基于RecurDyn的分動器齒輪傳動系統動力學分析

陳克 周霜霜 李曉政

摘要：利用Pro/E建模軟件建立分動器齒輪三維模型，通過RecurDyn軟件對分動器齒輪傳動系統進行動力學仿真分析。針對車輛在水平良好路面上，對分動器的齒輪傳動系統設置相應約束、接觸和負載，對分動器整體齒輪傳動系統進行多剛體動力學分析。分析得到的齒輪轉速與理論值接近，驗證了對分動器齒輪傳動系統動力學分析的正確性。

關鍵詞：分動器；齒輪傳動系統；RecurDyn；仿真

中圖分類號：O31？文獻標識碼：A？？文章編號：1672-3791（2015）09（b）-0000-00

多驅車輛能適應惡劣的環境，一直為大眾所追捧，而分動器是多驅車輛上的重要部件，分動器能將變速箱輸出的動力合理的分配給各驅動軸，因此研究分動器齒輪傳動系統的傳動特性有很大意義。分動器的整個發展過程已經歷了多種結構的變革，分動器的傳動結構從一開始的多級定軸齒輪傳動結構發展到現在的一級定軸齒輪與一級行星齒輪復合的結構。到目前為止已有多篇文章對分動器進行了研究[1-2]，而分動器動力傳遞過程在機械方面主要歸為齒輪傳動，國內為對齒輪傳動已有大量的研究，包括定軸齒輪和行星齒輪傳動特性[3]，但有很多是選取齒輪傳動中重要部件進行單獨分析，而對齒輪傳動系統進行整體分析的較少。本文通過多體動力學軟件，對分動器齒輪整體傳動系統進行多剛體動力學分析，研究齒輪整體傳動過程中的轉速情況。

1分動器結構

圖1為車輛分動器結構簡圖，整個分動器主要有高低檔齒輪、中間軸和行星齒輪差速器組成。分動器的動力從分動器輸入軸1輸入，經過高低速檔傳動中間檔齒輪軸5，再將動力傳動行星齒輪差速器，最后將動力傳至前橋輸出軸12和中后橋輸出軸7。

分動器齒輪的齒廓模型對之后的仿真研究有很大影響，因此選取Pro/E軟件繪制，Pro/E軟件通過漸開線方程建立精確的齒輪齒廓，同時能建立各參數間的關系，對齒輪進行參數化建模，軟件自帶的裝配模塊，能精確的裝配分動器齒輪系統，并進行靜態干涉檢驗，檢驗結果沒有干涉，滿足進一步仿真要求。

1.輸入軸 2.高速檔齒輪 3.高低檔結合套 4.低速檔齒輪 5.中間軸 6.內齒圈 7.中后橋輸出軸 8.太陽輪 9.行星輪 10.行星架 11.前后軸差速鎖 12.前橋輸出軸

2分動器動力學模型

RecurDyn軟件是由韓國公司研發的多體動力學仿真軟件，采用相對坐標系運動方程理論和完全遞歸算法，與以往的動力學軟件相比，這款軟件能快速的求解大型、復雜的接觸類模型，集成多學科的動力學軟件，包含了系統建模、結構控制和系統優化多個板塊的系統軟件。為擴大軟件利用的人群和學科，RecurDyn建模系統中自帶發動機、履帶、鏈、滑輪、齒輪、彈簧等建模工具包，為建模節省一大部分時間。

將分動器三維模型導入RecurDyn中，對車輛在水平良好路面上行進過程進行分析，變速箱、分動器分別接入高速檔，針對分動器齒輪傳動特點，刪除低速檔齒輪，對整體模型施加10對轉動副，12對實體與實體接觸，其中考慮分動器轉動過程的潤滑油飛濺潤滑效果，對各接觸對設置靜摩擦系數為0.08，動摩擦系數為0.05，并根據經驗值對各接觸對齒輪設置剛度和阻尼系數。

根據車輛運行情況，利用step函數，對分動器的高速檔齒輪2施加驅動為step（time，0，0，0.3，262），對太陽輪8施加負載step（time，0，0，0.3，230000），對內齒圈施加負載step（time，0，0，0.3，679608）。

根據計算可得分動器高速檔齒輪傳動比i

式中，為高速檔輸入齒輪轉速、齒數；為中間檔1、2傳動齒輪轉速、齒數，；為行星架齒輪轉速、齒數。

由此可得

3分析結果

由圖2可以看出行星架、太陽輪和內齒圈轉速一致，行星齒輪差速器整體沒有相對轉動。而太陽輪與前輸出軸相連，內齒圈與中后輸出軸相連，由此可知分動器前后輸出軸保持相同轉速，在0.3s后轉速與理論值221rad/s接近。圖2局部放大圖可以看到轉速有較小的波動，主要因為齒輪在嚙合過程中有沖擊力造成。

4結論

本文通過建立分動器齒輪傳動系統三維模型，利用RecurDyn軟件對分動器齒輪整體傳動系統進行動力學分析，分析得出車輛在水平良好路面上行進時分動器齒輪系統的轉速時域圖，仿真值與理論值相符，驗證了建立模型的準確性，為進一步研究分動器齒輪傳動系統各種負載工況下工作打下基礎。

參考文獻：

[1] 王善坡，李舜酩，廖慶斌，柳海龍，張萬良.專用汽車分動箱模態試驗與分析[J].農業機械學報，2007，38（12）：24-27.

[2] 金姣姣.車輛分動器性能及其檢測系統研究[D].杭州：浙江大學，2008.

[3] 孫宏. 多級行星傳動系統動力學特性分析[D].重慶：重慶大學，2012.