【MBS技术专题】模型分享：齿轮系平衡研究
本文摘要（由AI生成）：
这篇文章介绍了齿轮箱的建模方法和三种不同工况下的振动性能分析。通过仿真分析，作者发现不平衡质量点作用下的工况最为恶劣，其次是非直轴工况，平衡轴工况则相对较好。因此，在实际装配和制造过程中，应尽量保证齿轮系的平衡度，以减少振动对工件的损坏。
齿轮箱是用来传递动力的重要机械部件。它常常被用于汽车、航空航天、海事、建筑和农业工业等。轴承、旋转齿轮和传动轴可通过不同的组合方式，实现一组较为复杂的动态系统。较好的齿轮箱平衡度，使变速箱具有更长的耐久性和更少的噪音。
模型简介
模型简介
本文通过仿真的手段，验证齿轮箱在轴平衡、不平衡、非直轴工况下振动性能，并绘制傅里叶变换（FFT）曲线，进而理解齿轮箱的振动性能；同时，输出不同工况下齿轮箱在传动轴上的应力结果。
齿轮系统通过 MotionView 建模，用 MotionSolve 求解。
三种工况建模
三种工况建模
平衡轴建模
Step 1：CAD模型导入
齿轮系模型
Step 2：增加铰链和衬套，作为齿轮系的连接
MotionView中加入铰接关系
Step 3：增加运动副，在输入轴上增加驱动（rad/s）
增加轴上的驱动
Step 4：增加柔性体，将第二轴用柔性体代替
柔性体建模结果
Step 5：增加3D接触，保证各个齿轮的接触
Step 6: 保存模型Gearbox_1.mdl
非平衡轴建模
Step 1: 在第二个齿轮上加入一个连接点
Step 2: 将以上点放置在距离中心点30mm位置，使第二轴具有60%的不平衡度
不平衡中心点
Step 3: 保存模型，
Gearbox_2_unbalanced.mdl
增加轴上的驱动
非直轴建模
Step 1: 沿着X轴将输入轴转3度，通过数据后台变化点的位置
修改点的信息
Step 2: 将输入轴和换向轴放到YZ平面内
非直轴的模型
Step 3 保存模型，
Gearbox_3_misaligned.mdl
输入条件及其结果分析
输入条件及其结果分析
输入转速条件为1800 RPM,将不同的齿轮编号处理
输入轴转速输入
公式换算
模态分析
输入轴1800 RPM (30 Hz) 下各齿轮模态
平衡轴工况
应力结果
应力结果
振动特性曲线
振动特性曲线
平衡轴动画
平衡轴动画
不平衡质量工况结果
应力结果
应力结果
振动特性曲线
振动特性曲线
非平衡质量动画
非平衡质量动画
非直轴工况
应力结果
应力结果
非直轴动画
非直轴动画
振动特性曲线
振动特性曲线
三工况力及其FFT对比，如下方图1、图2所示
图1 三工况FFT对比曲线
图2 三工况FFT对比曲线
总结
总结
本文对齿轮系进行多体动力学仿真分析，输出其应力、位移、力并对其振动特性进行分析。结果显示，不平衡质量点作用下的工况最为恶劣；其次是非直轴工况；所以在实际装配中和制造过程中尽量保证齿轮系的平衡度，减少振动对工件的损坏。
