在當今制造業(yè)中，傳統(tǒng)的經(jīng)驗設計、類比設計和靜態(tài)設計因為開發(fā)周期長、質量差、產(chǎn)品成本高等缺點越來越不適應日益加劇的市場競爭，企業(yè)能否對市場做出迅速的響應，生產(chǎn)出最大程度滿足顧客要求的高質量低成本產(chǎn)品已成為競爭的焦點。

    虛擬樣機技術( V i r t u a l Prototyping Technology)的出現(xiàn)為企業(yè)提供了行之有效的方法。虛擬樣機技術是指在產(chǎn)品設計開發(fā)過程中，將分散的零部件設計和分析技術(指在某單一系統(tǒng)中零部件的CAD和FEA技術)揉合在一起，在計算機上建造出產(chǎn)品的整體模型，并針對該產(chǎn)品在投入使用后的各種工況進行仿真分析，預測產(chǎn)品的整體性能，進而改進產(chǎn)品設計、提高產(chǎn)品性能的一種新技術。簡單的說，虛擬樣機技術就是利用CAD軟件所提供的各零部件的物理和幾何信息，直接在計算機上對機械系統(tǒng)進行建模和虛擬裝配，從而獲得基于產(chǎn)品的計算機數(shù)字模型,即虛擬樣機(Virtual Prototype)，并對其進行仿真分析。這種方法使設計人員能在計算機上快速試驗多種設計方案，直至得到最優(yōu)化結果，而且免去了傳統(tǒng)設計方法中物理樣機的試制，從而大幅度縮短了開發(fā)周期，減少了開發(fā)成本，提高了產(chǎn)品質量。

    虛擬樣機技術是許多技術的綜合，其核心是多剛體（柔體）系統(tǒng)運動學和動力學建模理論及其技術實現(xiàn)，其關鍵技術包括工程設計技術、建模仿真技術和VR可視化技術等。成熟的三維計算機軟件有效地保證了虛擬樣機技術的大規(guī)模推廣和應用。這方面比較有代表性的是美國MDI公司開發(fā)的機械系統(tǒng)動力學自動分析軟件ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)、比利時LMS公司的DADS以及德國航天局的S I M P A C K，其中ADAMS最為成熟，已廣泛應用于世界各行各業(yè)，占據(jù)了超過50%的市場銷售份額。

    本文擬就二級齒輪減速傳動，利用ADAMS軟件進行簡單的運動仿真，詳細介紹應用ADAMS軟件的一般操作步驟，直觀再現(xiàn)傳動過程，并驗證所建造模型正確與否。

   一、實例

    設一個直齒二級齒輪減速器，基本結構幾何參數(shù)如下：

    第一級： 模數(shù)m = 4 m m ，z1=20，z2=50；齒寬B=40mm

    第二級： 模數(shù)m = 4 m m ，z1=30，z2=70；齒寬B=40mm

    則第一級傳動小齒輪分度圓直徑為d 1 = m × z 1 = 8 0 m m ，d2=m×z2=200mm；第二級傳動小齒輪分度圓直徑為d1=m×z1=120mm，d2=m×z2=280mm。

    二、幾何建模

    1.啟動軟件

    雙擊桌面上ADAMS/View的快捷圖標,打開ADAMS/View。在歡迎對話框中選擇“Create a new model”，在模型名稱（Model name）欄中輸入decelerator ；在重力名稱(Gravity)欄中選擇“Earth Normal(-Global Y)”；在單位名稱(Units)欄中選擇“MMKS －mm,kg,N,s,deg”；點擊“OK”確定。

    2.設置工作環(huán)境

    在ADAMS/View菜單欄中，選擇設置（Setting）下拉菜單中的工作網(wǎng)格（Working Grid）命令。系統(tǒng)彈出設置工作網(wǎng)格對話框，將網(wǎng)格的尺寸(Size)中的X和Y分別設置成750mm和500mm，間距（Spacing）中的X和Y都設置成10mm。然后點擊“OK”確定。

    3.創(chuàng)建齒輪

    鼠標右鍵單擊模型庫，選擇旋轉方式，按照上面計算所得各分度圓直徑建立圖1所示模型。

    4 .創(chuàng)建旋轉副、齒輪副、旋轉驅動

    選擇ADAMS/View約束庫中的旋轉副（Joint: Revolute）圖標，參數(shù)選擇“2 Bod-1 Loc”和“pick feature”，在“ADAMS/View”工作窗口中先用鼠標左鍵選擇小齒輪，然后選擇機架（ground），接著選擇小齒輪上的中心點，拖動光標直到出現(xiàn)沿小齒輪中心軸線方向的白色箭頭，點擊左鍵完成旋轉副(JOINT_1)，該旋轉副連接機架和齒輪，使齒輪能相對機架旋轉。同樣方法創(chuàng)建中間雙齒輪和右邊大齒輪的旋轉副JOINT_2和JOINT_3。

    創(chuàng)建完三個定軸齒輪上的旋轉副后，還要創(chuàng)建兩個嚙合點(MARKER)。齒輪副的嚙合點和旋轉副必須有相同的參考連桿（機架），并且嚙合點Z軸的方向與齒輪的傳動方向相同。所以在本例中，嚙合點(MARKER)必須定義在機架(ground)上。選擇ADAMS/View零件庫中的標記點工具圖標，參數(shù)選擇Add to Ground和Global XY,分別在兩對嚙合齒輪中心處單擊，默認的z軸方向恰好垂直于工作平面，即嚙合點線速度方向，但兩處z軸的指向應相反，具體指向可根據(jù)下面驅動的方向確定。

    選擇ADAMS/View約束庫中的齒輪副（Gear）圖標，在彈出的對話框中的Joint Name欄中選擇小齒輪的JOINT_1和中間雙齒輪的JOINT_2，在Common Velocity Marker欄中選擇第一級嚙合處的MARKER，點擊OK完成齒輪副的創(chuàng)建，同樣方法完成第二級嚙合的齒輪副。

    在A D A M S / V i e w 驅動庫中選擇旋轉驅動（Rotational Joint Motion）按鈕，在Speed一欄中輸入3000，表示旋轉速度3000度/秒。左鍵選小齒輪軸JOINT_1作為驅動。完成后模型如圖2所示.

    至此，二級齒輪減速器模型創(chuàng)建完畢。

    同樣的設置方法，JOINT_2和JOINT_3的時間-速度曲線分別如圖4、圖5所示。

    測量完成后，進入后處理模塊，右鍵單擊選擇分成四部分的窗口，分別加載動畫和三條曲線如圖6所示。

    五、結論分析

    (1)對第一級嚙合進行運動分析。因為小齒輪的齒數(shù)20，大齒輪的齒數(shù)50，模數(shù)m =4m ，根據(jù)傳動原理可以知道，對于標準外嚙合漸開線直齒圓柱齒輪傳動，大齒輪的轉速為小齒輪的2/5，即3000×（2/5）=1200deg/s。即當輸入轉速3 0 0 0 d e g / s時，一級減速獲得轉速－1200deg/s，負號表示方向相反；同樣對第二級嚙合進行運動分析。因為小齒輪的齒數(shù)為30，大齒輪的齒數(shù)70，則最后理論上獲得的轉速應為1200×3/7=514.286deg/s，對照圖5，二級減速獲得輸出轉速514.3deg/s，所建模型正確，符合標準外嚙合直齒齒輪傳動角速度與齒輪的分度圓直徑成反比的結論。#p#分頁標題#e#

    (2)ADAMS是以相鄰兩回轉軸MARKER點與嚙合處MARKER點的距離之比確定傳動比的，改變回轉軸上MARKER點的位置不影響最終結果。

    (3)以旋轉方式建立齒輪模型可以省卻調整MARKER點位置的麻煩，但MARKER點z軸的指向應根據(jù)實際線速度方向作相應的調整。

    (4) 在嚙合點處， 將標記點(MARKER)的z軸方向旋轉一定角度，就可以仿真斜齒齒輪傳動情況。