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看一看:看一看;双十字轴式万向联轴器中间轴相位角的优化设

发布时间:2021-11-22 10:31:29 阅读: 来源:泵配件厂家

摘要:对双10字轴式万向联轴器的性能计算,传统方法常常是通过轴系间小夹角的假定来化简数学模型,从而得到近似解。而本文则介绍了如何利用Adams/View 建立双10字轴式万向联轴器的参数化模型;通过仿真计算的方法获得系统组件精确的物理特性曲线,并以输出真个力矩波动到达最小为优化目标,主要针对中间轴相位角进行设计研究及优化设计违建拆除流程及程序。主题词:双10字轴 相位角 Adams 参数化模型 优化设计1 绪论1.1 单10字轴式万向联轴器的运动分析单10字轴式万向联轴器作为1种不等速万向联轴器怎么样判定是不是违章建筑,虽能保证主、从动轴的平均转速相等,但却不能保证2者的瞬时转速相等,即当主动轴绕其轴线做等角速度回转时,从动轴绕其轴线做变角速度回转,而10字轴则做空间运动【1】。单10字轴式万向联轴器运动分析的详细分解如图 1⑴ 所示:图 1⑴ 单10字轴式万向联轴器运动分解

从图中所示的几何关系易知:tanΦ1= tanΦ2* cosβ „„ „„(1)式中:β 为主动轴线与从动轴线所夹锐角,φ 1为主动轴转角,φ 2 为从动轴转角。将等式(1)两边同时对时间取微分得:

式中:ω 1 为主动轴角速度土地征收纠纷的解决方法,ω 2 为从动轴角速度。1.2 双10字轴式万向联轴器的运动分析为避免力矩波动,实际利用中多采取双10字轴式万向联轴器,即用1根中间轴将两个单10字轴式联轴器联接起来。但该类联轴器常常遭到轴系硬点空间布置的限制农村拆房子什么政策,致使中间轴和主,从动轴3轴轴线不在同1平面内,终究仍然导致传动系统输出端产生力矩波动。此时,除通过优化轴系空间夹角的方法,还可以通过优化中间轴两10字轴节叉之间相位角的方法来抑制力矩波动。对双10字轴式万向联轴器,同理可得:

式中:β 1 为主动轴与中间轴所夹锐角,β 2 为中间轴与从动轴所夹锐角,θ 为中间轴相位角,ω 1、ω 2、ω 3 分别为主动轴、中间轴、从动轴的角速度。另:设T1、T2、T3 分别为主动轴、中间轴、从动轴所受力矩(传动效率η 忽视不计)。本文为论述方便, 此处假定该轴系间空间布置已肯定, 即β 1 、β 2 均为常数, 则:T1 x ω 1 = T2 x ω 2

从以上的数学模型中可初步判断:中间轴相位角θ 是传动系统输出端产生力矩波动的影响因素之1。且力矩波动是由转速波动引发的。针对中间轴相位角优化问题,国内外现在利用的主流方法(如当量夹角法等)均是利用轴系间小夹角的假定条件,化简数学模型,利用解析法计算得出的。此类方法最大的优点就是便于工程利用,但是该方法在解决轴系间存在较大夹角的联轴器问题经常常暴露出精度不足的缺点。而本文将详细介绍如何利用Adams/View建立双10字轴式万向联轴器的参数化模型,从而通过虚拟样机仿真计算的方法得出系统各组成部分精确的物理特性曲线,并以输出真个力矩波动△T3 到达最小为优化目标,主要针对中间轴相位角(θ )进行设计研究及优化设计。2 正文2.1 MSC.Adams 算法简介Adams 的核心技术,即大位移运动计算编程和基于系统的分析技术,是美国学者Chace等人利用多刚体动力学理论,选取系统内每个刚体的质心在惯性参考系中的3个直角坐标和反应刚体方位的欧拉角为广义坐标编制的计算程序。其主要利用吉尔(Gear)等解决刚性积分问题的算法进行求解,并利用稀疏矩阵技术提高计算效率,且将多体动力学的建模方法与大位移、非线性分析求解功能相结合。2.2 建立样机的拓扑关系并参数化2.2.1 建立参数化硬点首先根据某双10字轴式万向联轴器的尺寸及实际布置位置将联轴器硬点A、B、C、D 的3维坐标值,10字轴轴颈长度(r)及相位角(θ )分别设置成为设计变量并赋初始值。如图 2⑴所示:图 2⑴ 设计变量初始值列表

其中:变量DV_C_r 代表10字轴轴颈长度;变量DV_C_Q 代表中间轴相位角;变量DV_M_P_P1_X 代表硬点A 的x 方向坐标值,其它变量以此类推分别代表其他硬点的各方向坐标值。然后,再由如图 2⑵ 所示的几何关系分别列出10字轴各节叉端点的位置方程,并求出各端点坐标值的参数解,将其提交成为新的设计变量。图 2⑵ 几何关系

10字轴节叉各端点的位置方程以下:

2.2.2 创建部件及施加束缚根据联轴器物理样机模型及硬点位置分别创建主动轴、中间轴、从动轴、万向节叉及10字轴等部件。并分别在主动轴,中间轴,从动轴的质心处施加它们和大地(ground)之间的圆柱副,在各节叉端点处施加10字轴与各轴之间的铰接副,以模拟联轴器系统的传动路径(忽视运动副的摩擦特性)。最后修改各运动副的关联属性,使之与硬点联动。如图 2⑶ 所示:图 2⑶ Adams 参数化模型

至此,双10字轴式万向联轴器的参数化模型业已建立完成。2.3 仿真分析并丈量特性在主动轴上施加1个额定转速[ω1= 30(°/s)]的驱动后,进行样机的仿真计算。待计算完成,即可在后处理模块Adams/ PostProcessor 中视察中间轴和从动轴的角速度及角加速度随时间的变化曲线,如图2⑷、图2⑸ 所示:(图中实线代表中间轴,虚线代表从动轴)

从仿真结果视察:不论是角速度还是角加速度,从动轴的波动都要比中间轴大很多。且2者波动值的周期变化存在相位差。而中间轴相位角就是决定该相位差和从动轴力矩波动曲线振幅的关键参数。2.4 相位角的设计研究及优化设计2哪些人有权分得拆迁补偿款.4.1 设计研究Adams/View 中的设计研究模块主要研究在某个设计变量产生变化时,虚拟样机的主要性能将如何变化。在设计研究进程中,对某个设计变量在特定范围内设置1组值,然后每次取1个不同的值自动进行仿真分析,完成设计研究后以报告的情势列出每次分析的数据结果。报告中还会提供设计变量对虚拟样机性能的近似敏感度。在本次中间轴相位角(θ )的设计研究进程中,我们以从动轴的转速波动(Δω=ωmax - ωmin)为目标函数,使相位角(θ )在0°~90°范围内,每隔10°取1次值,根据θ 值的不同,进行1系列仿真分析。得出的分析报告如图 2⑹ 所示:图 2⑹ 设计研究分析报告

从报告中可以看出:当θ 为0°时,从动轴的转速波动最大,约为3.21(见报告中Trial 1);当θ 为60°时,从动轴的转速波动最小,约为1.86(见报告中Trial 7)。因此可知,相位角(θ )对转速波动的影响还是相当大的。而且从波动值随θ 变化的趋势上可以看出:此联轴器中间轴相位角(θ )的最好值应在50°~60°之间,且相位角(θ )在0°~90°范围内,从动轴转速波动值的变化不存在多峰问题。2.4.2 优化设计该样机需优化的目标函数很明确:使从动轴的转速波动到达最小。而优化方法可以从下面几种方法当选择:Adams/View 提供的OPTDES-GRG(广义递减梯度法)和OPTDES-SQP(2次计划法)和Design Synthesis 公司提供的DOT1、DOT2、DOT3;固然用户也能够自己编辑优化程序。由于本次优化问题在设计研究阶段已肯定不属于多峰优化问题,因此可选择OPTDES-GRG(广义递减梯度法)方法进行优化。而需要优化的设计变量除中间轴相位角(θ )外,还可以探索性地根据全部传动系统的布置条件设置任意硬点的坐标为待优化的设计变量,这里我们示意性地设置B 点的y 坐标为待优化的设计变量,并给出适当的优化范围,如图 2⑺ 所示:

目标函数迭代曲线及优化设计结果报告如图2⑻,图 2⑼ 所示:图 2⑻ 转速波动优化迭代曲线

图 2⑼ 优化设计结果报告

从优化结果上可以看出:中间轴相位角(θ )从0°优化为56.9°;B 点的y 坐标从⑶74.6优化为⑶73.6;而目标函数值的变化也很显著:由最初的约3.2 降落至约1.8,从动轴的转速波动降落了44.1%。目前,该程序已在1汽乘用车转向柱中间轴相位角的设计中得到广泛利用。3 结束语虚拟样机技术在当今的工程利用领域已变得不可或缺,主要得益于各类仿真软件集合了多体动力学计算、结构有限元理论、和多领域物理系统混合建模与仿真等理论,可通过虚拟实验精确、快捷地预测产品系统性能,并能够进行性能分析与优化设计。本文便是较好的例证:利用Adams/View 软件,建立双10字轴式万向联轴器的参数化模型,从而进行仿真分析,并以从动轴的力矩波动到达最小为目标,针对不同设计变量进行设计研究及优化设计,终究得出最好的中间轴相位角及轴系硬点布置方案。参 考 文 献1 中国机械工程学会 朱孝录 主编. 中国机械设计大典-第4卷:机械传动设计 初版 南昌:江西科学技术出版社,2002.2 SAE. Universal Joint and Driveshaft Design Manual—Advances in Engineering Series3 同济大学数学教研室.线性代数 第3版 北京:高等教育出版社 1999.4 Andrew Pytel · Jaan Kiusalaas. Engineering Mechanics — DYNAMICS, Second Edition Brooks/Cole Publishing Company, 1999.5 (美)MSC.Software 著.邢俊文 陶永忠 译.MSC.ADAMS/View 高级培训教程 初版 北京:清华大学出版社,2004.6 蒲俊 吉家锋 伊良忠. Matlab6.0 数学手册 初版 上海:浦东电子出版社 2002.(end)资讯分类行业动态帮助文档展会专题报道5金人物商家文章