基于ADAMS的变速箱动力学仿真分析.docx

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基于ADAMS的变速箱动力学仿真分析

本科生毕业论文设计

题目基于MSC.ADAMS的变速箱动力学仿真分析

作者姓名

指导教师

所在学院

专业（系）

班级（届）2009级

完成日期2013年5月6日

中文摘要、关键词…………………………………………

（1）

第1章前言………………………………………………

（2）

第2章变速箱的结构和工作原理………………………（4）

2.1变速箱的主要功能……………………………………………（4）

2.2变速箱的分类…………………………………………………（4）

2.3变速箱普通齿轮传动的工作原理……………………………（5）

2.4两轴式手动变速器的结构名称………………………………（8）

第3章机械系统的分析理论基础………………………（10）

3.1参考系和坐标系的类型……………………………………（10）

3.2坐标系的设置………………………………………………（10）

第4章虚拟样机原理和模型的建立……………………（12）

4.1虚拟样机技术………………………………………………（12）

4.2MSC.ADAMS结构功能和动力学方程的建立………………（12）

4.3基于MSC.ADAMS虚拟样机模型的建立……………………（17）

4.4基于MSC.ADAMS建立的四档手动变速器模型……………（18）

4.5变速箱模型所受到的约束类型……………………………（18）

第5章基于MSC.ADAMS对模型的动力学仿真分析……（20）

5.1对二档手动变速箱模型进行仿真分析……………………（20）

5.2模型所受约束的受力分析…………………………………（24）

全文总结…………………………………………………（26）

结束语………………………………………………………（27）

参考文献…………………………………………………（28）

致谢………………………………………………………（29）

摘要

在现在这个世界，已经进入了一个数字科技的时代，科技飞速发展，同样也伴随着计算机技术的快速的发展，体型越来越小，但是功能越来越强大，越来越智能化。

虚拟样机仿真技术的出现和迅速发展为人类更好地研究力学分析提供了方便，同时也为变速箱技术研究和发展提供了必要的条件。

了解汽车变速箱的工作原理和结构功能，并且基于ADAMS软件，对变速箱动虚拟样机模型进行了仿真分析。

得到设计的特性曲线，相关的概念设计、设计方案，详细的设计流程以及计划方案的修改、机械系统的优化处理，甚至故包括诊断各阶段、高准确的仿真分析结果，从而达到减低开发所需要的成本，缩短产品开发时的所需要的时间，提高产品的质量和竞争力。

关键词：

变速箱虚拟样机MSC.ADAMS仿真分析

1前言

作为人类知识的不断增强的客观物质世界的能力，已经建立了比较完善的科学理论体系。

在大多数人在物质世界的理论知识，及受力分析，运动分析系统已经有了完整的体系，如牛顿力学，拉格朗日方程和哈密顿系统等，并且第三次工业革命的爆发，也就是电子计算机的出现，人们可以通过计算机，使其和已经完善的理论体系有机的结合起来，来解决复杂的力学体系，随着时间的推移，这种技术得到了完善，并且广泛的应用在实际的工作中，成为解决实际问题的一种有效的方法，通过这种方法，在研究复杂的力学系统过程中，可以帮助人们更好地解决未知的力对研究对象的影响，然后根据得到的相关的性能数据，从而帮助人们更好地认识系统中存在的问题，已达到实际的工作需求。

实现技术的优化和提高。

随着科技不断的发展，层次不穷的高性能产品不断出现，使得人们的生活水平越来越趋向于个性化的、智能化、全能化发展，并且机械工业方面的生产率不断提高，比如说机械生产中所用的智能机械臂和人们生活中乘坐一些交通工具等，对于这些高性能的要求，从而也要有非常高的设计要求，非常精确的设计方案，否则这不单单是经济上的损失。

根据这样的需求，为了更好地解决这个问题，虚拟样机的出现出现，成为了解决这个问题的一个有效的手段，虚拟样机技术能够提供良好的设计方法，并且能够对产品进行性能的检测，从而在生产之前，得到最佳的设计方案。

本文介绍的软件MSC.ADAMS是由美国MSC公司代理，是专门用于机械产品虚拟样机模型的建立和设计方案的优化的工具，通过仿真分析，在产品的设计开发阶段，就可以发现产品的不足，从而对产品设计进行改进，得到更好的设计方案。

虚拟样机技术是建立在多体系统动力学理论基础上，然后结合计算机技术，对设计方案进行仿真分析，得到各种实验数据和特性曲线，然后进行优化设计，从而解决产品存在的问题。

本文主要介绍变速箱的工作原理、类型、特点、等进行了阐述，介绍虚拟样机技术仿真分析件的发展概况、功能、内容和计算的方法、参数设置的分析。

并且介绍ADAMS的使用方法，和对变速箱模型进行仿真分析，通过动力仿真分析获得变速箱的特性曲线,并且通过对这些特性曲线的分析研究从而获得特性曲线的优化。

本文以ADAMS2013版本为基础，设计到的内容包括模型的建立，变速箱模型受到的约束名称和动力学仿真分析等。

本论文共分为5章。

第1章是前言；第2章介绍变速箱的结构和工作原理；第3章阐述机械系统的分析理论基础；第4章虚拟样机原理和模型的建立；第5章基于MSC.ADAMS对模型的动力学仿真分析；附加全文总结；结束语；参考文献；是致谢。

2.变速箱的结构和工作原理

变速箱是各类机械传动系统中，尤其是在汽车中最常见的，也是应用最广泛的传动装置，其结构紧凑、传动效率高、传递的扭矩大、而且传动比准确。

。

2.1变速箱的主要功能

①改变输出的传动比，使汽车驱动轮的转矩、转速的变化范围增大，以适应不同的行驶路面；

②在发动机输出的转速不变的情况下，通过倒档齿轮实现倒车行驶；

③利用变速器空挡的位置，中断发动机动力传递，便于变速器换档或进行动力输出。

并且使发动机能够启动。

2.2变速箱的分类

2.2.1按传动比变化方式来分

1.有级式变速器　是目前使用最广泛的一种。

它采用的是齿轮传动，具有若干个定值的传动比。

变速器的档数是指前进挡位数的总和。

在轿车、中型货车中，变速器的传动比通常有3~5个前进档和一个倒档，但在重型货车中，变速器用的组合式变速器中，有更多的档位。

2.无级式变速器　这种类型的变速器的传动比在一定的数值范围内可以无限多级变化，一般在日系车应用的比较对，比如本田、日产经常采用CVT。

3.综合式变速器这种类型的变速器传动比可在最大值和最小值之间的几个间断的范围之内，作无级变化。

它是由液力变矩器和齿轮式有级变速器所组成的液力机械式变速器，也是目前应用最多的变速器。

2.2.2按操纵方式来分

1.强制操纵式变速器　是靠驾驶员直接操纵变速杆来实现换档。

2.自动操纵式变速器　其每个档位的变化是通过传感器反应到ECU的信号并且由执行器来控制换挡的，驾驶员只需通过操纵加速踏板来控制车速。

3.半自动操纵式变速器　有两种型式：

一种是预选式的，即驾驶员先用按钮选定好档位，然后在踩下离合器踏板或者松开加速踏板时，接通一个电磁装置，有的变速器液压装置来进行换档。

另一种是几个常用档位自动操纵，剩下的档位由驾驶员来手动操纵的。

2.2.3按方法分类来分

手动变速器MT，也称为手动挡，其特点是加速的响应快，在一些赛车比赛中或者热爱驾驶体验的人来说，都采用手动挡的变速器，并且相对于自动变速器来说，比较省油；即用手来操纵变速杆从而改变变速器内部的齿轮啮合位置，从而改变其传动比，以达到变速的目的。

自动变速器AT，其结构是由液力变矩器和行星齿轮构成，并且通过行星齿轮机构的不同组合来实现不同的传动比，从而实现变速。

2.3变速箱普通齿轮传动的工作原理

2.3.1传动比

如图2-1所示

图2-1齿轮的传动

对于多级传动

2.3.2档位分析

如大众轿车旗下的捷达5挡变速器的档位情况如下

2.3.3两轴式四档变速器的动力传路线

a.一档的传动路线

如图2-2所示

图2-2一档的传动路线

b.二档的传动路线

如图2-3所示

图2-3二档的传动路线

c．三档的传动路线

如图2-4

图2-4三档的传动路线

d．四档的传动路线

如图2-5所示

图2-5四档的传动路线

e．倒档的传动路线

如图2-6所示

图2-6倒档的传动路线

2.4两轴式手动变速器的结构名称

以现代瑞纳1.4L的两轴式手动变速器为例，如图2-7所示。

图2-7瑞纳1.4L手动变速器

3机械系统的分析理论基础

3.1参考系和坐标系的分类

1.地面参考系指的是一个单独的牛顿惯性参考系，它是固定在一个“绝对静止”的空间中

2.构件参考系指的是对于每一个刚性体都有一个参考系，称为构件参考系，刚性体上的各个点相对于该构件上的参考系是静止的.

坐标系机械系统中的坐标系通常采用的是直角坐标系，它是由1个原点、3个相互垂直的单位坐标矢量组成，常用的是采用右手规则的笛卡尔坐标系。

所有矢量够可以用3个单位坐标矢量的分量表示。

在机械系统运动分析过程中，通常使用的3种坐标系与ADMAS软件中定义的3种坐标系统相对应：

1.地面坐标系固定在地面的绝对坐标系。

ADAMS中所有的构件的位置和方向都是相对于地面坐标来确定的。

2.局部参考坐标系ADAMS中的每一个构件都有一个这样的坐标系，它的位置、方位相对于地面坐标系而确定的，并且随部件一起变化。

标记在ADAMS中是各个构件各自内部的坐标系统，它分为两类：

固定标记和浮动标记。

3.2坐标系的设置

3.2.1欧拉角法

指的是定位坐标系的原点0，其原点0相应的笛卡尔坐标值，是确定原点的位置或者是确定相对于基础坐标系的旋转角度、旋转轴和旋转的顺序，并且用来确定定位坐标系的方向。

3.2.23点法

不在同一直线上的3个点1、2、3在定位坐标系的笛卡尔坐标值或1、2、3这三个点在基础坐标系的笛卡尔坐标值。

3.2.3X-Z点法

其坐标值是基于笛卡尔坐标原点定位的；规定笛卡尔坐标点的定位坐标z值，笛卡尔坐标点的X轴；笛卡尔坐标点定位坐标X-Z面的值，这一点与原点O和坐标轴点不应在同一直线上。

4虚拟样机原理和模型的建立

4.1虚拟样机技术

虚拟样机技术是计算机辅助工程的一项重要技术，是数字优化方面的方法，也是做机械设方面工作必不可少的一个工具，并且应用在各个领域中，它是理念是在人们开发新产品时，在产品概念设计阶段，用理论分析的方法，比且结合计算机技术，也就是通过计算机语言，对他们进行综合管理。

并且对该产品在设计的进行系统的性能测试，从而弥补设计缺陷，完善设计方案。

虚拟样机技术是基于对多体系统动力学的理论基础，并且研究包括：

静力学分析：

在构件系统受到静载荷的作用时，可以确定构建的平衡位置和运动副的静反力。

运动学分析：

不考虑构件系统运动原因的情况下，分析各构件的位置、速度和加速度的变化关系。

动力学分析：

关于讨论载荷和系统运动之间的关系，并且分为两种，一是关于正向动力学分析，即通过已知外力来求系统运动的问题，这样的问题可以是求非线性微分方程的积分；二是关于逆向动力学分析，即已知系统的运动得出系统构建的运动副的动反力。

4.2MSC.ADAMS结构功能和动力学方程的建立

4.2.1MSC.ADAMS软件

在虚拟样机技术的基础上，开发的软件MSC.ADAMS（automaticaynamicanalysisofmechanicalsystems）是由由美国的MDI开发，在经历了12个版本的更新完善后，被美国MSC公司收购，是对机械系统的运动学与动力学进行仿真计算和分析的软件，本书以2013