在當(dāng)今制造業(yè)中，傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計、類比設(shè)計和靜態(tài)設(shè)計因為開發(fā)周期長、質(zhì)量差、產(chǎn)品成本高等缺點越來越不適應(yīng)日益加劇的市場競爭，企業(yè)能否對市場做出迅速的響應(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)品已成為競爭的焦點。

    虛擬樣機技術(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。虛擬樣機技術(shù)是指在產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程中，將分散的零部件設(shè)計和分析技術(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，在計算機上建造出產(chǎn)品的整體模型，并針對該產(chǎn)品在投入使用后的各種工況進行仿真分析，預(yù)測產(chǎn)品的整體性能，進而改進產(chǎn)品設(shè)計、提高產(chǎn)品性能的一種新技術(shù)。簡單的說，虛擬樣機技術(shù)就是利用CAD軟件所提供的各零部件的物理和幾何信息，直接在計算機上對機械系統(tǒng)進行建模和虛擬裝配，從而獲得基于產(chǎn)品的計算機數(shù)字模型,即虛擬樣機(Virtual Prototype)，并對其進行仿真分析。這種方法使設(shè)計人員能在計算機上快速試驗多種設(shè)計方案，直至得到最優(yōu)化結(jié)果，而且免去了傳統(tǒng)設(shè)計方法中物理樣機的試制，從而大幅度縮短了開發(fā)周期，減少了開發(fā)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

    虛擬樣機技術(shù)是許多技術(shù)的綜合，其核心是多剛體（柔體）系統(tǒng)運動學(xué)和動力學(xué)建模理論及其技術(shù)實現(xiàn)，其關(guān)鍵技術(shù)包括工程設(shè)計技術(shù)、建模仿真技術(shù)和VR可視化技術(shù)等。成熟的三維計算機軟件有效地保證了虛擬樣機技術(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MDI公司開發(fā)的機械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析軟件ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)、比利時LMS公司的DADS以及德國航天局的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50%的市場銷售份額。

    本文擬就二級齒輪減速傳動，利用ADAMS軟件進行簡單的運動仿真，詳細(xì)介紹應(yīng)用ADAMS軟件的一般操作步驟，直觀再現(xiàn)傳動過程，并驗證所建造模型正確與否。

   一、實例

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

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

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

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

    二、幾何建模

    1.啟動軟件

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

    3.創(chuàng)建齒輪

    鼠標(biāo)右鍵單擊模型庫，選擇旋轉(zhuǎn)方式，按照上面計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

    選擇ADAMS/View約束庫中的旋轉(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，然后選擇機架（ground），接著選擇小齒輪上的中心點，拖動光標(biāo)直到出現(xiàn)沿小齒輪中心軸線方向的白色箭頭，點擊左鍵完成旋轉(zhuǎn)副(JOINT_1)，該旋轉(zhuǎn)副連接機架和齒輪，使齒輪能相對機架旋轉(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)建完三個定軸齒輪上的旋轉(zhuǎn)副后，還要創(chuàng)建兩個嚙合點(MARKER)。齒輪副的嚙合點和旋轉(zhuǎn)副必須有相同的參考連桿（機架），并且嚙合點Z軸的方向與齒輪的傳動方向相同。所以在本例中，嚙合點(MARKER)必須定義在機架(ground)上。選擇ADAMS/View零件庫中的標(biāo)記點工具圖標(biāo)，參數(shù)選擇Add to Ground和Global XY,分別在兩對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)動的方向確定。

    選擇ADAMS/View約束庫中的齒輪副（Gear）圖標(biāo)，在彈出的對話框中的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欄中選擇第一級嚙合處的MARKER，點擊OK完成齒輪副的創(chuàng)建，同樣方法完成第二級嚙合的齒輪副。

    在A D A M S / V i e w 驅(qū)動庫中選擇旋轉(zhuǎn)驅(qū)動（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。完成后模型如圖2所示.

    至此，二級齒輪減速器模型創(chuàng)建完畢。

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

    測量完成后，進入后處理模塊，右鍵單擊選擇分成四部分的窗口，分別加載動畫和三條曲線如圖6所示。

    五、結(jié)論分析

    (1)對第一級嚙合進行運動分析。因為小齒輪的齒數(shù)20，大齒輪的齒數(shù)50，模數(shù)m =4m ，根據(jù)傳動原理可以知道，對于標(biāo)準(zhǔn)外嚙合漸開線直齒圓柱齒輪傳動，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，一級減速獲得轉(zhuǎn)速－1200deg/s，負(fù)號表示方向相反；同樣對第二級嚙合進行運動分析。因為小齒輪的齒數(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，對照圖5，二級減速獲得輸出轉(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角速度與齒輪的分度圓直徑成反比的結(jié)論。#p#分頁標(biāo)題#e#

    (2)ADAMS是以相鄰兩回轉(zhuǎn)軸MARKER點與嚙合處MARKER點的距離之比確定傳動比的，改變回轉(zhuǎn)軸上MARKER點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點位置的麻煩，但MARKER點z軸的指向應(yīng)根據(jù)實際線速度方向作相應(yīng)的調(diào)整。

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