基于NX和ADAMS的减速器设计及运动仿真研究

本文以一减速器具体应用实例为载体，对通过理论计算设计出的减速器模型，运用参数化设计技术，通过NX软件建模，得到了减速器数字样机三维模型。并把该样机模型导入ADAMS软件进行运动仿真分析，验证了设计样机的合理性，并为NX软件和ADAMS软件结合提供了一种方法。另外，本文也初步探讨了用柔性轴代替刚性轴的虚拟样机的运动仿真，验证了对减速器样机模型进行运行仿真时样机零部件刚性化的合理性。

近年来，伴随着CAD/CAM/CAE技术的日趋成熟，建立在软件集成基础上的虚拟样机技术及其应用也获得了迅速发展。所谓虚拟样机技术是指在产品设计开发过程中，将分散的零部件设计和分析技术揉合在一起，在计算机上建造出产品的整体模型，并针对该产品在投入使用后的各种工况进行仿真分析，预测产品的整体性能，进而改进产品设计，提高产品性能的一种新技术。通过建立虚拟样机，可以检查零件的运动干涉，评价系统的振动水平，预测零件的变形，确定作用在零件上的载荷谱。通过反复修改系统动力学模型，仿真试验不同的设计方案，设计人员不必浪费制造、试验物理样机所需的时间，就可以获得最优设计方案。因此不但减少了昂贵的物理样机制造费用和试验成本，而且提高了产品设计质量，大大缩短了产品的开发周期。

减速器是在原动机和工作机之间用于降低速度、增大扭矩的传动装置，得到广泛应用。传统的减速器设计方法通常比较依赖于经验和理论公式。如果采用虚拟样机技术，就能够加快开发实际产品的速度，提高效率。本文以二级齿轮减速器作为载体，运用参数化设计技术和虚拟样机技术，通过NX软件和ADAMS软件对减速器进行了设计和运动仿真分析研究。

一、NX软件和ADAMS软件简介

1.NX软件简介

NX软件是一个集CAD/CAM/CAE于一体的CAD软件。本文运用NX软件，建立了减速器的三维数字化模型，并对该模型进行了干涉检验。

2. ADAMS软件简介

ADAMS是由美国机械动力公司开发的，被广泛应用于机械设计的各个领域。该软件有如下功能：分析运动学静定系统、分析线性系统模态、力输入运动以及模拟控制系统。本文在该软件中以建立好的减速器三维数字化模型为基体建立了减速器的虚拟样机模型，并对该模型进行运动仿真与分析。

3.NX和ADAMS软件的数据转换接口

相对于ADAMS软件强大的运动学、动力学分析功能，其实体建模功能相对较弱，难以用它创建具有复杂特征的构件。但ADAMS与常用的三维CAD软件都有着良好的接口，通过其转换接口，可以与其他软件共享数据，以充分发挥各自软件的优势。数据的转换主要是通过文件的输入输出来实现的，可输入输出的数据格式有多种。Parasolid格式是NX图形文件的内核，在NX中建立的机构三维实体模型，通常以Parasolid格式进行输出，然后输入到ADAMS中进行分析，可同时发挥NX建模功能和ADAMS分析功能的优势。

二、减速器零部件各参数设计

1.减速器应用实例设计要求

设计题目：带式输送机的专用传动装置；

原始数据：输送带的拉力 F=5000N，输送带的线速度v=0.8m/s，驱动滚筒直径 D=200mm，工作机传动效率取为1；

工作年限：10年（每年按300天计）2班制；

工作环境：清洁；

载荷性质：平稳；

生产批量：中等批量；

传动方案：两级圆柱齿轮电动机。

2.电动机选择

根据设计题目的要求，通过计算并查阅相关的数据表选择Y系列三相异步电动机型号为Y132M2―6，其相关数据如表1所示。

3.减速器轴、齿轮等关键零部件参数设计

根据设计实例题目要求，参考《机械设计》第七版（西北工业大学出版社）和《机械设计课程设计》相关内容设计出该减速器各轴参数（省略轴上的键槽）如图1～图3所示。

根据设计要求参考《机械设计》相关内容设计此减速器为两级圆柱斜齿轮传动，参数如表2所示。

4.减速器其他各参数的设计

根据设计要求参考《机械设计》相关内容设计出减速器其他部分。

三、基于NX的减速器三维图形建模

1.在NX中建模的一般步骤

在NX软件中，同一个零件可能有多种不同的建模方式，但一般常用步骤如下：第一步，选择一个基准绘图面，绘制零件轮廓草图；第二步，对草图进行拉伸、旋转及扫掠生成零件的主要部分或对称特征部分；第三步，对生成的零件进行倒角、钻孔等其他操作，完成零件实体模型。

2.基于NX的减速器零部件三维模型的生成

本节以中间轴为例说明零件三维建模在NX中的实现过程。第一步，进入草图界面，选一基准面，可以先绘制出中间轴的大致轮廓；第二步，运用软件的参数化驱动功能，对草图进行几何约束与尺寸约束使其符合尺寸要求，约束后草图如图4所示；第三步，退出草图，选择旋转命令，对草图进行旋转，生成中间轴的三维模型，如图5所示。

3.减速器虚拟装配与干涉分析

NX软件中有三种装配方法，分别为：自底向上方法、自顶向下方法及混合装配方法。本文对减速器的虚拟装配采用的是自底向上的装配方法。减速器整个虚拟装配如图6所示。

在NX中对装配好的减速器进行干涉分析，由于减速器齿轮各轴向已经定位，因此最可能发生干涉的地方是其传动作用的齿轮之间，所以选择对两级啮合齿轮进行干涉检验。检验结果为接触，齿轮间是正常啮合。

四、基于ADAMS的减速器运动仿真分析

1.CAD模型导入到ADAMS中

通过 NX与ADAMS的转换接口把建立好的减速器三维装配模型导入到ADAMS中。因为导入后无质量信息，因此导入后需把导入前的零件质量，转动惯量赋给ADAMS中的对应模型。