基于RecurDyn的偏心鏈傳動(dòng)仿真分析

何偉棟 陳樺 王潤鑫

摘要：為了研究鏈傳動(dòng)中主動(dòng)鏈輪存在偏心誤差時(shí)對(duì)其動(dòng)力學(xué)特性的影響，在多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件RecurDyn中，分別建立了無偏心誤差鏈傳動(dòng)模型和存在偏心誤差模型，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，得到了兩種模型的各主要參數(shù)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)變化情況。

關(guān)鍵詞：鏈傳動(dòng);偏心;RecurDyn;仿真分析

中圖分類號(hào)：TH132.45? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2020）20-0041-02

0? 引言

鏈傳動(dòng)是由鏈輪和鏈條組成的一種撓性傳動(dòng)裝置 [1]，通過輪齒與鏈節(jié)嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。鏈傳動(dòng)無整體打滑現(xiàn)象和彈性滑動(dòng)，能保持準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，且其制造及安裝精度要求較低[2]。

由于鏈傳動(dòng)系統(tǒng)中制造及裝配產(chǎn)生的誤差，導(dǎo)致鏈輪與輸入軸的幾何旋轉(zhuǎn)中心不能完全重合，最終將導(dǎo)致鏈輪繞其安裝軸承的中心線呈周期性作弓形回轉(zhuǎn)。為了分析由于偏心誤差對(duì)其動(dòng)力學(xué)性能造成的影響，本文在多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件RecurDyn中建立鏈傳動(dòng)模型，并對(duì)其分別進(jìn)行無偏心鏈傳動(dòng)及偏心鏈傳動(dòng)動(dòng)力學(xué)仿真[3-4]。

1? 鏈傳動(dòng)模型的建立

RecurDyn軟件中特有的Chain模塊可快速準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)鏈傳動(dòng)模型的創(chuàng)建以及裝配[5]，并自動(dòng)完成相應(yīng)約束的創(chuàng)建，通過使用該模塊可以有效的解決鏈傳動(dòng)三維模型的創(chuàng)建及裝配難題。

在Toolkit工具包命令中選擇Chain模塊，鏈輪及鏈條參數(shù)如表1和表2所示，完成無偏心鏈傳動(dòng)仿真模型的創(chuàng)建如圖1所示。

2? 動(dòng)力學(xué)仿真分析

2.1 鏈輪的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)

當(dāng)鏈傳動(dòng)不存在偏心情況時(shí)，得到的主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的速度變化曲線如圖2所示。由圖2可以看出由于主動(dòng)輪角速度設(shè)定為恒定值以及啟動(dòng)瞬間產(chǎn)生的沖擊震蕩的影響，從動(dòng)輪的角速度有較大波動(dòng)，0.4s左右以后開始趨于穩(wěn)定。又由于鏈傳動(dòng)本身存在著多邊形效應(yīng)，所以從動(dòng)輪角速度保持在5rad/s上下波動(dòng)。

當(dāng)主動(dòng)輪與驅(qū)動(dòng)軸之間存在偏心情況仿真得到主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的速度變化曲線如圖3所示。由圖3可知啟動(dòng)以后由于沖擊震蕩的影響從動(dòng)輪角速度在0.5s左右以后開始趨于穩(wěn)定。

2.2 鏈節(jié)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)

歐拉角坐標(biāo)下鏈節(jié)在無偏心及偏心狀態(tài)下的質(zhì)心點(diǎn)角度變化情況分別如圖4、圖5所示。從圖4、圖5中可以看出在啟動(dòng)階段由于啟動(dòng)沖擊的影響，兩種狀況下的鏈節(jié)角度變化波動(dòng)差異不大，但是當(dāng)渡過啟動(dòng)階段后，無偏心鏈輪的鏈節(jié)波動(dòng)情況明顯減少，鏈節(jié)開始呈周期性波動(dòng)。而存在偏心的鏈傳動(dòng)系統(tǒng)鏈節(jié)角度波動(dòng)仍然較大，這是由于該鏈輪存在偏心情況，導(dǎo)致鏈輪與鏈節(jié)的嚙合位置置在Y方向上呈周期性變化，將導(dǎo)致鏈條在其運(yùn)行平面內(nèi)上下抖動(dòng)。

取鏈節(jié)1的瞬時(shí)速度變化情況如圖6、圖7所示。從圖6、圖7中可知當(dāng)鏈節(jié)嚙入主動(dòng)輪時(shí)其瞬時(shí)速度將會(huì)有較大波動(dòng)。當(dāng)主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)無偏心時(shí)鏈節(jié)的最大瞬時(shí)速度為1401.38mm/s，當(dāng)主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)存在偏心誤差時(shí)其最大瞬時(shí)速度為1931.75mm/s。對(duì)比可知存在偏心誤差的鏈輪對(duì)于鏈節(jié)的瞬時(shí)速度影響較大，而這種明顯的速度波動(dòng)將導(dǎo)致鏈節(jié)的運(yùn)動(dòng)狀況更加不平穩(wěn)。

3? 結(jié)論

本文利用多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件RecurDyn對(duì)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)分別進(jìn)行了鏈輪無偏心誤差仿真及鏈輪存在偏心誤差仿真。對(duì)兩種情況下鏈節(jié)及鏈輪的動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析比較。結(jié)果表明：當(dāng)鏈傳動(dòng)主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)存在較小的偏心誤差時(shí)在啟動(dòng)階段會(huì)加長從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速震蕩時(shí)間，當(dāng)震蕩結(jié)束后，對(duì)其固有的速度波動(dòng)特性影響不大。但鏈輪存在偏心誤差將導(dǎo)致鏈節(jié)的質(zhì)心位置及速度波動(dòng)明顯加劇，鏈節(jié)的質(zhì)心位置波動(dòng)即其抖動(dòng)更加明顯，鏈節(jié)的瞬時(shí)速度在啟動(dòng)階段波動(dòng)更加嚴(yán)重。故在工程實(shí)際中，對(duì)于輸送用鏈傳動(dòng)系統(tǒng)，應(yīng)盡量避免鏈輪安裝存在偏心誤差。

參考文獻(xiàn)：

[1]濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2001：170-173.

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[3]劉雨，趙俊天.基于Recurdyn的滾子輸送鏈爬行現(xiàn)象仿真與分析[J].機(jī)械傳動(dòng)，2016，40（02）：137-141.

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[5]郝馳宇，閆鵬程，孫華剛，劉超.基于RecurDyn的鏈傳動(dòng)動(dòng)力學(xué)故障仿真分析[J].機(jī)械傳動(dòng)，2014，38（10）：173-176.