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行星齿轮减速机新型减速机构造和摹拟剖析

编辑:正名机械发布时间:2019-04-09

  1动力学模型样机的建立
  位于车体前部两侧 ,在行星转向机和主动轮之间 ,用来进一步降低从发动机(Engine)传过来的转速 ,从而增大扭矩。它的减速原理是单一周转轮系机构 ,行星系机构在保证齿轮(Gear)较小的情况(Condition)下 ,得到较大的比 ,从而得到较好的减速效果。它简化后的主体构件包括 4个行星齿轮、1个太阳齿轮、1个齿圈、1个行星架、轴和箱体(BOX)。在建立虚拟样机模型之前作如下假设 : 1)各构件均为刚体 ,不考虑构件的弹性变形 ; 2)通过(tōng guò)给太阳齿轮与行星架的旋转副 ,添加一个运动 ,即速度函数 ,作为的动力输入 ; 3)忽略小质量
  (小质量基本不影响动力技术仿真运算的结果 ) ,将较大质量和较大的惯性进行等效 ,转移到 8个基本构件上。齿轮减速电机利用各级齿轮传动来达到降速的目的.减速器就是由各级齿轮副组成的.比如用小齿轮带动大齿轮就能达到一定的减速的目的,再采用多级这样的结构,就可以大大降低转速了。其简化图如图 1所示 ,行星架通过(tōng guò)花键与轴结合成一体 ,齿圈不动 ,与惯性坐标系固连。行星齿轮(Gear)、太阳齿轮、齿圈通过齿轮"啮合(niè hé) "连接。
  该模型用 Pro /E按照实物尺寸建立的实体模型 ,通过 Virtual1Lab的 CAD 接口转换成 Catia模型 ,运用其装配功能 ,确定各构件的相对位置。硬齿面齿轮减速机为达到特别低的输出转速,可以通过两个齿轮减速机相联的方法来实现。当采用这种传动方案时,可配置电机的功率必须依赖于减速机的极限输出扭矩,而不能通过电机功率来计算减速机的输出扭矩。然后在分析(Analyse)模型中确定各构件的约束关系。由于行星轮系的 4个行星齿轮中只要 1个便可以实现动力的传递(transmission) ,其余 3个行星齿轮的作用是为了提高该的可靠性。该模型中只用到了 1个行星齿轮 ,在后一步的齿轮磨损、疲劳等的校核时 ,根据实际情况 ,可以按一定的系数来降低(reduce)齿轮所受到的载荷。
  各构件的约束关系。
  2模型验证
  211模型验证方法
  判断虚拟样机模型及其仿真结果是否准确的最终办法是通过(tōng guò)与实际机械系统(system)的试验数据进行比较 ,考察试验数据与仿真结果的一致性。在进行仿真模型验证时 ,需要对物理样机的实测数据进行检查 ,应保证实际系统的试验条件及其它运行条件与仿真样机的一致性 ,如果试验条件不一致 ,那么仿真结果与实测数据就没有可比性 ,常用模型验证方法有动态关联法。
  动态关联法是定性的评价方法 ,它的基本思想是 :通过(tōng guò) 2个序列的偏差计算 ,可以给出某一性能指标来度量 2个时间序列一致性的程度。包括(bāo kuò) THEIL不等式法、灰色关联度法。
  对于单输出的时间序列 , THEIL不等式系数定义为μ= 1 n∑n t =1( x t - y t)2 1 n∑n t =1 x 2 t + 1 n∑n t =1 y 2 t,(1)式中: x t是实际系统运行时主要测量参数(parameter)的时间序列; y t是仿真系统仿真运行时产生的相应时间序列。
  当x t = y t对于所有的t = 1,2,…
  , n成立时,μ= 0表示 2个时间序列完全一样;而x t = - y t对于所有的t =1,2,…
  , n成立时,μ= 1表示 2个时间序列完全不一样。μ越接近于 0,则表示 2个序列越一致,而 μ越接近于 1,则表示 2个序列越不一致。
  定义x t和y t之间的灰色关联系数为ρt = m in t | X t - Y t | +ξmax t | X t - Y t | | X t - Y t | +ξmax t | X t - Y t |。
  (2)当 | X t - Y t | ≡C
  (常数)时,则定义 ρt =1.
  式(2)中 ξ∈(0,1)为分辨系数,ξ值视具体情况而定。一般取 ξ∈< 0,1 >或 ξ∈< 0,015 >。对于给定的 ξ,ρt越大,则认为x t和y t之间的关联程度越高。
  灰色关联度的定义为γ1 n∑n t =1λtρt。
  (3)当 ξ取值较小时,仍能得到较大的 γ(γ> 015) ,则认为仿真模型输出与参考输出之间具有较强的相关性,而且对于取定的 ξ,γ越大二者的关联性越强。λt是权函数,它的取值一般根据具体的问题凭经验而定,也可以运用各评价因子超标准倍数来确定,即λt = p t /p,(4)式中: p t为断面评价因子t的超标倍数; p = ∑m k = 1 p t。
  212验证建立的模型
  由于自行火炮的封装性和工作条件的恶劣(liè)(nasty)性。
  给传感器(transducer)的安装带来了困难,所以对于来说,其各个构件的转速还没有办法测量,在这里对于模型的验证(Experimental),将采用理论值作为物理样机的测量值。硬齿面齿轮减速机传动的效率是所有传动式中效率最高的一种,其效率比蜗杆传动要高的多。硬齿面齿轮减速机的效率主要由齿轮及轴承的摩擦决定。
  假定给该虚拟样机模型的太阳齿轮(Gear)与行星架的转动副上添加某个运动,恒定转速 ω1 = 500 r/min,由于这是相对运动,将其转到具有绝对运动的太阳齿轮上,得到太阳齿轮的转速为 69318 r/min.经过后得到轴的转速与时间的关系如图 2所示。
  在理论上,的比为i = 3158,则经过后轴的转速 ω2= 1931877 r/min.在虚拟样机得到的结果曲线上随机取 10个值作为仿真的时间序列,实测参数为恒定值,各值对应的关系如表 2所示。这是单输出的时间序列,应用 THEIL不等式系数 μ来进行验证,将各数代入式中,得到μ≈ 0,由结果可以知道,仿真的结果与理论的结果一致,验证该虚拟样机与理论值一致。
  3仿真算例
  发动机输出的功率(指物体在单位时间内所做的功的多少)恒定功率 ,假定火炮匀速前进 ,路面与行走系的相互作用按照比的关系作为轴所受到的扭矩 ,运用逆推的方式 ,通过仿真(simulation)的办法可以方便的得到其他各个构件的受力状态。假设火炮以二档速度在 B级路面上平稳前进 ,达到稳态。
  轴受到的载荷如图 3所示 , 发动机二档转速通过(tōng guò)箱到太阳齿轮的转速是416197 r/min, 通过仿真(simulation)分析 , 在二档速度下太阳齿轮受到的扭矩如图 4所示 , 比较这 2个结果可知 , 轴与太阳齿轮所受到的扭矩在总体上符合比的关系。因此 , 通过虚拟样机得到了太阳齿轮所受到的扭矩 , 为下一步应用强度理论为齿轮校核打下了基础。
  4结语
  通过 Pro /E实体模型 , 用 Virtual1Lab建立了某型自行火炮的样机模型 , 并利用动态关联法对所建立的模型进行验证 , 确认了该模型的正确性 , 通过给添加载荷 , 得到了太阳齿轮(Gear)的扭矩。下一步工作是用 Virtual. Lab提供的齿轮模块对齿轮的轮齿进行碰撞力分析(Analyse) , 进而校核齿轮。

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