基于逆向工程的C51变速器设计
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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C51变速器实体，通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C51变速器的反求工程，意在结构、形式上模仿C51变速器，必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；C51变速器；先进技术；五档变速器；CATIA建模
ABSTRACT
This topic is to design a transmission, using reverse engineering approach, that is, the existing a C51 transmission entity, through the laboratory instrument measurement get basic size (approximate size), to analyze the data measured screening, take its useful data as the reference or after verifying the design calculation is reasonable
According to the given the designed to meet the conditions, such as transmission is the most high power, the maximum torque, highest speed is calculated, such as the reasonable analysis by step by step, for all the data needed for the manufacture, during which used theory, all has the material such as formula in selecting parameters of support, when measured using properly data, do it close to the finished product,Not real and in regulating calculation errors between the material with access to rely on, decisive denial may is measuring the controversy over the errors caused by, the design gives reasonable product, not blindly pursue formally similar and make the design of products have little value.
Based on the reverse engineering of C51 transmission to structure, formally imitate C51 gearbox, must ensure that's consistent in interfaces that make the products that have suitable match bond with the models, reverse out products for own its production data and key technology, the analysis parameters obtained data, try to innovate better performance more superior products.
At present, China's auto industry by leaps and bounds, rapid development, but with the United States, Germany, Japan, also has the very big disparity in this environment continue for several decades of the environment, reverse engineering will have its own value, each have departed is a step by step to victory in this period, the Chinese car industry to absorb foreign advanced technology, a little bit of become overlords.
Key words: Reverse engineering；C51 transmission；Advanced Technology;Five gear transmission；CATIA Modeling
目 录
摘 要I
AbstractII
第1章 绪 论1
1.1 课题的研究现状1
1.2 选题的目的与意义3
1.3 课题的主要内容3
1.3.1 C51变速器结构和特征分析3
1.3.2 CATIA三维建模及碰撞分析4
1.3.3变速器布置方案及初始数据的分析4
1.3.4数据的计算与校核4
1.3.5图纸绘制4
第2章 逆向工程技术及C51变速器分析5
2.1逆向设计5
2.2逆向设计的过程5
2.3逆向设计的分类6
2.4逆向设计的工程意义6
2.5本章小结8
第3章 CATIA三维建模9
3.1齿轮的实体绘制9
3.1.1 CATIA设置9
3.1.2输入齿轮参数9
3.1.3建立函数10
3.1.4建立齿根圆11
3.1.5绘制齿廓11
3.1.6绘制导圆13
3.1.7剪裁轮廓线13
3.1.8绘制轮廓线14
3.1.9绘制新齿根圆14
3.1.10绘制齿面15
3.1.11环形阵列15
3.1.12转换齿轮16
3.2 两轴的实体绘制16
3.2.1 绘制输入轴16
3.2.2 草绘17
3.3同步器的实体绘制18
3.3.1绘制滑块18
3.3.2绘制花键毂19
3.3.3绘制啮合套21
3.3.4锁环的绘制21
3.3.5绘制拨叉轴22
3.4 绘制轴承23
3.4.1绘制凸台23
3.4.2切削23
3.4.3阵列钢珠24
3.4.4装配24
3.5变速器的装配25
3.5.1倒档轴的装配25
3.5.2同步器的装配25
3.5.3输入轴的总装配26
3.5.4输出轴总成的装配27
3.5.5拨叉总成的装配27
3.5.6装配总图27
3.6碰撞干涉分析29
3.6.1进入DMU Kinematiom模块29
3.6.2碰撞设置30
3.6.3碰撞干涉30
3.6.4调整30
3.6.4距离和区域分析31
3.7本章小结32
第4章 变速器布置方案33
4.1 传动机构布置方案分析33
4.1.1固定轴式变速器33
4.1.2倒档布置方案36
4.2传动方案的确定37
4.3本章小结37
第5章 变速器主要参数的计算38
5.1 设计初始数据38
5.1.1 变速器各挡传动比的确定38
5.1.2中心距A40
5.2齿轮参数40
5.2.1变速器的横向外形尺寸40
5.2.2模数40
5.2.3压力角41
5.2.4螺旋角41
5.2.5齿宽41
5.2.6齿顶高系数42
5.3各挡齿轮齿数的分配42
5.3.1确定一挡齿轮的齿数42
5.3.2确定二挡齿轮的齿数44
5.3.3确定三挡齿轮的齿数46
5.3.4确定四挡齿轮的齿数47
5.3.5确定五挡齿轮的齿数49
5.3.6倒档齿轮的计算51
5.4本章小结53
第6章 设计与校核54
6.1齿轮材料的选择原则54
6.1.1 满足工作条件的要求54
6.1.2 合理选择材料配对54
6.1.3 考虑加工工艺及热处理工艺54
6.2计算各轴的转矩54
6.3轮齿强度计算55
6.3.1 斜齿轮弯曲应力55
6.3.2 计算一挡齿轮1,2的弯曲应力56
6.4 轴的工艺要求57
6.5 轴的强度计算58
6.5.1 初选轴的直径58
6.5.2 一档输入轴轴的强度校核58
6.5.3一档输入轴轴的刚度校核60
6.5.4 一档输出轴轴的强度校核60
6.5.5一档输出轴轴的刚度校核62
6.6输入轴轴承的校核63
6.7输出轴轴承校核64
6.8花键的计算66
6.9花键的校核68
6.10 本章小结69
结 论70
参考文献71
致 谢72
无级自动变速器(CVT),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VANDoone 发明了金属V 型带才获新生。CVT速比光滑变化，无级传递扭矩，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CVT选液力变矩器为起动装置，又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Subaru Nissan Hongda意大利Fiat 等在车上部分选用。
1.2 选题的目的与意义
反求工程(Reverse Engineering，RE)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。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。
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3D模型，可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。
1.3 课题的主要内容
1.3.1 C51变速器结构和特征分析
查C51变速器使用与维修手册，确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）。
1.3.2 CATIA三维建模及碰撞分析
齿轮及两轴的实体绘制，轴承的实体绘制，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。
1.3.3变速器布置方案及初始数据的分析
发动机最大转矩（Nm/rpm）：152/4 400；发动机最大功率（kw/rpm）：88/6 00整车整备质量：1 145 kg；轮胎类型与规格：195/65R15；汽车最高车速：195km/h}，对结合实物与汽车设计并确定变速器的布置方案。
1.3.4 数据的计算与校核
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，校核轴承的寿命
1.3.5 图纸绘制
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。首先齿轮材料的选择原则，满足工作条件的要求,考虑加工工艺及热处理工艺，合理选择材料配对，计算各轴的转矩，以便后面分析校核时候用，轮齿强度计算，计算一挡齿轮1,2的弯曲应力，计算一挡齿轮1,2的接触应力。
其次是轴的工艺要求，轴的强度计算：包括初选轴的直径、一档输入轴轴的强度校核、一档输入轴轴的刚度校核、一档输出轴轴的强度校核、一档输出轴轴的刚度校核。输入轴轴承的校核，输出轴轴承校核，根据轴承的型号，及查机械设计手册查出相应的参数，利用工程力学对其受力分析，算出每个轴承的轴向和径向的力进而根据公式算出轴承的使用寿命。
最后对输入轴三四档同步器的花键进行计算和应力校核，此变速器所有花键均采用渐开线式花键，此处所承受的剪切应力，挤压应力较大，故此代表性计算，其它渐开线花键同理
本课题意在通过对现有的C51变速器的测量分析，在结合变速器设计，再设计获得有价值的变速器生产的关键数据，本课题的设计思路是以变速器设计为思想，查阅更多资料，了解当今变速器精湛的内部结构，在连同C51变速器的实用性，遵从它的连接接口，生产出适合一部分车的变速器，拥有自己的价值和市场。
本课题的主要内容与以往的变速器设计有所不同，主要体现在两个字上“反求”，而反求不仅仅体现在变速器的接口上，适合C51变速器的车型一定适用于本课题设计的变速器，在绘制装配图上体现，还有是结构上，再设计的过程选择了更为合理清湛的方案：比如倒档的布置形式，充分的利用一二档同步器的啮合套，在满足工艺要求的前提下，将倒档的输出齿轮和一二档同步器的啮合套做成一体，大大的节省了轴向的尺寸，也很大程度的降低成本，因为之前有为期两周的测绘过程，将原有的变速器尺寸测绘的非常的仔细，通过CATIA的实体建模，将C51变速器形状尺寸清晰的呈现在电脑上，并且以三维的形式直观表达，一是可以帮助绘制二维的装配图，二是可以直接的看到零件之间的距离和相对位置关系，CATIA建立的模型最后是进行碰撞分析，对于一些由于测量造成的干涉可以忽略，但是由于设计的不合理带来的问题值得关注，再设计时是一个很好的借鉴，由于三维的模型，本设计避开了很多次要的问题，同时把大部分的时间用来分析、更正重要的问题。
本课题是按产品的引进、消化、吸收与创新的思路，以“实物→原理→功能→三维重构→再设计”框架模型为工作过程，最主要的任务是将原始的实物经过反求过程再设计转化为CAD模型。一方面为提高工程设计、加工、分析的质量和效率提供充足的信息，另一方面为充分利用先进的CAD/CATIA技术对产品进行再创新设计。
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