滾子鏈傳動系統(tǒng)動力學(xué)仿真建模

滾子鏈傳動系統(tǒng)動力學(xué)仿真建模本童滯采用多體汕力學(xué)仿真軟件對發(fā)劾機(jī)正時樁估動系統(tǒng)迎行建模，正利機(jī)購的作用是保證發(fā)曷J扒配氣與直火時間精確.箕沒計的憂劣對發(fā)動機(jī)的動力性、節(jié)能性、可靠性、振動.噪聲、排放等都有重大影響，正一時鏈傳動系統(tǒng)包括曲軸鏈輪、進(jìn)弋四花輔謎輪、排氣凸輪軸鏈輪、救條、液壓我緊器卻固定導(dǎo)向板，本有將建立完整的正肘機(jī)物模鼠將漸開統(tǒng)鏈輪、外擺技組粒和短陶外擺線鏈輪導(dǎo)入到模型中，在］OOCir/imin—8OOCir；iriin不同轉(zhuǎn)速下*航比分折這二一利鏈軟的動態(tài)性能，為槌輪的設(shè)祚生產(chǎn)提供一定的依據(jù)+4.1正時鏈傳劫系毓的初步建立垂際發(fā)動機(jī)正時鏈傳動系統(tǒng)如圖4-1阮'在：￡——iffi牯鏈輪2——拽壓張緊器3——例定?序板4——進(jìn)/凸費(fèi)較鏈舵5——拌氣凸贛航鏈輪1^14-1正酎疑伯劫系統(tǒng)圖采用液壓瓶索器并紿令■固定罪板裝冠町附鏈傳動再到較為滿意的防提效果「這種緊密^在祉?xiàng)l膏的圄定導(dǎo)扳在坡條平穩(wěn)工作的’井不起到什么作用，只有在蝕條生成橫向振動時，導(dǎo)板才起到阻尼作用。在建立系統(tǒng)模型之前，我們先做以下幾點(diǎn)觀定：（D除卷?xiàng)l外，雙認(rèn)系統(tǒng)中其他組成部分均為剛體，即曲軸鏈輪、進(jìn)氣凸輪輔鏈輪、排氣心坨軸鏈輪、液壓張緊器和固定導(dǎo)向板在模型中均被認(rèn)定為剛體，均可用仿肖軟件中一個質(zhì)量單元進(jìn)行代替，而組成鏈條的每個漣節(jié).也都默認(rèn)為剛體.（2）為便于建模及仿真.首先要確立一個整伸坐標(biāo)系，我們將鏈輪分度圓所在的平面定義為Y?Z平面，以曲軸鏈輪的中心為整體坐標(biāo)系的原點(diǎn)，并使得曲軸鏈輪圍繞X軸轉(zhuǎn)動，如圖4.2所示，X軸方向沿紙面向里.其次，為了在仿真軟件中便于輸入鏈輪、張緊器和導(dǎo)板的形狀，對于每個部件，要建立一個局部坐標(biāo)系，局部坐標(biāo)系的三個軸分別用A、B和C表示,局部坐標(biāo)系的原點(diǎn)為各部件的轉(zhuǎn)動中心點(diǎn)。每個部件的局部坐標(biāo)系并不完全相同，在下文中會有詳細(xì)闡述，但它們有一個共同點(diǎn)：即局部坐標(biāo)系的A軸方向與整體坐標(biāo)系的X軸方向平行。最后，定義逆時針方向?yàn)樾D(zhuǎn)的正方向.此外，還要定義每個傳動系統(tǒng)組成單元的自由度，在本模型中，除了固定導(dǎo)板沒有自由度，其他部件均有繞X轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)的自W度。表4,曲鈕械輪和色輪軸鏈輪基本參教凸輪軸鏈輪曲輔鏈輪齒,（N）3819節(jié)距（P）9.525mm9.525mm浪子點(diǎn)徑（吊）6.35mm6.35mm輪齒垮度（B）10mm10mm齒頂圓直經(jīng)（V）120mm60.24mm齒根圓直徑（％）108.99mm51.52mm分度,直徑（d）115.34mm57.87mm在上述準(zhǔn)備工作完成以后，開始正式建模，首先系統(tǒng)中有應(yīng)一個曲軸繾輪、兩個四輪軸鏈輪、液壓張緊器和固定導(dǎo)向板五個刖體，用五個成量單元來代替,鏈條用軟件中自帶的錠條模塊來代替，鏈條采用節(jié)距為9.525mm的短節(jié)距精密傳動滾子鏈，鏈節(jié)數(shù)為】12。曲軸鏈輪齒數(shù)為19,兩凸輪軸鏈輪齒數(shù)均為38,鏈輪體參數(shù)見表4?］。其次，根據(jù)鏈條長度和鏈輪參數(shù)，輸入傳動系統(tǒng)中各部分的中心點(diǎn)（指轉(zhuǎn)動中心點(diǎn)，也是各部件局部坐標(biāo)系的原點(diǎn)）在整體坐標(biāo)系中的坐標(biāo)數(shù)值，X坐標(biāo)值一概為0,如表4.2所示。表4.2住動系統(tǒng)各部件整體坐標(biāo)位Y軸坐標(biāo)值（m）Z蝴坐標(biāo)值（m）曲軸骨輪0.00.0液壓米緊器-0.10.225進(jìn)氣凸輪軸鏈輪-0.0580.3J5排氣凸輪軸鏈輪0.070315固定導(dǎo)板0.0550.057同時，我們還需要對鏈傳動系統(tǒng)冬組成部分的轉(zhuǎn)動慣S：迸行眼值。由于在后續(xù)建模工作中曲軸鏈輪會作為主動輪而被賦予一個旋轉(zhuǎn)激勵，這相當(dāng)于一個動態(tài)邊界條件。因此，曲軸鏈輪的轉(zhuǎn)動慣量僅需要一個非零虛擬值即可。固定導(dǎo)板的轉(zhuǎn)動慣成為。，因?yàn)樗鼪]有自由度.其他轉(zhuǎn)動部件均需要繞X軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動憒量,經(jīng)計算，各部件的轉(zhuǎn)動噴量如表4.3所示。表4.3傳幼系統(tǒng)各部件轉(zhuǎn)動慣雄部件耕動曲軸鏈輪非零值進(jìn)氣及拌氣凸輪軸鏈挖9.8576x10"液壓張素器1x10“固定導(dǎo)極0最后，定義固定導(dǎo)板和液壓張緊野的局部坐標(biāo)。蟲于局部坐標(biāo)系中A軸方向與乂軸方向一致，且各部件局部坐標(biāo)系的原點(diǎn)在整體坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值已在表4?2中予以說明。因此，在定義各部件局部坐標(biāo)系肘，儀需要一個X軸方向的弟位向

量如一個方向點(diǎn)即可。X軸方向的單位向最定義A軸,將方向點(diǎn)和中心點(diǎn)相連即為R軸，在A軸和B軸確定后，C軸也就得到了?經(jīng)過計算，導(dǎo)板和張緊器的數(shù)據(jù)見表4.4。定好導(dǎo)板和張緊器局部坐標(biāo)系后，仿真軟件經(jīng)過模型相切計算，會自動生成曲軸鏈輪和凸輪知^輪及鏈條的局部坐標(biāo)系，無需手動定義。表4.4張您器和導(dǎo)板局部坐標(biāo)系定義向命在整體坐標(biāo)系中坐標(biāo)《m)方向點(diǎn)在整體坐綠系中坐標(biāo)(m)XYZXYZ戒壓張緊器10000.1-0.095固定導(dǎo)板10000.94174?0.33633在上述工作完成后，來，形成傳動部分模型，將曲軸鏈輪、凸輪軸鏈輪、張緊器和導(dǎo)板與鏈條連接起如圖4-2所示。圖4.2正時錠傳動系統(tǒng)模型示意圖4.2鏈輪齒形輸入在利用該軟件建立滾子鏈傳動多體動力學(xué)模型時，其中關(guān)鍵的一步就是快速、準(zhǔn)確地將鏈輪齒席數(shù)據(jù)斌給模型中所定義的鏈輪模塊，這-步驟將關(guān)系到整個仿

其過程的準(zhǔn)確性和高效性。在該仿真軟件中，共有三種齒形輸入方法：一般、點(diǎn)及圓弧和直線。一般式，可由一系列點(diǎn)定義-?個外形輪廊，在齒廊曲線上求取有限個點(diǎn)的坐標(biāo)值.這些點(diǎn)稱為樣本點(diǎn)：以相鄰樣本點(diǎn)為直線段的端點(diǎn)，將所有樣本點(diǎn)連為一段折線，該折線即為饗入仿點(diǎn)軟件中的擬合逼近線。由于直線擬合遙近屬于一次逼近，相對于二次曲線逼近（指圓弧段擬合逼近）來說，誤茬較大。但是，可以通過采取增多樣本采祥點(diǎn)來彌補(bǔ)這個缺點(diǎn)；圓和點(diǎn)方式，可由可由單個的廢孤或點(diǎn)定義一個外形輪廓；圓弧和直線方式則同時借助回弧和直線來定義一個外形輪廓，采用有限段直線或者圓弧和直線組合的方式對需要輸入的復(fù)余曲線進(jìn)行允許精度范圍內(nèi)的合理的擬合逼近，用多段圓弧或者宜線來代替原有夏雜的線進(jìn)行動力學(xué)仿真，對IGB1244-85和D1N8196鏈輪，可采用圓弧和食線的方式進(jìn)行輸入，如圖4.3和圖4.4。B虹B虹iRadus100W87704005885710059D5882000402W1005B9212003048300029900500565447?000320675A000544968-0003206755-000299005005654470030486-000402941005892120D59D5887-000487704005885710b）齒槽形狀a）齒魔信息圖4-3DIN8196鏈輪B|cRadius10005120800306875003111182b）齒槽形狀B|cRadius10005120800306875003111182000479370030740300046073300039047D029384040.0036590.02B808-0008320900002548300269324-000324096000256939-000524097-0002548300269324-000832098-0.0036S90.02880809-0.00390470.0293B40.004607310-00047937003074030031111811-00051208003068750a）齒明信息該仿真軟件具有根據(jù)齒數(shù)的自動陣列功能，因此用戶僅需要定義一個鏈輪齒槽的形狀即可。由于漸開線鏈輪、外擺線和短幅外建線鏈輪齒廓較為復(fù)朵，所以在本文中采用一般式。由于采用一般式輸入鏈輪齒廓，所以需要計算齒廓上一系列離散點(diǎn)的坐標(biāo)值,樣本點(diǎn)越多，最終得到的鏈輪齒形誤差越小。本文中采取140點(diǎn)數(shù)據(jù)通近，以減小齒形誤差。通過MATLAB強(qiáng)大的數(shù)學(xué)計算功能，對樣本點(diǎn)的坐標(biāo)值進(jìn)行計算（52-531（1）在MATLAB界面中輸入鏈輪齒廊方程，計算離散點(diǎn)坐標(biāo)值，并繪制齒槽形狀?齒槽形狀如圖4.5所示。圖4?5短幅外攏線曲軸鏈輪齒懵形狀（2）在確定完數(shù)據(jù)點(diǎn)后，將得到數(shù)值復(fù)般到記事本中，生成txt文件，并把該文件導(dǎo)入到仿真.軟件中，如圖4-6所示，同時，按照要求在仿真軟件中設(shè)宣好鏈輪的齒數(shù)、分度圓、鏈條節(jié)距等參數(shù)，最終得到斑輪齒槽形狀，圖4.6和圖4.7分別為短幅外擺線曲軸鏈輪和短喉外擺線凸輪軸鏈輪的樣本點(diǎn)坐標(biāo)值和齒槽形狀。005T93W00?97>oowmOCC$?65IOO2W20CC95450S580039410CQ93a?0W9JT3C02923600?H15?0.G2907S0OM加002BM4005T93W00?97>oowmOCC$?65IOO2W20CC95450S580039410CQ93a?0W9JT3C02923600?H15?0.G2907S0OM加002BM4D020M0028SUOOM7W_3一亍。（0475_5_0X468^6T~0X4C2W00^15645BODCU3W7甘0X4?38?f<~0CG4S52?12^'000427682^OCGdZTWM0CG41W2飛5OOCWM690054055600WO!5?U17?8OOD5rSe56a)曲軸鎮(zhèn)輪部分樣本點(diǎn)坐標(biāo)值b)曲轄鏈輪沃槽形狀圖4?6短幅外我線曲蛹萩輪恒&一?GCWW?CM^79!2tiOCMtOWCaSttM；_jowbr:玲a0004^4110??6O：QWWG??77"DOGa才100M3MTD0C4S72?00M2I9eoo&u^oc?om9^000<?SJoJdowjoH'tKS削"7?5CC4!W?，39婦370C5??4oowew0056T?DOWCW0056S13甫:o0C4fl?8>oo*co.jsJoaMO^00W?W"l^'eWS^e?D09O18Dnocc^^*owe?fD05TM5a)凸輪軸鏈輪部分樣本點(diǎn)坐標(biāo)值b)凸輪軸鏈輪齒槽形狀43液壓張緊器和固定導(dǎo)板的建模與輸入鏈輪齒形一樣，對于張緊器和固定導(dǎo)板，較件中也設(shè)髯了三種輸入方法，由于導(dǎo)板和張緊器形狀遠(yuǎn)比鏈輪齒廓簡單，所以采用圓孤和直線的方式即可。43.1液壓張肇器張緊器的位置及方位數(shù)據(jù)如圖4.8(a)所示，形狀如圖4.8(b)所示.L0190041710.0D5JD.1883310.W54390.0797113108觥3990.3457-0.0179741L0190041710.0D5JD.1883310.W54390.0797113108觥3990.3457-0.01797410G192230.0057-0.02W520G14910a）張紫苗方位數(shù)據(jù)Tenuan^iGudeb）張素器形狀示意圖4.3.2固定導(dǎo)板類似于液壓張緊器導(dǎo)鏈極，同樣按照軟件操作少驟.采用圓弧和直線的方式將關(guān)鍵邊界數(shù)據(jù)導(dǎo)入多體動力學(xué)仿真軟件，輸入固定導(dǎo)鏈板在全局坐標(biāo)系中的位黃，局部坐標(biāo)系向在等關(guān)很參數(shù)，模型便會在軟科中自動生成。圖4.9是固定導(dǎo)鏈板的剖分邊界數(shù)據(jù)以及其輸入軟件后的形狀圖。BCRadius1-0.0101750.16920.005BCRadius1-0.0101750.16920.0052-0.0151740.16409433-0.007121-0.0008810.054—?0.002136—…-0.00550a）固定導(dǎo)板方位數(shù)據(jù)b）導(dǎo)板形狀示意圖4.4鏈條建模在完成建立傳動系統(tǒng)、輸入齒形、張緊器和固定號板的建模工作以后，下一步便是對鏈條的建模工作.包括鏈條的基本參數(shù)，鏈條與其他部件的摩擦系數(shù)，確保鏈條與其他零部件保持相切等。4.4.1鏈條基本參致設(shè)置說條的基本參數(shù)包括鏈條的節(jié)距、內(nèi)外鏈節(jié)的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量及鏈案的預(yù)緊力。需要說明的是，在本文4.!節(jié)中定義了局部坐標(biāo)系，對于鏈條來說，軟件會自動給每個鏈節(jié)生成局部坐標(biāo)系，原點(diǎn)在鏈節(jié)幾何中心上，不需要手動添加，這樣，極大的方便了我們的建模工作。鏈條節(jié)距為9.525mm,外鏈節(jié)質(zhì)量為0.008kg,對A軸的轉(zhuǎn)動慣量為2.5x】（Tkgm2,內(nèi)鏈節(jié)的基本參數(shù)同外鏈節(jié)一致.為使模型盡量符合實(shí)際工況，應(yīng)讓鏈條和其他部件有合理的摩擦系數(shù)，包括內(nèi)外說節(jié)的摩擦系數(shù)。在實(shí)際工作條件F,鏈條使用時要添加潤滑油，因此，本文設(shè)置摩擦系數(shù)為0.05。同肘，為了使鏈條獲得足夠的預(yù)索力，往往需要通過液壓張緊器施加一定的預(yù)緊力。預(yù)緊力的施加將有效提高鏈傳動的性能，使得鏈條的松邊不致過松，防止產(chǎn)生抖動、跳齒和脫鋌。在本文正時機(jī)構(gòu)模型中，為保證系統(tǒng)在初始時的靜態(tài)平衡，根據(jù)正時機(jī)構(gòu)的實(shí)際工作條件，繾條需要施加的預(yù)緊力約為400N。4.4.2鏈條模型相切計算在給定鏈條的基本參數(shù)以后，我們需要運(yùn)行仿真軟件的鏈條和切編輯器，用來確保鏈條圍繞曲軸鏈輪、凸輪軸鏈輪轉(zhuǎn)動，同時對鏈輪、鏈條的模型謎行檢查，確保所有的參數(shù)已被鼓值，保證參數(shù)設(shè)置的前后一致和合理性，詳細(xì)檢查張緊初期的相關(guān)數(shù)據(jù)是否正確。從而為后期的彷賓計算提供正確的模型。在運(yùn)行完該編輯器后，若各項(xiàng)參數(shù)正確無誤，傳動模型會如圖4.10所示。'、圖4?】0鏈條相切模型4.5傳動軸、負(fù)載及旋轉(zhuǎn)激勵的添加在正稅I完成鏈條相切模型后，我們需要箜整個系統(tǒng)添加負(fù)載扭矩、旋轉(zhuǎn)激勵和傳動軸模塊。旋轉(zhuǎn)激勵模塊即為驅(qū)動裝置，由于在發(fā)動機(jī)正時鏈傳動系統(tǒng)中，曲軸鏈輪為主動鏈輪，帶動凸輪軸鏈輪排氣、遂氣，所以在本模型中，將旋轉(zhuǎn)激勵模塊與曲軸鏈輪相連接，并將傳動軸首.于兩者中間。在旋轉(zhuǎn)激勵模塊中，可以方便的設(shè)置需要仿其的轉(zhuǎn)速，同時可以設(shè)置是否為勻速轉(zhuǎn)動。需要注意的是，山于在4.1節(jié)中，我們己經(jīng)規(guī)定了旅轉(zhuǎn)的正方向是逆時針方向，所以在添加轉(zhuǎn)速時,要表明正負(fù)