LMS齿轮传动系统仿真解决方案2012
1LMS_2012_ Pday_汽车NVH测试与分析
LMS Germany
Göttingen Kaiserslautern Leonberg Marburg München
LMS Russia LMS Romania LMS China Beijing LMS Korea
LMS NA Los Angeles
LMS NA Washington D.C.
LMS Tec.Manager
试验和仿真的数据管理系统
LMS b
1D多领域系统仿真集成平台
LMS, 全球性的响应客户需求
LMS The Netherlands
LMS NA - Detroit LMS NA Coralville
LMS HQ Leuven - Belgium LMS UK LMS UK Coventry Coventry - Milton Keynes
* Current limit is: 74dB(A) for passenger cars
不仅是整车厂…
FACT: “From 2014/2016 all new vehicles must pass new ISO 362-1:201x and ECE R51-03.”
A-OEMs 很多整车厂已经着手开发新的 技术。
数据记录 运行条件下测试
故障诊断 设计优化、NVH工程
对标试验 产品认证
ห้องสมุดไป่ตู้
14 copyright LMS International - 2007
目录
LMS国际公司简介 汽车 NVH 测试简介及常用分析工
具和方法概述
整车 NVH 性能评估手段
外场噪声（Passby）评估 内场噪声评估
LMS齿轮传动系统仿真解决方案2012
公共支撑部件
6 copyright LMS International - 2010
三体相对约束
三体相对约束 主要公式：
A * qb ody1,2 - B * qb ody2,3 = 0
“Body 3” 以比例系数 “Coeff.
b Motion齿轮建模方法
b Motion具有不同复杂程度的齿轮建模方法
输入轴和输出轴之间采用运动学约束 * 通过接触力模拟齿间啮合力 ** 采用齿轮啮合力的解析表达式 ***
建模方法 易用程度
高
低
精度
低
高 (1)
支持的齿轮类型
所有
所有
优缺点
+ 简单易用 - 无法计算啮合力
PDS
高
高 (4)
直齿轮和斜齿轮
**
10 copyright LMS International - 2010
齿轮啮合力建模：背景
定义
解析方法 (参考: Cai / ISO / …) 考虑接触刚度变化 • 轮齿宽度变化 • 接触轮齿数目变化 考虑轮齿齿面修形和加工误差（STE） 将啮合力施加在轮齿中心点上
+ 适用性广
* ** *** *** ***
运动学模型
标准接触力
齿轮啮合力 齿轮组超单元 啮合刚度变化
中 高 中
高 (2) 高 (3) 最高
直齿轮和斜齿轮 直齿轮和斜齿轮 直齿轮和斜齿轮
+ 方法经过验证 + 所有过程一次完成 + 采用齿轮啮合力 + 创新技术 + 非常精确
PDS
高
高 (4)
LMSImagineLabAmesim14启动错误解决方法
LMSImagineLabAmesim14启动错误解决方法LMS ImagineLab Amesim14是一款建模仿真软件，用于对发动机、底
盘以及动力传动系统等复杂系统进行建模、仿真和分析。
有时在使用LMS ImagineLab Amesim14时会出现启动错误，下面就详细介绍LMS ImagineLab Amesim14启动错误的解决方法。
1、检查软件安装的环境
为了避免LMS ImagineLab Amesim14启动错误，最好是在安装LMS ImagineLab Amesim14前，先要检查一下软件安装的环境，尤其是操作系统、显卡和内存，这样可以避免由于环境安装不正确造成安装失败等情况。
2、检查软件注册表信息
3、重新安装LMS ImagineLab Amesim14
如果通过以上的方法仍然不能解决LMS ImagineLab Amesim14启动错误，那么可以尝试将软件卸载后，再重新安装。
如果卸载时出现卸载失败，可以使用一些软件卸载工具对软件进行强制卸载，然后重新安装软件。
4、更新软件
有时可能是由于软件版本的原因，可以将软件更新到最新的版本，以
避免LMS ImagineLab Amesim14启动错误。
在更新软件时，一定要按照操
作指引正确进行操作，否则可能会造成更新不成功等情况。
LMS国际公司1D 3D仿真平台在航空行业的应用
LMS国际公司1D3D仿真平台在航空行业的应用作者：LMS国际公司程磊LMS国际公司，总部位于比利时鲁文，为全球最大的集试验系统、虚拟仿真平台于一体的工程解决方案供应商，以其独特的测试与仿真相结合的整体解决方案，为航空航天、汽车、船舶和其它制造领域的合作伙伴提供工程创新服务。
LMS公司的产品涵盖试验系统、1D多领域系统仿真、3D集成多学科仿真平台、试验和CAE 数据管理、企业流程集成和多学科优化系统在内的完整架构，可以帮助用户解决从产品概念设计、方案设计到详细设计直至试验验证的整个生命周期内的工程难题，如机构设计与动力学分析、控制/液压/电机驱动等电液系统设计、机电一体化分析、结构有限元分析、振动噪声分析、疲劳耐久性分析、结构优化、模态测试、模型修正、多学科优化，等等。
基于LMS 所提供的虚拟仿真和试验系统，各领域的制造商可以快速设计、分析、验证并优化产品方案，获得最优的产品品质，加快产品研发进程，节省时间和成本。
LMS公司产品体系与解决方案LMS公司的虚拟仿真软件主要包括1D多领域系统仿真环境bAMESim和3D集成多学科仿真平台b。
bAMESim是当前CAE领域应用最为广泛的一维多领域仿真平台，它基于动态建模方法建立物理元件的数学模型，提供面向众多学科领域的专业应用库，包括控制、液压、气动、热、多相流、空调与冷却系统、电子电力、电磁、机械与动力传动、车辆动力学、内燃机，等等。
这些专业库和库元件都经过了大量工程检验。
用户只需要根据系统组成，把来自各专业库的预定义好的物理元件模型连接和组装起来，即可创建完整的系统模型，AMESim可自动形成系统方程，并进行稳态、瞬态或频响计算，分析系统性能；通过AMESim 集成的参数研究与优化工具或LMS公司专业的多学科优化系统Optimus，用户可以进一步对系统参数进行优化，找到达到产品设计目标的最优设计方案。
多领域系统仿真技术与AMESim平台，非常适合在产品方案设计阶段，在获得详细的几何模型前，进行整体方案设计和选型。
基于LMS Virtual. Lab的缝翼机构齿轮齿条耐久性仿真
基于LMS Virtual. Lab的缝翼机构齿轮齿条耐久性仿真y引言缝翼操纵系统的驱动方式主要为齿轮齿条传动，现代飞机的设计要求是高可靠性、低维修成本，新型飞机寿命指标大幅提高，缝翼机构越来越复杂，给缝翼机构长寿命设计提出更高的要求。
齿轮齿条是缝翼机构中的关键零部件，其耐久性研究是缝翼机构设计的重要内容。
国内外许多学者在齿轮疲劳寿命计算方面虽然进行了研究，也取得了一些比较重要的成果，但尚未建立能够精确计算齿轮啮合过程中齿轮受力的计算模型，齿轮精确的受力情况是进行齿轮的疲劳寿命分析的有效保证。
这些研究多见于对齿轮的静态或准静态进行分析，而对于连续动态啮合过程中的分析的文献很少。
李源等建立了三齿锥齿轮的啮合模型，并在一个啮合周期进行了动态仿真，得到了齿面接触应力和齿根弯曲应力，并就一个啮合周期对其进行了疲劳计算[1]。
李学艺等建立了斜齿轮的五齿模型，并进行了动力学仿真，并与静力学结果进行了对比[2]。
李昌，韩兴等用Pro/E建立了齿轮的三维模型，然后再ADAMS中进行了运动学仿真，得出了啮合力的径向值和法向值，并与理论计算值进行了比较，验证了模型的正确性[3]。
王国军，闫清东通过有限元方法计算齿轮准静态啮合下齿根弯曲应力，通过miner法则对齿轮的疲劳寿命进行了计算[4]。
S. H. Chang等采用二维有限元分析方法，对影响齿根弯曲和齿面接触疲劳强度的影响因素进行了分析，得到不同设计参数和边界条件下齿轮间接触和弯曲疲劳强度[5]，H.von Eiff 等采用二维有限元单齿、三齿、五齿的齿轮分析模型，研究了不同齿轮形状和厚度下齿根弯曲应力的变化趋势[6-7]。
分析目前齿轮耐久性分析的研究文献可知，现有研究工作的有限元分析模型过于简化与简单，多时基于静态或准静态，不能体现真实连续传动时的动态啮合特性；考虑复杂工况条件下（工作速度、载荷变化等) 对其动态啮合性能的影响以及耐久性分析尚未见有文献。
本文利用LMS Virtual. Lab建立缝翼机构刚柔耦合模型，结合编制的缝翼机构载荷谱，对缝翼机构在一个飞行周期内进行动力学和运动学仿真，得到齿轮齿条在一个飞行周期内的载荷，然后建立齿轮齿条的柔柔接触模型，根据缝翼机构的刚柔耦合模型的仿真结果设置其边界条件和载荷，仿真得到齿轮齿条的接触应力变化历程，并采用名义应力法进行耐久性仿真。
AMESim Rev10版本新特征
AMESimRev10版本新特征作者：LMS ChinaLMS国际公司发布了其多领域系统仿真解决方案的最新版本：LMS bAMESim 第10版。
新版本提供给用户最新的创新技术和解决方案，包括一体化面向工程的仿真模型案例、高级物理应用库与部件模型以及核心平台处理技术的改进。
LMSbAMESim第10版在第9版本的所有优异性能的基础上，为企业在设计新颖、高品质的产品时，提供了更为便捷、全面的集成仿真工具。
一、AMESim平台新特性1、用户常用元件库在AMESim Rev10版本中，将有超过45个应用库、4000多个元器件，但是用户并不是同时使用这些元件，那么在这些应用库中查找所需的库将变得十分繁琐；此外，用户往往在某个系统中，经常使用若干个库中的一些元件，如果能够将这些用户经常使用的库或元件添加到一个用户常用元件库，将使得建模操作更加便捷。
在AMESim Rev10中新增了用户常用元件库功能，可以方便添加常用元件、应用库，而且支持导入、导出操作，实现多用户之间的贡献。
2、仪表板显示通常AMESim的计算结果都是通过曲线的形式进行显示，在Rev10版本中增加了仪表板显示功能，可以通过形象的仪表显示计算结果，该功能对汽车行业的应用尤为便利。
3、实时仿真在Rev10版本中，新增加了7个应用库的实时功能，进一步完善了AMESim的实时仿真应用，这7个应用库包括：气动库、热气动库、气动元件设计库、热液压库、热液压元件设计库、整车电气库、平面机构库。
4、Modelica平台在Rev10版本中，可以直接生成SVG格式的Modelica元件图标，并且完善了AMESimModelica应用库，增强了Modelica求解器，可以在AMESim平台上更好的支持Modelica模型，并且实现加密封装功能。
LMS bAMESim第10版软件新功能的“亮点”当然是其先进的专用于动力总成、车辆动力学和航空航天方面应用的模拟器。
LMS_AMESim传动系扭振仿真解决方案
OUR ANSWER
13 copyright LMS International - 2011
动力总成NVH分析与匹配：从1D到3D
Engine torsional harmonics
Dual mass flywheel
Clutches dampers
Driveline torsional Vibratory Analysis
Driveline torsional Vibratory Analysis
Modal shapes
16 copyright LMS International - 2011
ENGINE CRANKSHAFT ROTARY VELOCITY
FLYWHEEL OSCILLATIONS
DRIVE SHAFT TORSIONAL VIBRATION
增强
各阶段能够优化的目标也逐步增多
17 copyright LMS International - 2011
自动变速器扭振分析模型
建立变速器的扭转元件模型，保证获得准确的频率：
Gears R 1 2 3 4 5 3.68 2.8 2.13 1.85 24.8 29.4 30.6 32.7 46.25 45.5 Frequencies [Hz] 120.4 242.9 194.8 210.4 192 294.6 194.2 298 157.5 167.2 112.8 228.3
分析流程 支持分析流程和脚本的录放功能 批处理功能
LMS b
为CAE工程分析提供 一个完整的集成的多 学科环境
开放的架构和环境，还可以集成企
业内部程序
Structures
Vibro-acoustics
LMSVirtual.LabMotion发动机解决方案
bMotion发动机解决方案LMS虚拟发动机多体动力学仿真解决方案。
实验室目录1 LMS虚拟。
实验室虚拟仿真平台..................................................................................3 2 LMS虚拟。
实验室运动介绍...................的特征..............................................................4 3 LMS虚拟。
实验室运动软件.................................................................8 4 LMS虚拟。
实验室发动机模拟解决方案. (14)4.1解决方案概述介绍..........................................................................................14 4.2发动机的特殊功能模块. (17)4.2.1考虑质量的螺旋弹簧建模.................................................17 4.2.2转速表和燃烧装置...................................................................17 4.2.3凸轮接触面定义. (18)4.2.4液压间隙调节装置 (18)4.2.5弹性液压轴承.......................................................................19 4.2.6活塞润滑......................................................................................19 4.2.7正时链条(皮带)变速器.. (20)4.2.8齿轮变速器 (21)5参考用户 (22)1 LMS虚拟。
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考虑齿隙影响
齿轮作为力元素模拟，因此可以考虑齿隙 模拟齿隙 基于齿轮轴相对转动和死区来模拟接触力 可能会导致计算时间的增加，但齿隙往往是旋转 机械中噪声和疲劳损伤产生的重要原因
F
k
d
齿隙
将齿隙作为非线性刚度模拟
13 copyright LMS International - 2010
1.6
1.4
stiffness k Sum of k(t) Static stiffness kp Time-varying
1.2
1
2-teeth
2-teeth
i stiffness Contact per single tooth
0.8
k (t)
0.6
Ki-1(t)
3-teeth
Ki+1(t)
3-teeth
支持的齿轮类型
优点
基于专用的齿轮建模模板创建完整的齿轮系统
2 copyright LMS International - 2011
齿轮传动理论背景
渐开线圆柱齿轮 传动比和两齿轮节圆直径成正比 啮合过程接触点沿着齿面变化 模数 = 节圆半径 / 齿数 圆周齿距= 节圆周长 / 齿数 压力角 侧隙
齿轮副 三体相对约束 (更通用)
支持的齿轮类型
所有
局限
无法考虑齿隙、局部啮合力以及接触点的移动无法考虑 无法计算啮合力，因此无法用于应力计算以及疲劳和NVH 计算
5 copyright LMS International - 2010
齿轮副
可用于模拟任何类型的齿轮 主要公式
3-teeth
0.4
0.2
0 0 0.001 0.002
Meshing time 0 - εtz
0.003
0.004
0.005
0.006
-0.2
1. Cai, Y.: 1995, Simulation on the rotational vibration of helical gears in consideration of the tooth separation phenomenon (a new stiffness function of helical involute tooth pair), The ASME Journal of Mechanical Design 117, 460 – 469. 2. Cai, Y. and Hayashi, T.: 1994, The linear approximated equiation of vibration of a pair of spur gears (theory and experiment), The ASME Jounral of Mechanical Design 116, 558 – 564. 3. ISO Standard 6336-1, Calculation of Load capacity of Spur and Helical gears part 1: Basic Principles, Introduction and General Influence Factors.
K(t) = kp × k(t) kp = f (h,b,,z,y) k(t) = f (w ,m,e)
h,b, ,z,y,m : 齿轮参数
e : 轮齿接触比 w : 齿轮角速度
15 copyright LMS International - 2010
Static Transmission Error
理论背景：Gear Contact Element : (Cai Formulation)
Gear Contact model uses a mass-spring-damper approach
to model the contact between gear teeth
kp b 1 y1 y 2 1 1 1 2 2 c0 c1 c c4 y1 y 2 c5 y 1 y 2 2 2 2 z v1 z v2 z v1 z v2 z v1 z v2
b Motion齿轮建模方法
b Motion具有不同复杂程度的齿轮建模方法
输入轴和输出轴之间采用运动学约束 * 通过接触力模拟齿间啮合力 ** 采用齿轮啮合力的解析表达式 ***
建模方法 易用程度
高
低
精度
低
高 (1)
支持的齿轮类型
所有
所有
优缺点
+ 简单易用 - 无法计算啮合力
A” 相对于 “Body 2”转动，同时 “Body 1”以比例系数 “Coeff. B” 徐相对于 “Body2”转动
比齿轮副更通用：
可以将距离、线位移和角位 移综合起来. b Motion中还有： 二体和四体相对约束
7 copyright LMS International - 2010
斜齿轮 螺旋角：齿面往一个方向偏转 一个角度
其他类型齿轮 行星齿轮, 涡轮, 锥齿轮, …
3 copyright LMS International - 2011
b Motion齿轮建模方法
b Motion具有不同复杂程度的齿轮建模方法
输入轴和输出轴之间采用运动学约束 * 通过接触力模拟齿间啮合力 ** 采用齿轮啮合力的解析表达式 ***
z = number of teeth
c1
c2
-0.00854
-0.11654
c3
c4
2.9784
-0.00635
c5
0.00529
y = addendum modification coefficient
14 copyright LMS International - 2011
啮合刚度变化
Gear Contact Dialog Box :
建模方法 易用程度
高
低
精度
低
高 (1)
支持的齿轮类型
所有
所有
优缺点
+ 简单易用 - 无法计算啮合力
+ 适用性广
* ** *** *** ***
运动学模型
标准接触力
齿轮啮合力 齿轮组超单元 啮合刚度变化
中 高 中
高 (2) 高 (3) 最高
直齿轮和斜齿轮 直齿轮和斜齿轮 直齿轮和斜齿轮
+ 方法经过验证 + 所有过程一次完成 + 采用齿轮啮合力 + 创新技术 + 非常精确
PDS
高
高 (4)
直齿轮和斜齿轮
**
10 copyright LMS International - 2010
齿轮啮合力建模：背景
定义
解析方法 (参考: Cai / ISO / …) 考虑接触刚度变化 • 轮齿宽度变化 • 接触轮齿数目变化 考虑轮齿齿面修形和加工误差（STE） 将啮合力施加在轮齿中心点上
b
b1 b2 2
h 2.25mn
Coefficient c0 Value or Formula
b b .166 h 0.08 0 5 44.5
Helical Gear
0 = Helix angle
h = tooth depth b = effective face width
**
8 copyright LMS International - 2010
基本接触力
定义
采用b Motion力工具箱中的任何力元素模拟 两个部件之间的接触 • 典型：球－拉伸体 • 刚体－刚体、刚体－柔性体、柔性体－柔性体 可用于模拟 切向和轴向接触力 详细接触力 齿隙 齿轮轴不平行：如齿轮轴在柔性轴承中发生振动.
支持的齿轮类型 所有 局限 计算速度 计算精度 不易考虑啮合刚度变化
9 copyright LMS International - 2010
b Motion齿轮建模方法
b Motion具有不同复杂程度的齿轮建模方法
输入轴和输出轴之间采用运动学约束 * 通过接触力模拟齿间啮合力 ** 采用齿轮啮合力的解析表达式 ***
建模方法 易用程度
高
低
精度
低
高 (1)
支持的齿轮类型
所有
所有
优缺点
+ 简单易用 - 无法计算啮合力
+ 适用性广
* ** *** *** ***
运动学模型
标准接触力
齿轮啮合力 齿轮组超单元 啮合刚度变化
中 高 中
高 (2) 高 (3) 最高
直齿轮和斜齿轮 直齿轮和斜齿轮 直齿轮和斜齿轮
+ 方法经过验证 + 所有过程一次完成 + 采用齿轮啮合力 + 创新技术 + 非常精确
支持的齿轮类型
直齿轮和斜齿轮 内啮合和外啮合 行星齿轮bBiblioteka h Pitch point
k
优点
计算速度快 仍旧能够保证较高的详细程度，如齿轮载荷 仿真
p
Force Applied
Meshing path
11 copyright LMS International - 2010
理论背景 : Time-Varying Mesh Stiffness
r1 * qb ody1,2 = r2 * qb ody2,3