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南 京 理 工 大 學 紫 金 學 院 畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯 系： 機械工程系 專 業(yè)： 機械工程及自動化 姓 名： 王吉鋒 學 號： 060104261 (用外文寫) 外文出處： Department of Engineering Mechanics,US,Air force Academy 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導教師評語： 簽名： 年 月 日 注：請將該封面與附件裝訂成冊。 附件1：外文資料翻譯譯文 行星齒輪組和自動變速器仿真設計課程 摘要:由于其獨特的能力,在一個非常緊的空間內能提供各種各樣的齒輪傳動比，隨處可見行星齒輪系統(tǒng)應用于許多方面,從小型動力螺絲刀到汽車自動變速器。多功能的行星齒輪裝置的研究，經(jīng)常作為一個大學機械工程計劃的一部分。教材提供的典型地闡明了不同的行星齒輪組件之間是如何連接的。對行星齒輪裝置運轉和能力的理解，可提高使用實際硬件或模擬，顯示組件如何向彼此相對運動。美國空軍學院工程力學系已經(jīng)開發(fā)出了一臺計算機,用來模擬行星齒輪組和克萊斯勒42LE自動變速箱。所謂PG-Sim ,用動態(tài)模擬來補充靜態(tài)教科書的介紹。PG-Sim用于我們的很多課程中,評估數(shù)據(jù)清楚地顯示學生對其在視覺和互動功能的欣賞。在本文中，我們提交一份對PG-Sim的概述，然后描述如何模擬課件來更方便的了解行星齒輪系統(tǒng)。 關鍵詞：行星齒輪組，克萊斯勒42LE，PG-Sim，動畫的制作，課件 引言 行星齒輪組是一個巧妙的裝置,古羅馬人把它首先應用在天文學的電腦上。最初看到行星齒輪組在美國的使用是在美國汽車使用的開端。例如，杜里埃電力公司于1897年在變速器上使用了一個行星齒輪組[2]。此外，在1904年行星齒輪被應用于凱迪拉克3速，而且用于福特T型車2中很多年,直到1927年。1940年通用汽車Hydramatic 標志著第一次使用液力偶合器與4速高速行星結合，完全自動變速器[3]?！皷|西是如何工作的網(wǎng)站”（http://www.howstuffworks.com）闡明了“令人驚訝的傳動件”,行星齒輪組，是變速器的關鍵, 其它的部件都是幫助行星齒輪組做它的工作。所有自動變速箱依靠行星齒輪來傳遞功率和傳動裝置。 此外，行星齒輪系統(tǒng)還應用于許多其他領域,歸功于其獨特的能力在一個非常緊湊的空間內可以提供多種齒輪傳動比。 行星齒輪組在大學的動力學和機械課程設計中被研究，通常在機械工程項目中被要求。自動變速器是一個其應用中很好的例子,每個人都對它很熟悉。事實上，參考[5] ,介紹了1940年Hydramatic作為單一全面的的研究案例，總結概括了他們的機械設計教科書。 對行星齒輪裝置的運轉和承載能力的理解，可提高使用實際硬件來顯示運動部件。此外，計算機模擬可以被自動變速器中輸入或反應端的花鍵,離合器遮住的行星齒輪部件可視化, 本文介紹一種利用計算機來模擬克萊斯勒42LE自動變速箱。仿真，稱為PG-Sim,用來行星齒輪的模擬，發(fā)展于美國空軍學院工程力學系。 PG-Sim降低了在實際變速器中單個行星齒輪傳動和復合行星齒輪組如何同時工作的理解。仿真應用于我們的機械設計，汽車技術，和動力學的課程中。只有傳動裝置被模擬;沒有控制系統(tǒng)或液力偶合器的演示。更多關于克萊斯勒42LE信息，請參閱貝特霍爾德和雷丁格SAE的文件[6]。 圖1. 用戶界面,逆向模擬表明,行星齒輪組是如何相互作用的 從教學的角度來看，PG-Sim增加了象征性到學習環(huán)境中。當與其他教學方法結合使用時，它促進了科爾布循環(huán)完成導航. PG-Sim中特殊的方式增強了學習的進程，以及評估數(shù)據(jù)表明了模擬在課堂上的作用,包含在下面詳細的說明中。仿真最初靈感來自于一個高級別的課程設計作為長學期任務的一部分來開發(fā)自動變速器教學演示課件。作者采取了軍校學生建議的方法。我們首先描述了模擬，然后討論它是如何協(xié)助行星齒輪傳動在實際變速器的設計。 模擬 模擬的目的是為了演示一個簡單的行星齒輪的運作過程，并闡明其在實際應用中的功用---自動變速器。模擬相對于僅僅提供一些介紹的教科書有很多的優(yōu)勢。一個主要的優(yōu)點是指PG-Sim是動態(tài)的，它顯示了移動部件。目前的教科書通常介紹傳輸線路圖，表明各部件是如何連接的，而不是它們的相對運動。此外，PG-Sim是互動的，高度可視化，并闡述了一個真實環(huán)境的應用。這些PG-Sim特征的具體的教學優(yōu)勢，將在下面更加詳細的討論。 圖1顯示了用戶界面，音頻視頻交錯（AVI）文件通過點擊某些特定命令按鈕而激活。其他陳列的命令按鈕為攝影專家聯(lián)合小組（JPEG格式）文件提供解釋，例如，齒輪運動學和克萊斯勒42LE傳輸，見圖2。在用戶界面的左下角的命令按鈕是用來激活簡單行星齒輪的模擬。一個行星齒輪組是由一個太陽輪和幾個行星齒輪組成的。這顆行星齒輪安裝在載體上。 學生可以檢查占支配的行星裝置運動的規(guī)律,見圖3。曾經(jīng)有模擬單一行星裝置的運轉,用戶 圖2. 簡單行星齒輪組的運動學發(fā)展 圖3.行星齒輪組件規(guī)則 圖4. 簡單行星齒輪組模擬 選擇一個太陽輪,行星輪或行星架來驅動或推進齒輪,并且用另外一個不同的元件來驅動或輸出設備。第三部分，默認情況下，是持有或固定部分。根據(jù)用戶選擇不同的輸入和輸出部件,可以進行6個不同組合的模擬。這6個組合，每個都產(chǎn)生不同的齒輪傳動比，并決定著系統(tǒng)是否提供前進檔還是倒車檔。圖4顯示了6個模擬中其中一個簡單行星齒輪組裝置。 沿界面的右側是命令按鈕，用來激活42LE自動變速器的模擬，用戶為五個齒輪傳動比中的每一個來選擇三個單選按鈕中的一個。圖5顯示了一種模擬的倆個視圖。在圖5中，我們看到的42LE變速器外部的模擬，顯示了輸入或倒退的五個齒條。前三個齒條，在左邊，是輸入齒條和一個或一個以上的扭矩轉換器的速度轉變。也就是說，輸入端齒條通過液力變矩器和液力偶合器接收來自發(fā)動機的能量。該齒條連接到復合的行星齒輪組元件上。倒檔的齒條，在圖5中黑暗的灰色所示。在扭矩轉換器那轉變速度來實現(xiàn)倒檔，最右側的兩個齒條，來承受行星裝置元件。圖5顯示了“ L / R輸入''（低/反向）的深灰色齒條表明，對于扭轉，這樣的齒條可以承受。隨著模擬的發(fā)展，一些外花鍵的部分變得透明，從而揭示了復合行星齒輪內部的組成，見圖5底部視圖。 第二種類型的模擬是通過選擇第二個單選按鈕來啟動的,能模擬任何42LE變速器傳動裝置。圖1顯示了扭轉，作為一個例子。在這個模擬中,顯示了兩個相互配合的42LE行星齒輪組的互動演示。第三個單選按鈕顯示了每個42LE變速器齒輪的JPEG文件,解釋了齒輪傳動比，見圖6。因此，對于四個前進檔和四個倒檔的齒輪的42LE變速器，用戶可以選擇兩種不同的模擬（圖1和5顯示扭轉這些）和對特定齒輪傳動比計算的解釋（見圖6）。最后，在界面底部的那較小的42LE小組的命令按鈕提供了一些自動變速器的其他信息。迸發(fā)的命令按鈕激活一個模擬，通過拆卸元件顯示了如何把適合的傳動部件連接在一起。42LE按鈕提供了超前的變速器的運動學概況以及齒輪傳動比的結論。 對于42LE變速器的每一檔,是通過使用Autodesk InventorTM（網(wǎng)址為http://www.igsd.gov.hk autodesk.com）和克萊斯勒車型上提供的圖紙為基礎來建模的。其他元件通過發(fā)明者利用實際的硬件而制成的測量儀器來近似的建模的。組裝的元件傳送到MSC visualNastran,來實現(xiàn)動態(tài)模擬。仿真結果被保存為avi文件,使用Microsoft Visual Basic來激活用戶界面。 圖5. 逆向的模擬 如何增強PG-SIM學習的進程 一個多層面的學習環(huán)境 這個已經(jīng)很確定了，不同的學生以不同的方式學習[11,12]。如前所述，PG-SIM提供的學習環(huán)境具有以下特點：（1）動態(tài)，相互調整來顯示它們之間的相互關聯(lián)，（2）高度的可視化，（3）互動，有25個不同的東西，學生可以讓PG-SIM來做，（4）基于現(xiàn)實世界的設備，目前42LE使用在大量的克萊斯勒汽車上。這些不同的特點，讓不同方式學習的學生找到他們自己最合適的定位。Felder特別倡導這種類型的學 圖6. 倒檔和傳動比的解釋 習經(jīng)驗當他建議跨越學習風格譜教學時。在PG-SIM的事例中，那些真正在學習的學生,例如,就會有很多機會來使用該軟件。現(xiàn)實世界的實際應用顯示PG-SIM能夠在特定的學生群體中增強他們的學習動機。交互性和動態(tài)性的PG-SIM創(chuàng)建了一個積極的學習環(huán)境，同樣吸引了多種類型的學生。 PG-SIM在科爾布周期 科爾布模型描述了一個學習經(jīng)驗增長的完整的周期[7]。因此，我們的目標，就是構建學習活動來完全繼續(xù)圍繞這個周期，為充分理解掌握提供最大的機會。這一模式已被廣泛用于評價和改進工程教學中[8,13,15]。這個周期如圖7所示。該科爾布模型的波動對學習和理論概括強調從普通到平衡擺的模式。學習工具，如互動性，動態(tài)模擬，強調與傳統(tǒng)的教學模式如講課分析理論原理的平等性。 特別的，PG-SIM強調了周期的三個部分：（1）生動的試驗方法,（2）抽象的假設和概念化，以及（3）反射觀察。PG-SIM加強了實驗的生動性,只要通過讓學生采用現(xiàn)有的各種模擬。在許多情況下它已經(jīng)表明，學生將會花費大量的時間使用多媒體內容當他們將不使用文字時。通過在分析齒輪傳動比方面提供詳細的資料來降低對摘要里一些抽象概念的理解。雖然這些資料也很有可能包括在教科書中，但是將其列入PG-SIM加強了理論與現(xiàn)實世界中的模擬情況的聯(lián)系。 圖7. 科爾布周期 PG-SIM在工程力學上的應用 我們在三門課程中使用PG-SIM：動力學，機械設計，以及汽車技術。在所有三門課程中，教授和學生都表示，仿真是非常有益的。在動力學，PG-SIM非常適合于專門討論相對運動過程中的部分。相對運動的傳動比推導見圖二。在機械設計中，PG-SIM的使用伴隨著齒輪傳動鏈上的材料。大多數(shù)機械設計教科書有特定的部分致力于行星輪系和PG-SIM材料可以與教科書的部分聯(lián)合使用。在我們的汽車技術的過程中，PG-SIM用來為自動變速箱技術提供詳細的資料。 評估PG-SIM 我們已經(jīng)用兩種方式對PG-SIM軟件進行了評估。首先，我們咨詢了使用過模擬的教授們對該產(chǎn)品的意見。第二，我們調查了那些使用過PG-SIM學生的觀點。教授們的反饋信息非常積極。他們評論說，該軟件構造的很好,易于使用，而且在改善學習環(huán)境方面是一個非常有用的工具。此外，我們已經(jīng)收到關于如何有效地使用軟件的一些想法,包括軟件的使用與動手操作相結合,和使用軟件來驗證作業(yè)的解決方案。 學生評估數(shù)據(jù)來自于在2002年春季使用過該軟件的42位學生的兩部分調查。該調查的第一部分提出了一系列7個問題的簡短的回答。第二部分要求在9種類別中進行評級。 結論 一個行星齒輪系統(tǒng)的計算機仿真, PG-SIM,已經(jīng)發(fā)展到了可以互動,可視化,動態(tài)演示行星齒輪裝置的具體運轉。復合行星輪系在現(xiàn)實世界中的一個應用就是克萊斯勒42LE五檔變速器。 PG-SIM是一個強大的工具,它補充了在機械設計和動力學教科書中找到的介紹。評估數(shù)據(jù)表明,機械工程系的學生在改善重要裝置動態(tài)特性方面很欣賞。