自動變速器畢業(yè)論文

Abstract

Alongwiththetrendofthemarketsglobalize,theproduct'slifecycleabbreviatingandthecustomerrequestforproductgraduallydiversify,personality,theproduct’svirtualdesignandvirtualassemblyhavecomeoutbecauseofthis.

Realizeproductvirtualdesign,assemble,manufactoryneednotcostthelargequantityfundstomakethemachineoftherealobjectsize,butinsteadofusingthecomputertomaketheproduce’sdigitalmodelanddesigndata,Itcanconsumedlyshortenthedeveloptime,andreducetheexploitationfunds,Italsocanmakeusfineproduct’sprobleminearlystageofexploitationandmaketheproblemresolvedintime.

3Ddesigncangiveusasolidmodel.wecanuseaFEAsoftwaretoanalysistheforceonthepartandthetransformoftheobject.theresultwillbeshowedintheformofasketch-mapwecanknowthestateeasily.

keywords:3DdesignFEAvirtualdesignvirtualassemble

摘要

隨著市場的全球化趨勢日益增強(qiáng)，產(chǎn)品的生命周期逐漸縮短，用戶對產(chǎn)品的要求日趨多樣化、個性化，產(chǎn)品的虛擬設(shè)計開發(fā)與虛擬裝配為適應(yīng)這種社會需求應(yīng)運(yùn)而生。三維設(shè)計實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品虛擬設(shè)計、裝配，分析，使制造商不必花費(fèi)大量資金和時間去制造與實(shí)物大小的樣機(jī)，而代之以利用計算機(jī)產(chǎn)生的產(chǎn)品數(shù)字化的實(shí)物模型，可以大大縮短開發(fā)時間，節(jié)約研制經(jīng)費(fèi)，且能夠在產(chǎn)品開發(fā)早期階段及早發(fā)現(xiàn)可能存在的問題，使其在成為實(shí)物之前得到完善解決。

Solidworks是一個方便實(shí)用的三維參數(shù)化建模軟件，功能非常完善，它僅僅用個人計算機(jī)上軟件，低廉的價格就完全實(shí)現(xiàn)了以前需要在工作站上完成的工作。而且它的數(shù)據(jù)兼容性也很好，可以和其它的3D軟件共享數(shù)據(jù)，還可與3dsmax結(jié)合進(jìn)行動畫編輯操作，進(jìn)行裝配與工作過程的仿真。Solidworks的COSMOS插件可以對零部件進(jìn)行有限元分析，對其受力和變形情況進(jìn)行模擬。

本次畢業(yè)設(shè)計主要是針對自動變速器原理而展開的。主要是介紹三維設(shè)計的過程和三維設(shè)計的優(yōu)勢。

本次畢業(yè)設(shè)計主要包括三個部分：

⑴自動變速器主要部件三維建模：

對自動變速器重要組成部分進(jìn)行了三維建模。

⑵裝配及工作過程的動態(tài)模擬：

把在Solidworks中所建立自動變速器主要部件的裝配體導(dǎo)入到3dsmax，進(jìn)行動畫及場景渲染，對自動變速器的工作情況進(jìn)行動態(tài)仿真

⑶對立體模型進(jìn)行簡單的有限元分析。

關(guān)鍵字：三維設(shè)計虛擬裝配動態(tài)模擬有限元分析

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第一章三維設(shè)計

5

1.1三維設(shè)計的一些概念

5

1.1.1設(shè)計與成本

6

1.1.2三維設(shè)計的意義

6

1.2三維設(shè)計與傳統(tǒng)的二維設(shè)計相比的優(yōu)勢

7

1.2.1傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計中存在的主要問題

7

1.2.2三維設(shè)計的優(yōu)勢

7

第二章汽車自動變速器的原理

8

2.1汽車自動變速器概述

8

2.2目前汽車自動變速器主要類型

9

2.3自動變速器的優(yōu)越性

11

2.4電控液力機(jī)械式自動變速器組成和原理

12

2.5液力變矩器原理

14

2.6齒輪變速系統(tǒng)

16

2.7換擋執(zhí)行器

17

2.8液壓自動操縱系統(tǒng)

18

2.9自動變速器的電子控制系統(tǒng)

18

第三章三維設(shè)計軟件的選擇

19

3.1軟件品質(zhì)

19

3.2常見三維CAD軟件介紹

20

3.2.1Pro/engineer系統(tǒng)

20

3.2.2Unigraphics

21

3.2．3CATIA系統(tǒng)

21

3.2．4Cimatron

22

3.3為什么選擇solidworks+3dsmax的組合

22

3.3.1SolidWorks介紹

22

3.3.2Solidworks的特點(diǎn)

23

3.3.3Solidworks基本界面

25

3.3.4Solidworks工具欄的個性化定制

26

3.3.5Solidworks功能

26

3.3.63dsmax6.0介紹

27

3．4三維設(shè)計軟件選擇的經(jīng)濟(jì)考慮

30

第四章汽車自動變速器的建模過程

30

第五章汽車變速器的運(yùn)動仿真過程。

38

5.1三維模型導(dǎo)入和編輯

38

5.2動畫制作過程

39

第六章三維設(shè)計應(yīng)用的特點(diǎn)

44

6.1虛擬裝配

44

6.2撥叉的運(yùn)動干涉

45

6.3變速器外殼設(shè)計

46

6.4對三維實(shí)體齒輪的靜力學(xué)分析

47

參考文獻(xiàn)：

59

Abstract

60

1Introduction

61

2LiteratureReview

61

3SpecificationfortheElectricalMachine

62

4ElectricalMachineSolutions

63

5Discussion

69

第一章三維設(shè)計

1.1三維設(shè)計的一些概念

“計算機(jī)輔助設(shè)計幾乎推動著一切領(lǐng)域的設(shè)計革命”。近年來，CAD技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)幾乎輻射到了各行各業(yè)。“九五”期間，全國“CAD應(yīng)用工程技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用示范”項(xiàng)目攻關(guān)專題50項(xiàng)，29個省市和3個行業(yè)共安排了600多家示范企業(yè)，企業(yè)平均CAD設(shè)計人員應(yīng)用普及率為95．6％，產(chǎn)品設(shè)計圖樣覆蓋率為92．8％。同時安排了重點(diǎn)企業(yè)3000多家，一般應(yīng)用企業(yè)10萬余家，9個培訓(xùn)中心，1000多個培訓(xùn)網(wǎng)點(diǎn)。CAD技術(shù)的應(yīng)用已涉及到機(jī)械、工程設(shè)計、船舶、航空、航天、汽車、輕工、紡織等行業(yè)。傳統(tǒng)的設(shè)計方法是工程師在大腦里構(gòu)思三維的產(chǎn)品，再通過大腦的幾何投影，把產(chǎn)品表現(xiàn)在二維圖樣上，工程師有一大半的工作量是在三維實(shí)體和二維工程圖的相互轉(zhuǎn)換和繁瑣的查表和計算中。而制造工人又要把二維的圖樣在大腦中反映出三維的實(shí)體然后進(jìn)行加工制造。采用CAD技術(shù)(尤其是三維CAD技術(shù))后，工程師就可以直接在計算機(jī)上進(jìn)行零件設(shè)計和產(chǎn)品的裝配；產(chǎn)品的制作過程幾乎與真實(shí)的產(chǎn)品制造沒有差別，計算機(jī)屏幕上的產(chǎn)品就是未來產(chǎn)品三維圖像。工程師還可以在設(shè)計過程中，利用CAD技術(shù)尤其是三維CAD技術(shù)完成手工難以完成和低效率的工作。

三維設(shè)計的幾個基本問題

1.1.1設(shè)計與成本

設(shè)計是人類文明的標(biāo)志。這是因?yàn)樵O(shè)計的本質(zhì)是創(chuàng)造和革新，是最能發(fā)揮人類智能的活動。產(chǎn)品設(shè)計的質(zhì)量一定程度上決定了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。一般地說，產(chǎn)品設(shè)計費(fèi)用在產(chǎn)品成本中只占20％左右，但是產(chǎn)品的設(shè)計工作卻決定了產(chǎn)品75％的成本，這正是企業(yè)要引人CAD的主要原因之一。

1.1.2三維設(shè)計的意義

人在設(shè)計零件時的原始沖動是三維的，設(shè)計實(shí)施的結(jié)果是有顏色、材料、硬度、形狀、尺寸、位置、相關(guān)零件、制造工藝等等關(guān)聯(lián)概念的三維實(shí)體，這也是毫無疑問的，但是，在傳統(tǒng)的設(shè)計中，在這兩者之間的信息傳遞竟然全是二維的圖形表達(dá)。由于以前的手段有限，人們不得不共同約定了在第一象限(美國是第三象限)平行正投影的二維視圖表達(dá)規(guī)則，用有限數(shù)量相關(guān)聯(lián)的二維投影圖表達(dá)自己的三維設(shè)想。這種表達(dá)信息是極不完整的，而且繪圖、讀圖要經(jīng)過專門訓(xùn)練的人進(jìn)行，以便“糾正”人類頭腦中原始的、關(guān)于幾何形體表達(dá)的“錯誤”。

如果能直接以三維概念開始設(shè)計，在現(xiàn)有的軟件支持下，可以更直觀、準(zhǔn)確地表達(dá)出設(shè)計構(gòu)思的全部幾何參數(shù)，整個設(shè)計過程就可以完全在三維模型上討論，對設(shè)計的輔助作用就能很容易迅速擴(kuò)散到全過程，設(shè)計的全部流程都能使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)，有助于完成如裝配檢查、運(yùn)動模擬、強(qiáng)度分析、數(shù)控編程、產(chǎn)品效果圖、物理特性計算等二維設(shè)計無法完成的功能。傳統(tǒng)的以二維工作圖為主的設(shè)計資料管理將變成三維設(shè)計數(shù)據(jù)的保存和管理，而工科大學(xué)的機(jī)械制圖課就可以大幅度刪砍，盡量保留學(xué)生的三維原始概念，二維工程圖的畫法也應(yīng)隨之大幅度簡化。

三維設(shè)計是必然趨勢。只有三維設(shè)計才是真正意義上、創(chuàng)新設(shè)計的CAD。只有三維設(shè)計，才有可能組建進(jìn)行有限元分析的原始數(shù)據(jù)，進(jìn)而進(jìn)行零件幾何形狀的優(yōu)化設(shè)計。否則就是傳統(tǒng)的設(shè)計方法：進(jìn)行多次的臺架試驗(yàn)甚至樣機(jī)考核試驗(yàn)(三維設(shè)計不可能完全取代樣機(jī)試驗(yàn)，除非用CAT技術(shù))。更不用說裝配檢查、運(yùn)動模擬、強(qiáng)度分析、數(shù)控編程、產(chǎn)品效果圖、物理特性計算等二維設(shè)計無法完成的功能了。

1.2三維設(shè)計與傳統(tǒng)的二維設(shè)計相比的優(yōu)勢

1.2.1傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計中存在的主要問題

⑴設(shè)計過程繁瑣

在傳統(tǒng)的二維設(shè)計模式下，產(chǎn)品的設(shè)計過程是首先由設(shè)計者本人大腦中建立三維立體模型后借助于正投影方法，把頭腦中的三維實(shí)體模型轉(zhuǎn)化為二維工程圖。技術(shù)人員又需要將分散于各個視圖中的局部信息，通過想象恢復(fù)成原來的三維實(shí)體模型，再進(jìn)行工程分析、工藝設(shè)計、加工制造等工作。設(shè)計過程繁瑣復(fù)雜，費(fèi)時費(fèi)力。

⑵設(shè)計效率低

由于設(shè)計過程繁瑣，周期較長，如果設(shè)計中一步出錯．就要糾正后重新進(jìn)行。有些常用的標(biāo)準(zhǔn)件之間僅存在某些尺寸或結(jié)構(gòu)的微小差別，卻要進(jìn)行繁瑣的重復(fù)性設(shè)計和繪制，特別是對于結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系比較復(fù)雜的產(chǎn)品，完全依賴于設(shè)計人員構(gòu)思的周密性，設(shè)計過程中的一點(diǎn)疏忽，都可能導(dǎo)致新產(chǎn)品試制時，出現(xiàn)零部件裝配關(guān)系不合理或出現(xiàn)干涉等問題，因此設(shè)計效率比較低，設(shè)計人員沒有更多的時間從事更高層次上的創(chuàng)新性構(gòu)思設(shè)計工作

⑶復(fù)雜曲面或曲線設(shè)計困難

機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計中包括許多模具和鈑金件的設(shè)計工作。基于二維的傳統(tǒng)設(shè)計方法，對于復(fù)雜的空間曲線或曲面的表現(xiàn)能力比較差，因此對一些復(fù)雜曲面的建模和鈑金設(shè)計比較困難。

1.2.2三維設(shè)計的優(yōu)勢

與二維設(shè)計相比，三維設(shè)計具有的優(yōu)點(diǎn)：

⑴可以從空間的不同角度來觀察和操作對象，有利于設(shè)計方案的形成，也有助于與不熟悉平面圖、剖視圖的人交流設(shè)計思想。⑵從設(shè)計方案的三維模型，可以快速方便地得到主視圖、俯視圖、左視圖以及任意角度的不平行投影圖、透視圖投影圖等，并可以將模型輸出為標(biāo)準(zhǔn)的、精美的工程圖紙，這不但提高了設(shè)計效率，而且減少了錯誤發(fā)生的可能。⑶利用三維模型的著色和渲染功能可以得到設(shè)計方案的逼真三維立體效果圖，這使得設(shè)計人員在產(chǎn)品投產(chǎn)或工程項(xiàng)目建設(shè)之前，就能全面準(zhǔn)確地了解它的外觀，有助于設(shè)計決策，對于工程項(xiàng)目投標(biāo)更是有重要的意義。⑷利用實(shí)體建模方法可以檢查零件的干涉情況，還可以方便地計算模型的體積、質(zhì)量、重心、轉(zhuǎn)動慣量等參數(shù)，這對于產(chǎn)品動態(tài)特性分析以及工程項(xiàng)目成本預(yù)算等都具有十分重要的意義。三維設(shè)計是制造一體化的基礎(chǔ)。此外，某些專業(yè)的軟件還可以對三維模型進(jìn)行運(yùn)動分析、受力分析、熱學(xué)分析、有限元分析等，由此可見三維設(shè)計已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出平面設(shè)計的繪圖功能，為工程設(shè)計帶來了革命性的巨大變革，把設(shè)計技術(shù)推上了前所未有的高度。

第二章汽車自動變速器的原理

2.1汽車自動變速器概述

經(jīng)過一百多年的發(fā)展，汽車已經(jīng)成為現(xiàn)代物質(zhì)文明的一種象征和人類生活中不可缺少的部分。一個國家汽車的普及程度，己成為衡量其工業(yè)化的重要標(biāo)志。自二十世紀(jì)七十年代以來，面對能源短缺、環(huán)境污染和安全、舒適、方便等一系列問題與需求的挑戰(zhàn)，人類在汽車上廣泛采用先進(jìn)技術(shù)，使得汽車各部分構(gòu)造及其性能都發(fā)生了巨大變化。傳動系在汽車構(gòu)造中相當(dāng)重要，其作用是解決汽車發(fā)動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩與車輛驅(qū)動輪所需的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩之間的矛盾，即通過傳動系改變傳動比，調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的性能，將動力傳至車輪，以適應(yīng)外界負(fù)載與道路條件的需要。因此傳動系對車輛行駛性能的好壞有很大的影響。傳動系的性能，突出表現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)性和方便性。經(jīng)濟(jì)性是指傳動系本身的功率損失要小，即效率要高。方便性則是指檔位的變化容易實(shí)現(xiàn)。在汽車一百多年的歷史中，傳動系的發(fā)展始終圍繞這兩個目標(biāo)，經(jīng)歷了一個由采用從最初檔位固定的減速器到有多個檔位可變換的手動機(jī)械式變速器直至今天自動實(shí)現(xiàn)換檔的自動變速器的過程。

自動變速器，簡稱AT(AutomaticTransmission)，在汽車中的應(yīng)用是20世紀(jì)汽車工業(yè)的一場大革命。汽車自動變速器的研究和應(yīng)用可以追溯到上世紀(jì)30年代。1939年，美國通用汽車公司首先在其生產(chǎn)的Oldsmobile轎車上裝配了液力耦合器一一行星齒輪組成的液力變速器。這種變速器被認(rèn)為是現(xiàn)代自動變速器的雛形。40年代末50年代初，開始出現(xiàn)根據(jù)車速和節(jié)氣門開度自動控制換檔的液力控制自動變速器，自動變速器進(jìn)入了迅速發(fā)展時期。70年代末，電子控制技術(shù)開始應(yīng)用于汽車變速器。美國、德國、法國、意大利、日本等國家的一些汽車公司相繼開發(fā)出各種微機(jī)控制的自動變速系統(tǒng)，如電子控制液力變矩式自動變速器和電子控制多級齒輪變速器等。

汽車自動變速器自誕生起發(fā)展至今，已經(jīng)從稀罕之物成為一種大眾化的產(chǎn)

品。目前，在美國自動變速器的裝車率已經(jīng)達(dá)到了90%以上，在日本也已超過

70%，歐洲人盡管偏愛手動擋，也仍然有25%左右的裝車率。在國內(nèi)，雖然自汽車自動變速器電子控制單元的研究與實(shí)現(xiàn)動變速轎車的國產(chǎn)化剛剛起步，但肯定會成為重要的發(fā)展趨向。國產(chǎn)轎車中的通用別克、本田雅閣和大眾帕薩特都以自動變速車為主，捷達(dá)和富康兩年前也已推出自動變速車?，F(xiàn)在夏利、悅達(dá)等經(jīng)濟(jì)型轎車又推出自動變速車，國產(chǎn)轎車正逐步進(jìn)入自動變速器的時代。

圖2-1汽車自動變速器

2.2目前汽車自動變速器主要類型

目前世界上使用最多的汽車自動變速器主要有以下3種類型。

⑴液力機(jī)械式自動變速器(HydraulicMechanicalTransmission簡稱HMT):傳動部分主要由液力變矩器和多組行星齒輪組成，它仍然分多檔，是實(shí)現(xiàn)局部無級變速的有級變速器，按控制方式分有純液壓控制式和電子控制式兩種。目前它是使用最多的自動變速器，是AT的主流，己廣泛應(yīng)用于轎車、公共汽車、重型車輛和商用車上，在美國采用液力自動變速器的轎車已達(dá)90%以上。其優(yōu)越性是免除了手動變速器繁雜的換檔和腳踩離合器踏板的頻繁操作，通過腳踩油門踏板，便可巧妙地實(shí)現(xiàn)自動變速，使開車變得簡單、省力。液力自動變速器的電子控制系統(tǒng)使得自動切換速度柔和、平穩(wěn)，所以乘坐與駕駛都感覺很舒適。但采用液力自動變速器無疑提高了轎車的檔次，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大、制造工藝復(fù)雜等是它的缺點(diǎn)。

⑵電控機(jī)械式自動變速器(AutomatedMechanicalTransmission簡稱AMT):在原有機(jī)械變速器基本結(jié)構(gòu)不變的情況下，通過加裝微機(jī)控制的自動操縱機(jī)構(gòu)，取代原來由駕駛員人工完成的離合器分離與接合、摘檔與掛檔以及發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速同步調(diào)節(jié)等操作，最終實(shí)現(xiàn)換檔過程的操縱自動化。電控機(jī)械式自動變速器由于原有的機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)基本不變，所以齒轉(zhuǎn)傳動固有的傳動效率高、機(jī)構(gòu)緊湊、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)被很好的繼承下來，但由于先天性的性能和結(jié)構(gòu)限制，使其性能無法進(jìn)一步提高。AMT適用于舒適性能要求比較低的重型車輛和作為輔助的自動換檔方式使用(例如:本田定軸式AT，前進(jìn)檔和倒檔轉(zhuǎn)換就采用了AMT方式)。AMT應(yīng)用不是很廣泛，主要應(yīng)用在重型車輛上，而在轎車上幾乎很少看到應(yīng)用.

⑶金屬帶式無級自動變速器(ContinuouslyVariableTransmission簡稱CVT)采用傳動帶和可變槽寬的棘輪進(jìn)行動力傳遞，即當(dāng)棘輪變化槽寬時，相應(yīng)改變驅(qū)動輪與從動輪上傳動帶的接觸半徑進(jìn)行變速，能實(shí)現(xiàn)真正的無級變速。CVT變速器采用金屬帶傳動，具有提速流暢、操縱便利、維修容易等優(yōu)點(diǎn)，不論司機(jī)還乘客都感覺良好。其操縱方便性和乘坐舒適性均可與液力變矩器相媲美而其傳動效率卻遠(yuǎn)高于液力變矩器，更主要的是它能更好地協(xié)調(diào)車輛外界行駛條件與發(fā)動機(jī)負(fù)載，充分發(fā)揮發(fā)動機(jī)潛力，提高整車燃油經(jīng)濟(jì)性。但CVT的缺點(diǎn)也是很明顯的，就是傳動帶很容易損壞，無法傳遞大功率，金屬帶式無級自動變速器所裝轎車發(fā)動機(jī)的排量多在0.6L到3.31，而且CVT結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜。并且由于CVT的性能和可靠性尚未經(jīng)過充分的考驗(yàn)和證實(shí)，目前大多數(shù)廠家對CVT仍抱謹(jǐn)慎態(tài)度，僅在作研究、試驗(yàn)、試用。盡管如此世界上也己出現(xiàn)了一批生產(chǎn)金屬帶式無級自動變速器的廠家，將金屬帶式無級自動變速器商品化。雖然CVT商品化的時間不長，目前在汽車變速器中的占有率也不高，但其具有省油、降低排氣污染、操縱方便、行駛舒適的機(jī)械無級傳動的優(yōu)良特性，只要材料科學(xué)的發(fā)展能構(gòu)改善金屬傳送帶的承受性能，CVT的發(fā)展前景是十分看好的。

2.3自動變速器的優(yōu)越性

自動變速器之所以能夠得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，是與其一系列優(yōu)越性分不開的。這主要是:

⑴駕駛操作簡化，提高行車安全性

在汽車起步和運(yùn)行時，自動變速器無需離合器操作和頻繁的手動換檔操作，

減少了駕車操作的勞動強(qiáng)度，可使司機(jī)集中精力注意路面交通情況，因此行車的安全性得以提高。據(jù)統(tǒng)計安裝了自動變速系統(tǒng)的汽車可減少1/4--1/3的行車事故。

⑵改善車輛的乘坐舒適性

自動變速器能把發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在一定范圍內(nèi)，避免發(fā)動機(jī)忽高、忽低或不平穩(wěn)地急劇變換，有利于減弱發(fā)送機(jī)的振動和噪音;自動變速器通過專門的控制系統(tǒng)可以得到很平穩(wěn)的換檔過程，不會因駕駛員的主觀因素而異;此外，液力傳動的本身還能吸收和減弱換檔過程中的沖擊。所以這些都可有效地改善車輛的乘坐舒適性。

⑶提高發(fā)動機(jī)和傳動系統(tǒng)的使用壽命

由于自動變速器在自動換檔過程中無動力中斷，換檔平穩(wěn)，減少了發(fā)動機(jī)和傳動系統(tǒng)零件的動載荷;此外，液力機(jī)械式自動變速器采用液力變矩器可以吸收動力傳遞過程中的沖擊和動載荷。因此采用自動變速器的汽車發(fā)動機(jī)和傳動系統(tǒng)零件的使用壽命較長。可使發(fā)動機(jī)的壽命提高1.5倍，傳動系其它零件壽命提高1.5—2.5倍。變速器的壽命提高2-3倍。

⑷提高汽車的動力性

這主要表現(xiàn)在提高了起步加速性、功率利用及平均車速等方面。自動變速器由于液力變矩器的變矩性能及能夠連續(xù)地自動換檔，加速性可得到極大提高，自動換檔過程中傳動系統(tǒng)傳遞功能不中斷，而且沒有手動換檔減小供油操作，再加上自換檔在時刻控制上能保證發(fā)動機(jī)功率得到充分的利用，所以自動換檔可得到良好的加速性能，提高了行駛的平均速度。

⑸提高汽車的通過性能

由于自動變速器絕大多數(shù)都是液力傳動，液力變矩器可以在一定范圍內(nèi)自動變速來適應(yīng)汽車行駛阻力變化，在必要時又可自動換檔以滿足牽引力的需要，因此顯著提高了汽車的通過性能，使車輛能以較高的平均行駛速度通過雪地、松軟路面。

⑹減少廢氣污染

手動換檔過程常常伴有供油量急劇變化，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化較大的情況，容易導(dǎo)致燃燒不完全，使得發(fā)動機(jī)廢氣中有害物質(zhì)增加。自動變速器由于有液力傳動和自動換檔，在換檔過程中發(fā)動機(jī)可保持在穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，發(fā)動機(jī)的燃燒條件不會惡化，因此可減少發(fā)動機(jī)排出的廢氣對空氣的污染。

2.4電控液力機(jī)械式自動變速器組成和原理

現(xiàn)代汽車自動變速器普遍采用的是液力變矩器和行星齒輪變速器組合而成

的電控液力機(jī)械式自動變速器。其工作原理是:節(jié)氣門傳感器和車速傳感器將發(fā)

動機(jī)節(jié)氣門開度和車輛行駛速度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，連同其他反映汽車各總成和系統(tǒng)工作情況的傳感器信號一起，送到電子控制系統(tǒng)的電子控制單元(Electronic

ControlUnit，簡稱ECU)。然后，輸入信號與事先存儲在電子控制單元中的控制規(guī)律進(jìn)行比較計算，并由電子控制單元向相應(yīng)的若干個電磁閥發(fā)出指令，接通或切斷流向換檔閥等的液壓油路，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)各離合器和制動器動作得到控制，從而精確地控制換檔時機(jī)和鎖止離合器的工作，并使自動變速器的換檔更趨平穩(wěn).電子控制液力機(jī)械式自動變速器的組成和控制原理如圖1-1所示。它主要由液力傳動裝置(液力變矩器)、輔助變速裝置、液壓控制單元和電子控制單元4部分組成。以下對各部分作簡要介紹。

⑴汽車液力傳動裝置分為液力禍合器和液力變矩器，現(xiàn)代自動變速器液力傳動裝置大都采用液力變矩器。變矩器安裝于發(fā)動機(jī)飛輪上，它通過液力傳動力矩，可在一定的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)增扭和無極變速。

⑵輔助變速裝置

目前普遍采用的是行星齒輪式變速器。該變速器是用行星排機(jī)構(gòu)來達(dá)到變速的目的，它依靠離合器和制動器根據(jù)行車需要來連接或制動行星排的不同元件,從而實(shí)現(xiàn)變速器的不同速比。其作用是進(jìn)一步增扭減速，通過變換檔位實(shí)現(xiàn)不同的傳動比，以提高汽車的適應(yīng)能力。

⑶液壓控制單元

液壓控制單元起傳遞、控制、操縱、冷卻和潤滑等功能，主要由油泵、主調(diào)壓閥、節(jié)流閥、換檔閥、手控閥、電磁閥等組成。液壓控制系統(tǒng)受電控系統(tǒng)的控制，按照行車要求，把液壓油輸入到需要工作的離合器或制動器油缸內(nèi)，以改變變速器速比，達(dá)到行車要求。

⑷電子控制系統(tǒng):包括信號輸入裝置、控制電路和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等三部分。信號輸入裝置:包括傳感器(節(jié)氣門位置傳感器、車速傳感器及發(fā)動機(jī)水溫傳感器等)和信號開關(guān)裝置(行駛模式選擇開關(guān)、空檔起動開關(guān)、制動燈開關(guān)及超速檔開關(guān)等)。信號輸入裝置負(fù)責(zé)將汽車行駛的有關(guān)狀態(tài)信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，以便后繼的控制電路接受。傳感器信號一般有模擬量、脈沖量、開關(guān)量等3種形態(tài)。ECU(ElectronicControlUnit):電子控制單元是電子控制系統(tǒng)的核心，接收傳感器檢測到的汽車行駛狀態(tài)信息和駕駛員給出的干預(yù)信息，并進(jìn)行比較運(yùn)算。再按照某種規(guī)律發(fā)出指令，自動控制傳動系統(tǒng)工作。ECU主要由輸入通道、控制器和輸出通道3部分組成。輸入通道接收各種輸入裝置，如傳感器和功能開關(guān)的輸出信號，并對其進(jìn)行放大或調(diào)制。控制器將這些信號與內(nèi)存中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，根據(jù)對比結(jié)果做出是否換檔等決定，再由輸出裝置將控制信號處理或直接輸送給電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。ECU能同時存儲多種控制參數(shù)，能在不同的控制規(guī)律間切換，如最佳動力性換檔規(guī)律、最佳燃油經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律及日常行駛規(guī)律等，自動變速器電子控制的研究與實(shí)現(xiàn)能完成比全液壓式控制系統(tǒng)復(fù)雜得多的自動控制序就可以適應(yīng)不同傳動系和不同換檔規(guī)律的需要，而且僅需改變輸入信號及程序不必改變機(jī)械加工工藝設(shè)備，使一種裝置可以通用于各種傳動系統(tǒng)。ECU的功能有控制換檔時刻、控制鎖止、離合器、控制換檔品質(zhì)和自我診斷與失效防護(hù)功能。

⑸執(zhí)行器:主要指電磁閥，它根據(jù)ECU的命令接通或切斷液壓回路。按其作用分為換檔電磁閥、鎖止電磁閥和調(diào)壓電磁閥。換檔電磁閥由于控制換檔油壓、位置和時刻;鎖止電磁閥用以控制鎖止時間;調(diào)壓電磁閥用于調(diào)節(jié)執(zhí)行元件上的液壓，使換檔過程更順暢。

圖2-2控制系統(tǒng)圖

2.5液力變矩器原理

液力變矩器是電子控制自動變速器不可缺少的核心組成部分，它能將輸入軸的扭矩連續(xù)自動地傳給輸出軸，是典型的液力傳動裝置。目前轎車上廣泛采用由泵輪、渦輪和導(dǎo)輪組成的單級綜合式液力變矩器。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、性能良好。液力變矩器實(shí)際上是一個能無級(連續(xù)地)自動進(jìn)行變矩的液力自動變速器。變矩器除了上述三個主要元件外，有的還具有鎖止離合器。鎖止離合器位于渦輪前端，是一個液壓直接控制的全自動離合器。它的工作由電腦控制系統(tǒng)控制，即由電腦控制系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和車速傳感器輸入的信號，控制一個電磁閥，而電磁閥則通過控制通向變矩器的油道中工作液(ATF)的流向，使鎖止離合器閉鎖或分離。

圖2-3液力變矩器的組成

圖2-4變矩原理

導(dǎo)輪固定液流改變方向

當(dāng)汽車行駛阻力大時渦輪轉(zhuǎn)速低于泵輪轉(zhuǎn)速，從渦輪流入導(dǎo)輪的油液方向與泵輪旋轉(zhuǎn)方向相反，

導(dǎo)輪對油流起反作用，達(dá)到增扭作用，克服增大的阻力。

導(dǎo)輪自由旋轉(zhuǎn)

當(dāng)汽車行駛阻力小時，渦輪轉(zhuǎn)速提高與泵輪轉(zhuǎn)速接近，此時從渦輪流入導(dǎo)輪的油液方向與泵輪旋轉(zhuǎn)

方向趨于一致，導(dǎo)輪開始自由旋轉(zhuǎn)以減少阻力。

變矩器內(nèi)注以自動變速器油，由供油泵供給。供油泵還定壓、定量地為自動變速器的各系統(tǒng)提供工作液，完成傳扭、控制與潤滑、冷卻等任務(wù)。供油泵一般由變矩器泵輪套的凸爪驅(qū)動。

液力變矩器具有自動適應(yīng)性和變扭能力，其工作的主要特點(diǎn)是變扭比K(K=渦輪輸出扭矩/泵輪輸入扭矩)隨著渦輪轉(zhuǎn)速與泵輪轉(zhuǎn)速(泵輪轉(zhuǎn)速等于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速)的相對變化，即隨轉(zhuǎn)速比I(I=渦輪轉(zhuǎn)速/泵輪轉(zhuǎn)速)的變化自動無級地變化；在車速低時變矩器能輸出大的扭矩，而在車速高時能利用偶合器的高效率，因而綜合了液力元件的雙重優(yōu)點(diǎn)，被稱為綜合式液力變矩器，這一特性正好適合于汽車行駛阻力變化的特點(diǎn)。

2.6齒輪變速系統(tǒng)

液力變矩器雖能傳遞和增大發(fā)動機(jī)扭矩，但變扭比不大，變速范圍不寬，遠(yuǎn)不能滿足汽車使用工況的需要，為此在液力變矩器后面又裝一個輔助變速裝置-齒輪變速系統(tǒng)，多數(shù)是行星齒輪變速系統(tǒng)，也可以是平行軸式（固定軸線式)齒輪變速系統(tǒng)，用以進(jìn)一步增大扭矩，擴(kuò)大其變速范圍，提高汽車的適應(yīng)能力。行星齒輪變速系統(tǒng)是一種常嚙合傳動，其傳動比變換可通過分離與結(jié)合離合器或制動器而方便地實(shí)現(xiàn)，特別有利于動力換擋或自動換擋。電子控制自動變速器的行星齒輪變速系統(tǒng)一般由雙排行星輪或三排行星輪組成，并廣泛采用三自由度變速器。圖2-3為雙排行星輪變速器的原理圖，該變速器在同一軸上有前后兩個單排行星輪，兩排行星輪由一個公共的空心太陽輪相連，該太陽輪與兩行星排的行星輪嚙合，這種雙排行星輪變速器具有前進(jìn)擋和一個倒擋，常裝在前置發(fā)動機(jī)后驅(qū)動的(FR)汽車上。

圖2-5行星輪系機(jī)構(gòu)

若在上述三擋自動變速器中再加一個超速行星排，即構(gòu)成四擋自動變速器，它可以進(jìn)行超速傳動，使傳動比小于1。超速行星排在FR車輛中裝于液力變矩器與三擋行星輪變速器之間，而在前置發(fā)動機(jī)前驅(qū)動(FF)車輛中裝于三擋行星輪變速器之后。超速行星排主要由一個行星排，用于夾持太陽輪的超速制動器Bo，連接太陽輪和行星輪架的超速離合器C。以及超速單向離合器Fo組成，動力由超速行星排內(nèi)齒圈輸入，傳至超速行星輪架。

2.7換擋執(zhí)行器

行星輪變速器的換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括換擋離合器、換擋制動器和單向離合器。換擋離合器為濕式多片離合器，由液壓來控制其結(jié)合與分離，通常由若干交錯排列的主從動離合器片組成。換擋制動器是將行星輪變速器中某一元件(太陽輪、行星輪架或齒圈)固定，使其不能轉(zhuǎn)動，構(gòu)成新的動力傳遞路線，換上新的擋位，得到新的傳動比。它和換擋離合器一樣由液壓操縱。換擋制動器通常有兩種形式：一種是濕式多片制動器，其結(jié)構(gòu)與上述濕式多片離合器相同，不同點(diǎn)是離合器連接兩個轉(zhuǎn)動構(gòu)件并傳遞動力，而制動器連接的一個是轉(zhuǎn)動機(jī)件，另一個是固定不動的變速器殼體，作用是剎住轉(zhuǎn)動機(jī)件，使其不能傳動。換擋制動器的另一形式是帶式制動器。行星輪變速器中單向離合器的作用是確保平順地?zé)o沖擊換擋，它與液力變矩器中的單向離合器結(jié)構(gòu)相同，均由內(nèi)、外圈及兩者之間的楔塊組成。

2.8液壓自動操縱系統(tǒng)

液壓自動操縱系統(tǒng)通常由供油、手動選擋、參數(shù)調(diào)節(jié)、換擋時刻控制、換擋品質(zhì)控制等部分組成。供油部分包括供油泵、油濾清器、主油路調(diào)壓閥、第二調(diào)壓閥、油冷卻器等。供油泵和主油路調(diào)壓閥是液壓自動操縱系統(tǒng)的動力源，第二調(diào)壓閥也稱變矩器補(bǔ)償壓力調(diào)節(jié)閥。

手動選擋部分包括手控制閥和手控制閥撥板，手控制閥由換擋桿操縱，作用是利用滑閥的移動，實(shí)現(xiàn)控制油路的轉(zhuǎn)換，即根據(jù)換擋桿所置排擋位置將液壓油轉(zhuǎn)換到"P"、"R"、"N"、"D"、"2"或"L"的油路。

參數(shù)調(diào)節(jié)部分主要有兩方面：一是節(jié)氣門壓力調(diào)節(jié)閥(簡稱節(jié)氣門閥)，作用是根據(jù)節(jié)氣門開度產(chǎn)生加速踏板控制液壓，并將此控制液壓加在1-2擋、2-3擋、3-4擋三個換擋閥(變速閥)的一端，當(dāng)節(jié)氣門開度變大時，加速踏板控制液壓升高；二是速控調(diào)壓閥(又稱調(diào)速器)，作用是根據(jù)車速產(chǎn)生由車速控制的液壓，并將此速控液壓加在各換擋閥的另一端，車速增大時，速控液壓增大。換擋閥即根據(jù)以上兩參數(shù)變換擋位。在電子控制自動變速器中，節(jié)氣門開度和車速這兩個參數(shù)分別由節(jié)氣門位置傳感器和車速傳感器采集成電信號，送至電腦，電腦則通過電磁閥操縱換擋閥使之自動變換擋位。

換擋時刻控制部分主要是換擋閥，在電子控制自動變速器中，換擋閥根據(jù)電子控制器確定的換擋點(diǎn)及換擋信號工作，進(jìn)行自動換擋。

換擋品質(zhì)控制機(jī)構(gòu)的作用是控制換擋過程，使升降擋更加平穩(wěn)、柔和、無沖擊，防止產(chǎn)生大的動載荷。一般是在液壓通道上增加蓄能減振器、緩沖閥、定時閥、執(zhí)行力調(diào)節(jié)閥等。

2.9自動變速器的電子控制系統(tǒng)

電子控制也就是電子計算機(jī)（ECU）控制。自動變速器主要由液力變矩器和行星齒輪變速器組成，ECU根據(jù)傳感器輸入信號和開關(guān)信號，通過電磁閥控制換檔和變矩器鎖止這兩個工作過程，達(dá)到自動變檔的最佳控制精度。發(fā)動機(jī)曲軸與變矩器渦輪之間通過離合器接合的裝置也稱為變矩器鎖止，其作用是減輕變矩器渦輪與葉輪之間的打滑現(xiàn)象，改善燃油經(jīng)濟(jì)性。

自動變速器的電子控制裝置是由信號輸入系統(tǒng)、計算系統(tǒng)和控制信號輸出系統(tǒng)這三部分組成。信號輸入系統(tǒng)有：變速器輸入速度傳感器、變速器輸出速度傳感器、發(fā)動機(jī)冷卻溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速傳感器、潤滑油溫度傳感器、歧管壓力開關(guān)、制動開關(guān)等信號。這些信號反饋到ECU（在通用汽車上稱為PCM-動力傳動控制組件），在ECU進(jìn)行計算然后輸出控制信號，通過換檔電磁閥、離合器電磁閥等控制換檔和鎖止動作。ECU接到傳感器反饋信號后，根據(jù)程序計算的結(jié)果發(fā)出控制信號接通變矩器的離合器電磁閥電源，驅(qū)使電磁閥啟動，使離合器接合；如果切斷離合器電磁閥電源則離合器分離。ECU是根據(jù)汽車行駛狀態(tài)來操縱電磁閥通電開關(guān)開啟或關(guān)閉的。當(dāng)汽車速度比較慢或停止時，ECU不啟動電磁閥，當(dāng)汽車速度達(dá)到一定值時，ECU就會啟動電磁閥使離合器接合。ECU接到傳感器反饋信號后，根據(jù)汽車車速、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速及工作溫度、節(jié)氣門位置、歧管真空度、選檔位置等輸入信號參數(shù)選擇換檔。ECU根據(jù)即時變速桿的位置，對照參數(shù)計算選擇最佳的檔位位置，發(fā)出控制信號驅(qū)動換檔電磁閥，令變速器換檔。通用、福特、豐田等等大廠商采用的自動變速器電子控制系統(tǒng)，根據(jù)與其連接的變速器和發(fā)動機(jī)的不同型號而不同，每個系統(tǒng)中的元件和系統(tǒng)的工作過程也隨著不同的變速器而有所變化，但其基本的工作方式及基本部件還是一樣的。

第三章三維設(shè)計軟件的選擇

我們在進(jìn)行三維設(shè)計之前必須根據(jù)自己的需要和自己的條件選擇合適的三維CAD軟件。下面說一下三維CAD軟件測評指標(biāo)。

3.1軟件品質(zhì)

軟件不同于汽車或食品，汽車的品質(zhì)是指一部特定的汽車的一系列確定其品質(zhì)的指標(biāo)，這些量化的指標(biāo)不依賴于任何其它的汽車或別的什么而存在。而軟件的品質(zhì)，特別是表現(xiàn)在使用上，它只有在作用于確定的對象時才能體現(xiàn)出來的。而作用的對象又是千變?nèi)f化的。因此，軟件的選購可以這樣理解，即軟件產(chǎn)品說明書標(biāo)明的品質(zhì)其被應(yīng)用時能夠被證實(shí)的程度，或者說是軟件品質(zhì)指標(biāo)的置信度；其實(shí)也就是軟件性能和功能的總和。

要想確定軟件品質(zhì)的量化指標(biāo)是很難的。但如何衡量軟件品質(zhì)的好壞，必須有一定的標(biāo)準(zhǔn)，盡管不是很量化的。

3.1.1基本功能測評指標(biāo)

⑴系統(tǒng)綜合功能：設(shè)備驅(qū)動功能)k用戶界面、圖形顯示功能、圖形管理功能和繪圖輸出功能⑵二維圖形功能：基本繪圖功能、圖形編輯和操作功能、標(biāo)注功能、圖紙幅面定義功能及繪圖輔助功能；⑶三維造型及零件設(shè)計功能：線造型功能、曲面造型功能、實(shí)體造型功能、特征造型功能、零件庫功能、布爾運(yùn)算功能、參數(shù)化草圖功能和物性分析功能；⑷裝配功能：基本規(guī)模裝配(滿足零部件數(shù)量在30-100種的裝配要求)、裝配約束(裝配約束定義、裝配約束求解)、干涉檢查、爆炸圖、裝配結(jié)構(gòu)樹和生成零件BOM表；⑸三維模型與二維圖形的關(guān)聯(lián)功能：三維模型生成二維圖形；⑹數(shù)據(jù)接口功能：具有某種國際標(biāo)準(zhǔn)接口(如IGES、EP等)，具有某種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口(如DXF、X_T、SAT，STL、VRML等)。

3.2常見三維CAD軟件介紹

3.2.1Pro/engineer系統(tǒng)

Pro/engineer系統(tǒng)是美國參數(shù)化技術(shù)公司(ParametricTechnologyCorporation，簡稱PTC)的產(chǎn)品，簡稱Pro/E。PTC公司提出的單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征和全相關(guān)的概念改變了機(jī)械CAD的傳統(tǒng)觀念，這種全新的概念已成為當(dāng)今世界機(jī)械CAD領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。全球有3萬多家公司選用。Pro/E被精心設(shè)計用于創(chuàng)新，在整個產(chǎn)品系列，它具有數(shù)百項(xiàng)增強(qiáng)功能。涵蓋了實(shí)體模型設(shè)計、曲面設(shè)計、平面工程圖、零件組合、加工制造、模具設(shè)計、鈑金零件設(shè)計、掃描數(shù)據(jù)建模設(shè)計和有限元模型格式的輸出等。

Pro/E具有以下特性：三維實(shí)體模型可隨時計算出產(chǎn)品的質(zhì)量、體積、表面積、重心和慣性矩等相關(guān)物理量。采用單一數(shù)據(jù)庫，具有二維和三維完全關(guān)聯(lián)性?；谔卣鞯膮?shù)式建模，尺寸參數(shù)化。

Pro/E除了與一般CAD／CAM具有相同的一些常用功能外，Pro/E還具有以下功能：a)高效能的用戶使用方法：從“拖曳操作”到“智能制圖”，b)互動式曲面處理：互動式曲面處理擴(kuò)展功能(IS—DX)對實(shí)體建模、參數(shù)化曲面建模和自由形式美學(xué)曲面建模的無縫結(jié)合，提供了一個高性能的設(shè)計環(huán)境；c)最優(yōu)化特征一行為建模BMX：設(shè)計工程師從而可以迅速地抓住設(shè)計理念，定義好設(shè)計參數(shù)，規(guī)劃出最佳的解決方案，因此不必要浪費(fèi)大量的時間在重復(fù)操作和計算分析上，這樣可以在短時間內(nèi)由計算機(jī)計算出最佳解“；d)解決方案的廣度：新增了數(shù)百個功能，如小組數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)互遞設(shè)計、全相關(guān)2D制圖、制造業(yè)高速加工的改進(jìn)功能、仿真和EMX(專家模具系統(tǒng))等。

3.2.2Unigraphics

UG起源于美國麥道(MeDonnellDouglas)公司的產(chǎn)品，是EDS公司的拳頭產(chǎn)品。在UG中，優(yōu)越的參數(shù)化和變量化技術(shù)與傳統(tǒng)的實(shí)體k線框和表面功能結(jié)合在一起。UG—II由計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)、計算機(jī)輔助工程(CAE)、仿真、品質(zhì)保證、開發(fā)工具、軟件接口、計算機(jī)輔助制造(CAM)及鈑金加工等部分組成。

主要功能及特點(diǎn)：UG的曲面實(shí)體造型采用了標(biāo)準(zhǔn)的R—rep結(jié)構(gòu)的實(shí)體模型。UG發(fā)展了概念設(shè)計思想，即草圖設(shè)計：通過修改參數(shù)而改變設(shè)計。采用基于特征的實(shí)體造型。尺寸驅(qū)動編輯功能：用戶利用編輯技術(shù)，指定草圖的約束，特征參數(shù)和幾何關(guān)系，利用尺寸驅(qū)動生成所需的實(shí)體模型。UG具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了CAD、CAE和CAM之間無數(shù)據(jù)交換的自由切換，實(shí)現(xiàn)2—2．5軸、3—5軸聯(lián)動的復(fù)雜曲面加工和鏜銑。UG提供二次開發(fā)工具GRIP、U—FUNG、ITK，允許用戶擴(kuò)展UG功能。

3.2．3CATIA系統(tǒng)

CATIA是法國達(dá)索飛機(jī)公司工程部開發(fā)的產(chǎn)品。CATIA系統(tǒng)是在CADAM系統(tǒng)(原由美國洛克希德公司開發(fā)，后并入美國IBM公司)基礎(chǔ)上擴(kuò)充開發(fā)的。

美國波音飛機(jī)公司共有數(shù)千臺圖形終端使用CATIA軟件，在飛機(jī)CAD/CAM中全面使用計算機(jī)技術(shù)，使Boing777成為“無紙飛機(jī)”。

CATIA的主要功能及特點(diǎn):CATIA是集成化的CAD／CAM／CAE系統(tǒng)，它具有統(tǒng)一的用戶界面、數(shù)據(jù)管理、兼容的數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序接口。CJLTIA由數(shù)十個獨(dú)立計價的模塊組成，根據(jù)需要可任意選用。它們是：基礎(chǔ)模塊、庫管理模塊、接口模塊、交互式圖形界面模塊、三維設(shè)計模塊、實(shí)體幾何造型模塊、工程繪圖模塊、高級曲面設(shè)計模塊、數(shù)控銑編程模塊、數(shù)控車編程模塊、機(jī)器人模塊、建筑設(shè)計及設(shè)備布置模塊、結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊、電路設(shè)計模塊、管路設(shè)計模塊、圖象設(shè)計模塊、運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)計模塊、有限元造型模塊、數(shù)據(jù)存取管理模塊及數(shù)據(jù)庫存取管理服務(wù)模塊。

3.2．4Cimatron

Cimatron系統(tǒng)是以色列Cimatron公司的產(chǎn)品。提供了比較靈活的用戶界面，優(yōu)良的三維造型和工程繪圖，全面的數(shù)控加工，各種通用、專用數(shù)據(jù)接口以及集成化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理。Cimatron是專門針對工模具行業(yè)設(shè)計開發(fā)的。在整個工模具制造過程中的每一階段，用戶都會得益于全新的、更高層次的針對塑料模和沖模設(shè)計與制造的迅速性和靈活性。Cimatron提供了一套集成的工具：實(shí)現(xiàn)模具的分型設(shè)計、進(jìn)行設(shè)計變更的分析與提交、生成模具滑塊與嵌件、完成工具組件的詳細(xì)設(shè)計和電極設(shè)計。Cimatron支持具有高速銑削功能的2．5—5軸銑削加工，基于毛坯殘留知識的加工和自動化加工模板。Cimatron的模塊化軟件套件可以使生產(chǎn)每一個階段實(shí)現(xiàn)自動化，有效的實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。

3.3為什么選擇solidworks+3dsmax的組合

3.3.1SolidWorks介紹

SolidWorks是生信國際有限公司推出的基于Windows的機(jī)械設(shè)計軟件。生信公司是一家專業(yè)化的信息高速技術(shù)服務(wù)公司，該公司提倡的"基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系統(tǒng)"是以Windows為平臺，以SolidWorks為核心的各種應(yīng)用的集成，包括結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動分析、工程數(shù)據(jù)管理和數(shù)控加工等。SolidWorks是基于Windows平臺的全參數(shù)化特征造型軟件，它十分方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的三維零件實(shí)體造型、復(fù)雜裝配和生成工程圖。

Solidworks是一個非常優(yōu)秀的三維設(shè)計軟件，其三維實(shí)體建模系統(tǒng)具有易教、易學(xué)、易用的特點(diǎn)，參數(shù)化特征造型技術(shù)定義清晰。Solidworks2003版在以前版本基礎(chǔ)上增強(qiáng)了鈑金設(shè)計功能和曲面造型功能，使用戶更方便的建立模型.

3.3.2Solidworks的特點(diǎn)

Solidworks是一個基于造型的三維機(jī)械設(shè)計軟件，它的基本設(shè)計思路是：實(shí)體造型-虛擬裝配-二維圖紙

SolidWorks是基于三維造型的設(shè)計軟件。你可以畫出3D效果的零件圖，而不是二維的圖紙。你可以用這些3D零件生成二維的圖紙和三維的裝配圖。

圖3-13D/2D

SolidWorks是通過給定尺寸來驅(qū)動的。你可以給定各部分之間的尺寸和幾何關(guān)系。在你保存圖的時候，改變尺寸就會改變零件的大小和形狀。例如，在下圖中，上部總是底部的一半高。

圖3-2尺寸驅(qū)動

一個SolidWorks模型包括零件、裝配及工程圖等。零件、裝配和工程圖是一個模型的不同的表現(xiàn)形式，對任意一個的改動都會使其它兩個自動跟著改變。

圖3-3裝配圖

Solidworks的三種文件：Part,assembly,drawing

可以利用特征造型來建立零件的模型。用來生成零件的特征包括形狀（突起，切面，孔）和操作（圓角，倒角，抽殼等）

圖3-4特征造型

大部分特征的是從草繪開始形成的。所謂草繪是二維的輪廓圖或截面圖。草繪可以被延伸，旋轉(zhuǎn)，放樣或沿著一條線掃描掃描來形成它的基體特征。

3-5由草圖生成零件

3.3.3Solidworks基本界面

圖3-6界面介紹

主菜單這里包含的Solidworks所有的操作命令

工具條工具條的安排可能與你的不同，你可以重新排列工具條以適合需要。你可以在制圖區(qū)的邊緣引入工具條或者拉到制圖區(qū)里，隨時可以移動。在這個窗口，你可以按以下步驟操作：

單擊文件菜單開始或退出零件圖，裝配圖或視圖。

單擊視圖，工具菜單或在工具條上單擊右鍵來選擇顯示哪些工具條。視圖菜單還可以讓你隱藏或顯示狀態(tài)欄。

單擊工具菜單SolidWorks的選項(xiàng)，或記錄宏。

單擊右上角的最大化按扭使窗口全屏顯示

設(shè)計樹設(shè)計樹對于不同的操作類型（零件設(shè)計、工程圖、虛擬裝配）其內(nèi)容是不同的。但基本上在這里設(shè)計樹都真是的記錄了我們在操作中做的每一步。（如：添加一個特征、加入一個視圖或插入一個零件等）

工作區(qū)域是我們進(jìn)行零件設(shè)計、制作工程圖、虛擬裝配的主要操作窗口。我們以后提到的草繪等操作均在這個區(qū)域中完成

狀態(tài)欄標(biāo)明了目前操作的狀態(tài).

3.3.4Solidworks工具欄的個性化定制

工具欄可以根據(jù)自己的使用情況進(jìn)行定制，主要有如下幾種操作方法：

圖3-7菜單

工具欄顯示/隱藏：將鼠標(biāo)定位于空白的工具欄旁邊，點(diǎn)擊右

鍵。打?qū)μ柕墓ぞ弑硎撅@示，否則隱藏使用菜單：工具-自定義,選擇工具欄標(biāo)簽。選中需要顯示的工具欄，還以定義工具欄圖標(biāo)的大小。

工具欄的移動：按住工具欄的豎線拖動，可以移動工具欄，可以定位于頂端、底端、左邊、右邊，或浮動于屏幕上。

工具欄內(nèi)容的增減：使用菜單：工具-自定義，選中命令標(biāo)簽，如下圖拖動圖標(biāo)移動到某工具欄.從某工具欄中拖回到按鈕欄中，取消在該工具欄的顯示

3-8

拖動工具欄中的圖標(biāo)到前后位置，可以改變圖標(biāo)位置。

3.3.5Solidworks功能

基于特征Solidworks中的模型是由許多單獨(dú)元素組成，這些元素被成為特征。Solidworks模型實(shí)用智能化、易于理解的若干個特征，如凸臺、減切體、孔、圓角、倒角和斜度來創(chuàng)建，在特征創(chuàng)建時候就可以直接加入到零件。基于二維草圖的特征叫草圖特征，如拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描或放樣。直接創(chuàng)建在實(shí)體上的特征叫直接生成特征，如圓角和倒角就屬于這類特征。

參數(shù)化用于創(chuàng)建特征的尺寸與關(guān)系可以捕捉并存在于模型中。這不僅可使你捕捉設(shè)計意圖，而且還能使你快速而容易地修改模型。

實(shí)體建模實(shí)體建模是CAD系統(tǒng)中所使用的最完全的幾何模型類型。它包含了完整描述模型的邊和表面所必需的所有線架和表面幾何信息，除了幾何信息外，它還包括了把這些幾何體關(guān)聯(lián)到一起的拓?fù)湫畔ⅰ?/p>

全相關(guān)Solidworks模型與它的工程圖及引用它的裝配體是全相關(guān)的。對模型的修改會自動反映到與之相關(guān)的工程圖和裝配體中。同樣，你也可以在工程圖和裝配體中做出修改，這些修改也會反映到模型中。

約束Solidworks支持約束，例如平行、垂直、水平、豎直、同心和重合這樣的幾何關(guān)聯(lián)。此外，還可以使用方程來建立參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)。通過使用約束和方程，你可以保證捕捉并維持像通孔或等半徑這樣的設(shè)計意圖。

自動（草圖）關(guān)聯(lián)根據(jù)草圖繪制的方式，可以加入基本的幾何關(guān)聯(lián)，例如平行、垂直、水平和豎直。

方程用于建立尺寸之間的代數(shù)關(guān)聯(lián)，它提供了一種強(qiáng)制模型修改的外部方法。

Solidworks提供的這些功能在實(shí)際應(yīng)用中極大的方便了用戶的使用。Solidworks建模基本過程是從草圖的繪制到實(shí)體轉(zhuǎn)換，再到裝配體，轉(zhuǎn)化為二維工程圖，最后還可以做些簡單爆炸視圖可以做一些簡單裝配動畫。因其動畫功能局限性太大，故在本次畢業(yè)設(shè)計中沒有采用Solidworks做動畫，而是采用著名3dsmax來做的。

3.3.63dsmax6.0介紹

3dsmax是當(dāng)前世界上銷售量最大的三維建模、動畫及渲染的解決方案。它是AUTODESK公司的產(chǎn)品，是它的旗下公司Discreet公司的杰作。它支持大多數(shù)現(xiàn)有的3D軟件，并擁有大量的第三方的插件程序。它具有良好的視覺效果、動畫及渲染功能。我的這次畢業(yè)設(shè)計用到的主要是動畫和渲染功能，所以在這里只簡單介紹一下這兩個功能。

下面是3dsmax的用戶界面，它是由標(biāo)題欄、下拉菜單、工具條、狀態(tài)欄、視圖區(qū)、命令面板、視圖調(diào)整、動畫控制、提示欄、標(biāo)尺、時間滑塊等組成：

圖3-83DSMAX視圖

簡單介紹一下它的動畫功能：

（1）創(chuàng)建形體

在視圖（Viewport）中進(jìn)行物體的制作的?？梢酝ㄟ^二維繪圖工具繪制形體的截面，然后通過指定的路徑進(jìn)行三維放樣；也可以利用三維繪圖工具可以直接生成三維形體。幾個三維形體之間可以通過布爾運(yùn)算功能組合成新的形體。當(dāng)然，3DSmax也提供了許多復(fù)雜形體的創(chuàng)建功能，比如造山、造水、創(chuàng)建閃電和爆炸效果等等。首先，先選取制作物體的工具，然后制作你所希望的物體，當(dāng)然也可以將由其它軟件所制作的幾何物體，輸入（Import）至3DSMAX中，比如通過AUTOCAD建模?？梢栽诿蠲姘澹–ommandPanel）的卷展欄中，控制物體的制作參數(shù)，物體可以是“表面”（Surface）或“樣條”（Spline）、2D或3D的幾何物體，而這些物體全都放置在三維空間中。最后給做好的三維形體賦予材質(zhì)，一方面，3DSmax提供了強(qiáng)大的材質(zhì)庫供你選擇，另一方面，你可以在材質(zhì)編輯器中任意編輯所需的材料，調(diào)整它們的顏色、材料類型、表面貼圖、凹凸效果、反光效果、發(fā)光屬性、透明度等等，直到滿意為止。

在影視廣告制作中，完美逼真三維形體能給廣告畫面增色不少。

（2）場景布置

場景布置就如同實(shí)地拍攝一樣，3DSmax提供了攝像機(jī)（Camera）用來拍攝您的場景，加入光源（Light）以產(chǎn)生陰影及光照效果；也可以在場景中，加大氣（Atmosphere）、霧（Fog）、星空（Starfield）、燃燒（Combustion）等特殊效果。

（3）動畫制作

場景設(shè)置完成，便可以開始以“關(guān)鍵幀”（Keyframe）的方式，進(jìn)行動畫的設(shè)定。先選取場景中的物體，然后按下Animate（動畫）按鈕，您可以移動、旋轉(zhuǎn)或縮放（Scale）場景中的物體，進(jìn)行動畫的設(shè)定。你可以使用“時間滑塊”（TimeSlider）移動至任何一幀動畫，Animate按鈕為您自動設(shè)定關(guān)鍵幀，任何參數(shù)的改變都將產(chǎn)生動畫的效果，而你可以直接在視圖中看到大部分的動畫效果。復(fù)雜的動畫還包括形體與形體之間的鏈接關(guān)系，比如手關(guān)節(jié)的運(yùn)動，急速前行的車子上的轉(zhuǎn)動車輪。

在3DStudioMAX中，您還可以制作許多其它類型的動畫：可以在動畫軌跡中加入Motion（運(yùn)動）控制器，制作真實(shí)的機(jī)械動畫；可以運(yùn)用“原動力性質(zhì)”（Dynamics），模擬重力及固體物體之間的碰撞；可以使物體沿著特定路徑飛行，或使用Noise（噪音）控制器，使物體震動；攝像機(jī)的運(yùn)動（跟蹤）產(chǎn)生拍攝角度的變化和行進(jìn)效果；可以使用morpher（變形）編輯器，使物體變形。

（4）動畫的輸出

當(dāng)動畫完成時，您可以使用3DSMAX的渲染功能（Rendering），進(jìn)行作品的渲染，您可將動畫以電腦影像的格式、或是序列靜態(tài)圖像的方式輸出。3DStudioMAX可以產(chǎn)生大部分行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的文件格式，您可以將輸出圖像設(shè)定成任意的分辨率。當(dāng)渲染完成后，還可以進(jìn)一步進(jìn)行圖像的后期（Post）特效處理，例如：耀光（G1ow）、模糊（B1ur）或顏色校正等。在廣告制作中，將動畫幀逐渲染后的序列靜態(tài)圖像導(dǎo)入到視頻非線性編輯系統(tǒng)中進(jìn)行后期編輯合成，最終輸出到錄像帶上。

第四章汽車自動變速器的建模過程

得到實(shí)體如下面用液力變矩器得建模過程說明一下三維建模的基本步驟和過程。欲最后下圖

圖4-1液力變矩器

把實(shí)體分為幾個部分，分別建立模型，然后虛擬裝配。如變矩器的前蓋后蓋都可以用草圖旋轉(zhuǎn)的方法得到。

圖4-2變矩器前蓋

圖4-3草圖繪制

圖4-4旋轉(zhuǎn)成型

在變矩器的建模過程中葉片的制作是比較難的部分其中要用到實(shí)體陣列，曲面造型。一下重點(diǎn)介紹

圖4-5變矩器葉片

編輯草圖

圖4-6曲面草圖

曲面拉伸

圖4-7拉伸曲面

面裁剪需要草圖作為裁剪對象

圖4-8面裁減草圖

曲面裁剪

圖4-9曲面裁減

得到了葉片下面用圓周陣列

圖4-10葉片陣列

圓周陣列需要一個實(shí)體作為陣列的軸心

圖4-11插入基準(zhǔn)軸

圓周陣列

圖4-12圓周陣列

其他模型的建立類似不贅述。

第五章汽車變速器的運(yùn)動仿真過程

5.1三維模型導(dǎo)入和編輯

圖5-1vrml格式導(dǎo)入

圖5-2參數(shù)選擇

實(shí)體導(dǎo)入成功

圖5-3導(dǎo)入成功

5.2動畫制作過程

調(diào)整視圖中的實(shí)體大小和位置。

圖5-4調(diào)整視圖位置

圖5-5調(diào)整視野

圖5-7調(diào)整部件位置

選中實(shí)體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)

圖5-8旋轉(zhuǎn)部件

隱藏實(shí)體

圖5-9自動關(guān)鍵幀

調(diào)整軸心設(shè)置關(guān)鍵

圖5-10生成關(guān)鍵幀

拖動生成關(guān)鍵幀

圖5-11對關(guān)鍵幀進(jìn)行操作

圖5-12生成動畫

第六章三維設(shè)計應(yīng)用的特點(diǎn)

6.1虛擬裝配

在變速箱撥叉機(jī)構(gòu)的設(shè)計過程中.體現(xiàn)三維設(shè)計的直觀和碰撞仿真的強(qiáng)大力量.撥叉的強(qiáng)度很容易保證,但是它的長度和運(yùn)動范圍在設(shè)計過程中很難一次確定,如果按一般的設(shè)計過程.粗定尺寸和運(yùn)動范圍,制造檢驗(yàn),重新設(shè)計.不僅浪費(fèi)材料更嚴(yán)重的是延長了產(chǎn)品的開發(fā)周期.如圖

圖6-1變速桿

在三維設(shè)計中就可以避免無謂的修改過程,再初次設(shè)計時我把尺寸設(shè)定的過小于至于不能和齒輪箱裝配,在虛擬裝配過程中我發(fā)現(xiàn)這個問題后,利用三維設(shè)計軟件的尺寸放大功能解決了這個問題如圖

圖6-2實(shí)體的等比例放大

6.2撥叉的運(yùn)動干涉

變速器的換檔撥叉,需要在變速箱內(nèi)運(yùn)動,如果形狀和大小選擇不當(dāng).必然其他部件(齒輪箱體)產(chǎn)生干涉.如圖

圖6-3撥叉運(yùn)動干涉

圖6-4撥叉運(yùn)動間隙

6.3變速器外殼設(shè)計

當(dāng)完成變速器內(nèi)部的設(shè)計后,需要為變速器加一個箱體.箱體的作用是支撐各個軸.并且完全密封防止外界物體進(jìn)入箱體內(nèi)部.其大小要符合變速器的要求內(nèi)部有足夠的空間,并且總的體積盡量小.如圖是變速器內(nèi)部的部件

圖6-5變速箱內(nèi)部機(jī)構(gòu)

在二維設(shè)計的時代箱體的設(shè)計是很頭痛的事情,要求對箱體各個部分定位準(zhǔn)確,并且要對內(nèi)部部件無干涉.這是一個需要反復(fù)多次的過程。

6.4對三維實(shí)體齒輪的靜力學(xué)分析

在solidworks中帶有cosmos插件.cosmos軟件是世界上最快的FEA軟件.我在本設(shè)計中對行星齒輪機(jī)構(gòu)的中心輪進(jìn)行了有限元靜力分析.三維設(shè)計建立的模型,為后來的CAMCAECAFA過程提供了便利.所以說只有三維設(shè)計才能真正的實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的信息化。

分析過程如下：

⑴在solidworks中建立齒輪的立體模型

圖6-6齒輪實(shí)體模型

⑵建立分析，并且對研究命名。這里的研究是一個名字，就是指一個研究的過程。

圖6-7建立研究

⑶對齒輪賦予材料

材料可以從材料庫中選擇，也可以自定義輸入。在材料的明細(xì)表中有材料的各種機(jī)械性能參數(shù)。

圖6-8選擇材料

⑷對齒輪填加約束

約束類型有固定，不固定不可移動，圓柱面，球面等。

圖6-9添加約束

⑸對齒輪填加載荷

圖6-10添加載荷

⑹把齒輪網(wǎng)格化

圖6-11實(shí)體網(wǎng)格化

⑺自動分析

圖6-13自動分析

⑻得到分析結(jié)果

軟件會自動生成分析報告，使我們都分析結(jié)果一目了然。這在二維設(shè)計的時代是無法想象的。只有三維設(shè)計，三維仿真使我們的設(shè)計從二維設(shè)計中解放出來，為工業(yè)知道的無紙化提供了必要條件。

圖6-14鍵槽變形

圖6-16設(shè)計檢查

圖6-15設(shè)計分析

圖6-17靜態(tài)位移

圖6-16靜態(tài)位移

圖6-17靜態(tài)應(yīng)變

圖6-19靜態(tài)應(yīng)力

第七章三維設(shè)計軟件選擇的經(jīng)濟(jì)分析

選購之前，要做好市場調(diào)研和系統(tǒng)分析工作。在選購過程中，應(yīng)先選軟件，后選硬件。硬件只能是服務(wù)于軟件。那種先買計算機(jī)后買軟件的做法已經(jīng)落伍了。在CAD選型中應(yīng)掌握如下基本原則：緊跟發(fā)展、合理配置。要緊跟三維CAD技術(shù)發(fā)展的潮流，這樣才能真正實(shí)現(xiàn)CAD的真正內(nèi)涵。CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢是網(wǎng)絡(luò)化、智能化、可視化和集成化。各種CAD軟件間各有其技術(shù)特色與專業(yè)分工，不像軟件供應(yīng)商所宣傳的那樣：小型軟件無所不能，大型軟件無所不包。這種宣傳誤導(dǎo)下容易造成小馬拉大車力不從心，大馬拉小車不能作到物盡其用，致使選型不當(dāng)、配置不合理。因此，只有在分清各種軟件的特點(diǎn)、分清不同功能配置上的差異的基礎(chǔ)上，才能做出科學(xué)的決策。有多少資金辦多少事。將資金最大效益化，爭取買到符合本單位實(shí)際情況、性能價格比最佳的軟件。在運(yùn)行節(jié)點(diǎn)與功能模塊的使用權(quán)的配置上，既要兼顧工作面的鋪開使多人參與應(yīng)用，又要保障各種工作流程可以配套進(jìn)行。

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附：科技文獻(xiàn)翻譯

FindinganAppropriateElectricalMachineforaFreePistonGenerator

WaqasM.Arshad,ChandurSadarangani,ThomasB?ckstr?m&PeterThelin

Abstract

Thefree-pistongeneratorisanenergyconversiondevicethatintegratesacombustionengineandanelectricalgeneratorintoasingleunit.Inthiswaytheintermediarycrankshaftstagepresentinconventionalhybridtopologiesiseliminated.Thishasbenefitsinefficiency,weightreduction,robustness,variablecompressionoperation,self-startingandmulti-fuelpossibilities.Inthispaperthisconceptispresented.Expectedbenefitsanddrawbacksareoutlined,andresultsofaliteraturesurveyarepresented.Specificationsfortheelectricalmachineisoutlined(somefoundbysimulatingacombustionprocess).Somedifferentlinearelectricalmachinesareanalysedfortheiruseinthefree-pistongenerator.Inthisrespectinductionmachines,permanentmagnet(PM)machines,andsynchronous-reluctancemachineswereselectedandexamined.Itisfoundthatnoneofthemachinesfulfilsthesystemspecifications.Mostdifficultistoachieveaspecificpowerperformanceforthemachineof1kW/kg.ThePMmachinesarefoundtohavebetterperformancethantheinductionandsynchronousreluctancemachines.Theyexhibitnearsatisfactoryefficienciesbuttheytoohaveunacceptablespecificperformancefigures.Further,theyeitherhaveproblemswithhighertranslatormasses(flatandtubularPMmachines),orwithalowerpowerfactor(transverse-fluxPMmachines).TheairgapPMmachinesshowevenpoorercharacteristics.However,itisfoundthatmechanicalstressesarenotamajorproblemforanymachinetype.Thefindingsshowtheneedtolookforalternativeelectricalmachinearrangements(notdiscussedhere)andtoanalysethem.Atpresentthetasktofindanappropriateelectricalmachineforthefree-pistongeneratorseemsquitechallenging.Copyright_2002E