滚子链传动系统动力学仿真建模

滚子链传动系统动力学仿真建模本童滞采用多体汕力学仿真软件对发劾机正时桩估动系统迎行建模，正利机购的作用是保证发曷J扒配气与直火时间精确.箕没计的忧劣对发动机的动力性、节能性、可靠性、振动.噪声、排放等都有重大影响，正一时链传动系统包括曲轴链轮、进弋四花辅谜轮、排气凸轮轴链轮、救条、液压我紧器却固定导向板，本有将建立完整的正肘机物模鼠将渐开统链轮、外摆技组粒和短陶外摆线链轮导入到模型中，在］OOCir/imin—8OOCir；iriin不同转速下*航比分折这二一利链软的动态性能，为槌轮的设祚生产提供一定的依据+4.1正时链传劫系毓的初步建立垂际发动机正时链传动系统如图4-1阮'在：£——iffi牯链轮2——拽压张紧器3——例定•序板4——进/凸费较链舵5——拌气凸赣航链轮1^14-1正酎疑伯劫系统图采用液压瓶索器并绐令■固定罪板装冠町附链传动再到较为满意的防提效果「这种紧密^在祉条膏的圄定导扳在坡条平稳工作的’井不起到什么作用，只有在蚀条生成横向振动时，导板才起到阻尼作用。在建立系统模型之前，我们先做以下几点观定：（D除卷条外，双认系统中其他组成部分均为刚体，即曲轴链轮、进气凸轮辅链轮、排气心坨轴链轮、液压张紧器和固定导向板在模型中均被认定为刚体，均可用仿肖软件中一个质量单元进行代替，而组成链条的每个涟节.也都默认为刚体.（2）为便于建模及仿真.首先要确立一个整伸坐标系，我们将链轮分度圆所在的平面定义为Y・Z平面，以曲轴链轮的中心为整体坐标系的原点，并使得曲轴链轮围绕X轴转动，如图4.2所示，X轴方向沿纸面向里.其次，为了在仿真软件中便于输入链轮、张紧器和导板的形状，对于每个部件，要建立一个局部坐标系，局部坐标系的三个轴分别用A、B和C表示,局部坐标系的原点为各部件的转动中心点。每个部件的局部坐标系并不完全相同，在下文中会有详细阐述，但它们有一个共同点：即局部坐标系的A轴方向与整体坐标系的X轴方向平行。最后，定义逆时针方向为旋转的正方向.此外，还要定义每个传动系统组成单元的自由度，在本模型中，除了固定导板没有自由度，其他部件均有绕X转旋转的自W度。表4,曲钮械轮和色轮轴链轮基本参教凸轮轴链轮曲辅链轮齿,（N）3819节距（P）9.525mm9.525mm浪子点径（吊）6.35mm6.35mm轮齿垮度（B）10mm10mm齿顶圆直经（V）120mm60.24mm齿根圆直径（％）108.99mm51.52mm分度,直径（d）115.34mm57.87mm在上述准备工作完成以后，开始正式建模，首先系统中有应一个曲轴缱轮、两个四轮轴链轮、液压张紧器和固定导向板五个刖体，用五个成量单元来代替,链条用软件中自带的锭条模块来代替，链条采用节距为9.525mm的短节距精密传动滚子链，链节数为】12。曲轴链轮齿数为19,两凸轮轴链轮齿数均为38,链轮体参数见表4・］。其次，根据链条长度和链轮参数，输入传动系统中各部分的中心点（指转动中心点，也是各部件局部坐标系的原点）在整体坐标系中的坐标数值，X坐标值一概为0,如表4.2所示。表4.2住动系统各部件整体坐标位Y轴坐标值（m）Z蝴坐标值（m）曲轴骨轮0.00.0液压米紧器-0.10.225进气凸轮轴链轮-0.0580.3J5排气凸轮轴链轮0.070315固定导板0.0550.057同时，我们还需要对链传动系统冬组成部分的转动惯S：迸行眼值。由于在后续建模工作中曲轴链轮会作为主动轮而被赋予一个旋转激励，这相当于一个动态边界条件。因此，曲轴链轮的转动惯量仅需要一个非零虚拟值即可。固定导板的转动惯成为。，因为它没有自由度.其他转动部件均需要绕X轴旋转的转动愦量,经计算，各部件的转动喷量如表4.3所示。表4.3传幼系统各部件转动惯雄部件耕动曲轴链轮非零值进气及拌气凸轮轴链挖9.8576x10"液压张素器1x10“固定导极0最后，定义固定导板和液压张紧野的局部坐标。虫于局部坐标系中A轴方向与乂轴方向一致，且各部件局部坐标系的原点在整体坐标系中的坐标值已在表4・2中予以说明。因此，在定义各部件局部坐标系肘，仪需要一个X轴方向的弟位向

量如一个方向点即可。X轴方向的单位向最定义A轴,将方向点和中心点相连即为R轴，在A轴和B轴确定后，C轴也就得到了•经过计算，导板和张紧器的数据见表4.4。定好导板和张紧器局部坐标系后，仿真软件经过模型相切计算，会自动生成曲轴链轮和凸轮知^轮及链条的局部坐标系，无需手动定义。表4.4张您器和导板局部坐标系定义向命在整体坐标系中坐标《m)方向点在整体坐绿系中坐标(m)XYZXYZ戒压张紧器10000.1-0.095固定导板10000.94174•0.33633在上述工作完成后，来，形成传动部分模型，将曲轴链轮、凸轮轴链轮、张紧器和导板与链条连接起如图4-2所示。图4.2正时锭传动系统模型示意图4.2链轮齿形输入在利用该软件建立滚子链传动多体动力学模型时，其中关键的一步就是快速、准确地将链轮齿席数据斌给模型中所定义的链轮模块，这-步骤将关系到整个仿

其过程的准确性和高效性。在该仿真软件中，共有三种齿形输入方法：一般、点及圆弧和直线。一般式，可由一系列点定义-•个外形轮廊，在齿廊曲线上求取有限个点的坐标值.这些点称为样本点：以相邻样本点为直线段的端点，将所有样本点连为一段折线，该折线即为飨入仿点软件中的拟合逼近线。由于直线拟合遥近属于一次逼近，相对于二次曲线逼近（指圆弧段拟合逼近）来说，误茬较大。但是，可以通过采取增多样本采祥点来弥补这个缺点；圆和点方式，可由可由单个的废孤或点定义一个外形轮廓；圆弧和直线方式则同时借助回弧和直线来定义一个外形轮廓，采用有限段直线或者圆弧和直线组合的方式对需要输入的复余曲线进行允许精度范围内的合理的拟合逼近，用多段圆弧或者宜线来代替原有夏杂的线进行动力学仿真，对IGB1244-85和D1N8196链轮，可采用圆弧和食线的方式进行输入，如图4.3和图4.4。B虹B虹iRadus100W87704005885710059D5882000402W1005B9212003048300029900500565447•000320675A000544968-0003206755-000299005005654470030486-000402941005892120D59D5887-000487704005885710b）齿槽形状a）齿魔信息图4-3DIN8196链轮B|cRadius10005120800306875003111182b）齿槽形状B|cRadius10005120800306875003111182000479370030740300046073300039047D029384040.0036590.02B808-0008320900002548300269324-000324096000256939-000524097-0002548300269324-000832098-0.0036S90.02880809-0.00390470.0293B40.004607310-00047937003074030031111811-00051208003068750a）齿明信息该仿真软件具有根据齿数的自动阵列功能，因此用户仅需要定义一个链轮齿槽的形状即可。由于渐开线链轮、外摆线和短幅外建线链轮齿廓较为复朵，所以在本文中采用一般式。由于采用一般式输入链轮齿廓，所以需要计算齿廓上一系列离散点的坐标值,样本点越多，最终得到的链轮齿形误差越小。本文中采取140点数据通近，以减小齿形误差。通过MATLAB强大的数学计算功能，对样本点的坐标值进行计算（52-531（1）在MATLAB界面中输入链轮齿廊方程，计算离散点坐标值，并绘制齿槽形状•齿槽形状如图4.5所示。图4・5短幅外拢线曲轴链轮齿懵形状（2）在确定完数据点后，将得到数值复般到记事本中，生成txt文件，并把该文件导入到仿真.软件中，如图4-6所示，同时，按照要求在仿真软件中设宣好链轮的齿数、分度圆、链条节距等参数，最终得到斑轮齿槽形状，图4.6和图4.7分别为短幅外摆线曲轴链轮和短喉外摆线凸轮轴链轮的样本点坐标值和齿槽形状。005T93W00?97>oowmOCC$«65IOO2W20CC95450S580039410CQ93a»0W9JT3C02923600?H15»0.G2907S0OM加002BM4005T93W00?97>oowmOCC$«65IOO2W20CC95450S580039410CQ93a»0W9JT3C02923600?H15»0.G2907S0OM加002BM4D020M0028SUOOM7W_3一亍。（0475_5_0X468^6T~0X4C2W00^15645BODCU3W7甘0X4»38«f<~0CG4S52?12^'000427682^OCGdZTWM0CG41W2飞5OOCWM690054055600WO!5?U17•8OOD5rSe56a)曲轴镇轮部分样本点坐标值b)曲辖链轮沃槽形状图4・6短幅外我线曲蛹萩轮恒&一»GCWW®CM^79!2tiOCMtOWCaSttM；_jowbr:玲a0004^4110»»6O：QWWG««77"DOGa才100M3MTD0C4S72?00M2I9eoo&u^oc«om9^000<»SJoJdowjoH'tKS削"7?5CC4!W?，39妇370C5»?4oowew0056T»DOWCW0056S13甫:o0C4fl?8>oo*co.jsJoaMO^00W?W"l^'eWS^e«D09O18Dnocc^^*owe»fD05TM5a)凸轮轴链轮部分样本点坐标值b)凸轮轴链轮齿槽形状43液压张紧器和固定导板的建模与输入链轮齿形一样，对于张紧器和固定导板，较件中也设髯了三种输入方法，由于导板和张紧器形状远比链轮齿廓简单，所以采用圆孤和直线的方式即可。43.1液压张肇器张紧器的位置及方位数据如图4.8(a)所示，形状如图4.8(b)所示.L0190041710.0D5JD.1883310.W54390.0797113108觥3990.3457-0.0179741L0190041710.0D5JD.1883310.W54390.0797113108觥3990.3457-0.01797410G192230.0057-0.02W520G14910a）张紫苗方位数据Tenuan^iGudeb）张素器形状示意图4.3.2固定导板类似于液压张紧器导链极，同样按照软件操作少骤.采用圆弧和直线的方式将关键边界数据导入多体动力学仿真软件，输入固定导链板在全局坐标系中的位黄，局部坐标系向在等关很参数，模型便会在软科中自动生成。图4.9是固定导链板的剖分边界数据以及其输入软件后的形状图。BCRadius1-0.0101750.16920.005BCRadius1-0.0101750.16920.0052-0.0151740.16409433-0.007121-0.0008810.054—•0.002136—…-0.00550a）固定导板方位数据b）导板形状示意图4.4链条建模在完成建立传动系统、输入齿形、张紧器和固定号板的建模工作以后，下一步便是对链条的建模工作.包括链条的基本参数，链条与其他部件的摩擦系数，确保链条与其他零部件保持相切等。4.4.1链条基本参致设置说条的基本参数包括链条的节距、内外链节的质量和转动惯量及链案的预紧力。需要说明的是，在本文4.!节中定义了局部坐标系，对于链条来说，软件会自动给每个链节生成局部坐标系，原点在链节几何中心上，不需要手动添加，这样，极大的方便了我们的建模工作。链条节距为9.525mm,外链节质量为0.008kg,对A轴的转动惯量为2.5x】（Tkgm2,内链节的基本参数同外链节一致.为使模型尽量符合实际工况，应让链条和其他部件有合理的摩擦系数，包括内外说节的摩擦系数。在实际工作条件F,链条使用时要添加润滑油，因此，本文设置摩擦系数为0.05。同肘，为了使链条获得足够的预索力，往往需要通过液压张紧器施加一定的预紧力。预紧力的施加将有效提高链传动的性能，使得链条的松边不致过松，防止产生抖动、跳齿和脱铤。在本文正时机构模型中，为保证系统在初始时的静态平衡，根据正时机构的实际工作条件，缱条需要施加的预紧力约为400N。4.4.2链条模型相切计算在给定链条的基本参数以后，我们需要运行仿真软件的链条和切编辑器，用来确保链条围绕曲轴链轮、凸轮轴链轮转动，同时对链轮、链条的模型谜行检查，确保所有的参数已被鼓值，保证参数设置的前后一致和合理性，详细检查张紧初期的相关数据是否正确。从而为后期的彷宾计算提供正确的模型。在运行完该编辑器后，若各项参数正确无误，传动模型会如图4.10所示。'、图4・】0链条相切模型4.5传动轴、负载及旋转激励的添加在正税I完成链条相切模型后，我们需要箜整个系统添加负载扭矩、旋转激励和传动轴模块。旋转激励模块即为驱动装置，由于在发动机正时链传动系统中，曲轴链轮为主动链轮，带动凸轮轴链轮排气、遂气，所以在本模型中，将旋转激励模块与曲轴链轮相连接，并将传动轴首.于两者中间。在旋转激励模块中，可以方便的设置需要仿其的转速，同时可以设置是否为匀速转动。需要注意的是，山于在4.1节中，我们己经规定了旅转的正方向是逆时针方向，所以在添加转速时,要表明正负