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传动系统设计与分析方案

挑战
        传动系统常常作为一个精确传动的系统级核心部件,其运行频度高、功率密度大、结构紧凑,但同时在传动精度、疲劳寿命、重量和振动噪声方面也有较高要求,尤其是新型传动更需要考虑系统变形等因素对传动系统的可靠性、传动精度等方面的影响;对于带控制的传动系统,还需要考虑被控对象与控制策略的匹配。在传统设计中,通常先根据传动比的要求等,手绘传动简图确定基本传动形式和传动参数,然后根据工况依据机械手册手工推算强度、疲劳寿命、安全系数等指标,最后通过实验验证设计方案。这种方式对于传动精度和寿命要求不高的简单传动系统设计或者针对某一对齿轮的分析是可以的,但要考虑系统刚度、齿轮修形、错位等的综合影响,在直齿、斜齿、螺旋锥齿轮、行星齿轮等多种传动形式的选型、包含离合器和同步器的复杂变速箱、车桥、整个传动链等分析中就显得力不从心了。
复杂传动系统变形对部件影响
解决方案
        针对传统系统开发的解决方案通过仿真生命周期管理平台有机结合方案设计、详细设计和仿真验证三个环节,高效完成系统的数字化开发与验证。
传动系统正向开发流程
        方案设计环节,首先基于传动系统设计工具Romax的概念建模器中设计传动系统的基本方案,分析不同传动形式的传动比等,确定动力性、各级传动形式、传动比分配等总体参数。
        确定传动机构的总体参数后,再基于一维多学科系统建模工具Dymola以及专业的动力传动专业库快速根据设计思路搭建包括传动系统的整个传动链的功能模型,通过换用不同部件仿真分析传动系统的性能,实现与发动机/电机特性匹配、部件选型和匹配、系统设计方案的性能预测与可行性评估,从而确定总体的设计方案。
基于Dymola的传动系统方案设计和仿真验证
        方案设计环节,可以根据Dymola的总体设计方案分析不同工况下实行结构的速度、位移等,实现正向设计分析;也可以通过人为给定传动链需要达到的速度、位移等特性,计算出满足方案设计要求的发动机/电机的MAP图数据,可作为后续提交给对应供应商的输入条件,实现逆向设计。
基于Dymola电机传动模型的双向设计仿真
        在详细设计环节,首先根据总体设计方案的总体参数,在三维建模工具Catia中建立三维的传统系统模型,配合直接从Romax的概念建模器中直接导出的传动机构三维模型,构建整个传动链的系统模型,在Adams等多体动力学分析工具中完成整个传动链的动力学仿真分析,确认整个传动链的性能符合设计要求。
CAD模型导入导出    
动力学模型导出
        在仿真验证环境,利用Romax进行各传动部件的参数化建模、详细结构设计,导入Abaqus等计算得到的箱体有限元模型,建立包括齿轮、轴承、箱体、同步器、轴、花键等在内的整个传动系统模型;对齿轮、轴、轴承进行强度校核和耐久性分析,完成齿轮传动系统的齿轮修形、系统变形和载荷谱分析等;考虑实际齿轮加工精度、轴承的预紧和游隙、齿轮、箱体等详细参数,进行系统仿真分析,得到各个设计变量对系统性能的影响,从中找到传动性能优、重量轻、振动级别低的设计方案。
        Romax考虑了刀具参数等的齿轮模型导出到CATIA等三维设计工具中辅助完成传动系统的部件详细设计;同时将包含啮合刚度、轴承刚度等的动力学模型导出到Adams下完成整机动力学分析(扭振分析等)。Romax计算得到系统变形与齿轮啮合力,作为ABAQUS的边界条件分析锥齿轮与轴承配合轴肩处接触应力,辅助寻找实际运转磨损原因,并分析不同轴承预紧力对接触应力的影响。
        基于SLM的设计指标验证看板,能够在方案设计、详细设计和仿真验证中有效地管理设计方案和设计指标。
方案优化设计及验证示意图
总结
        基于亚洲城ca88唯一官网提供的传动系统设计分析解决方案,可以完成传动产品的虚拟原型设计及仿真分析。建设从方案设计到系统3D数字样机及对应分析验证的完整流程方案,实现从方案论证设计到详细结构样机的完整正向开发流程。从而能减少用于试验的开支和时间的拖延,提高产品设计质量,减少试验费用。
 

 

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