汽車差速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)_三維建模與虛擬裝配研究

1、!4王秀山,張淑敏.基于Pro/E 軟件的虛擬齒輪的精確建模與裝配J .中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,9(1:84-86.5張志宏,張和平,劉忠明.雙聯(lián)行星齒輪模擬裝配J .機(jī)械傳動(dòng),2006,30(5:51-53.6徐愷,鄧效忠,吳劍,等.行星傳動(dòng)系統(tǒng)的快速虛擬裝配J .機(jī)械傳動(dòng),2008,32(1:65-67.7羅善明,王建,吳曉鈴.漸開線斜齒輪的參數(shù)化建模方法與虛擬裝配技術(shù)J .機(jī)械傳動(dòng),2006,30(3:26-28.(編輯啟迪作者簡(jiǎn)介:焦安源,講師,碩士,研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)和有限元分析。收稿日期:2008-11-19汽車差速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、三維建模與虛擬裝配研究錢斌1,高洪2,胡開明3(1

2、.安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,安徽蕪湖241000;2.安徽工程科技學(xué)院機(jī)械工程系,安徽蕪湖241000;3.天長(zhǎng)市無線電二廠,安徽天長(zhǎng)239300輪間差速器是汽車驅(qū)動(dòng)橋的重要部件,其作用是將驅(qū)動(dòng)力根據(jù)汽車實(shí)際行駛工況合理分配給各驅(qū)動(dòng)輪,并可使汽車轉(zhuǎn)向時(shí)左右驅(qū)動(dòng)車輪以不同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng),從而減少功率損失和輪胎磨損,提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性和通過性。本文研究在汽車上廣泛采用的普通對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器,一般由差速器殼體、行星輪、十字軸及半軸齒輪等組成。差速器的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本上采用二維系統(tǒng),缺點(diǎn)是零件的結(jié)構(gòu)形狀不能靈活改變,同時(shí),零部件之間的裝配關(guān)系通過二維裝配圖表達(dá)使設(shè)計(jì)人員只能由二維圖想象零部件的三維安裝

3、定位情況,實(shí)際裝配中若產(chǎn)品的設(shè)計(jì)有誤差而無法進(jìn)行準(zhǔn)確的裝配時(shí),則往往會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的重新設(shè)計(jì),使開發(fā)周期延長(zhǎng)、開發(fā)成本增加2。參數(shù)化設(shè)計(jì)是一種使用參數(shù)快速構(gòu)造和修改幾何模型的造型方法3,4。本文在差速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后,基于Pro/E 軟件平臺(tái),先將參數(shù)化技術(shù)引入差速器零件三維建模設(shè)計(jì)中,再將已建立三維實(shí)體的各零部件進(jìn)行虛擬裝配,其優(yōu)點(diǎn)是一旦發(fā)現(xiàn)干涉現(xiàn)象或存在尺寸問題,可隨時(shí)修改相關(guān)零件尺寸,且零件和裝配件的相關(guān)部分自動(dòng)修改,并按比例自動(dòng)重新生成,能真實(shí)反映零部件的實(shí)際形狀和相互位置關(guān)系,便于確認(rèn)修改結(jié)果。1差速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1差速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是其零部件三維建模的基礎(chǔ),必須綜合考慮匹配車型、動(dòng)力總成特性參

4、數(shù)、汽車通過性參數(shù)(如地隙、平均路面條件等。為此,將其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和思路簡(jiǎn)述如下:一般需依據(jù)汽車設(shè)計(jì)規(guī)范,查閱設(shè)計(jì)公式圖表進(jìn)行差速器齒輪(包括行星齒輪、半軸齒輪基本參數(shù)(包括各齒輪齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、行星齒輪安裝尺寸等選擇,再進(jìn)行差速器齒輪幾何尺寸計(jì)算與強(qiáng)度校核。由于行星齒摘要:簡(jiǎn)述了依據(jù)汽車設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)差速器各零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要思路,給出了在Pro/E 軟件中基于特征創(chuàng)建差速器各零件三維模型的思路與結(jié)果,闡述了建立差速器三維裝配模型的方法和主要步驟。差速器各零件三維精確建模有助于提高其零件的數(shù)控加工精度,三維虛擬裝配則有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題,從而縮短差速器產(chǎn)品的研發(fā)周期,

5、降低設(shè)計(jì)成本。關(guān)鍵詞:差速器;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);特征;三維建模;虛擬裝配;干涉中圖分類號(hào):T P391.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1002-2333(200902-0038-02Study on Configuration Design,3-D Modeling and Virtual Assembly for Automobile DifferentialQIAN Bin 1,GAO Hong 2,HU Kai-ming 3(1.Anhui Technical College of Mechanical and Electrical Engineering ,Wuhu 241000,China;2

6、.Department ofMechanical Engineering,Anhui University of Technology &Science,Wuhu 241000,China;3.Tianchang Second Radio Factory,Tianchang 239300,China Abstract :After the major idea of configuration design for automobile differential based on criterions of automobile design were expounded,the th

7、oughts and results of 3-D modeling of parts for differential based on feature were presented by Pro/Engineer software.Finally,the method and steps of 3-D virtual assembly modeling were expounded.Precise 3-D modeling of parts for differential are helpful to improving precision of NC,and 3-D virtual a

8、ssembly are helpful to detecting and setttling problems of configuration design,so time of develoment for differential manufacture will be shortened and cost of the design will be reduced.Key words :differential;configuration design;feature;3-D modeling;virtual assembly;interference專題報(bào)道SPECIALREPORT

9、汽車制造技術(shù)機(jī)械工程師2009年第2期38 !圖3行星齒輪圖4半軸齒輪輪在差速器工作中經(jīng)常只起等臂推力桿的作用,僅在左、右車輪有轉(zhuǎn)速差時(shí)行星齒輪和半軸齒輪間才有相對(duì)滾動(dòng),故對(duì)差速器齒輪可不考慮其疲勞壽命,僅進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核即可,強(qiáng)度校核中差速器錐齒輪的材料可選為20CrMnTi 、20CrMoTi 和20CrMo 等。差速器殼是裝在主減速器從動(dòng)齒輪上,故在確定主減速器從動(dòng)齒輪尺寸時(shí),應(yīng)考慮差速器的安裝。差速器殼的輪廓尺寸也受到從動(dòng)齒輪及主動(dòng)齒輪導(dǎo)向軸承支座的限制。差速器殼體的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有殼體厚度、殼體外部直徑、內(nèi)部直徑、長(zhǎng)度及半軸直徑等。差速器殼體的內(nèi)部直徑主要由行星齒輪和半軸齒輪的直徑?jīng)Q定

10、,差速器的外部直徑則有殼體厚度和內(nèi)部直徑?jīng)Q定。差速器殼沿驅(qū)動(dòng)軸方向的長(zhǎng)度與半軸齒輪、行星齒輪及半軸齒輪內(nèi)部花鍵的長(zhǎng)度有關(guān)。殼體的厚度主要決定因素是差速器殼體強(qiáng)度,在滿足強(qiáng)度和足夠的安全系數(shù)條件下,殼體厚度應(yīng)盡量減小,以減輕重量,節(jié)約成本。同時(shí)差速器殼體的結(jié)構(gòu)參數(shù)還與半軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān),特別是與半軸的直徑關(guān)系最密切。如半軸與差速器連接處的花鍵的齒數(shù)、模數(shù)及直徑直接決定了差速器殼沿驅(qū)動(dòng)軸方向的長(zhǎng)度。2差速器各零件的三維實(shí)體建模差速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后,就可以使用各零件的結(jié)構(gòu)參數(shù)在Pro/E 軟件中進(jìn)行其三維實(shí)體精確建模了,這項(xiàng)工作可為差速器各零件數(shù)控加工提供精確的模型信息。對(duì)于十字軸、差速器左(右半殼

11、等零件,因僅涉及Pro/E 的基本特征,操作相對(duì)簡(jiǎn)單,這里僅給出其三維建模結(jié)果,如圖1圖2所示。其中十字軸可利用拉伸和旋轉(zhuǎn)特征生成,差速器左半殼利可用拉伸、旋轉(zhuǎn)以及孔、筋、陣列和倒角等特征生成。至于依據(jù)基本結(jié)構(gòu)參數(shù),如各齒輪齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、行星齒輪安裝尺寸等進(jìn)行行星齒輪和半軸齒輪的三維實(shí)體建模因涉及Pro/E 中高級(jí)操作,現(xiàn)將主要思路簡(jiǎn)述如下:由于齒輪齒廓是復(fù)雜曲線漸開線,可以通過選取一定密度的漸開線數(shù)據(jù)點(diǎn),來擬合輪齒漸開線,這種“自文件創(chuàng)立基準(zhǔn)曲線”方法建模精度不高。為給數(shù)控加工提供精確的模型信息,在行星齒輪和半軸齒輪三維建模中,采用“自方程創(chuàng)立基準(zhǔn)曲線”的方式,即,通過直接輸入漸開線方

12、程創(chuàng)建一個(gè)齒槽兩側(cè)漸開線,再利用混合特征(blend 生成該齒槽,最后,通過陣列特征(pattern tool 完成全部齒輪齒廓的三維建模。行星齒輪三維建模效果如圖3。半軸齒輪的三維建模與行星齒輪基本相同,其過程和具體步驟略,半軸齒輪三維建模效果如圖4。3差速器三維裝配模型的建立在Pro/E 環(huán)境中,建立差速器各零件的三維實(shí)體模型后,可定義各零部件之間的裝配配合關(guān)系,進(jìn)而建立差速器總成三維實(shí)體模型。Pro/E 軟件中,裝配樹(多叉樹的層次關(guān)系體現(xiàn)了實(shí)際形成產(chǎn)品的裝配順序,形象地表達(dá)了產(chǎn)品、部件、零件之間的父子從屬關(guān)系,其層次結(jié)構(gòu)表達(dá)方法,可滿足人機(jī)交互裝配規(guī)劃和裝配過程仿真功能的要求。根據(jù)差速

13、器零件三維模型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其功能要求,可確定各零部件間的裝配約束關(guān)系。Pro/E 中提供了4種標(biāo)準(zhǔn)配合約束關(guān)系,即,(1匹配(mate 或匹配偏距(mate offset ,(2對(duì)齊(align 或?qū)R偏距(align offset ,(3定向(orient ,(4插入(insert 。差速器裝配中主要用到匹配與對(duì)齊兩種約束關(guān)系。利用將元件添加到組件等操作可生成差速器總成裝配圖,如圖5。在根據(jù)實(shí)際的裝配關(guān)系對(duì)差速器零件進(jìn)行裝配時(shí),應(yīng)注意進(jìn)行零件之間干涉分析和檢驗(yàn),以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并更改零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)。利用Pro/E 中視圖/分解/分解視圖命令,完成裝配圖的初步分解,進(jìn)一步可生成差速器總成爆炸視圖,如圖6。4結(jié)語以基于特征的參數(shù)化建模方法,可以建立汽車差速器各零件的三維實(shí)體模型,從而為差速器各零件的虛擬裝配、數(shù)控加工提供精確的數(shù)字化模型信息。將虛擬裝配技術(shù)引入差速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,有助于發(fā)現(xiàn)并在設(shè)計(jì)階段及時(shí)解決零部件干涉等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題,縮短了差速器產(chǎn)品的研發(fā)周期,加快了汽車產(chǎn)品對(duì)不斷變化的客戶需求進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)的速度,降低了設(shè)計(jì)成本,提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。參考文獻(xiàn)1王望予.汽車設(shè)計(jì)M .北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.2周爾民.機(jī)械產(chǎn)品虛擬裝配仿真技術(shù)的研究與應(yīng)用J .機(jī)械傳動(dòng),2007,