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1、 编号 毕 业 设 计（论文）题目 汽车轮边减速器运动仿真与分析 二级学院 xx 汽车学院 专 业 车辆工程 班 级 09454 学生姓名 学号 指导教师 职称 副教授 时 间 2013/5/31 目录摘要 IAbstract I第一章 绪论 11.1 课题研究的目的及其意义 11.2 课题研究的内容 2第二章. 行星齿轮轮边减速器工作原理 42.1 行星齿轮轮边减速器结构结构 4第三章 汽车行星齿轮轮边减速器模型建立 5第四章 汽车行星齿轮轮边减速器模型 ADAMS 运动仿真及动力学分析 84.1 运动仿真： 84.2 动力学特性： 124.3 动力学特性分析： 13第五章结构模态分析 14
2、5.1 ANSYS 模态分析理论 145.2 有限元模型建立 155.3 模型模态求解和分析 17全文总结 21致谢 22参考文献 23摘要摘要汽车轮边减速器是重型汽车的重要运动件，减速器的好坏很大程度上作用着重型汽车的动力学和稳定性。本文以行星齿轮减速器为研究对象。首先，分析了该减速器的结构形式，进行了正确的选择。其次，通过 CATIA 三维图形软件绘制出行星齿轮轮边减速器机构的 CAD 图形，并完成零件装配。然后通过通用接口导入到 ADAMS 虚拟样机,在 ADAMS 里面对各个零件添加正确的约束及运动副并进行仿真得到运动特性和动力学特性。通过 CATIA 与 ANSYS 的通用接口将模型
3、导入到 ANSYS 软件里面，对该模型进行处理划分网格。利用 ANSYS 里面的模态分析处理程序，对该连杆进行模态分析，从而得到构件的模态变形图和沿不通方向的位移场分布图。关键词关键词：行星齿轮减速器；运动仿真；动力学特性；模态分析；AbstractAutomotive wheel reducer is an important heavy vehicles moving parts, reducer good or bad largely focused on the role of cars dynamics and stability. In this paper, the planet
4、ary gear reducer for the study. First, the analysis of the reducer structure, were the right choice.Secondly, through the CATIA 3D graphics software draw planetary gear wheel reducer institutions CAD drawings, and complete parts assembly. Then through a common interface into ADAMS virtual prototype,
5、 in which the various parts ADAMS add the correct constraints and deputy campaign and conduct simulated motion characteristics and dynamics.CATIA and ANSYS through a common interface to import the model into ANSYS software inside, the model is processed mesh. Using ANSYS modal analysis inside the ha
6、ndler, modal analysis of the connecting rod, resulting in component modal deformation maps and directions along the barrier displacement field distribution.KeyKey wordword: Planetary gear reducer ；Motion simulation; Dynamics； Modal analysis;第一章第一章 绪论绪论1.1 课题研究的目的及其意义课题研究的目的及其意义(1) 一、课题研究背景重型汽车轮边减速器多
7、以行星齿轮为主，世界上的一些发达国家，如日本、瑞典、俄罗斯和美国等，对行星齿轮传动的研究、生产和应用都十分重视，在传动性能、传递功率、结构优化、转矩等方面均处于领先地位。发展比较快且取得一定科研成果的是在行星齿轮传动动力学方面。近几年来，随着我国对制造业的扶持和资金的投入以及科学技术不断进步，机械科技人员经过不懈的努力以及技术引进和消化吸收，在行星齿轮理论研究和优化设计等方面取得了一定的研究成果，在行星齿轮传动非线性动力学模型和方程方面的研究是国内两个关于行星齿轮传动动力学的代表，他们的研究成果取得了一定的成就并把许多技术应用于实际当中。与此同时，现代优化设计理论也应用到行星齿轮传动技术中，根
8、据不同的优化目标，通过建立轮边减速器行星齿轮数学模型，产生了多种优化设计方法。在已经取得的成果中，有针对行星轮均载机构和功率分流方面的优化设计，有针对行星齿轮传动啮合效率、结构性能、体积的多目标优化设计研究，有专门针对如重型汽车轮边减速器行星传动机构齿轮模态优化设计，有针对行星机构噪声、振动、固有频率特性研究，这些成果的研究有利于提高了工程技术人员对行星传动技术的认识。在新理论和新数学计算方法出现的同时，行星齿轮减速器的优化设计方法也随着更新，比较新的研究成果：有可靠性工程理论在优化设计中的应用，有遗传算法在行星齿轮优化设计中的应用，有模糊数学在行星齿轮优化设计中的应用，有可靠性工程理论在优化
9、设计中的应用，基于可靠性工程的理论通过引入强度可靠性系数方程来进行优化设计。这些新的设计理论和新的设计方法将许多设计理论概念和研究成果应用到优化设计中，对行星齿轮传动优化设计理论研究的发展有很大的贡献。（2）课题意义轮边减速器一般为双极减速驱动桥中安装在轮毂中间或附近的第二级减速器。在一些矿山水利及其他大型工程等所用的重型汽车，工程和军事上用的重型牵引汽车及大型公共汽车等，要求有较高的动力性，而汽车车速相对较低，因而其传动系的低档总传动比很大，为了使变速器分动器传动轴等总成不致因承受过大尺寸及质量过大，应将传动系的传动比以尽可能大的比率分配给驱动桥。这就导致一些重型汽车大型汽车的主减速比必须很
10、大，还有一些越野汽车要求在坏路上和无路地区具有良好的通过性,因此在设计上述重型汽车、大型公共汽车、越野汽车时，需要在车轮旁附加轮边减速器。我国研制汽车轮边减速器始于 20 世纪 70 年代中期，至今发展不快，技术水平只相当国外 20 世纪 80 年代末的水平。进入 21 世纪以来，我国经济形势发生了很大的变化。因此，重型汽车轮边减速器在我国的应用前景十分广阔。自从我国加入 WTO 之后，减速器行业面临极大的压力与挑战，为了应对这一严峻形势，一方面要引进更多更好的国外产品与相关技术，另一方面必须迅速发展民族工业。国外的汽车减速器应用得比较好，技术也比较先进，但价格比较高。一般情况是：国外的整机的
11、价格是国内价格的 23 倍，而易损件、备件的价格却是 58 倍，因此，发展我国的轮边减速器产品是非常必要的。本论文正是对汽车轮边减速器的仿真与分析研究。1.21.2 课题研究的内容课题研究的内容本文以行星齿轮减速器机构为研究对象，以有限元法和机械动力学为理论基础，以三维建模软件 CATIA，有限元分析软件 ANSYS、机械系统动力学自动分析软件 ADAMS 为平台，完成减速器机构的建模，虚拟样机模拟，研究该模型的动力学特性和进行模态分析。具体研究内容如下：（1）根据已有的行星齿轮减速器参数，利用 CATIA 软件建立三维实体模型，并进行装配工作，为了下一步 ADAMS 分析做好准备。（2）将上
12、一步建立好的三维实体模型导入进入 ADAMS 软件里面，对各个连接部件进行定义，添加相符合的约束和驱动，并在各个齿轮间添加接触力。完成机构的多刚体虚拟样机模型建立。并在 ADAMS 多刚体运动分析的基础上，完成对机构的运力学特性分析，得到曲线数据。（3）将 CATIA 中的连杆模型导入到 ANSYS 里面，对该杆件进行参数的设定，网格的划分，并且对杆件进行模态分析，得到连杆的各阶振型及频率。第二章第二章. 行星齿轮轮边减速器工作原理行星齿轮轮边减速器工作原理2.1 行星齿轮轮边减速器结构结构行星齿轮轮边减速器结构结构由于轮边减速器大多采用单级行星齿轮形式，故本文仿真与分析均是以单级行星齿轮减速
13、器 为模型。1.当太阳轮为主动件，齿圈为从动件，行星齿轮架固定时（图 2a）: 2.当太阳轮为主动件，齿圈为从动件，行星齿轮架固定（图 2b）:3.太阳轮为主动件，行星齿轮架为从动件，齿圈固定（图 2c）：以上 3 式中 n1,n2,n3 分别为太阳轮、齿圈、行星齿轮架转速。Z1、Z2 分别为太阳轮和齿圈的齿数。第三章第三章 汽车行星齿轮轮边减速器模型建立汽车行星齿轮轮边减速器模型建立由于动力学软件建模的能力十分有限，所以才有专业的三维建模软件对活塞连杆机构虚拟样机进行模型的建立，并且采用专业的 CAD 之间的接口导入到动力学分析软件 ADAMS 里面，这样能最好的利用到各个软件的独有的专长，
14、从而给工作带来极大的方便。CATIA 是由法国达索系统（Dassault Systemes S.A.）公司开发的，跨平台的商业 3 维 CAD 设计软件。CATIA 有着先进的混合建模技术，设计对象的混合建模：在 CATIA 的设计环境中，无论是实体还是曲面，做到了真正的互操作。 4基于其上 CATIA 的众多优点，本文采用 CATIA 对于活塞连杆机构进行 CAD 建模。活塞连杆机构由曲柄、连杆、活塞销、活塞组成。为了获得具体的零件质量特性参数，模型应与实物尽量接近。对零件三维建模的过程如下所示：1. 太阳轮 CAD 建模2.行星轮 CAD 建模3.行星架 CAD 建模4.内齿圈 CAD 建
15、模5. 输入轴 CAD 建模6.进入装配模块对模型进行装配调入零件装配完成第四章第四章 汽车行星齿轮轮边减速器模型汽车行星齿轮轮边减速器模型 ADAMS 运动仿真及动力学分析运动仿真及动力学分析4.1 运动仿真运动仿真：（1）将模型导入到 ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，该软件是美国 MDI 公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件。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朗日方程方法
16、，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。6其中 ADAMS/View 图形接口模块，它可以利用 IGES、STEP、STL 等产品数据转换库的标准文件格式完成 ADAMS 与其他 CAD 软件之间的数据传输，这样使得使用者在使用的过程中更加方便快捷的可以选用自己熟悉的软件来完成工作。用 x_t 格式导入到 ADAMS 里面，导入完成的模型如图所示：（2）对模型施加约束和运动副（3）施加接触力（4）施加驱动（角速度 360 度/秒）4.2 动力学特性动力学特性：输入轴转速输入轴转速输出轴转
