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基于MSC.ADAMS的动力传动系统建模与仿真


龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 基于 MSC.ADAMS 的动力传动系统建模与 仿真 作者:张冬生 来源:《中国科技纵横》2013 年第 03 期 【摘 要】 根据动力传动系统的组成及工作原理,在 MSC.ADAMS 中分别建立了发动机、 液力变矩器、齿轮传动、离合器的动力学模型,并组装成动力传动系统虚拟样机,采用仿真剧 本进行总体仿真。结果表明,

利用 MSC.ADAMS 进行动力传动系统仿真具有一定的优越性。 【关键词】 动力传动系统 液力变矩器 齿轮传动 仿真剧本 引言 动力传动系统是一个典型的多体、多工况、多激励系统,其组成包括发动机、液力变矩 器、齿轮传动、离合器等子系统,各子系统仍是复杂的多刚体-柔体系统,其工作过程包括起 步、换挡、制动、加速、减速等工况,其受力包括发动机的周期性激励,路面的随机激励,齿 轮系统内部激励等。如何建立动力传动系统的动态模型并仿真其工作过程,对动力传动系统的 匹配计算、强度校核、优化设计、疲劳分析、一体化控制具有十分重要的意义。本文根据 MSC.ADAMS 提供的各种建模方法,结合其它软件,实现了动力传动系统的虚拟仿真。 1 发动机 在 MSC.ADAMS 中利用 Akima 曲面拟合技术,将某型号柴油发动机的一组部分特性曲线 拟合为部分特性曲面。根据部分特性曲面,插值出任意油门开度和发动机转速下的指示转矩 值:式中 ωe 为发动机转速,α 为油门开度,surface_engine 为发动机特性曲面,0 表示输出插 值点坐标值。当把曲轴系简化为一当量转动惯量时,可采用多刚体系统模型,如图 1 所示,其 各刚体质量、质心位置及转动惯量通过在 CAD 软件(如 Pro/E)中建立精确实体模型得到。 2 液力变矩器 采用广泛应用于车辆上的三元件向心涡轮液力变矩器作为研究对象,忽略液力变矩器在偶 合器工况下工作时的导轮惯性力矩,则其动态系统力学模型,如图 2 所示。 图 2 中、、、为非稳定工况下的泵轮轴动态转矩、泵轮动态液力转矩、泵轮构件当量转动 惯量、泵轮转速;、、、为非稳定工况下的涡轮轴动态转矩、涡轮动态液力转矩、涡轮构件当 量转动惯量、涡轮转速。 根据图 2 建立数学模型: 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn , 忽略循环圆内液体循环流量变化、忽略泵轮和涡轮中工作液体转动惯量以及机械损失, 则: =,= 式中 λ 为泵轮动态力矩系数,ρ 为工作液体密度,为循环圆直径,k 为动态变矩比。 当液力变矩器非稳定工况下的泵轮转速变化在-52rad/≤dω/dt≤52rad/时,液力变矩器的动态 特性与静态特性的相对偏差在 4.5%以内,可以用静态特性代替动态特性。此外,假定液力变 矩器原始特性在各种工况下保持不变。因此,在进行仿真时,根据液力变矩器的原始特性曲 线,直接利用 Akima 插值方法确定当前速比下的动态和值。 通常,发动机与液力变矩器通过结合共同工作,可视为一种新的动力装置,其模型框图如 图 3。在 MSC.ADAMS 中,用固定铰连接液力变矩器的泵轮和发动机的飞轮,利用 MSC.ADAMS 中的 runtime function、data elements 和 system elements 定义模型,采用仿真剧本 控制各开关。利用此模型进行某全程调速柴油机和某正透穿液力变矩器共同工作仿真,能方便 得出全程调速柴油机与液力变矩器共同工作的一些动态特性。 3 齿轮系统 齿轮系统是一个复杂的动力学系统,是建立动力传动系统模型的重中之重,直接采用

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