基于逆向工程的C51变速器设计

摘 要本课题是设计一个变速器，利用逆向工程的方式，即现有一个过实验室的仪器测量得到基本尺寸（近似尺寸），对测量得到的数据进行分析筛选，取其有用的数据作为以后设计的参考或是验证所计算的是否合理。根据给定的所设计变速器需满足的条件如最大功率、最大扭矩、最高行驶速度等进行计算，通过一步一步的合理分析，求出制造所需的全部数据，其间用过的理论、公式等全部有资料作为支撑，在选取参数的时候恰到好处的运用所测得得数据,做到贴近成品，在调节不了实物与计算之间的误差时要以查阅的资料为依托，果断否定可能是测量带来的误差引起的争议，设计出合理的产品，不能一味的追求形式上的相似而使所设计的产品没有一点点价值。基于在结构、形式上模仿须保证在接口上的一致，使得做出来的产品有合适的相匹配的车型与之结合，反求出来的产品自己拥有其生产所需的数据和关键的技术，分析参数数据尝试创新，得到性能更好的更优良的产品。目前，中国的汽车工业突飞猛进、日新月异，但是与美国、德国、日本还有很大的差距，在这种大环境还要持续几十年的大环境下，逆向工程一定会有它自己的价值，每个强者都是一步一步的走向胜利，在这个时期的中国汽车行业要吸收别国的先进技术，一点点的成为霸主。关键词：逆向工程；进技术；五档变速器；is to a a to as or is to to as is is as by by as in of do it to ot in to of on 51 to 51s in to s by in of is a by to in to a of 51 摘 要. . . 题的研究现状. 选题的目的与意义. 课题的主要内容.51变速器结构和特征分析. .逆向设计的过程.逆向设计的分类.逆向设计的工程意义.本章小结.齿轮的实体绘制. 两轴的实体绘制.制输入轴.绘.同步器的实体绘制. 绘制轴承.变速器的装配.碰撞干涉分析. .本章小结. 传动机构布置方案分析.传动方案的确定.本章小结. 设计初始数据.速器各挡传动比的确定.齿轮参数.各挡齿轮齿数的分配.本章小结.计与校核.齿轮材料的选择原则.足工作条件的要求.理选择材料配对.虑加工工艺及热处理工艺.计算各轴的转矩.轮齿强度计算.齿轮弯曲应力.算一挡齿轮1,2的弯曲应力. 轴的工艺要求. 轴的强度计算.选轴的直径.档输入轴轴的强度校核.档输出轴轴的强度校核.输入轴轴承的校核.输出轴轴承校核.花键的计算.花键的校核.0 本章小结.文文献原文.文文献译文.题的研究现状对其进行逆向设计，可到一种实用化的设计成果，具有一定的实际应用价值。为了缩短新产品的开发周期、提高产品的设计和制造质量、增强企业对市场的快速响应能力，一系列新的产品快速开发技术应运而生，如求工程技术、快速成型技术、快速模具技术、虚拟设计技术以及并行工程等。其中，反求工程E)技术历经几十年的研究与发展，已经成为新产品快速开发过程中的核心技术，它与计算机辅助设计、优化设计、有限元分析、设计方法学等有机组合构成了现代设计理论和方法的整体1 。世界各国在机械行业中应用反求工程消化吸收先进技术和经验，给了人们很多有益的启示 2 。据统计，各国70以上的技术源于国外。反求工程作为掌握新技术的一种手段，可使产品研制周期缩短40以上。随着计算机、数控和激光测量技术的飞速发展，反求工程技术在新产品快速开发中已得到广泛应用 3 。在这一方面日本是一个成功的范例。战后日本制订了“吸收性战略”的基本国策，应用反求工程对其引进的技术进行消化吸收和创新，给第二次世界大战后的日本国民经济注入了新的活力，推动了日本经济的高速发展，使日本国民经济从20世纪50年代落后先进国家2020世纪70、80年代成为世界第二经济强国 4 。随着计算机、数控和激光测量技术的飞速发展，反求工程不再是对已有产品简单的复制的过程，其内涵与外延都发生了深刻变化，成为航空、航天、汽车、船舶和模具等工业领域最重要的产品创新设计方法，是工程技术人员通过实物样件、图纸等快速获取工程设计概念和设计模型的具体技术手段。现代反求工程指的是针对已有产品原型，消化吸收和挖掘蕴含其中的涉及产品设计、制造和管理等各个方面的一系列分析方法、手段和技术的综合。它以产品原型、实物、软件(图纸、程序、技术文件等)或影像(图片、照片等)等作为研究对象，应用系统工程学、产品设计方法学和计算机辅助技术的理论和方法，探索并掌握传统的产品正向设计方法不同，它是根据已经存在的产品或零件原型来构造产品的工程设计模型或概念模型，在此基础上对已有产品进行解剖、深化和再创造，是对已有设计的再设计 5 6 。对产品的实物模型进行表面测量，按照反求工程的过程由测量数据点云完成产品模型的三维工程实践中具有广泛的应用。反求工程(产品设计领域的一项关键技术，是根据已经存在的产品模型，反向推出产品设计数据(包括设计图纸或数学模型)的过程 7 。具体来讲，反求工程的主要工作，就是针对已有的零件，利用三维数字化测量系统准确快速地获取点云数据，经过曲面重构、编辑、修改后，得到可以用于后续设计制造的8 9 。利用反求获得的曲面和一些其它可用常规方法测量的尺寸，可以得到变速器的部分设计尺寸，这样就可以通过终的没计模型，通过再设计的三维模型，可以分析零件的性能及动画演示，直接转化为二维数据应用于制造生产。经过试验，零件的性能符合要求。由于再设计零件满足了预期要求，所以可以利用其实现批量生产 10 。12成果属汽车用机械式传动装置。它是一种全新结构的12档变速器，由一个6档主变速器和一个2档副变速器组成。主、副均采用双中间轴结构，不但继承了原双中间轴的全部优点，还改善了齿轮的啮合状态，降低了噪音，提高了承载能力；缩小了零件的外形尺寸，减轻了重量；简化了二轴结构，取消了滚针轴承，减小了故障源。该成果已被国内8家汽车厂家选用，并出口到东欧、北欧，填补了国内同类型变速器自主设计生产的空白，与国外同类产品相比较，有极大的优越性 11 。速器, 它结合中国商用汽车大功率、低转速的使用特点开发的具有国内领先水平的新型变速器，其换档机构采用“锥面、短行程新型锁环式同步器。可与符合欧、欧排放标准的功率为20080扭矩(1300油发动机匹配，为总质量（16豪华大客车、重型载货车等配套。随着国内大型客车高档化、发动机大扭矩化的发展趋势，大扭矩的变速器必将有着更加广阔的市场前景 12 。6T)基础上增加自动变速操纵系统组成的，由电子控制系统控制驱动执行机构以实现车辆机械式变速器的自动换档。该项目的整个研制工作经历了样机操纵特性的测试与分析、样机研制及台架试验、北京地区道路调试、北京地区性能功能试验考核及可靠性试验等5个阶段。经过该一年多的样机研制过程，已经取得了预期的结果，装有(动力性和可驾驶性均优于原车。同时在北京城区进行了实际道路行驶，在拥挤路段、立交桥等各种特殊路况下都可满足实际需要13 。液力自动变速器(它是将发动机的机械能平稳地传给车轮的一种液力机械装置，以其良好的乘坐舒适性、方便的操纵性、优越的动力性、良好的安全性奠定了在汽车工业的主导地位我国最早是在一汽生产的旗轿车上装备了自动变速器，但累计只生产了1283 台，尚不具有工业化生产的意义 14 。电控机械式自动变速器(保留了原手动变速器齿轮传动的效率高、成本低、结构简单、易制造的长处。它揉合了二者优点，是非常适合我国国情的机电一体化高新技术产品。它是在现生产的机械变速器上进行改造的，保留了绝大部分原总成部件，只改变其中手动操作系统的换挡杆部分，生产继承性好，改造的投入费用少，非常容易被生产厂家接受。它的缺点是非动力换挡，这可以通过电控软件方面来得到一定弥补 15 。无级自动变速器(世界最早的无级自动变速器，因为受传动橡胶带强度所限制，难于推广实用，直到1984 年因明了金属V 型带才获新生。级传递扭矩，乘坐舒适，加速性好，燃料经济性高。但它的起动性能差，故需另加起动装置，现在较多的称双无级自动变速器。目前它在自动变速器中仅占1%，其中90% 在日本，10% 在欧洲。日本在车上部分选用 16 。题的目的与意义反求工程(E)技术历经几十年的研究与发展，已经成为新产品快速开发过程中的核心技术，它与计算机辅助设计、优化设计、有限元分析、设计方法学等有机组合构成了现代设计理论和方法的整体 17 。目前，反求工程技术，被广泛地应用于摩托车、汽车、飞机、家用电器、模具等产品的改型与创新设计，成为消化、吸收先进技术，实现新产品快速开发的重要手段 18 。反求工程技术在正向设计中的应用广泛，反求工程并不局限于简单的复制抄袭已有的零件，而且通过反求功能重构出已丢失的3以作为后续再设计的参照，以提高产的精度，使零件间满足严格的装配要求，通过反求工程与有限元运动学分析结合，可以提早发现问题，缩短研发的时间和成本。反求设计作为一种先进的设计辅助手段，通过与正向设计方法相结合，必将带动产品设计与开发进入一个新的发展阶段 19 。51变速器结构和特征分析查定档位数及各档齿数，利用专用工具分解变速器，测得输入输出轴长度及轴上齿肩位置尺寸，各个齿轮的系数，变速器箱体的外廓尺寸及拐点位置尺寸，测各个轴承的尺寸，同步器的所有尺寸，拨叉所有尺寸，各油道的位置尺寸，变速器上的各个标准件的型号（如螺栓滚针轴承等）。承的实体绘制，同步器的实体绘制，将所有零件按顺序装配到一起，进行碰撞、干涉分析及调整。m/152/4 400；发动机最大功率（kw/88/6 00整车整备质量：1 145 胎类型与规格：195/65车最高车速：195km/h，对结合实物与汽车设计并确定变速器的布置方案。据的计算与校核再设计是根据初始数据计算变速器各档传动比，齿轮参数的确定，齿轮齿数的分配，齿轮材料的选择，计算各轴的转矩，轮齿强度计算，轴及轴上支撑校核，轴的工艺要求，轴的强度计算，轴的强度验算，轴承及轴承校核，纸绘制输入输出轴的绘制，齿轮的绘制，同步器的绘制，壳体拨叉及轴承的绘制，油道及细节的绘制，俯视图侧视图及单独剖视图的绘制，标注及技术要求，标题栏的绘制与填写。按尺寸绘制零件，标注尺寸公差，绘制标题栏，编辑技术要求。第2章 向设计传统的产品开发是按照正向设计：即市场需求分析、设计要求到工程师一系列创造性设计活动最后完成设计成果的过程。逆向设计是对已知事物进行分析，从而充分消化和吸收，并在此基础上要改进、挖潜在创造的一个过程。首先是已知一个确定的事物经过一系列消化、吸收、再创造活动最后完成设计成果过程。向设计的过程逆向设计分为两个阶段：逆向分析阶段与逆向设计阶段。逆向分析阶段是通过对原产品的功能、原理方案、零部件结构尺寸、材料性能、加工装配工艺等进行全面深入的了解，明确其关键功能和关键技术，对设计特点和不足之处作出必要的评估。（1）逆向设计的思想了解产品设计的指导思想是分析产品设计的重要前提，是明确逆向设计要求的关键。低产品的成本，有较高的性价比，且走可持续发展、节能、环保、绿色设计、人性化、智能化是现代设计理念的体现。（2）原理方案分析产品是针对功能要求进行设计，功能的实现懒于原理方案的保证。探索原设计的功能原理和机构组成特点，进一步研究实现同样功能新的原理解法是实现逆向设计技术创新的重要步骤。动机传递出来的高转速的扭矩直接传递到车轮没有实际的意义，必须通过变速器的转换，而齿轮传递的力矩平稳，效率高，故变速器的设计根据此实现，同步器的在不改变齿轮位置的前提下，成功的将动力自由的切换成为了换挡的核心。（3）结构分析结构方式不同，对功能的保证措施也不同随之带来的是产品特点也不同。二档共用一个同步器，三四档共用一个同步器，五档自己一个同步器，所有的同步器都用锁环式，倒档采用直齿滑动方式传递动力，并且倒档的输出齿轮与一二档的同步器啮合套做成一体，拨叉轴的设计时倒档与五档共用一个，利用档位之间的互锁功能，调整好间距实现此结构。（4）材料分析通过零件的外观比较，重量测量、硬度测量、化学分析、光谱分析