动力元素用于传递扭矩或者旋转运动，进而驱动传动系统，此功能可以在没有发动机和变速箱装配的整车工况下使用。......
2025-09-30
摩托车同步带传动案例仿真
【摘要】：摩托车大多采用链传动，少数摩托车采用轴传动或同步带传动，相对于链传动，同步带的优势是噪声小，价格便宜，缺点是传动效率相对较低。这里在上述摩托车模型的基础上继续建立同步带传动，在建立皮带传动时，需要对摩托车约束进行相应的修改。模型树单击Connectors > wheel_rear_and_hub_rear；右击Modify ：wheel_ rear_and_hub_rear，弹出修改对话框，如图9-23所示；First Body：wheel_ rear.wheel_part；Second Body：hub_ rear；Type：Fixed；Force Display：None；单击OK，完成约束副wheel_rear_and_hub_rear的修改。图9-23约束副修改——Fixed修改部件body与damper_up为Revolute约束。
摩托车大多采用链传动，少数摩托车采用轴传动或同步带传动，相对于链传动，同步带的优势是噪声小，价格便宜，缺点是传动效率相对较低。这里在上述摩托车模型的基础上继续建立同步带传动，在建立皮带传动时，需要对摩托车约束进行相应的修改。
（1）修改部件wheel_ rear.wheel_part与hub_ rear为Fixed约束。
•模型树单击Connectors > wheel_rear_and_hub_rear；
•右击Modify ：wheel_ rear_and_hub_rear，弹出修改对话框，如图9-23所示；
•First Body：wheel_ rear.wheel_part；
•Second Body：hub_ rear；
•Type：Fixed；
•Force Display：None；
•单击OK，完成约束副wheel_rear_and_hub_rear的修改。
图9-23 约束副修改——Fixed
（2）修改部件body与damper_up为Revolute约束。
•模型树单击Connectors > body_and_damper_up；
•右击Modify ：body_and_damper_up；
•First Body：body；
•Second Body：damper_up；
•Type：Revolute；
•Force Display：None；
•单击OK，完成约束副body_and_damper_up的修改。
（3）部件engine_link。
•单击Bodies > Construction > Construction Geometry：Marker创建参考点；
•Add to Part；
•Don't Attach；
•选择部件.body；
•右击鼠标，弹出硬点位置对话框参考如图9-2所示；
•硬点位置输入1 100.0，－150.0，425.0；
•单击Apply，完成参考点创建；
•右击参考点，选择Rename，重名为M1；
•单击Bodies > Construction > Construction Geometry：Marker创建参考点；
•Add to Part；
•Don't Attach；
•选择部件.body；
•右击鼠标，弹出硬点位置对话框参考如图9-2所示；
•硬点位置输入1 100.0，0.0，425.0；
•单击Apply，完成参考点创建；
•右击参考点，选择Rename，重名为M2；
•单击Bodies > Geometry Cylinder创建圆柱几何体；
•选择New Part；
•Radius：15；
•选择参考点M1与M2，完成圆柱形部件创建；
•右击圆柱体部件，选择Rename，重名为engine_link。
（4）部件engine_link与body之间Fixed约束。
•单击Connection > Joints > Creat a Revolute Joint；
•Name：engine_link_to_body；
•First Body：engine_link；
•Second Body：body；
•Type：Fixed；
•Force Display：None；
•单击OK，完成约束副engine_link_to_body的创建。
（5）同步带轮创建。
•单击Machinery > Belt > Create Pulley，创建滑轮界面，如图9-24所示；
•Belt System / Name：beltsys_1，默认皮带传动系统名称，可更改；
•Pully Set / Name：pullyset_1默认滑轮部件名称，可更改；
•Type：Trapezoidal Toothed，梯形齿或同步带；
•单击Next，切换到Method界面；
•Method：2D links；
图9-24 同步皮带轮/Type
•单击Next，切换到Geometry-Pulleys滑轮几何参数界面，如图9-25所示；
•Number of Pulleys（滑轮数量）：2，即皮带轮传动系统中包含两个滑轮，滑轮数量与下面的滑轮几何参数设置保持数量一致；
•Axis of Rotation：Global Y；
•单击1；
•Name：d1；
图9-25 （a）同步皮带轮/d1
图9-25 （b）同步皮带轮/d2
•Center Location：1 100.0，－120.0，425.0，此处可以先建立参考点，然后依次选取；
•Pulley Width（滑轮厚度）：20；
•Number of Teeth：60；
•Profile：Circle；
•Type：ISO 5294；
•Tooth Height：2.5；
•Tooth Tip Radius：0.5；
•Tooth Roof Height：0.8；
•Tip to Pitch：0.3；
•Tool Rack Tooth Thickness：3.5；
•单击2；
•Name：d2；
•Center Location：2 000.0，－120.0，325.0，此处可以先建立参考点，然后依次选取；
•Pulley Width（滑轮厚度）：120；
•Number of Teeth：60；
•Profile：Circle；
•Type：ISO 5294；
•Tooth Height：2.5；
•Tooth Tip Radius：0.5；
•Tooth Roof Height：0.8；
•Tip to Pitch：0.3；
•Tool Rack Tooth Thickness：3.5；
•单击Next，切换到Material-Pulleys滑轮材料参数界面，保持默认设置；
•单击Next，切换到Connection-Pulleys滑轮约束参数界面；
•单击1；(https://www.chuimin.cn)
•Type：Rotational；
•Body：.my_sanlunche.engine_link，即滑轮与部件engine_link之间采用转动副约束；
•单击2；
•Type：Fixed；
•Body：.my_sanlunche.hub_rear，即滑轮与部件.my_sanlunche.hub_rear之间采用固定副约束；
•单击Next，切换到Output-Pulleys滑轮输出参数界面，保持默认设置；
•单击Next，切换到Completion-Pulleys滑轮完成参数界面，保持默认设置；
•单击Next，切换到Gemetry-Tensioners张紧器参数界；
•Number of Tensioners with Deviation Pulley（带偏差滑轮的张紧器数量）：0，不需要张紧轮；
•连续单击Next，界面均保持默认设置；
•单击Finish，完成两个同步皮带滑轮的创建。
（6）同步带创建。
•单击Machinery > Belt > Create Belt，创建同步皮带界面，如图9-26所示；
•Pulley Set/Name：.my_sanlunche.beltsys_1.pulleyset_1，通过Pulley Set > Guesses选取已经创建好的滑轮；
•Belt System/Name：.my_sanlunche.beltsys_1，系统自动默认命名；
图9-26 同步皮带（Type）
•单击Next，切换到Method界面；
•Method：2D links；
•单击Next，切换到Geometry皮带几何参数界面，如图9-27所示；
图9-27 同步皮带（Geometry）
•Axis of Rotation：Global Y；
•Reference Location：1 100.0，－120.0，425.0；
•Belt Pitch（皮带节距）：9.1，皮带节距参数极为重要，需要重复调节此参数保证同步皮带与同步皮带轮齿啮合，在创建皮带传动时此细节是非常容易忽略的因素，虽然忽略此因素也可以创建同步皮带及仿真，但计算结果会有偏差；创建完成后放大同步皮带与皮带轮，观察是否切合，否则退还到GEOMETRY界面重新设置相关参数；
•Belt Width（皮带宽度）：20；
•Nominal Height：3.6；
•Cordial Distance：0.5；
•Tooth Height：1.91；
•Tooth Thickness：4.65；
•Tooth Tip Radius：0.51；
•Tooth Root Radius：0.51，其余参数保持默认；
•单击Next，切换到Contant and Mass皮带接触与质量参数界面，如图9-28所示，所有参数保持默认设置；
图9-28 同步皮带/Contant and Mass
•单击Next，切换到Wrapping Order皮带包裹顺序参数界面，如图9-29所示；
•Wrapping Order：以下同步皮带轮顺序不能换。
① .my_sanlunche.beltsys_1.pulleyset_1.pulleyset_1_d1；
② .my_sanlunche.beltsys_1.pulleyset_1.pulleyset_1_d2。
图9-29 同步皮带（Wrapping Order）
•单击Next，弹出问题提示框如图9-30所示，皮带共包含290个皮带段块，单击Yes，继续包裹皮带；皮带包裹完成后切换到Output Request输出请求界面；需要注意的是同步皮带包裹完成后，误差及皮带张紧力越小越好，对于链传动亦是如此，此处同步带张紧力为72 N；
•勾选Segment Request；
•Link Part（s）：segment_1（皮带中第1个段块）；
•单击Next，切换到Completion参数设置；
•单击Finish，完成同步皮带模型建立。
图9-30 皮带创建问题提示框
（7）驱动力矩。
•单击Machinery > Belt > Belt Actuation Input，创建同步带驱动元界面如图9-31所示；
•Actuator / Name：.my_sanlunche.beltsys_1.actuator_1；
•Pulley：.my_sanlunche.beltsys_1.pulleyset_1.pulleyset_1_d1；
图9-31 创建驱动元（Actuator）
•单击Next，切换到Type参数设置界面；
•Type：Torque；
•单击Next，切换到Function参数设置界面，如图9-32所示；
•Function：User Defined；
•User Entered Func.：－STEP（ time,0,0,3,5 000 )；
•Direction：Clockwise，顺时针方向；
•单击Next，切换到Output参数设置界面，保持默认设置；
图9-32 创建驱动元/ Function
•单击Next，切换到Completion参数设置；
•单击Finish，完成驱动元的创建，此时皮带传动摩托车整车模型如图9-33所示；
图9-33 摩托车同步带传动
•单击Simulation > Simulate命令；
•End Time：10；
•Steps：10 000，即步数按仿真时间的1 000倍设置，过小的话会导致计算过程出现收敛问题，仿真过程缓慢，有条件的读者建议采用服务器计算；
•其余保持默认设置，单击Start simulation；
•计算完成后，按F8切换到后处理模块，驱动函数图形如图9-34所示；驱动元转动角度如图9-35所示；同步带传动接触力如图9-36所示，从计算结果中可以看出，摩托车起步瞬间，同步带接触力瞬间增大，同时伴有高频振动现象，随着时间推移，即摩托车平稳运行后，接触力逐渐减小至常数状态；如图9-37～图9-39为前后轮胎X、Y、Z三方向的接触力特性曲线，启步数据亦有振荡现象；如图9-40、图9-41所示前后弹簧受力转台，前弹簧受力相对于后轴较大，摩托车重型靠近前轴，转向较沉稳，稳定性好；如图9-42所示为车身垂向加速度特性曲线。
图9-34 力矩-STEP（time，0，0，3，5 000 ）图形
图9-35 驱动力转动角度
图9-36 同步带张紧力
图9-37 驱动带轮转动力
图9-38 前后轮胎纵向接触力
图9-39 前后轮胎侧向接触力
图9-40 前后轮胎垂向接触力
图9-41 转向轴双减震器受力
图9-42 车身垂向加速度
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