基于RecurDyn軟件的偏心鏈輪、帶傳動等柔性傳動分析

石增輝　張峻寧　馬楠

摘要：簡要介紹了RecurDyn軟件的常規(guī)用法，通過建立偏心鏈輪、帶等柔性傳動模型，仿真了其運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)結(jié)果，得出了柔性傳動系統(tǒng)都存在傳動速度、作用力波動的結(jié)論，同時驗(yàn)證了鏈傳動中運(yùn)動多邊形效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：柔性傳動帶速波動偏心鏈輪波動

中圖分類號：TH11 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）08（b）-0061-01

帶傳動、鏈傳動等柔性傳動廣泛地應(yīng)用于機(jī)械動力傳動。帶傳動主要應(yīng)用在高速傳動中，能夠?qū)徍洼d荷沖擊、過載保護(hù)起到良好的作用；鏈傳動適用于中低速、對傳動比要求較高的傳動。但柔性傳動也存在自身的弊端，主要體現(xiàn)在柔性件受力的波動性，交變力對柔性件的疲勞、壽命有著重要的影響，因此，通過軟件研究柔性體中的運(yùn)動、力學(xué)問題對實(shí)際生產(chǎn)有著重要的指導(dǎo)意義。

Solidworks、Proe等常用軟件有動力學(xué)等仿真功能，但只適用于剛性零部件；Adams軟件有著強(qiáng)大的仿真功能，但必須導(dǎo)入Solidworks模型或重建模型，同時鏈條對裝配、約束有著較高的要求。多體動力學(xué)軟件RecurDyn可以為鏈傳動、帶傳動等柔性傳動系統(tǒng)仿真提供便捷的方法。

1RecurDyn軟件簡介

RecurDyn軟件（以下簡稱R軟件）是由韓國FunctionBay公司開發(fā)出的多體系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件，它采用相對坐標(biāo)系運(yùn)動方程理論和完全遞歸算法，適合于求解大規(guī)模的多體系統(tǒng)動力學(xué)問題。

R軟件最大的特點(diǎn)是模塊化，如：建模模塊、鉸鏈模塊、力模塊等，SubSystem選項(xiàng)中提供了鏈、帶等零件模塊及裝配模塊，用戶通過點(diǎn)擊所需零件再輸入相關(guān)參數(shù)就可以快速生成零件模型，裝配時，點(diǎn)擊裝配模塊再選中零件即可；需要動力仿真時，首先在Joint模塊中選擇旋轉(zhuǎn)、移動、螺旋等運(yùn)動副，添加到零件中即可，然后在Database欄中Joint下的運(yùn)動副上單擊右鍵，選擇Property選項(xiàng)，為運(yùn)動副添加驅(qū)動力或力矩。單擊Analysis鍵，在沒有錯誤前提下，軟件將自動運(yùn)行求解相關(guān)動力學(xué)參數(shù)，供制作動畫與仿真分析結(jié)果使用。

2模型建立

本文中選擇了常用的帶傳動與偏心鏈輪等柔性傳動。實(shí)體建模方法可以概括為：（1）選擇裝配體模塊；（2）在零件子模塊中選擇零件；（3）添加所需的運(yùn)動副；（4）添加力或力矩（力或力矩隨時間方程可以自行定義）；（5）點(diǎn)擊Analysis，系統(tǒng)自動分析運(yùn)動；（6）獲取動畫或仿真結(jié)果。

帶傳動的建模按照以上步驟操作就可以實(shí)現(xiàn)；偏心鏈輪傳動建模需要額外處理，因?yàn)殒渹鲃由婕版?、輪正確嚙合的問題，只有在正確嚙合的條件下，系統(tǒng)才能自動解出相關(guān)動力學(xué)參數(shù)，處理的方法是：選擇Object Control選項(xiàng)，選中鏈輪圓點(diǎn)所在坐標(biāo)，設(shè)置旋轉(zhuǎn)角度，將鏈輪繞Z軸旋轉(zhuǎn)，直至鏈、輪正確嚙合即可。另外，偏心鏈輪的偏心處理可以通過將旋轉(zhuǎn)副施加于偏心位置再在偏心處添加旋轉(zhuǎn)力矩的方法來實(shí)現(xiàn)。

3仿真結(jié)果分析

在帶的仿真中，輸入時間值10S，所得到的帶傳動仿真結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出：帶傳動在起動初步階段，帶速、張緊力都有著較大的波動；帶速瞬時最大值可以達(dá)到正常狀態(tài)值的近2倍，張緊力的波峰值也能達(dá)到穩(wěn)定值的近2倍；啟動階段時間較短，該階段帶速、張緊力的浮動對應(yīng)實(shí)際情況中的帶與帶輪間相對滑動較為嚴(yán)重；達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，帶速、張緊力分別在某一值附近浮動，帶速的浮動值較大，張緊力更為穩(wěn)定。

帶速在達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后作小范圍的浮動是正常的，實(shí)際當(dāng)中可以平衡載荷，當(dāng)負(fù)載有沖擊時，帶的浮動可以將其平衡，對動力源等設(shè)備是一種良好的保護(hù)。

偏心鏈輪傳動中，起動階段，鏈的速度、加速度都有一個突變值，將近是正常值的5倍；平穩(wěn)狀態(tài)時，鏈的速度與加速度均出現(xiàn)波動，鏈速度的波動是加速度波動的結(jié)果；在鏈平穩(wěn)傳動一個周內(nèi)，波動幅值不是一個定值，即該波動不同于不偏心鏈輪中鏈速的波動，該波動是鏈的多邊形效應(yīng)與偏心鏈輪共同作用的結(jié)果。

4結(jié)語

R軟件可以快速的建立標(biāo)準(zhǔn)零件的三維模型，在柔性傳動仿真中占據(jù)優(yōu)勢，可以根據(jù)需要輸入不同的動力學(xué)方程并能迅速求解，相關(guān)運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)參數(shù)可以根據(jù)需要來生成。由前面的分析可以看出柔性傳動系統(tǒng)中都存在交變力的現(xiàn)象，這為零件的疲勞分析、使用壽命的研究提供理論基礎(chǔ)。本文中的不足是三維建模的參數(shù)都采用了系統(tǒng)的默認(rèn)參數(shù)，因此作結(jié)果分析時并未用具體數(shù)值，只是用倍數(shù)作了定性分析。

參考文獻(xiàn)

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