每日一练！从此拥有Adams机械齿轮传动建模秘密武器

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作者优秀: 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家/独家讲师
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导读：“齿轮生成器”这个小工具相信大家都不陌生，这个工具可以帮助用户快速生成复杂齿轮，仅需要输入定义齿轮的相关参数即可，带来了极大的便利。通常情况下，我们会在三维建模软件中生成齿轮，导入Adams中进行仿真，但是Adams也拥有自己的“齿轮生成器”Machinery模块，甚至会在工具栏中将齿轮的仿真模型自动化搭好，更进一步带来便利。

本文主要介绍了汽车差速器的工作原理，并介绍了Adams Machinery齿轮定义的相关参数含义及使用方法，最后拿出优化建模的秘密武器，帮助大家更进一步提升Adams建模技巧，汽车差速器建模方法视频讲解可以查看我的课程《Adams/Machinery机械传动全系列18讲》中的第10期进行免费学习。

一、汽车差速器工作原理

汽车差速器可以使左右驱动轮实现以不同转速转动的机构。

当直线行驶时，传动轴传来的动力通过主动齿轮传递到环齿轮上，环齿轮带动行星齿轮轴一起旋转，同时带动侧齿轮转动，从而推进驱动轮前进。当车辆直线行驶时，左右两个轮受到的阻力一样，行星齿轮不自转，仅做公转运动，把动力平均传递到两个半轴上，此时左右两个车轮的转速一样。

当转弯行驶时，外侧车轮需要更大的弧度，因此转速更快。内侧车轮转速较慢。差速器允许外侧齿轮转的更快，同时内侧齿轮通过行星齿轮与之同步。

左右两车轮受到的阻力不一样，行星齿轮会绕着半轴转动并同时自传，从而吸收阻力差，使车轮能够以不同的速度旋转，保证汽车顺利过弯。

主要作用：调整左右轮的转速差，使车轮在转弯时能够以不同的速度滚动，保证两侧驱动车轮做纯滚动运动，以减少轮胎的磨损，提高行驶稳定性和安全性。

差速器的存在对汽车的正常行驶和转弯至关重要，如果没有差速器，两个驱动轮就必须要以相同的速度旋转，这就导致汽车转弯困难，甚至可能出现轮胎打滑和磨损加剧的情况。

二、Machinery模块简介

Adams Machinery是Adams View环境中的全新产品，它是一个完整的集成组件，包含多个建模模块，这些模块专为机械系统设计提供便利，提高了模型创建的效率和针对性。

Adams Machinery通过自动化流程引导用户进行预处理，包括几何建模、子系统连接以及其它类似步骤，使用该模块可以简化用户在设计初期的工作流程，提高工作效率并减少了手动建模。Adams Machinery还可以帮助用户进行后处理分析，输出相应的机械受力、位移等情况。Machinery具有良好的交互式界面，可以帮助用户直观了解模型组件并进行编辑、修改，从而来调整模型的详细程度或进行精度级别的选择。

三、差速器模型搭建

1、在Adams view模块的工具栏中找到Machinery。

2、从Gear工具包中点击Create Gear Pair创建齿轮对。

3、创建行星齿轮对

（1）Gear Type类型选择Bevel，圆锥齿轮，点击Next进行下一页的操作。

（2）选择齿轮对之间接触的计算方式，此处选择3D Contact，点击Next进行下一步操作。

（3）第三页是关于齿轮参数的详细设置，用户可以根据自己的齿轮模型进行相关参数自定义。对于行星齿轮来说，①定义压力角（Pressure Angle）为20，②圆锥齿轮中点位置（Center Location）为全局坐标系原点，③互相啮合的齿轮轴线（Axis of Rotation）分别为全局坐标系X轴和全局坐标系Y轴，④齿轮对的齿数（Teeth）均为18，⑤面宽（Face Width）为25.4，⑥背锥距（Back cone distance）为0，⑦螺旋角（Pitch Angle）为45，⑧节圆顶点（Pitch Apex）为0，表示圆锥齿轮距离中心点无位移，⑨中间孔（Bore Radius）为0，此参数代表了齿轮中间圆柱孔的半径，用户可以根据需求进行自定义，⑩中间面螺旋角（Mean Spiral Angle）为0，中间面无旋转角度。其余参数均默认。

（4）第四页是关于齿轮材料及接触参数的设置，用户可根据需要进行自定义设置。

（5）第五页是关于齿轮对的运动副设置，此处可以直接进行齿轮运动副的设置，不用在单独进行运动副设置，为用户建模带来极大便利。

（6）在第六页中直接点击Finish即可完成圆锥齿轮对建模。

4、创建其余三组行星齿轮对

对于中间的四个行星齿轮，每两个齿轮之间均需要创建齿轮对，在齿轮建模时，可以选择现有齿轮或上一步创建完成的齿轮进行建模。两两之间需要额外搭建齿轮对以进行齿轮间的接触行为生效。

5、创建侧齿轮及环齿轮对

（1）侧齿轮及环齿轮对同样需要搭建圆锥齿轮模型，在齿轮类型中选择Bevel及3D Contact。

（2）侧齿轮的中心位置需要挪到0,100,0的位置，在Center Location中，除了可以直接输入坐标位置以外，还可以选择相关的Marker点。

（3）环齿轮的齿数设置为60，侧齿轮的齿数设置为14，面宽均为40。

（4）其余参数与行星齿轮参数类似，用户可以根据自己模型进行自定义参数值。

（5）设置齿轮材料参数及运动副设置，点击Finish完成建模。

四、无质量小球简化模型

通常在仿真工程师的眼里，没有支架，没有连接器，只有一对又一对的圆锥齿轮。当然，为了建模方便，减少对结果无影响的零部件，我们可以采取更为有效的简化方式—“无质量小球法”来进行建模。

无质量小球是指将零部件的运动关系通过中间商“无质量小球”来进行传递，并把小球的质量设置为0，在既不影响仿真结果的情况下，将模型的运动关系实现出来，并有效简化模型，减少不必要的建模过程，是一种较为好用的手段。

当然，如果你为了模型的美观或其它因素，也可以将连接件的结构进行细化。下面我们来介绍一下无质量小球的搭建方法。

1、创建小球part

使用Adams自带的建模模块创建小球。选择小球几何，半径可以任意设置，这里设置为2mm小球。这里共创建四个小球，分别在上下两个行星轮上，以及相对应的大圆锥齿轮上，位置无精确要求，只需位置相对应即可。

2、创建小球运动副

将创建好的小球与大圆锥齿轮进行固定副约束，重新点开行星齿轮的设置，在运动副一列中将行星齿轮与小球建立旋转副。

3、连接器模拟

将行星齿轮上的小球与大圆锥齿轮上的小球进行固定副约束，模拟连接器，这样大圆锥齿轮转动时就可以带动行星齿轮进行运动了。

小结：巧用无质量小球进行运动连接，可以给仿真带来很大的帮助，提高建模速度，减少不必要的结构特征，是笔者较为喜欢的方法，推荐给大家，除了在这个模型中应用以外，还可以用到自己平常的建模中，快来试一试吧。

五、施加运动驱动

分别给小圆锥齿轮（传动轴）施加驱动，模拟汽车直线行驶状态；给其中一个行星齿轮施加驱动，模拟汽车转弯状态；最后，给两个行星齿轮均施加驱动，观察差速器运动状态。

小结：本文简单介绍了汽车差速器的工作原理，并用Adams Machinery圆锥齿轮模块进行建模，搭建汽车差速器模型，Machinery模块可以帮助用户快速生成齿轮模型，省去大量建模过程，最后推荐介绍了笔者常用的无质量小球建模方法，提供了建模新思路，相信大家已经可以轻松使用Machinery模块了。

本文的模型已收录到仿真秀学习资料包，大家通过可以仿真秀app本公众号菜单资料库下载即可。当然也可以在文章末尾点赞或在看，分享到朋友圈截图发到仿真秀app本公众号对话框，我会在24小时内手动发给你哦。资料如下图：

注意：汽车差速器建模视频讲解可查看我的课程《Adams/Machinery机械传动全系列18讲》中的第10期进行免费学习，以下是我课程大纲(已完结)：

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在Machinery系列中，你可以学到Gear齿轮传动、Belt带传动、Chain链条传动、Bearing轴承链接、Cable滑轮系统、Motor电机以及Cam凸轮机构，听者可以选择感兴趣的模块进行学习。

我们将对一系列的机械传动简图进行Adams还原，帮助大家更好的掌握Machinery模块，对于首次使用的机构，同步进行理论介绍。

1、用户可以学到

（1）详细的Machinery建模流程；

（2）详实的Machinery理论知识；

（3）充足的案例指导，17个案例实操与答疑辅导；

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2、适合谁看

（1）机械、车辆、航天航空等专业的机械类学生

（2）从事机械结构设计及仿真的工程师

（3）使用Adams的高校学生或专业人员

（4）欲使用Adams/Machinery提高建模效率的人员

（完）

来源：仿真秀App

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首次发布时间：2024-08-19