基于ADAMS的变速器虚拟样机仿真分析

同的铰约束和相互的接触力作用,其中接触力使用用户自编译的动态链接库文件计算,得到了变速箱的虚拟样机模型,如图3所示。

为了加快模型计算速度和计算的精确度,利用ADAMS软件提供的二次开发接口,利用FORTRAN编写了接触力的子程序,主要的ADAMS内部函数包括CNFSUB和CFFSUB,其中CNFSUB子函数用于计算接触力,其格式如下:

SUBROUTINE CNFSUB(ID, TIME, PAR, NPAR, LOCI, NI, LOCJ, NJ,

& GAP, GAPDOT, GAPDOTDOT, AREA, DFLAG, IFLAG, FORCE)

其中PAR为程序输入参数,PAR被定义为一个列向量,其中K = PAR(1)表示接触刚度, E = PAR(2)表示刚性接触力指数,C = PAR(3)表示阻尼,D = PAR(4)默认穿透深度。

CFFSUB用于计算摩擦力,输入的格式如下:

SUBROUTINE CFFSUB(ID, TIME, PAR, NPAR, LOCI, LOCJ, X, XDOT,

& NFORCE, AREA, DFLAG, IFLAG, FORCE)

其中US = PAR(1)表示静态摩擦系数,UD = PAR(2)表示动态摩擦系数,VS = PAR(3)表示静摩擦速度,VD = PAR(4)表示动摩擦速度。

该程序包含了基于IMPACT函数的接触力计算程序和摩擦力计算程序,因此,对接触力的计算可以通过调用用户编译子程序实现,输入的格式如图4所示。

基于ADAMS的变速器虚拟样机仿真分析

图4、ADAMS中通过自编译动态链接库计算接触力的输入对话框

3. ADAMS/VIEW中虚拟样机模型的仿真

ADAMS内部提供一些数值分析中常用求解器包括GSTIFF(GEAR STIFF)、WSTIFF(Wielenga stiff)、Constant_BDF、ABAM(Adams-Bashforth-Adams-Moulton)和RKF45(Runge-Kutta-Fehlberg)[3]。不同的求解器有不同的特点,如GSTIFF是ADAMS预设求解器,其运算速度快,但对于系统的速度以及加速度的计算容易产生误差,而且因为系统的Jacobian矩阵是需要求逆,在步长非常小的情况下,会出现计算失败的导致仿真失败的问题;而WSTIFF则具有刚性稳定、可变阶数、可变步长等特点,而且最多可计算6阶微分方程组。其他的求解器有都具有不同的优点和缺点,复杂机械系统选择仿真环境时,需要确定其是一个典型的动力学仿真,而且因为仿真过程中物体之间有大量的接触力出现,因此选择WSTIFF求解器,同时选择SI2(Stabilized Index 2)方程转换运算,以提高计算结果的精确度。仿真时间和步长的设置也需要针对模型的不同进行设置,时间越长越能观察系统的长期运动学和动力学行为,而步长选择的越小就可以获得越精确的解答,但是计算时间也更长。

变速箱模型取1、3、5档位为仿真对象,在ADAMS/VIEW中建立变速箱的动力学模型,输出ADAMS SOLVE COMMAND FILE的形式,存储为ADM文件,并且通过ADAMS所

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