基于UG/motion对汽车手动变速箱仿真设计

摘要： 本文运用UG软件对手动变速箱关键零件进行建模、装配，运用UG/Motion对手动变速箱进行运动仿真设计。运用3D仿真动画清晰的展示变速箱齿轮、接合套作动过程，将抽象的原理形象化，可视化，降低学习难度。

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.

关键词： 手动变速箱；仿真教学；UG；运动仿真

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

中图分类号：TH132.46；TH186 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）12-0133-02

0 引言

UG是一款功能非常强大的 CAD/CAE/CAM 设计软件，其中UG/Motion是进行运动仿真、运动规律分析的专门模块。UG/Motion能够对运动机构进行装配分析，能够对运动的合理性进行分析（例如：干涉性检查、轨迹分析等），可以生成机构运动的三维动画，也可以求解机构的相关运动参数。变速箱的结构与作动原理比较复杂，学生无法观看变速箱内部不同传动比（i）的齿轮切换、运动传递过程，为了帮助学生掌握变速箱的结构与作动原理，本文运用UG/Motion对变速箱的结构与作动过程进行仿真教学设计。

1 变速箱的结构原理

变速器主要是通过改变啮合齿轮组，来改变输出轴的转速，汽车在行驶过程中，通过变速器可以实现在发动机和汽车车轮之间产生不同的传动比。手动变速箱主要由动力输入轴、输出轴、齿轮、接合套等零件组成。为了说明变速箱的工作原理，我们构建一个2档变速箱的简单模型，如图1所示。变速器的变速原理如下：当接合套向右移动时，接合套与右侧大齿轮同步运动，这时输入轴的小齿轮带动大齿轮转动，大齿轮带动接合套与输出轴转动，输出轴转速降低，即为减速传动（i>1）；当接合套向左移动时，接合套与左侧齿轮同步运动，输出轴的转速升高，即为加速传动（i<1）。

2 零件建型与装配

变速器由变速传动机构和变速操纵机构组成，零部件建模过程如下。进入UG建模模块，运用UG齿轮参数化建模命令绘制4个齿轮，齿轮的参数齿宽度B=25，模数m=3 ，压力角？琢=20°，各齿轮齿数为，齿轮1（Z1=40），齿轮2（Z2=20）， 齿轮3（Z3=50）， 齿轮4（Z4=30），齿轮传动比为z3/z2=2.5，z4/z1=0.75。运用实体拉伸命令绘制箱体与传动轴等零件。接下来进行实体装配，点击“Assembly”命令，进入实体装配模块，首先将箱体固定，通过“对齐”、“距离”匹配条件装配转动轴、接合套和齿轮，通过“对齐”、“接触”匹配条件装配拨杆，确保拨杆与接合套的凹槽接触，完成手动变速箱装配模型如图2所示。

3 运动仿真设计

进入UG/Motion模块对手动变速箱装配模型进行运动仿真，将各个部件设置为连杆，将各个连杆按一定的连接关系连接起来，并给各连杆赋予一定的运动特性形成运动副。各个运动零部件的名称、运动副及类型如表1所示。

3.1 齿轮啮合运动仿真

定义齿轮传动各运动副之间的运动关系，将齿轮2（J002）与齿轮3（J005）之间定义为齿轮副，齿轮传动比率设为2.5；将齿轮1（J002）与齿轮4（J003）之间定义为齿轮副，齿轮传动比率设为0.75。当输入轴输入恒定转速V1=200°/s时，齿轮2带动齿轮3转动，齿轮1带动齿轮4转动，输出轴与接合套不动，输出速度为零，对应于空挡的位置。

3.2 拨杆拨动接合套运动仿真

通过拨杆带的接合套前后移动，当接合套与齿轮3结合时，输出传动比为2.5实现低速输出，当接合套与齿轮4结合时，输出传动比为0.75实现高速输出。定义接合套（J004）与拨杆（J006）之间定义为3D接触副，定义接合套（J004）与齿轮3（J005）之间定义为3D接触副。当在拨杆（J006）上施加标量力矩200N.m时，拨杆（J006）带动接合套（J004）向后移动，接合套（J004）接触到齿轮3（J005）时，运动停止，实现接合套与齿轮3的结合，完成换挡的动作。

3.3 變速箱变速运动仿真

当接合套与齿轮3的结合后，输出轴与接合套、齿轮3同步转动，这时要将输出轴、接合套与齿轮3作为一个整体定义为连杆（L007），并将该连杆（L007）定义为转动副（J007），将齿轮2（J002）与齿轮3（J007）之间定义为齿轮副，比率设为2.5，当在输入轴输入恒定转速V1=200°/s时，输出轴转速为V2=200/2.5，实现减速运动。

4 仿真教学实施

利用UG对变速箱零件进行实体建模，创建装配模型，学生可轻松了解变速器的结构组成及各部件配合关系。利用UG/Motion模块进行运动仿真，可以展示零部件的作动原理，运用3D仿真动画能够动态展示变速器空挡、换挡过程及速度传递的运动过程。运用3D仿真动画进行教学，将变速器空间结构可视化、作动过程形象化，学生可以身临其境般地感受每个零件的结构、配合关系及作动原理，降低了学生的学习难度，提升学生的学习兴趣，能够很好地调动学生的学习积极性。同时，利用UG软件进行3D运动仿真设计可以减少教学模型的购买，节省了教学经费投入。

5 结束语

手动变速器的结构与作动原理比较复杂，学生无法观看变速箱内部接合套与齿轮的作动过程，学习难度较大。运用3D动画仿真技术可以将变速箱内接合套与齿轮作动过程清晰的展现在学生面前，将抽象的原理形象化，可视化，降低学习难度符合职业教育的特点，对职业教育信息化教学改革具有一定的指导意义。

参考文献：

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