Adams在换挡机构分析中的应用实践

在以往换挡机构分析中，由于模型的简化或功能性缺陷，机构模型大多采用理想化约束，这导致了在做换挡机构分析时，仅能模拟机构的换挡运动过程，对同步环、机构自锁及换挡冲击等问题一无所知。现在Adams/View强大的接触计算功能下，可将机构模型根据分析需要，建立为接触模型，实现显示中的零部件之间接触、冲击、啮合等状态。

1、换挡机构基础模型创建

模型实体通过Catia的CAD模型导入。模型中包含了手柄、拨叉和齿轮组三个部分，该部分模型在创建动力学模型时不可以采用全约束形式（所有驱动与连接均采用约束），部件之间的驱动方式需用接触。

1）手柄模型的创建

手柄模型创建时只要创建出旋转轴的中心位置即可，然后在此创建旋转驱动（采用匀速驱动，本例中采用正常快速换挡）。快速换挡速度定义为40度/秒，即一个换挡时间为0.01秒。该部分需要注意的是，为了保证换挡力的准确性，约束处需添加一个只有阻尼特性的bushing，Z向旋转取2。

2）拨叉模型创建

拨叉模型运动方式是横向滑移，因此其约束采用了滑移副，但为了保证计算的稳定与准确，约束处添加一个有阻尼的bushing，Z向平动为50。手柄与拨叉之间用接触驱动，与实际模型一致，参数如下，更精细的参数需根据工程调整。

限位小球用于拨叉的限位，该处不仅需要对限位小球进行约束，同时需合理的设定小球与拨叉杆之间的接触与摩擦。限位小球用滑移副约束，并且用弹簧连接，用于确定锁紧力，小球与拨叉杆之间的摩擦较大。

3）齿轮组模型创建

齿轮组模型是本部分重点，涉及到的齿轮对，同步环，结合套等模型的接触关系，详细设定请参考动力学模型。

齿轮组中，首先是主轴要设定旋转与驱动，用旋转副定义即可，驱动采用函数18000d * time定义转速，3000转/分。然后其他的齿轮，齿、套均不与该轴连接，仅由结合套与其用同步驱动。

2、重点约束条件定义

1）结合套与驱动轴用滑移副连接

省去接触的计算问题，用滑移副把结合套和驱动轴连接，这样既保证了驱动轴对结合套的同步驱动，同时保证结合套可在轴上根据用户需求滑动；结合套与拨叉同样采用接触关系。

2）同步环设定

同步环中的内、中、外三环与地面用圆柱副连接，内环与中环，中环与外环之间设定相关接触。该步主要注意接触参数的设定，其关键参数为摩擦系数。

此外，外环还需要设定与结合套的接触关系，同步环与结合齿之间接触关系。

3）结合齿

结合齿与地面用旋转副连接，不可移动。然后设定结合齿与结合套，结合齿与同步环之间的接触关系。

4）齿轮组模型创建注意事项

齿轮组的各约束创建按以上几部，详细定义参考模型，需要注意的是模型中的Bushing，bushing的定义主要是为了保证齿之间的接触撞击引起计算不收敛，并可保证结合平缓。因此，Bushing定义时不可设定刚度，只要给定阻尼参数即可。Z向平动方向给定阻尼系数，范围在50-100间，不宜过大。

各零部件之间的接触刚度除了外环与结合齿之间需要设定较大刚度以外，其他接触刚度不能太大。外环与结合齿刚度设定范围10000-50000之间，其他接触刚度设定约为80-200，个别不可超过1000。其原理是受冲击较大的零部件刚度需小点，同步结合的刚度稍大。

摩擦系数设定依据是与同步环相关参数选定较大，在0.7-0.95之间，动、静阀也需较小，静阀不超过10，动阀按10倍静阀比例关系。限位小球的动静摩擦阀一定要足够小，不然不能自锁，静阀在0.1-0.01之间。

3、求解计算

定义好模型之后既可以开始仿真分析，由于本模型存在较多接触计算，计算时间会相应增加，1s仿真时间约运行2小时。

求解过程无需关注，仅需用户在求解完成后查看结果，并根据用户实际数据对比。如模型中参数不符合用户需求，可根据注意事项，配合实际试验要求更改，本模型不作为任何项目依据。

有关手柄的力驱动方式，用户仅需设定速度驱动即可，一般情况下，换挡习惯可定义为匀速的换挡过程，只是速度稍有区别。因此，用户在设定时只要给定该驱动速度即可，本例采用快速换挡，因此换挡力会稍大。

待求解完成，用户根据需要找到相应后处理数据。本例主要查找两个数据，结合齿啮合以后的同步速度和换挡手柄的换挡力。

4、结果处理

求解计算后按F8进入后处理界面，分别制作两条曲线。

1）驱动力曲线

选择constraint->motion_3->element torque->Z，点击add curves添加曲线，注意该曲线是力矩，手柄力需进行换算。换挡手柄顶端到旋转轴距离为136mm，因此，计算等到的力矩结果需除以136mm。在Adams后处理中点击math，在显示的Y坐标数据条里输入/136.点击apply即可得到手柄端点的力。同理，在需要计算出实际的换挡手感时，需把换挡杆与该手柄的杠杆比考虑在内。

用户应用曲线时注意滤波，剔除无效毛刺峰值，另外该计算值偏大，这与模型中的参数设定有较大关系，参数为未知。曲线宽度（跨度）与驱动速度有关，即快速换挡还是缓慢换挡。

2）同步速度

同样在data数据下选择constraint->joint_5->angular velocity->Y，得到结合齿的同步速度曲线。该值有一定损失，但同步后是平和的，可认为同步。根据曲线能看出同步计算过程，结合齿的振动状态。

5、小结

本例为实际模型工程分析，参数未精确，仅供学习参考。通过本分析，可以了解到实际的换挡机构存在较多的驱动细节，并非理想化模型中的全约束状态。这样可以全面了解换挡机构各零部件的实际运动状态。同时，以本例为基础，对有特别需求的用户可以进行延伸，通过细节调整、参数细化进行分析，也可根据用户目的设定工况进行分析，以达到精确的工程分析需要。

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