在當(dāng)今制造業(yè)中，傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、類(lèi)比設(shè)計(jì)和靜態(tài)設(shè)計(jì)因?yàn)殚_(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、質(zhì)量差、產(chǎn)品成本高等缺點(diǎn)越來(lái)越不適應(yīng)日益加劇的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，企業(yè)能否對(duì)市場(chǎng)做出迅速的響應(yīng)，生產(chǎn)出最大程度滿足顧客要求的高質(zhì)量低成本產(chǎn)品已成為競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。

    虛擬樣機(jī)技術(shù)( V i r t u a l Prototyping Technology)的出現(xiàn)為企業(yè)提供了行之有效的方法。虛擬樣機(jī)技術(shù)是指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，將分散的零部件設(shè)計(jì)和分析技術(shù)(指在某單一系統(tǒng)中零部件的CAD和FEA技術(shù))揉合在一起，在計(jì)算機(jī)上建造出產(chǎn)品的整體模型，并針對(duì)該產(chǎn)品在投入使用后的各種工況進(jìn)行仿真分析，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的整體性能，進(jìn)而改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品性能的一種新技術(shù)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，虛擬樣機(jī)技術(shù)就是利用CAD軟件所提供的各零部件的物理和幾何信息，直接在計(jì)算機(jī)上對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行建模和虛擬裝配，從而獲得基于產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)數(shù)字模型,即虛擬樣機(jī)(Virtual Prototype)，并對(duì)其進(jìn)行仿真分析。這種方法使設(shè)計(jì)人員能在計(jì)算機(jī)上快速試驗(yàn)多種設(shè)計(jì)方案，直至得到最優(yōu)化結(jié)果，而且免去了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中物理樣機(jī)的試制，從而大幅度縮短了開(kāi)發(fā)周期，減少了開(kāi)發(fā)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

    虛擬樣機(jī)技術(shù)是許多技術(shù)的綜合，其核心是多剛體（柔體）系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模理論及其技術(shù)實(shí)現(xiàn)，其關(guān)鍵技術(shù)包括工程設(shè)計(jì)技術(shù)、建模仿真技術(shù)和VR可視化技術(shù)等。成熟的三維計(jì)算機(jī)軟件有效地保證了虛擬樣機(jī)技術(shù)的大規(guī)模推廣和應(yīng)用。這方面比較有代表性的是美國(guó)MDI公司開(kāi)發(fā)的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)、比利時(shí)LMS公司的DADS以及德國(guó)航天局的S I M P A C K，其中ADAMS最為成熟，已廣泛應(yīng)用于世界各行各業(yè)，占據(jù)了超過(guò)50%的市場(chǎng)銷(xiāo)售份額。

    本文擬就二級(jí)齒輪減速傳動(dòng)，利用ADAMS軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)仿真，詳細(xì)介紹應(yīng)用ADAMS軟件的一般操作步驟，直觀再現(xiàn)傳動(dòng)過(guò)程，并驗(yàn)證所建造模型正確與否。

   一、實(shí)例

    設(shè)一個(gè)直齒二級(jí)齒輪減速器，基本結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)如下：

    第一級(jí)： 模數(shù)m = 4 m m ，z1=20，z2=50；齒寬B=40mm

    第二級(jí)： 模數(shù)m = 4 m m ，z1=30，z2=70；齒寬B=40mm

    則第一級(jí)傳動(dòng)小齒輪分度圓直徑為d 1 = m × z 1 = 8 0 m m ，d2=m×z2=200mm；第二級(jí)傳動(dòng)小齒輪分度圓直徑為d1=m×z1=120mm，d2=m×z2=280mm。

    二、幾何建模

    1.啟動(dòng)軟件

    雙擊桌面上ADAMS/View的快捷圖標(biāo),打開(kāi)ADAMS/View。在歡迎對(duì)話框中選擇“Create a new model”，在模型名稱(chēng)（Model name）欄中輸入decelerator ；在重力名稱(chēng)(Gravity)欄中選擇“Earth Normal(-Global Y)”；在單位名稱(chēng)(Units)欄中選擇“MMKS －mm,kg,N,s,deg”；點(diǎn)擊“OK”確定。

    2.設(shè)置工作環(huán)境

    在ADAMS/View菜單欄中，選擇設(shè)置（Setting）下拉菜單中的工作網(wǎng)格（Working Grid）命令。系統(tǒng)彈出設(shè)置工作網(wǎng)格對(duì)話框，將網(wǎng)格的尺寸(Size)中的X和Y分別設(shè)置成750mm和500mm，間距（Spacing）中的X和Y都設(shè)置成10mm。然后點(diǎn)擊“OK”確定。

    3.創(chuàng)建齒輪

    鼠標(biāo)右鍵單擊模型庫(kù)，選擇旋轉(zhuǎn)方式，按照上面計(jì)算所得各分度圓直徑建立圖1所示模型。

    4 .創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副、齒輪副、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)

    選擇ADAMS/View約束庫(kù)中的旋轉(zhuǎn)副（Joint: Revolute）圖標(biāo)，參數(shù)選擇“2 Bod-1 Loc”和“pick feature”，在“ADAMS/View”工作窗口中先用鼠標(biāo)左鍵選擇小齒輪，然后選擇機(jī)架（ground），接著選擇小齒輪上的中心點(diǎn)，拖動(dòng)光標(biāo)直到出現(xiàn)沿小齒輪中心軸線方向的白色箭頭，點(diǎn)擊左鍵完成旋轉(zhuǎn)副(JOINT_1)，該旋轉(zhuǎn)副連接機(jī)架和齒輪，使齒輪能相對(duì)機(jī)架旋轉(zhuǎn)。同樣方法創(chuàng)建中間雙齒輪和右邊大齒輪的旋轉(zhuǎn)副JOINT_2和JOINT_3。

    創(chuàng)建完三個(gè)定軸齒輪上的旋轉(zhuǎn)副后，還要?jiǎng)?chuàng)建兩個(gè)嚙合點(diǎn)(MARKER)。齒輪副的嚙合點(diǎn)和旋轉(zhuǎn)副必須有相同的參考連桿（機(jī)架），并且嚙合點(diǎn)Z軸的方向與齒輪的傳動(dòng)方向相同。所以在本例中，嚙合點(diǎn)(MARKER)必須定義在機(jī)架(ground)上。選擇ADAMS/View零件庫(kù)中的標(biāo)記點(diǎn)工具圖標(biāo)，參數(shù)選擇Add to Ground和Global XY,分別在兩對(duì)嚙合齒輪中心處單擊，默認(rèn)的z軸方向恰好垂直于工作平面，即嚙合點(diǎn)線速度方向，但兩處z軸的指向應(yīng)相反，具體指向可根據(jù)下面驅(qū)動(dòng)的方向確定。

    選擇ADAMS/View約束庫(kù)中的齒輪副（Gear）圖標(biāo)，在彈出的對(duì)話框中的Joint Name欄中選擇小齒輪的JOINT_1和中間雙齒輪的JOINT_2，在Common Velocity Marker欄中選擇第一級(jí)嚙合處的MARKER，點(diǎn)擊OK完成齒輪副的創(chuàng)建，同樣方法完成第二級(jí)嚙合的齒輪副。

    在A D A M S / V i e w 驅(qū)動(dòng)庫(kù)中選擇旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)（Rotational Joint Motion）按鈕，在Speed一欄中輸入3000，表示旋轉(zhuǎn)速度3000度/秒。左鍵選小齒輪軸JOINT_1作為驅(qū)動(dòng)。完成后模型如圖2所示.

    至此，二級(jí)齒輪減速器模型創(chuàng)建完畢。

    同樣的設(shè)置方法，JOINT_2和JOINT_3的時(shí)間-速度曲線分別如圖4、圖5所示。

    測(cè)量完成后，進(jìn)入后處理模塊，右鍵單擊選擇分成四部分的窗口，分別加載動(dòng)畫(huà)和三條曲線如圖6所示。

    五、結(jié)論分析

    (1)對(duì)第一級(jí)嚙合進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。因?yàn)樾↓X輪的齒數(shù)20，大齒輪的齒數(shù)50，模數(shù)m =4m ，根據(jù)傳動(dòng)原理可以知道，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)外嚙合漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，大齒輪的轉(zhuǎn)速為小齒輪的2/5，即3000×（2/5）=1200deg/s。即當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速3 0 0 0 d e g / s時(shí)，一級(jí)減速獲得轉(zhuǎn)速－1200deg/s，負(fù)號(hào)表示方向相反；同樣對(duì)第二級(jí)嚙合進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。因?yàn)樾↓X輪的齒數(shù)為30，大齒輪的齒數(shù)70，則最后理論上獲得的轉(zhuǎn)速應(yīng)為1200×3/7=514.286deg/s，對(duì)照?qǐng)D5，二級(jí)減速獲得輸出轉(zhuǎn)速514.3deg/s，所建模型正確，符合標(biāo)準(zhǔn)外嚙合直齒齒輪傳動(dòng)角速度與齒輪的分度圓直徑成反比的結(jié)論。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

    (2)ADAMS是以相鄰兩回轉(zhuǎn)軸MARKER點(diǎn)與嚙合處MARKER點(diǎn)的距離之比確定傳動(dòng)比的，改變回轉(zhuǎn)軸上MARKER點(diǎn)的位置不影響最終結(jié)果。

    (3)以旋轉(zhuǎn)方式建立齒輪模型可以省卻調(diào)整MARKER點(diǎn)位置的麻煩，但MARKER點(diǎn)z軸的指向應(yīng)根據(jù)實(shí)際線速度方向作相應(yīng)的調(diào)整。

    (4) 在嚙合點(diǎn)處， 將標(biāo)記點(diǎn)(MARKER)的z軸方向旋轉(zhuǎn)一定角度，就可以仿真斜齒齒輪傳動(dòng)情況。