[摘 要] 利用Pro/Engineer軟件對(duì)改進(jìn)變速箱的虛擬裝配進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，Pro/Engineer軟件是一款集CAD、CAM、CAE于一體的三維造型軟件，具有強(qiáng)大的建模功能，通過(guò)該軟件可得出位移、速度曲線，與原有的第一代變速箱的擋位和速度進(jìn)行比較。

[關(guān)鍵詞] Pro/Engineer;運(yùn)動(dòng)仿真;速度分析

機(jī)構(gòu)運(yùn)行過(guò)程中各種運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)參數(shù)運(yùn)算方法非常復(fù)雜，采用手工計(jì)算或計(jì)算機(jī)編程的方法，計(jì)算量都相當(dāng)?shù)拇?，工作效率很低。進(jìn)行Pro/Engineer運(yùn)動(dòng)仿真可以將工程師從復(fù)雜的理論計(jì)算中解放出來(lái)，投入到優(yōu)化設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，具有重要的意義。運(yùn)動(dòng)仿真能夠模擬真實(shí)環(huán)境中模型的工作狀況，從而可對(duì)其進(jìn)行分析和判斷，檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)可能存在的機(jī)械干涉，盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的缺陷和潛在產(chǎn)品中的質(zhì)量問(wèn)題。因此可以提前對(duì)模型進(jìn)行完善，以避免設(shè)計(jì)后期對(duì)模型反復(fù)的修改，進(jìn)而縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，并降低生產(chǎn)成本。通過(guò)Pro/Engineer三維運(yùn)動(dòng)仿真分析，可以得到準(zhǔn)確的理論數(shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)曲線，更好地完成產(chǎn)品的前期設(shè)計(jì)和后期檢測(cè)。

一、變速箱的速度分析

改造前的第一代變速箱只有一擋、二擋、三擋和倒擋四個(gè)擋位，速度變化有限，傳動(dòng)比選擇范圍小。采用高低擋式改進(jìn)的第二代變速箱加入了高低擋，配合普通的一擋、二擋、三擋和倒擋四個(gè)擋位，速度變化變大，符合現(xiàn)實(shí)生活中農(nóng)耕速度要求。其三維造型裝配圖如下圖所示。利用Pro/Engineer軟件強(qiáng)大的造型與仿真功能，再次分別分析各個(gè)擋位的速度參數(shù)，用以與第一代變速箱的參數(shù)進(jìn)行比較。

（一）空擋傳動(dòng)裝配圖及速度分析

空擋時(shí)，軸1、軸2和軸3的滑移齒輪都處在空轉(zhuǎn)位置，運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)只在軸1和軸2之間，即變速箱只輸出后接機(jī)構(gòu)的動(dòng)力，而拖拉機(jī)不會(huì)發(fā)生移動(dòng)，變速箱實(shí)現(xiàn)了空擋控制。

（二）倒擋傳動(dòng)裝配圖及速度分析

軸2和軸3的滑移齒輪保持在空轉(zhuǎn)位置，軸1的滑移齒輪與軸3固定的40個(gè)齒的大齒輪嚙合，且軸3固定的40個(gè)齒的大齒輪與軸4雙聯(lián)滑移齒輪的18個(gè)齒的小齒輪嚙合時(shí)，變速箱實(shí)現(xiàn)倒擋控制。利用Pro/Engineer對(duì)三維實(shí)體造型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真測(cè)試可得倒擋——高速擋的速度曲線，分析得當(dāng)輸入軸（軸1）轉(zhuǎn)速為1000r/min時(shí)，軸2的轉(zhuǎn)速為-525r/min，負(fù)號(hào)表示轉(zhuǎn)向相反，軸7（車輪軸）的轉(zhuǎn)速為-61.3636r/min，表明軸1與軸7轉(zhuǎn)向相反，實(shí)現(xiàn)了倒擋控制。且由轉(zhuǎn)速可驗(yàn)證倒擋——高速擋的傳動(dòng)比為16.296，符合齒輪齒數(shù)的傳動(dòng)比計(jì)算結(jié)果，同時(shí)也滿足設(shè)計(jì)要求。

與倒擋——高速擋原理基本相同，其余齒輪嚙合位置不變，只需利用撥叉將軸4雙聯(lián)滑移齒輪改變位置，使得軸3固定的18個(gè)齒的齒輪與軸4雙聯(lián)滑移齒輪的40個(gè)齒的齒輪嚙合，使變速箱實(shí)現(xiàn)倒擋——低速擋控制。利用Pro/Engineer對(duì)三維實(shí)體造型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真測(cè)試即可得倒擋——低速擋的速度曲線，分析得當(dāng)輸入軸（軸1）轉(zhuǎn)速為1000r/min時(shí)，軸2的轉(zhuǎn)速為-525r/min，負(fù)號(hào)表示轉(zhuǎn)向相反，軸7（車輪軸）的轉(zhuǎn)速為-12.4216r/min，表明軸1與軸7轉(zhuǎn)向相反，實(shí)現(xiàn)了倒擋控制。且由轉(zhuǎn)速可驗(yàn)證倒擋——低速擋的傳動(dòng)比為80.505，符合齒輪齒數(shù)的傳動(dòng)比計(jì)算結(jié)果，同時(shí)也滿足設(shè)計(jì)要求。

（三）一擋傳動(dòng)裝配圖及速度分析

軸1和軸3的滑移齒輪保持在空轉(zhuǎn)位置，軸2的滑移齒輪（19個(gè)齒）與軸3固定的40個(gè)齒的大齒輪嚙合，且軸3固定的40個(gè)齒的大齒輪與軸4雙聯(lián)滑移齒輪的18個(gè)齒的小齒輪嚙合時(shí)，變速箱實(shí)現(xiàn)一擋——高速擋控制。利用Pro/Engineer對(duì)三維實(shí)體造型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真測(cè)試可得一擋——高速擋的速度曲線，分析得當(dāng)輸入軸（軸1）轉(zhuǎn)速為1000r/min時(shí)，軸2的轉(zhuǎn)速為-525r/min，負(fù)號(hào)表示轉(zhuǎn)向相反，軸7（車輪軸）的轉(zhuǎn)速為29.1477r/min，表明軸1與軸7轉(zhuǎn)向相同，實(shí)現(xiàn)了一擋控制。且由轉(zhuǎn)速可驗(yàn)證一擋——高速擋的傳動(dòng)比為34.308，符合齒輪齒數(shù)的傳動(dòng)比計(jì)算結(jié)果，同時(shí)也滿足設(shè)計(jì)要求。

與一擋——高速擋原理基本相同，其余齒輪嚙合位置不變，只需利用撥叉將軸4雙聯(lián)滑移齒輪改變位置，使得軸3固定的18個(gè)齒的齒輪與軸4雙聯(lián)滑移齒輪的40個(gè)齒的齒輪嚙合，使變速箱實(shí)現(xiàn)一擋——低速擋控制。利用Pro/Engineer對(duì)三維實(shí)體造型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真測(cè)試可得一擋——低速擋的速度曲線，分析得當(dāng)輸入軸（軸1）轉(zhuǎn)速為1000r/min時(shí)，軸2的轉(zhuǎn)速為-525r/min，負(fù)號(hào)表示轉(zhuǎn)向相反，軸7（車輪軸）的轉(zhuǎn)速為29.1477r/min，表明軸1與軸7轉(zhuǎn)向相同，實(shí)現(xiàn)了一擋控制。且由轉(zhuǎn)速可驗(yàn)證一擋——低速擋的傳動(dòng)比為34.308，符合齒輪齒數(shù)的傳動(dòng)比計(jì)算結(jié)果，同時(shí)也滿足設(shè)計(jì)要求。

二擋和三擋傳動(dòng)裝配圖及速度分析與本文前述過(guò)程類似，此處不再贅述。

通過(guò)3D虛擬模擬，可以清晰看到各個(gè)擋位動(dòng)力傳遞的路線;通過(guò)仿真測(cè)試，可以驗(yàn)證手工理論計(jì)算的正確性，并與第一代變速箱進(jìn)行參數(shù)對(duì)比，得出改進(jìn)結(jié)論。

二、兩代變速箱的速度比較

通過(guò)下表可以清晰地看出兩代變速箱的差異，第一代設(shè)計(jì)的變速箱雖然也有3個(gè)前進(jìn)擋和1個(gè)倒擋，但無(wú)高低擋之分，這就使速度變化范圍小，可選擇的速度受到限制。而改進(jìn)后的變速箱體積基本沒(méi)有變化，但在3個(gè)前進(jìn)擋和1個(gè)倒擋的基礎(chǔ)上，加入了高低擋，使擋位一下變成了八個(gè)擋，速度變化范圍大，使變速箱的傳動(dòng)價(jià)值充分體現(xiàn)出來(lái)。

三、結(jié)論

微型履帶式山地車變速箱的優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)中，Pro/Engineer具有不可替代的作用，對(duì)齒輪、軸、軸承、箱體等零件的三維實(shí)體造型，以及裝配時(shí)每個(gè)零件的空間位置分布，可以及時(shí)地檢查齒輪與軸空間上的干涉，參數(shù)化設(shè)計(jì)提高了工作效率，縮短變速箱的設(shè)計(jì)周期，可視化零件的三維實(shí)體造型。且在后期的運(yùn)動(dòng)仿真中能得到速度圖像，為后續(xù)的一系列運(yùn)動(dòng)分析奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]趙俊飛，師帥兵.基于Pro/Engineer和ADAMS的拖拉機(jī)變速箱設(shè)計(jì)[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2013（4）：48-50.

[作者簡(jiǎn)介]

王瓊，生于1981年，女，甘肅天水人，工程碩士，甘肅機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

[作者單位]

甘肅機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

（編輯：趙文靜）