汽车差速器建模方法—Adams/Machinery模块

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前言：“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中的第十节进行免费学习。

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，因为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。