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车辆工程毕业设计37基于逆向工程的C51变速器设计CATIA正文
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车辆工程毕业设计论文
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车辆工程毕业设计37基于逆向工程的C51变速器设计CATIA正文,车辆工程毕业设计论文
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I 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 nts II 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 thats 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, Chinas 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 nts III 目 录 摘 要 . I Abstract . II 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 . 12 3.1.7 剪裁轮廓线 . 13 3.1.8 绘制轮廓线 . 13 3.1.9 绘制新齿根圆 . 14 3.1.10 绘制齿面 . 14 nts IV 3.1.11 环形阵列 . 15 3.1.12 转换齿轮 . 15 3.2 两轴的实体绘制 . 16 3.2.1 绘制输入轴 . 16 3.2.2 草绘 . 16 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 . 18 3.3.3 绘制啮合套 . 20 3.3.4 锁环的绘制 . 20 3.3.5 绘制拨叉轴 . 21 3.4 绘制轴承 . 22 3.4.1 绘制凸台 . 22 3.4.2 切削 . 23 3.4.3 阵列钢珠 . 23 3.4.4 装配 . 23 3.5 变速器的装配 . 24 3.5.1 倒档轴的装配 . 24 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 . 26 3.5.5 拨叉总成的装配 . 26 3.5.6 装配总图 . 27 3.6 碰撞干涉分析 . 28 3.6.1 进入 DMU Kinematiom 模块 . 28 3.6.2 碰撞设置 . 29 3.6.3 碰撞干涉 . 29 3.6.4 调整 . 30 3.6.4 距离和区域分析 . 30 3.7 本章小结 . 31 第 4 章 变速器布置方案 . 32 4.1 传动机构布置方案分析 . 32 nts V 4.1.1 固定轴式变速 器 . 32 4.1.2 倒档布置方案 . 34 4.2 传动方案的确定 . 35 4.3 本章小结 . 36 第 5 章 变速器主要参数的计算 . 37 5.1 设计初始数据 . 37 5.1.1 变速器各挡传动比的确定 . 37 5.1.2 中心距 A . 39 5.2 齿轮参数 . 39 5.2.1 变速器的横向外形尺寸 . 39 5.2.2 模数 . 39 5.2.3 压力角 . 40 5.2.4 螺旋角 . 40 5.2.5 齿宽 . 41 5.2.6 齿顶高系数 . 41 5.3 各挡齿轮齿数的分配 . 41 5.3.1 确定一挡齿轮的齿数 . 41 5.3.2 确定二挡齿轮的齿数 . 43 5.3.3 确定三挡齿轮的齿数 . 45 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 . 52 第 6 章 设计与校核 . 53 6.1 齿轮材料的选择原则 . 53 6.1.1 满足工作条件的要求 . 53 6.1.2 合理选择材料配对 . 53 6.1.3 考虑加工工艺及热处理工艺 . 53 6.2 计算各轴的转矩 . 53 6.3 轮齿强度计算 . 54 6.3.1 斜齿轮弯曲应力 . 54 6.3.2 计算一挡齿轮 1,2 的弯曲应力 . 55 nts VI 6.4 轴的工艺要求 . 56 6.5 轴的强度计算 . 57 6.5.1 初选轴的直径 . 57 6.5.2 一档输入轴轴的强度校核 . 57 6.5.3 一档输入轴轴的刚度校核 . 59 6.5.4 一档输出轴轴的强度校核 . 59 6.5.5 一档输出轴轴的刚度校核 . 61 6.6 输入轴轴承的校核 . 62 6.7 输出轴轴承校核 . 63 6.8 花键的计算 . 65 6.9 花键的校核 . 67 6.10 本章小结 . 68 结 论 . 69 参考文献 . 70 致 谢 . 71 附 录 . 错误 !未定义书签。 附录 A 外文文献原文 . 错误 !未定义书签。 附录 B 外文文献译文 . 错误 !未定义书签。 nts VII nts 1 第 1 章 绪 论 1.1 课题的研究现状 C51 变速器是丰田的一种典型变速器，针对其进行逆向设计，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 迅速出现 ，如 CAD， CAM/CAE 技术、反求工程技术、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 ReverseEngineering， 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、有限元分析、设计方法学等有机组合 形 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 带来很多有益的启示 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 应用 广泛 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 能量 ，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 20-30年状态，到 20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 重要的产品创新设计方法，是工程人员通过实物样件、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 )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 已有 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 CAD建模，在工程实践中具有广泛的应用。反求工程 (Reveme Engineering)nts 2 是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 CAD模型们 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 数据 ，可以得到变速器的部分设计尺寸，这样就可以通过 CATIA的正向设计模块 (Part Design)XiJ该零件进行再设计。最终的没计模型，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 j维模型进行模具 设计，以实现 大 批量生产 10 。 12JS160T系列变速器，该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 变速器 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 零件的 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 。 S6-150(QJ1506)变速器 , 它结合中国商用汽车大功率、低转速的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 “ZF”双锥面、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 200-265kW(280-365PS)大扭矩 (1300-1500Nm)柴油发动机匹配，为总质量（ 16-32t）的豪华大客车、重型载货车 相 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 。 AMT重型车自动变速器 (S6-90AMT),AMT是在有级式机械传动变速器 (MT)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性 能 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 达到了 预期的结果，装有 (S6-90AMT)的 ZK6118HG客车与原 ZK6118HG客车，其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需要 13 。 液力自动变速器 (AT),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 稳定 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 CA770红旗轿车上装备了自动变nts 3 速器，但累计只生产 1283台， 并不 具有工业化生产的意义 14 。 电控机械式自动变速器 (AMT),AMT既具有液力自动变速器自动变速的优点，又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 好 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 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，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 (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 VANDoone 发明了金属 V 型带才 因此 获新生。 CVT速比光滑变化，无级传递扭矩，乘坐舒适，加速性 能 好，燃料经济性高。但它 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 16 。 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、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、家电 、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 是 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 生 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 在 早 期 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 。 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nts 4 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
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