领域的问题进行快速有效的建模与仿真分析。5Adams是全球运用最为广泛的机械系统仿真软件，用户可以利用Adams在计算机上建立和测试虚拟样机，实现事实再现仿真，了解复杂机械系统设计的运动性能。Adams广泛的应用于工程领域、航空航天、汽车工程、工业机械、工程机械等领域。ADAMS软件可以帮助改进各种机械系统设计,从简单的连杆机构到车辆、飞机、卫星甚至复杂的人体.例如在航空和国防工业中,ADAMS能够防真分析起落架、货舱门以及载重车辆和武器的动力学问题；在航天工业中，它能用于太阳能电池板的展开和回收过程的运动、动力分析；在汽车工业中，能用于卡车、越野汽车以及其他车辆的动力学分析；在生物力学和人机工程学领域，ADAMS能用于人机界面设计、事故重建、车辆乘员保护以及产品的人机工程学设计；在机电产品中，它能用于磁盘和磁带驱动器的设计、传真机以及电路断电器的设计；在健身娱乐产品中，它能用于健身自行车以及其他健身运动器树：在一般机械中，如电动印刷机、家用电器、电梯等都可应用ADAMS进行设计和分析：在制造业和机器人的设计、材料加工设备、包装机械以及食品加工设备的设计也都能够应用ADAMS；在铁路系统，ADAMS能够用于车轮与铁轨的相互作用分析以及车厢之间锅台的动力学问题。1.3本文工作为了达到要求的运动精度和生产率，必须要求传动系统具有一定的传动精度并且各传动元件之间应满足一定的关系，以实现各零部件的协调动作。该设计均采用新国标，运用模块化设计，设计内容包括传动件的设计，执行机构的设计及设备零部件等的设计。根据所给定的参数，首先设计一对蜗轮蜗杆，其次在ADAMS中模拟蜗轮蜗杆传动，由于本文的目的只是与传动比有关，需要做的只是模拟分析出蜗轮蜗杆的角位置曲线图，进而根据曲线图分析出蜗轮蜗杆的传动比，所以对于所设计的蜗轮蜗杆的传动比可根据仿真时的难易程度进行适当的调整，力求简洁明了。做出蜗轮蜗杆角速度的关系曲线，并验证其与理论传动比i的一致性。61.4本章小结要利用一个机构或软件，只有先对其有一定得了解，之后才能更好的达到设计目的。本章简单的介绍了蜗轮蜗杆的主要特点、发展现状及其研究方向，介绍了ADAMS这一机械系统动力学仿真分析软件的基本特点及其组成模块（基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块及工具箱），最后说明了本文的行文目的。让我们对蜗轮蜗杆传动和AMAMS软件有一个初步的了解。这样，就能更好的利用两者的优点。对蜗轮蜗杆的设计以及用ADAMS的对其进行模拟仿真验证有一定得帮助。72蜗轮蜗杆传动设计2.1蜗杆传动概述（1）蜗杆传动的特点及应用蜗杆传动的主要优点是能得到很大的传动比、结构紧凑，其在分度机构中的传动比i可达1000，在动力传动中传动比i＝10～80。由于蜗杆传动属于啮合传动，蜗杆齿是连续的螺旋齿，与蜗轮逐渐进入和退出啮合，且同时啮合的齿数对较多，故传动平稳、噪声低；在一定条件下，该机构可以自锁。蜗杆传动的主要缺点是效率低，当蜗杆主动时，效率一般为0.7～0.8；具有自锁时，效率仅为0.4左右。由于齿面相对滑移速度大，易磨损和发热，不适于传递大功率；为减小磨损，蜗轮齿圈常用铜合金制造，故其成本较高；蜗杆传动对制造安装误差比较敏感，对中心距尺寸精度要求较高。综上所述，蜗杆传动常用于传递功率在50kW以下，滑动速度在15m/s以下的机械设备中。（2）蜗杆传动的类型(a)圆柱蜗杆传动；(b)环面蜗杆传动；(c)锥蜗杆传动图2-1蜗杆传动类型8圆柱蜗杆由于其制造简单，因此有着广泛的应用。环面蜗杆传动润滑状态良好，传动效率高，制造较复杂，主