基于UG/motion對汽車手動變速箱仿真設計

摘要： 本文運用UG軟件對手動變速箱關鍵零件進行建模、裝配，運用UG/Motion對手動變速箱進行運動仿真設計。運用3D仿真動畫清晰的展示變速箱齒輪、接合套作動過程，將抽象的原理形象化，可視化，降低學習難度。

Abstract： In this paper， the UG software is used to model and assemble the key parts of the manual transmission， uses UG/Motion to design the motion simulation of manual transmission.3D simulation animation clearly display the working process of gearbox gear and joint sleeve， visualized the abstract principle and reduced the learning difficulty.

關鍵詞： 手動變速箱；仿真教學；UG；運動仿真

Key words： manual transmission；simulation teaching；UG；motion simulation

中圖分類號：TH132.46；TH186 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）12-0133-02

0 引言

UG是一款功能非常強大的 CAD/CAE/CAM 設計軟件，其中UG/Motion是進行運動仿真、運動規律分析的專門模塊。UG/Motion能夠對運動機構進行裝配分析，能夠對運動的合理性進行分析（例如：干涉性檢查、軌跡分析等），可以生成機構運動的三維動畫，也可以求解機構的相關運動參數。變速箱的結構與作動原理比較復雜，學生無法觀看變速箱內部不同傳動比（i）的齒輪切換、運動傳遞過程，為了幫助學生掌握變速箱的結構與作動原理，本文運用UG/Motion對變速箱的結構與作動過程進行仿真教學設計。

1 變速箱的結構原理

變速器主要是通過改變嚙合齒輪組，來改變輸出軸的轉速，汽車在行駛過程中，通過變速器可以實現在發動機和汽車車輪之間產生不同的傳動比。手動變速箱主要由動力輸入軸、輸出軸、齒輪、接合套等零件組成。為了說明變速箱的工作原理，我們構建一個2檔變速箱的簡單模型，如圖1所示。變速器的變速原理如下：當接合套向右移動時，接合套與右側大齒輪同步運動，這時輸入軸的小齒輪帶動大齒輪轉動，大齒輪帶動接合套與輸出軸轉動，輸出軸轉速降低，即為減速傳動（i>1）；當接合套向左移動時，接合套與左側齒輪同步運動，輸出軸的轉速升高，即為加速傳動（i<1）。

2 零件建型與裝配

變速器由變速傳動機構和變速操縱機構組成，零部件建模過程如下。進入UG建模模塊，運用UG齒輪參數化建模命令繪制4個齒輪，齒輪的參數齒寬度B=25，模數m=3 ，壓力角？琢=20°，各齒輪齒數為，齒輪1（Z1=40），齒輪2（Z2=20）， 齒輪3（Z3=50）， 齒輪4（Z4=30），齒輪傳動比為z3/z2=2.5，z4/z1=0.75。運用實體拉伸命令繪制箱體與傳動軸等零件。接下來進行實體裝配，點擊“Assembly”命令，進入實體裝配模塊，首先將箱體固定，通過“對齊”、“距離”匹配條件裝配轉動軸、接合套和齒輪，通過“對齊”、“接觸”匹配條件裝配撥桿，確保撥桿與接合套的凹槽接觸，完成手動變速箱裝配模型如圖2所示。

3 運動仿真設計

進入UG/Motion模塊對手動變速箱裝配模型進行運動仿真，將各個部件設置為連桿，將各個連桿按一定的連接關系連接起來，并給各連桿賦予一定的運動特性形成運動副。各個運動零部件的名稱、運動副及類型如表1所示。

3.1 齒輪嚙合運動仿真

定義齒輪傳動各運動副之間的運動關系，將齒輪2（J002）與齒輪3（J005）之間定義為齒輪副，齒輪傳動比率設為2.5；將齒輪1（J002）與齒輪4（J003）之間定義為齒輪副，齒輪傳動比率設為0.75。當輸入軸輸入恒定轉速V1=200°/s時，齒輪2帶動齒輪3轉動，齒輪1帶動齒輪4轉動，輸出軸與接合套不動，輸出速度為零，對應于空擋的位置。

3.2 撥桿撥動接合套運動仿真

通過撥桿帶的接合套前后移動，當接合套與齒輪3結合時，輸出傳動比為2.5實現低速輸出，當接合套與齒輪4結合時，輸出傳動比為0.75實現高速輸出。定義接合套（J004）與撥桿（J006）之間定義為3D接觸副，定義接合套（J004）與齒輪3（J005）之間定義為3D接觸副。當在撥桿（J006）上施加標量力矩200N.m時，撥桿（J006）帶動接合套（J004）向后移動，接合套（J004）接觸到齒輪3（J005）時，運動停止，實現接合套與齒輪3的結合，完成換擋的動作。

3.3 變速箱變速運動仿真

當接合套與齒輪3的結合后，輸出軸與接合套、齒輪3同步轉動，這時要將輸出軸、接合套與齒輪3作為一個整體定義為連桿（L007），并將該連桿（L007）定義為轉動副（J007），將齒輪2（J002）與齒輪3（J007）之間定義為齒輪副，比率設為2.5，當在輸入軸輸入恒定轉速V1=200°/s時，輸出軸轉速為V2=200/2.5，實現減速運動。

4 仿真教學實施

利用UG對變速箱零件進行實體建模，創建裝配模型，學生可輕松了解變速器的結構組成及各部件配合關系。利用UG/Motion模塊進行運動仿真，可以展示零部件的作動原理，運用3D仿真動畫能夠動態展示變速器空擋、換擋過程及速度傳遞的運動過程。運用3D仿真動畫進行教學，將變速器空間結構可視化、作動過程形象化，學生可以身臨其境般地感受每個零件的結構、配合關系及作動原理，降低了學生的學習難度，提升學生的學習興趣，能夠很好地調動學生的學習積極性。同時，利用UG軟件進行3D運動仿真設計可以減少教學模型的購買，節省了教學經費投入。

5 結束語

手動變速器的結構與作動原理比較復雜，學生無法觀看變速箱內部接合套與齒輪的作動過程，學習難度較大。運用3D動畫仿真技術可以將變速箱內接合套與齒輪作動過程清晰的展現在學生面前，將抽象的原理形象化，可視化，降低學習難度符合職業教育的特點，對職業教育信息化教學改革具有一定的指導意義。

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