齿轮系统动力学刚体模型
simpack如何制作齿轮模型
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如何制作齿轮动力学模型
欢迎加群191630051制作齿轮模型的难度在于绘制齿轮，我们现在用最简单的方式制作简单的齿轮动力学模型。
1、首先在三维建模软件中制作出想要的齿轮模型，我们直接导入到Simpack 中去，因为Simpack做齿轮外形太复杂，Simpack稍微入门的盆友应该知道，Bodies在运动学模型中的作用就是“好看”。
（导入的步骤不说了，因为我已经制作相关教程了）
2、新建一个参考坐标系（方法略），它和已有参考坐标系的距离也就是齿轮的中心距。
3、Modify第一个Bodies，导入第一个齿轮，它的Joints是齿轮中心和原始坐标系03铰接，并且赋予初速度，设置为Independent。
4、新建一个体，导入第二个齿轮，它的Joints是齿轮中心和新建参考坐标系03铰接，设置为Dependent。
（并通过调节第二个齿轮
的转动角度来使两个齿轮近似啮合）
5、新建一个约束，从一个齿轮的中心到另一个齿轮的中心，我们选择14号约束。
把传动比设为-2，也就是转动方向相反，输入转速是输出转速的2倍。
点击Assembly System观察是否满足运动要求。
6、至此，一个小齿轮带动大齿轮的模型便建立了起来，点击在线积分观看运动情况，虽然传动的啮合不是很准确，但是完全不会影响到计算要求，所以本人认为这是最简单的建立齿轮模型的方法。
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)
机械系统的动力学模型和方程
机械系统的动力学模型和方程动力学是研究物体运动的规律和原因的科学分支，而机械系统的动力学则是指研究机械系统中各个部件之间相互作用的力学原理和运动规律。
机械系统的动力学模型和方程是描述机械系统运动的数学表示，对于系统的分析和设计有着重要的意义。
一、机械系统的动力学模型机械系统是由各种不同的部件组成的，这些部件之间通过力进行相互作用。
为了研究和描述机械系统的运动规律，我们需要建立相应的动力学模型。
1. 质点模型当机械系统中的部件趋于无限小，可以视为质点时，可以采用质点模型进行描述。
质点模型忽略了物体的形状和结构，只考虑其质量和质心位置。
通过对质点所受外力和力矩进行求解，可以得到系统的运动方程。
2. 刚体模型当机械系统中的部件可以看作刚体时，可以采用刚体模型进行描述。
刚体模型考虑了物体的形状和结构，将其视为不会发生形变的固体。
通过对刚体受力和力矩的分析，可以得到系统的运动方程。
3. 柔性体模型当机械系统中的部件存在形变和弹性时，需要采用柔性体模型进行描述。
柔性体模型考虑了物体的弹性变形和振动，通过弹性力和振动方程的求解，可以得到系统的运动方程。
二、机械系统的动力学方程机械系统的动力学方程是描述系统运动规律的数学方程。
根据牛顿第二定律，可以得到机械系统的动力学方程。
1. 线性动力学方程对于线性系统，动力学方程可以表示为：F = m*a其中，F是物体所受的合外力，m是物体的质量，a是物体的加速度。
2. 旋转动力学方程对于旋转系统，动力学方程可以表示为：M = I*α其中，M是物体所受的合外力矩，I是物体的转动惯量，α是物体的角加速度。
3. 耦合动力学方程对于复杂的机械系统，可以通过将线性动力学方程和旋转动力学方程耦合起来，得到系统的动力学方程。
通过建立机械系统的动力学模型和方程，可以对系统的运动进行研究和分析。
得到系统的运动规律和动态响应，为系统的设计和控制提供依据。
总结：机械系统的动力学模型和方程是研究机械系统运动规律的重要工具。
刚柔耦合齿轮三维接触动力学建模与振动分析
振 动 与 冲 击第28卷第2期JOURNAL OF V I B RATI O N AND SHOCKVol .28No .22009 刚柔耦合齿轮三维接触动力学建模与振动分析基金项目:云南省应用基础研究基金资助项目(2006E021Q )云南省省院省校合作基金资助项目(2004YX12)云南省教育厅科技研究基金资助项目(5Y0553D )收稿日期:2008-02-13 修改稿收到日期:2008-05-23第一作者姚廷强男,博士生,1979年生通讯作者迟毅林男,教授,博士生导师,1953年生姚廷强,迟毅林,黄亚宇,谭 阳(昆明理工大学机电工程学院,昆明 650093) 摘 要:基于多体动力学理论和迟滞接触动力学方法,提出了刚柔耦合齿轮三维接触动力学模型和动力学分析新方法。
考虑轮齿与轮体间的相对柔性变形,啮合齿对间球-面三维动态接触和齿轮几何参数等因素,通过离散齿廓渐开线获得了齿面的离散接触面,从而建立了齿轮啮合传动动力学模型。
通过数值求解与仿真分析,研究了单侧齿面接触、双侧齿面接触和刚柔耦合特性对齿轮啮合传动特性的影响规律,获得了啮合轮齿全齿面接触冲击力,力矩和角速度等齿轮啮合传动的动态响应特性。
研究表明:新方法和动力学模型更真实地模拟了齿轮啮合传动的齿轮柔性变形和接触冲击等振动响应特性。
该方法和数值计算结果为齿轮啮合传动和齿轮系统动力学研究提供了理论指导和参考数据。
关键词:齿轮系统动力学;接触动力学;刚柔耦合方法;多体动力学;振动分析中图分类号:TP302 文献标识码:A 齿轮传动在实际机械系统中得到了广泛地应用,在机械系统中研究齿轮传动的动力学建模方法将具有重要的工程价值。
由于齿轮啮合传动影响因素众多,如轮齿刚度,啮合刚度,齿侧间隙和几何参数等非线性因素,使得齿轮啮合传动的接触动力学建模具有一定的难度[1-4]。
有限元法被广泛应用于研究单齿对的啮合接触特性[5],但计算效率较低。
在齿轮传动系统中,通常将齿轮啮合接触参数简化为一定数量的弹簧阻尼器连接或齿轮运动副,具有很好的计算效率,但这不是真正意义上的齿轮接触传动,计算结果存在一定的误差[7,8]。
减速器系统动力学多体建模及控制策略
减速器系统动力学多体建模及控制策略减速器系统作为传动装置中至关重要的组成部分，具有将高速输入转矩减速至低速输出的重要功能。
为了实现准确、高效、可靠的工作，需要对减速器系统进行动力学多体建模并设计相应的控制策略。
本文将探讨减速器系统动力学多体建模的方法以及针对不同控制目标的控制策略。
一、减速器系统动力学多体建模减速器系统的动力学行为复杂，因此需要进行多体建模来描述系统的运动特性。
多体建模可以分为两个主要步骤：刚体建模和柔性部件建模。
1. 刚体建模减速器系统中的齿轮、轴承等部件多为刚性材料，可以近似看作刚体。
因此，可以使用欧拉角等方法建立刚体模型，并通过牛顿-欧拉方程描述其运动行为。
同时，需考虑刚体之间的接触、干涉等约束条件，以确保模型的准确度。
2. 柔性部件建模减速器系统中的某些部件，如齿轮轴、弹簧传动等存在一定的柔性。
为了更准确地描述系统的动力学行为，需要考虑柔性部件的挠度和变形。
可以使用有限元法等方法建立柔性部件的模型，并将其与刚体模型进行耦合，实现准确的多体建模。
二、减速器系统控制策略针对不同的控制目标，可以采用不同的控制策略来实现对减速器系统的控制。
以下是几种常见的控制策略：1. 速度控制速度控制是减速器系统中最常见的控制策略之一。
通过对输入速度和输出速度进行测量，并根据速度误差调整控制器输出，可以实现减速器系统的稳定运行。
常用的速度控制方法包括PID控制、模糊控制等。
2. 位置控制当需要精确控制减速器系统输出位置时，可以采用位置控制策略。
通过测量输出位置并与期望位置进行比较，根据位置误差调整控制器输出，实现准确的位置控制。
位置控制常用的方法有PID控制、自适应控制等。
3. 轨迹控制轨迹控制主要针对要求减速器系统输出沿特定轨迹运动的应用。
通过给定期望轨迹，并根据实际运动轨迹进行比较，调整控制器输出，使得减速器系统输出与期望轨迹一致。
轨迹控制可以通过模型预测控制、轨迹跟踪等方法实现。
4. 力控制在一些特殊应用中，需要对减速器系统的输出力进行控制。
高等教育：刚体19952
注意:对同轴的转动惯量 才具有可加减性。
J
R
dJ
0
2mr 4dr R3
2 5
mR2
30
一些均匀刚体的转动惯量表
31
四:平行轴定理
J D JC md 2
d
m
D
C
32
练习 求长 L、质量 m 的均匀杆对 z 轴的转动惯量
z
A
mB
L4 o C
L
Jz
l 2dm 3L 4 m l 2dl 7 mL2
L 4 L
48
解二：
Jz
J oA
J oB
1 3
m 4
L 4
2
1 3
3m 4
3L 4
2
7 48
mL2
解三：
Jz
JC
m
L 4
2
1 12
mL2
m
L 4
2
7 48
mL2
33
§4-3 角动量 角动量守恒定律
一、质点的角动量定理和角动量守恒定律
数为 ，求 m1 下落的加速度和两段绳中的张力。
m2
ro m
m1
解：在地面参考系中，选取 m1 、m2 和滑轮为研究对
象，分别运用牛顿定律和刚体定轴转动定律得：
19
T1
m1
a
m1g
a
N
m2 g m2
T2
m2 g
T2
向里+
Ny
o
Nx
T1
列方程如下： 可求解
综述 齿轮系统动力学的理论体系_王建军
齿轮系统动力学的理论体系*王建军 副教授王建军 李润方 摘要 根据对国内外齿轮系统动力学研究成果的系统总结,阐述齿轮系统动力学理论的基本结构体系。
说明齿轮动力学的发展过程;围绕动态激励、模型类型、建模和求解方法以及齿轮系统的固有特性、动态响应和动力稳定性等介绍齿轮系统动力学所涉及的基本问题,讨论该理论的主要工程应用的基础上,提出应进一步研究的方向与重点。
关键词 齿轮系统 动力学性能 理论体系 正问题 反问题中国图书资料分类法分类号 T G132.411 齿轮系统动力学基本理论体系齿轮系统动力学[1]是研究齿轮系统在传递运动和动力过程中的动力学行为的一门科学。
它以齿轮系统为对象,以齿轮副啮合过程的动力学特性为核心,以提高和改善齿轮系统的动力学行为为目的,在充分考虑系统各零部件动态特性的基础上,利用振动力学理论和方法,研究齿轮系统在传递动力和运动中振动、冲击、噪声的基本规律,为设计制造小振动、低噪声、高可靠性、高传动性能的齿轮系统提供理论依据。
齿轮系统是机器最主要的动力和运动传递装置,其力学行为和工作性能对整个机器有重要影响。
因此,齿轮系统动力学近百年来一直受到人们的广泛关注,尤其是近20年来,由于相关力学的理论与实验技术的发展,促进了齿轮系统动力学的深入研究。
迄今,已经形成了较为完整的齿轮系统动力学的基本理论体系(见图1),系统总结齿图1齿轮系统动力学的基本理论体系・动载系统的计算方法・振动噪声的评价与防治・状态监测与故障诊断・系统参数与动态性能的关系・载荷识别与动态设计齿轮动力学理论的应用动态响应(系统的输出)系统模型(系统的力学、数学描述)动态激励(系统的输入)・稳定性指标・稳定性区域・稳定性性能・系统参数对稳定性的影响动力稳定性・动载荷系统振动・系统参数的影响动态响应・固有频率・固有振型・参数对固有特性的影响固有特性・时变刚度・传递误差・齿侧间隙・支承弹性与间隙・系统阻尼考虑因素・齿轮副纯扭模型・齿轮传动系统模型模型类型・集中参数法・传递矩阵法・有限元法・动态子结构综合法建模方法・时变啮合刚度・轮齿传递误差・啮入啮出冲击内部激励・原动机的扭矩・负载的反作用力矩外部激励求解方法・时域法・频域法・解析法・数值法・实验法*国家自然科学基金资助项目(59575006),机械传动国家重点实验室开放基金资助项目收稿日期:1997—01—03 修回日期:1998—11—20轮系统动力学理论与方法的时机已经成熟。
ANSYS Workbench 19.0基础入门与工程实践 第14章 刚体动力学分析
14.1.1 拉格朗日法
• 拉格朗日法是一种相对坐标的方法，其动力学方程的形式 为拉格朗日坐标阵的二阶微分方程组，如式所示：
14.1.2 笛卡儿法
• 笛卡儿法是一种绝对坐标法，它以系统中的每个部件为单 元，建立固结在刚体上的坐标系，刚体位置相对于一个公 共参考系进行定义，通过欧拉角或者欧拉参数来描述相对 的位置坐标。
1421问题描述1422几何建模1423材料属性设置1424运动副设置1425载荷及驱动设置1426模型求解设置1427结果后处理143齿轮啮合分析齿轮啮合非常普遍本例主要利用刚体动力学仿真方法对齿轮的啮合过程进行详细介绍研究齿轮在啮合过程中的接触力以及转速关系为读者学习刚体动力学方法提供案例实践和使用指导
• 对于由N个刚体组成的系统，系统动力学模型一般表示为 式所示的形式：
14.2 刚体动力学实例——压力机分析
• 本例以压力机为研究对象，介绍刚体动力学的基本建模和 仿真方法，通过每一步的详细操作，为读者提供详细的学 习指导。
• 14.2.1 问题描述 • 14.2.2 几何建模 • 14.2.3 材料属性设置 • 14.2.4 运动副设置 • 14.2.5 载荷及驱动设置 • 14.2.6 模型求解设置 • 14.2.7 结果后处理
14.3 刚体动力学实例——齿轮啮合分析
• 齿轮啮合非常普遍，本例主要利用刚体动力学仿真方法对齿轮的啮合 过程进行详细介绍，研究齿轮在啮合过程中的接触力以及转速关系， 为读者学习刚体动力学方法提供案例实践和使用指导。
• 14.3.1 问题描述 • 14.3.2 几何建模 • 14.3.3 材料属性设置 • 14.3.4 运动副及接触创建 • 14.3.5 网格划分 • 14.3.6 载荷及驱动设置 • 14.3.7 模型求解设置 • 14.3.8 结果后处理