張浩源 白要要 王偉 劉建國 賈雨靈

1、引言

虛擬樣機開發(fā)用數(shù)字模型代替物理原型進行產(chǎn)品設(shè)計、分析和評價。以計算機輔助設(shè)計（CAD）模型為基礎(chǔ)，以機械系統(tǒng)運動學(xué)、動力學(xué)仿真為核心，集成計算機輔助工程，形成一種全新設(shè)計方法。幾何仿真是通過三維實體模型可以直觀/準確反映產(chǎn)品幾何關(guān)系與裝配特性。性能仿真則是對換擋機構(gòu)的真實運動情況的計算機再現(xiàn)，通過施加約束條件，定義運動摩擦副各種運動特性，通過性能仿真更可以大大降低實際物理樣機試驗中不必要的消耗。

2、現(xiàn)狀調(diào)查及分析

目前，國內(nèi)對手動變速器的選/換擋力設(shè)計分析主要運用CAD作圖+Excel表格計算，將各擋換擋角度進行均分，計算彈簧壓縮下的三力疊加，此方法可計算選/換擋力的走向趨勢，卻忽視摩擦系數(shù)的影響，此方法雖然簡便，但零件參數(shù)一旦發(fā)生變更，需要重新計算，較浪費時間且易計算錯誤。本文中以某款手動變速器2擋為基礎(chǔ)，著重研究摩擦系數(shù)對換擋力的影響。利用ADAMS軟件對操縱系統(tǒng)仿真計算，對仿真計算結(jié)果比較，得出不同摩擦系數(shù)變化對換擋力的影響規(guī)律，對手動變速器的選換擋力優(yōu)化起到指導(dǎo)作用。

2.1CATIA模型確認。為避免在建模過程中對操縱系統(tǒng)做過多簡化，運用CATIA V5參數(shù)化建模技術(shù)，參照設(shè)計圖紙，建立換擋搖臂、換擋軸、換擋撥塊、撥叉軸、換擋撥叉、同步器齒套、同步器齒轂、同步環(huán)、滑塊等實體模型，并完成裝配，最后，把裝配起來的操縱系統(tǒng)模型導(dǎo)出為ADAMS Parasolid格式。

2.2ADAMS建模。模型導(dǎo)入ADAMS，為使模型最大限度分析操縱系統(tǒng)的換擋過程，需對導(dǎo)入Parasolid模型文件進行前處理。施加約束，表1所示，經(jīng)過前處理的模型圖1所示。本文的仿真時長設(shè)置為0.5s，步長為500，既可保證仿真過程穩(wěn)定又確保結(jié)果的正確。

2.3換擋過程仿真驗證。操縱系統(tǒng)零件初始條件設(shè)置，表2所示

對以上建立好的操縱系統(tǒng)動力學(xué)仿真模型進行仿真驗證，仿真工況為N擋掛2擋，依據(jù)機械設(shè)計手冊中關(guān)于動/靜摩擦系數(shù)的取值：仿真曲線如圖2所示（動摩擦系數(shù)0.075，靜摩擦系數(shù)0.1）、仿真曲線如圖3所示（動摩擦系數(shù)0.05，靜摩擦系數(shù)0.075）

2.4物理系統(tǒng)分析驗證。通過對49套物理模型進行分析，得出力曲線圖，圖4所示。經(jīng)確認，仿真數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)控制5%～10%為可接受范圍。

3、結(jié)論

針對換擋過程進行虛擬仿真分析，遵循其原理運用ADAMS多剛體運動學(xué)模型，模擬換擋工作過程。并在所建模型基礎(chǔ)上進行不同摩擦系數(shù)仿真分析，仿真結(jié)果分析，隨著摩擦系數(shù)降低，相應(yīng)換擋力也降低。故提高換擋過程的摩擦系數(shù)，可降低靜態(tài)換擋力。在進行布置設(shè)計時，優(yōu)先選擇滾動介質(zhì)。手動變速器設(shè)計階段完全可以通過該方法對換擋性能進行預(yù)測和評價，以提高產(chǎn)品性能和設(shè)計效率。

（作者單位：長城汽車股份有限公司技術(shù)中心；河北省汽車工程技術(shù)研究中心）