基于proe與ansys的奇瑞a516轎車變速器設(shè)計(jì)畢業(yè)論文_第1頁
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文檔簡介

黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)緒論1.1選題的目的和意義汽車變速器是汽車傳動(dòng)系的重要組成部分。由于汽油機(jī)額定轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的速度范圍很小,而復(fù)雜的使用條件則要求汽車的驅(qū)動(dòng)力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化,因此要用齒輪傳動(dòng)來適應(yīng)駕駛時(shí)車速的變化。變速器是傳動(dòng)系的主要部件,它的性能對(duì)整車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性以及乘坐舒適性等方面都有十分重要的影響。手動(dòng)機(jī)械變速器可以完全遵從駕駛者的意志,且結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)效率高、故障率相對(duì)較低、經(jīng)濟(jì)性好、環(huán)保性強(qiáng)、物美價(jià)廉,因此在市場(chǎng)上仍占有一席之地,開發(fā)手動(dòng)機(jī)械變速器也適應(yīng)當(dāng)代世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和需要。隨著科技的高速發(fā)展,節(jié)能與環(huán)境保護(hù)、應(yīng)用新型材料、高性能及低成本都可將作為汽車新型變速器的研究方向。1.1.1汽車變速器的設(shè)計(jì)要求汽車傳動(dòng)系是汽車的核心組成部分。其任務(wù)是調(diào)節(jié)、變換發(fā)動(dòng)機(jī)的性能,將動(dòng)力有效而經(jīng)濟(jì)地傳至驅(qū)動(dòng)車輪,以滿足汽車的使用要求[1]。變速器是完成傳動(dòng)系任務(wù)的重要部件,也是決定整車性能的主要部件之一。變速器的結(jié)構(gòu)要求對(duì)汽車的動(dòng)力性、燃料經(jīng)濟(jì)性、換檔操縱的可靠性與輕便性、傳動(dòng)平穩(wěn)性與效率等都有直接的影響。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,轎車變速器的設(shè)計(jì)趨勢(shì)是增大其傳遞功率與重量之比,并要求其具有更小的尺寸和良好的性能。在汽車變速器的設(shè)計(jì)工作開始之前,首先要根據(jù)變速器運(yùn)用的實(shí)際場(chǎng)合來對(duì)一些主要參數(shù)做出選擇。主要參數(shù)包括中心距、變速器軸向尺寸、軸的直徑、齒輪參數(shù)、各檔齒輪的齒數(shù)等。變速器的基本設(shè)計(jì)要求[2]:保證汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性;設(shè)置空檔,用來切斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪的傳輸;設(shè)置倒檔,使汽車能倒退行駛;換檔迅速、省力、方便;工作可靠,汽車行駛過程中,變速器不得有跳檔、亂檔,以及換檔沖擊等現(xiàn)象出現(xiàn);工作效率高,噪聲??;結(jié)構(gòu)簡單、方案合理;在滿載及沖擊載荷條件下,使用壽命長;除此之外,變速器還應(yīng)當(dāng)滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小、制造成本低、維修方便等要求。變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有兩種分類方法。根據(jù)前進(jìn)檔數(shù)分為:三檔變速器,四檔變速器,五檔變速器,多檔變速器。根據(jù)軸的形式分為:固定軸式,旋轉(zhuǎn)軸式。其中固定軸式又分為:兩軸式變速器,中間軸式變速器,雙中間軸式變速器,多中間軸式變速器。固定軸式應(yīng)用廣泛,其中兩軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的汽車上,中間軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的汽車上。旋轉(zhuǎn)軸式主要用于液力機(jī)械式變速器。1.1.2汽車變速器的發(fā)展現(xiàn)狀教練車都是手動(dòng)早期的汽車傳動(dòng)系,從發(fā)動(dòng)機(jī)到車輪之間的動(dòng)力傳遞形式是很簡單的,一般都采用皮革作襯墊的油浴離合器。汽車自動(dòng)變速器作為一種新型的傳動(dòng)器,最早是1939年由通用公司奧茲莫比爾部開發(fā)的。自20世紀(jì)40年代起人們就不遺余力地發(fā)展自動(dòng)變速器1940年奧茲莫比爾采用液力自動(dòng)變速器,這是在批量生產(chǎn)的美國汽車上最早采用的全自動(dòng)變速器,也是第一臺(tái)現(xiàn)代意義上的自動(dòng)變速器。1948年,自動(dòng)變速器已經(jīng)發(fā)展到與行星傳動(dòng)組成一體的液力變矩器。1983年,豐田汽車公司生產(chǎn)了A140E型自動(dòng)變速驅(qū)動(dòng)橋。這是第一種電控?fù)Q擋自動(dòng)變速器,開創(chuàng)了變速器發(fā)展的新趨勢(shì)。在我國上海通用汽車公司在其生產(chǎn)的別克轎車上裝備了4T65-E型電控自動(dòng)變速器,這是我國第一家汽車公司將自動(dòng)變速器作為標(biāo)準(zhǔn)裝備裝于轎車。世界最大的手動(dòng)變速器制造商德國ZF公司預(yù)測(cè)說,到2012年北美市場(chǎng)出售的汽車中將只有6%是手動(dòng)擋,歐洲與美國的情況不同,有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè),到2013年歐洲有52%的汽車還是手動(dòng)擋,配備自動(dòng)手動(dòng)的變速器將只有10%,配備無級(jí)變速器的將占2%,配備雙離合變速器的將占16%,歐洲人崇尚節(jié)能環(huán)保,喜歡開小型車,更青睞手動(dòng)變速器的經(jīng)濟(jì)燃油性。而在日本變速器市場(chǎng),CVT的市場(chǎng)占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。在我國,雖然自動(dòng)變速器以及無級(jí)變速器已非常的普遍,但是大多數(shù)年中高檔的汽車是不會(huì)輕易放棄手動(dòng)變速器的。另外,現(xiàn)在在我國的汽車駕校中,變速器的,除了經(jīng)濟(jì)適用輕的司機(jī)還是崇尚手動(dòng),尤其是喜歡超車時(shí)手動(dòng)變速帶來的那種快感,所以一些之外,關(guān)鍵是能夠讓學(xué)員打好基礎(chǔ)以及鍛煉駕駛協(xié)調(diào)性。1.2設(shè)計(jì)的內(nèi)容及方法本次設(shè)計(jì)的變速器是在原有奇瑞A516的變速器的基礎(chǔ)上,在給定發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及最高車速、最大爬坡度等條件下,主要完成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),并繪制出變速器裝配圖及主要零件的零件圖。1、對(duì)變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析與選擇通過比較兩軸和中間軸式變速器各自的優(yōu)缺點(diǎn),以及所設(shè)計(jì)車輛的特點(diǎn),確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置形式。2、變速器主要參數(shù)的選擇變速器主要參數(shù)的選擇:檔數(shù)、傳動(dòng)比、中心距、齒輪參數(shù)等。3、變速器齒輪強(qiáng)度的校核變速器齒輪強(qiáng)度的校核主要對(duì)變速器的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。4、軸的基本尺寸的確定及強(qiáng)度計(jì)算。對(duì)于軸的強(qiáng)度計(jì)算則是對(duì)軸的剛度和強(qiáng)度分別進(jìn)行校核。5、軸承的選擇與壽命計(jì)算。對(duì)變速器軸的支撐部分選用圓錐磙子軸承,壽命計(jì)算是按汽車的大修里程來衡量,轎車的為30萬公里。本次設(shè)計(jì)主要是查閱近幾年來有關(guān)國內(nèi)外變速器設(shè)計(jì)的文獻(xiàn)資料,結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識(shí),在老師的正確指導(dǎo)下進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過比較不同方案和方法選取最佳方案進(jìn)行設(shè)計(jì),計(jì)算變速器的齒輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)并對(duì)其進(jìn)行校核計(jì)算;同時(shí)對(duì)同步器、換檔操縱機(jī)構(gòu)等結(jié)構(gòu)件進(jìn)行分析設(shè)計(jì);另外,對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)變速器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)、完善。6、設(shè)計(jì)流程圖。圖1.1設(shè)計(jì)流程圖變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與操縱機(jī)構(gòu)的布置2.1變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案機(jī)械式變速器具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)效率高、制造成本底和工作可靠等優(yōu)點(diǎn),故在不同形式的汽車上得到廣泛應(yīng)用。2.1.1變速器傳動(dòng)方案分析與選擇機(jī)械式變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案主要有兩種:兩軸式變速器和中間軸式變速器。其中兩軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的汽車上。與中間軸式變速器相比,它具有軸和軸承數(shù)少,結(jié)構(gòu)簡單、輪廓尺寸小、易布置等優(yōu)點(diǎn)。此外,各中間檔因只經(jīng)一對(duì)齒輪傳遞動(dòng),故傳動(dòng)效率高,同時(shí)噪聲小。但兩軸式變速器不能設(shè)置直接檔,所以在工作時(shí)齒輪和軸承均承載,工作噪聲增大且易損壞,受結(jié)構(gòu)限制其一檔速比不能設(shè)計(jì)的很大。其特點(diǎn)是:變速器輸出軸與主減速器主動(dòng)齒輪做成一體,發(fā)動(dòng)機(jī)縱置時(shí)直接輸出動(dòng)力。而中間軸式變速器多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)的汽車上。其特點(diǎn)是:變速器一軸后端與常嚙合齒輪做成一體絕大多數(shù)方案的第二軸與一軸在同一條直線上,經(jīng)嚙合套將它們連接后可得到直接檔,使用直接檔變速器齒輪和軸承及中間軸不承載,此時(shí)噪聲低,齒輪、軸承的磨損減少。對(duì)不同類型的汽車,具有不同的傳動(dòng)系檔位數(shù),其原因在于它們的使用條件不同、對(duì)整車性能要求不同、汽車本身的比功率不同[5]。而傳動(dòng)系的檔位數(shù)與汽車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性有著密切的聯(lián)系。就動(dòng)力性而言,檔位數(shù)多,增加了發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)揮最大功率附近高功率的機(jī)會(huì),提高了汽車的加速和爬坡能力。就燃油經(jīng)濟(jì)性而言,檔位數(shù)多,增加了發(fā)動(dòng)機(jī)在低燃油消耗率區(qū)下作的能力,降低了油耗。從而能提高汽車生產(chǎn)率,降低運(yùn)輸成木。不過,增加檔數(shù)會(huì)使變速器機(jī)構(gòu)復(fù)雜和質(zhì)量增加,軸向尺寸增大、成本提高、操縱復(fù)雜。綜上所述,由于此次設(shè)計(jì)的君威2.0變速器是中檔轎車變速器,驅(qū)動(dòng)形式屬于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng),且可布置變速器的空間較小,對(duì)變速器的要求較高,要求運(yùn)行噪聲小,設(shè)計(jì)車速高,故選用二軸式變速器作為傳動(dòng)方案。選擇5檔變速器,并且五檔為超速檔。2.1.2倒檔布置方案常見的倒檔布置方案如圖2.1所示。圖2.1b方案的優(yōu)點(diǎn)是倒檔利用了一檔齒輪,縮短了中間軸的長度。但換檔時(shí)有兩對(duì)齒輪同時(shí)進(jìn)入嚙合,使換檔困難;圖2.1c方案能獲得較大的倒檔傳動(dòng)比,缺點(diǎn)是換檔程序不合理;圖2.1d方案對(duì)2.1c的缺點(diǎn)做了修改;圖2.1e所示方案是將一、倒檔齒輪做成一體,將其齒寬加長;圖2.1f所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合的齒輪,換檔換更為輕便。綜合考慮以上因素,為了換檔輕便,減小噪聲,倒檔傳動(dòng)采用圖2.1f所示方案。圖2.1倒檔布置方案2.1.3零部件結(jié)構(gòu)方案分析1、齒輪形式變速器用齒輪有直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪兩種。直齒圓柱齒輪主要用于一檔、倒檔齒輪,與直齒圓柱齒輪相比,斜齒圓柱齒輪有使用壽命長、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作噪聲低等優(yōu)點(diǎn),所以本設(shè)計(jì)全部選用斜齒輪。變速器齒輪可以與軸設(shè)計(jì)為一體或與軸分開,然后用花鍵、過盈配合或者滑動(dòng)支承等方式之一與軸連接。齒輪尺寸小又與軸分開,其內(nèi)徑直徑到齒根圓處的厚度(圖2.2)影響齒輪強(qiáng)度[6]。要求尺寸應(yīng)該大于或等于輪齒危險(xiǎn)斷面處的厚度。為了使齒輪裝在軸上以后,保持足夠大的穩(wěn)定性,齒輪輪轂部分的寬度尺寸,在結(jié)構(gòu)允許條件下應(yīng)盡可能取大些,至少滿足尺寸要求:(2.1)式中:——花鍵內(nèi)徑。為了減小質(zhì)量,輪輻處厚度應(yīng)在滿足強(qiáng)度條件下設(shè)計(jì)得薄些。圖2.2中的尺寸可取為花鍵內(nèi)徑的1.25~1.40倍。圖2.2變速器齒輪尺寸控制圖齒輪表面粗糙度數(shù)值降低,則噪聲減少,齒面磨損速度減慢,提高了齒輪壽命。變速器齒輪齒面的表面粗糙度應(yīng)在μm范圍內(nèi)選用。要求齒輪制造精度不低于7級(jí)。2、變速器軸變速器軸多數(shù)情況下經(jīng)軸承安裝在殼體的軸承孔內(nèi)。當(dāng)變速器中心距小,在殼體的同一端面布置兩個(gè)滾動(dòng)軸承有困難時(shí),輸出軸可以直接壓入殼體孔中,并固定不動(dòng)。用移動(dòng)齒輪方式實(shí)現(xiàn)換檔的齒輪與軸之間,應(yīng)選用矩形花鍵連接,以保證良好的定心和滑動(dòng)靈活,而且定心外徑及矩形花鍵齒側(cè)的磨削比漸開線花鍵要容易[7]。兩軸式變速器輸入軸和中間軸式變速器中間軸上的高檔齒輪,通過軸與齒輪內(nèi)孔之間的過盈配合和鍵固定在軸上。兩軸式變速器的輸出軸和中間軸式變速器的第二軸上的常嚙合齒輪副的齒輪與軸之間,常設(shè)置有滾針軸承、滑動(dòng)軸承,少數(shù)情況下齒輪直接裝在軸上。此時(shí),軸的表面粗糙度不應(yīng)低與μm,硬度不低于58~63HRC。因漸開線花鍵定位性能良好,承載能力大且漸開線花鍵的齒短,小徑相對(duì)增大能提高軸的剛度,所以軸與同步器上的軸套常用漸開線花鍵連接。倒檔軸為壓入殼體孔中并固定不動(dòng)的光軸,并由螺栓固定。由上述可知,變速器的軸上裝有軸承、齒輪、齒套等零件,有的軸上又有矩形或漸開線花鍵,所以設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮裝配上的可能,而且應(yīng)當(dāng)可以順利拆裝軸上各零件。此外,還要注意工藝上的有關(guān)問題。3、變速器軸承的選擇變速器軸承常采用圓柱滾子軸承、球軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、滑動(dòng)軸套等。滾針軸承、滑動(dòng)軸承套主要用在齒輪與軸不是固定連接,并要求兩者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的地方[8]。變速器中采用圓錐滾子軸承雖然有直徑較小、寬度較大因而容量大、可承受高負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn),但也有需要調(diào)整預(yù)緊、裝配麻煩、磨損后軸易歪斜而影響齒輪正確嚙合的缺點(diǎn)。由于本設(shè)計(jì)的變速器為兩軸變速器,具有較大的軸向力,所以設(shè)計(jì)中變速器輸入軸、輸出軸的前、后軸承按直徑系列均選用圓錐滾子軸承。2.2變速器操縱機(jī)構(gòu)布置方案2.2.1概述根據(jù)汽車使用條件的需要,駕駛員利用操縱機(jī)構(gòu)完成選檔和實(shí)現(xiàn)換檔或退到空檔。變速器操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)滿足如下主要要求[9]:換檔時(shí)只能掛入一個(gè)檔位,換檔后應(yīng)使齒輪在全齒長上嚙合,防止自動(dòng)脫檔或自動(dòng)掛檔,防止誤掛倒檔,換檔輕便。變速器操縱機(jī)構(gòu)通常裝在頂蓋或側(cè)蓋內(nèi),也有少數(shù)是分開的。變速器操縱機(jī)構(gòu)操縱第二軸上的滑動(dòng)齒輪、嚙合套或同步器得到所需不同檔位。用于機(jī)械式變速器的操縱機(jī)構(gòu),常見的是由變速桿、撥塊、撥叉、變速叉軸及互鎖、自鎖和倒檔裝置等主要零件組成,并依靠駕駛員手力完成選檔、換檔或推到空檔工作,稱為手動(dòng)換檔變速器。1、直接操縱式手動(dòng)換檔變速器當(dāng)變速器布置在駕駛員座椅附近時(shí),可將變速桿直接安裝在變速器上,并依靠駕駛員手力和通過變速桿直接完成換檔功能的手動(dòng)換檔變速器,稱為直接操縱變速器。這種操縱方案結(jié)構(gòu)最簡單,已得到廣泛應(yīng)用。近年來,單軌式操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)用較多,其優(yōu)點(diǎn)是減少了變速叉軸,各檔同用一組自鎖裝置,因而使操縱機(jī)構(gòu)簡化,但它要求各檔換檔行程相等。2、遠(yuǎn)距離操縱手動(dòng)換檔變速器平頭式汽車或發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)汽車的變速器,受總體布置限制,變速器距駕駛員座位較遠(yuǎn),這時(shí)需要在變速桿與撥叉之間布置若干傳動(dòng)件,換檔手力經(jīng)過這些轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)才能完成換檔功能。這種手動(dòng)換檔變速器,稱為遠(yuǎn)距離操縱手動(dòng)換檔變速器。3、電動(dòng)自動(dòng)換檔變速器20世紀(jì)80年代以后,在固定軸式機(jī)械變速器基礎(chǔ)上,通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)和電子控制技術(shù),使之實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換檔,并取消了變速桿和離合器踏板。駕駛員只需控制油門踏板,汽車在行駛過程中就能自動(dòng)完成換檔,這種變速器成為電動(dòng)自動(dòng)換檔變速器[10]。由于所設(shè)計(jì)的變速器為兩軸變速器,采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng),變速器離駕駛員座椅較近,所以采用直接操縱式手動(dòng)換檔變速器。2.2.2典型的操縱機(jī)構(gòu)及其鎖定裝置圖2.3為典型的操縱機(jī)構(gòu)圖定位裝置的作用是將被嚙合件保持在一定位置上,并防止自動(dòng)嚙合和分離,一般采用彈簧和鋼球式機(jī)構(gòu)。1、換檔機(jī)構(gòu)變速器換檔機(jī)構(gòu)有直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套和同步器換檔三種形式。采用軸向滑動(dòng)直齒齒輪換檔,會(huì)在輪齒端面產(chǎn)生沖擊,齒輪端部磨損加劇并過早損壞,并伴隨著噪聲。因此,除一檔、倒檔外已很少使用。常嚙合齒輪可用移動(dòng)嚙合套換檔。因承受換檔沖擊載荷的接合齒齒數(shù)多,嚙合套不會(huì)過早被損壞,但不能消除換檔沖擊。目前這種換檔方法只在某些要求不高的檔位及重型貨車變速器上應(yīng)用。使用同步器能保證換檔迅速、無沖擊、無噪聲,而與操作技術(shù)的熟練程度無關(guān),從而提高了汽車的加速性、燃油經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性。同上述兩種換檔方法比較,雖然它有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大等缺點(diǎn),但仍然得到廣泛應(yīng)用。利用同步器或嚙合套換檔,其換檔行程要比滑動(dòng)齒輪換檔行程小。通過比較,考慮汽車的操縱性能,本設(shè)計(jì)全部檔位均選用同步器換檔。2、防脫檔設(shè)計(jì)互鎖裝置是保證移動(dòng)某一變速叉軸時(shí),其它變速叉軸互被鎖住,該機(jī)構(gòu)的作用是防止同時(shí)掛入兩檔,而使掛檔出現(xiàn)重大故障。常見的互鎖機(jī)構(gòu)有:(1)互鎖銷式圖2.4是汽車上用得最廣泛的一種機(jī)構(gòu),互鎖銷和頂銷裝在變速叉軸之間,用銷子的長度和凹槽來保證互鎖。圖2.4,a為空檔位置,此時(shí)任一叉軸可自由移動(dòng)。圖2.4,b、c、d為某一叉軸在工作位置,而其它叉軸被鎖住。圖2.4互鎖銷式互鎖機(jī)構(gòu)(2)擺動(dòng)鎖塊式圖2.5為擺動(dòng)鎖塊式互鎖機(jī)構(gòu)工作示意圖,鎖塊用同心軸螺釘安裝在殼體上,并可繞螺釘軸線自由轉(zhuǎn)動(dòng),操縱桿的撥頭置于鎖塊槽內(nèi),此時(shí),鎖塊的一個(gè)或兩個(gè)突起部分A檔住其它兩個(gè)變速叉軸槽,保證換檔時(shí)不能同時(shí)掛入兩檔。(3)轉(zhuǎn)動(dòng)鉗口式圖2.6為與上述鎖塊機(jī)構(gòu)原理相似的轉(zhuǎn)動(dòng)鉗口式互鎖裝置。操縱桿撥頭置于鉗口中,鉗形板可繞A軸轉(zhuǎn)動(dòng)。選檔時(shí)操縱桿轉(zhuǎn)動(dòng)鉗形板選入某一變速叉軸槽內(nèi),此時(shí)鉗形板的一個(gè)或兩個(gè)鉗爪抓住其它兩個(gè)變速叉,保證互鎖作用[11]。圖2.5擺動(dòng)鎖塊式互鎖機(jī)構(gòu)圖2.6轉(zhuǎn)動(dòng)鉗口式互鎖機(jī)構(gòu)操縱機(jī)構(gòu)還應(yīng)設(shè)有保證不能誤掛倒檔的機(jī)構(gòu)。通常是在倒檔叉或叉頭上裝有彈簧機(jī)構(gòu),使司機(jī)在換檔時(shí)因有彈簧力作用,產(chǎn)生明顯的手感。鎖止機(jī)構(gòu)還包括自鎖、倒檔鎖兩個(gè)機(jī)構(gòu)。自鎖機(jī)構(gòu)的作用是將滑桿鎖定在一定位置,保證齒輪全齒長參加嚙合,并防止自動(dòng)脫檔和掛檔。自鎖機(jī)構(gòu)有球形鎖定機(jī)構(gòu)與桿形鎖定機(jī)構(gòu)兩種類型。倒檔鎖的作用是使駕駛員必須對(duì)變速桿施加更大的力,方能掛入倒檔,起到提醒注意的作用,以防誤掛倒檔,造成安全事故。本次設(shè)計(jì)屬于前置前輪驅(qū)動(dòng)的轎車,操縱機(jī)構(gòu)采用直接操縱方式,鎖定機(jī)構(gòu)全部采用,即設(shè)置自鎖、互鎖、倒檔鎖裝置。采用自鎖鋼球來實(shí)現(xiàn)自鎖,通過互鎖銷實(shí)現(xiàn)互鎖。倒檔鎖采用限位彈簧來實(shí)現(xiàn),使駕駛員有感覺,防止誤掛倒檔。2.3本章小結(jié)本章主要介紹了變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)的類型,分析了各類型機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn),并針對(duì)所設(shè)計(jì)的變速器的類型、特點(diǎn)、及功用,對(duì)變速器的傳動(dòng)方式、操縱機(jī)構(gòu)的布置方式、及主要零件的形式,做出了初步的選擇,為后期的設(shè)計(jì)工作打下基礎(chǔ)。變速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1變速器主要參數(shù)的選擇本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在給定主要整車參數(shù)的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì),奇瑞A516整車主要技術(shù)參數(shù)如表3.1所示:表3.1奇瑞A516MT整車主要技術(shù)參數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率87.5kw車輪型號(hào)195/55R185V發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩147N·m最大功率時(shí)轉(zhuǎn)速6150r/min最大轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)速4300r/min最高車速185km/h總質(zhì)量1290kg變速器形式手動(dòng)五檔3.1.1檔數(shù)近年來,為了降低油耗,變速器的檔數(shù)有增加的趨勢(shì)。目前,乘用車一般用4~5個(gè)檔位的變速器。發(fā)動(dòng)機(jī)排量大的乘用車變速器多用5個(gè)檔。商用車變速器采用4~5個(gè)檔或多檔。載質(zhì)量在2.0~3.5t的貨車采用五檔變速器,載質(zhì)量在4.0~8.0t的貨車采用六檔變速器。多檔變速器多用于總質(zhì)量大些的貨車和越野汽車上。檔數(shù)選擇的要求:(1)相鄰檔位之間的傳動(dòng)比比值在1.8以下。(2)高檔區(qū)相鄰檔位之間的傳動(dòng)比比值要比低檔區(qū)相鄰檔位之間的比值小。因此,本次設(shè)計(jì)的轎車變速器為5檔變速器。3.1.2傳動(dòng)比范圍變速器傳動(dòng)比范圍是指變速器最高檔與最低檔傳動(dòng)比的比值。最高檔通常是直接檔,傳動(dòng)比為1.0;有的變速器最高檔是超速檔,傳動(dòng)比為0.7~0.8。影響最低檔傳動(dòng)比選取的因素有:發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速所要求的汽車最大爬坡能力、驅(qū)動(dòng)輪與路面間的附著力、主減速比和驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑以及所要求達(dá)到的最低穩(wěn)定行駛車速等。目前乘用車的傳動(dòng)比范圍在3.0~4.5之間,總質(zhì)量輕些的商用車在5.0~8.0之間,其它商用車則更大。本設(shè)計(jì)最高檔傳動(dòng)比為0.77。3.1.3變速器各檔傳動(dòng)比的確定1、主減速器傳動(dòng)比的確定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與汽車行駛速度之間的關(guān)系式為[12]:(3.1)mmrad輸出軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計(jì)算:輸出軸上作用力與輸入軸上作用力大小相等,方向相反。已知:a=150mm;b=111mm;L=261mm;d=35mm,把有關(guān)數(shù)據(jù)代入(3.23)、(3.24)、(3.25)得到:mmmmmmmm五檔工作時(shí):NNN輸入軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計(jì)算:已知:a=166mm;b=95mm;L=261mm;d=60mm,把有關(guān)數(shù)據(jù)代入(3.23)、(3.24)、(3.25)得到:mmmmmmrad輸出軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計(jì)算:輸出軸上作用力與輸入軸上作用力大小相等,方向相反。已知:a=166mm;b=95mm;L=261mm;d=35mm,把有關(guān)數(shù)據(jù)代入(3.23)、(3.24)、(3.25)得到:mmmmmmmm倒檔工作時(shí):NNN輸入軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計(jì)算:已知:a=216mm;b=45mm;L=261mm;d=30mm,把有關(guān)數(shù)據(jù)代入(3.23)、(3.24)、(3.25)得到:mmmmmmmm輸出軸的撓度和轉(zhuǎn)角的計(jì)算:輸出軸上作用力與輸入軸上作用力大小相等,方向相反。已知:a=216mm;b=45mm;L=261mm;d=30mm,把有關(guān)數(shù)據(jù)代入(3.23)、(3.24)、(3.25)得到:mmmmmmmm由以上可知道,變速器在各檔工作時(shí)均滿足剛度要求。3.4.2軸的強(qiáng)度計(jì)算變速器在一檔工作時(shí):對(duì)輸入軸校核:計(jì)算輸入軸的支反力:NNN已知:a=25mm;b=236mm;L=261mm;d=30mm1、垂直面內(nèi)支反力對(duì)B點(diǎn)取矩,由力矩平衡可得到C點(diǎn)的支反力,即:(3.26)將有關(guān)數(shù)據(jù)代入(3.26)式,解得:=2932.04N同理,對(duì)A點(diǎn)取矩,由力矩平衡公式可解得:2、水平面內(nèi)的支反力由力矩平衡和力的平衡可知:(3.27)(3.28)將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入(3.27)、(3.28)兩式,得到:3、計(jì)算垂直面內(nèi)的彎矩B點(diǎn)的最大彎矩為:N·mmN·mmN·mmB點(diǎn)的最小彎矩為:N·mm4、計(jì)算水平面內(nèi)的彎矩N·mm5、計(jì)算合成彎矩N·mmN·mm軸上各點(diǎn)彎矩如圖3.6所示:作用在齒輪上的徑向力和軸向力,使軸在垂直面內(nèi)彎曲變形,而圓周力使軸在水平面內(nèi)彎曲變形。在求取支點(diǎn)的垂直面和水平面內(nèi)的支反力之后,計(jì)算相應(yīng)的彎矩、。軸在轉(zhuǎn)矩和彎矩的同時(shí)作用下,其應(yīng)力為(3.29)式中:(N.m);——軸的直徑(mm),花鍵處取內(nèi)徑;——抗彎截面系數(shù)(mm3)。將數(shù)據(jù)代入(3.29)式,得:MPaMPa在低檔工作時(shí),400MPa,符合要求。圖3.6輸入軸的彎矩圖對(duì)輸出軸校核:計(jì)算輸出軸的支反力:齒輪受力如下:NNN已知:a=25mm;b=236mm;L=261mm;d=30mm,c=50mm主動(dòng)錐齒輪的受力分析:(3.30)式中:——發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩;——錐齒輪齒寬中點(diǎn)處的直徑;——一檔傳動(dòng)比。NNN1、垂直面內(nèi)支反力對(duì)A點(diǎn)取矩,由力矩平衡可得到C點(diǎn)的支反力,即:(3.31)將有關(guān)數(shù)據(jù)代入(3.31)式,解得:=998.39N同理,對(duì)C點(diǎn)取矩,由力矩平衡公式:,可解得:N2、水平面內(nèi)的支反力由力矩平衡和力的平衡可知:(3.32)(3.33)將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入(3.32)、(3.33)兩式,得到:N,N3、計(jì)算垂直面內(nèi)的彎矩A點(diǎn)的彎矩為:N·mmB點(diǎn)的彎矩為:N·mmN·mmN·mmD點(diǎn)彎矩為:N·mm4、計(jì)算水平面內(nèi)彎矩:A點(diǎn)的彎矩為:N·mmB點(diǎn)的彎矩為:N·mmN·mm5、計(jì)算合成彎矩N·mmN·mmN·mm軸上各點(diǎn)彎矩如圖3.7所示:圖3.7輸出軸彎矩圖把以上數(shù)據(jù)代入(3.29),得:MPaMPaMPa在低檔工作時(shí),400MPa,符合要求。3.5軸承選擇與壽命計(jì)算軸承的使用壽命可按汽車以平均速度行駛至大修前的總行駛里程S來計(jì)算,對(duì)于汽車軸承壽命的要求是轎車30萬公里,貨車和大客車25萬公里。式中,,h3.5.1輸入軸軸承的選擇與壽命計(jì)算初選軸承型號(hào)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇30305型號(hào)軸承KN,KN。1、變速器一檔工作時(shí)N,N軸承的徑向載荷:=2932.04N;N軸承內(nèi)部軸向力:查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得:Y=2NNN所以NN計(jì)算軸承當(dāng)量動(dòng)載荷查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得到,查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得到;,查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得到當(dāng)量動(dòng)載荷:NN為支反力。h表3.4變速器各檔的相對(duì)工作時(shí)間或使用率車型檔位數(shù)最高檔傳動(dòng)比/%變速器檔位ⅠⅡⅢⅣⅤ轎車普通級(jí)以下3113069410.532076.54<1182368中級(jí)以上3112277410.5210.5874<10.532076.5510.52418.5755<10.521557.525查表3.4可得到該檔的使用率,所以:h所以軸承壽命滿足要求。3.5.2輸出軸軸承的選擇與壽命計(jì)算初選軸承型號(hào)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇軸承型號(hào)為:右軸承采用30305型號(hào)KN,KN左軸承采用30210型號(hào)KN,KN變速器一檔工作時(shí):一檔齒輪上力為:N,N錐齒輪上的力:NNN軸承的徑向載荷:=1346.03N;N軸承內(nèi)部軸向力:查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得:Y=2NNN所以NN2、計(jì)算軸承當(dāng)量動(dòng)載荷查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得到,查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得到:;,查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得到:當(dāng)量動(dòng)載荷:NNh查表3.4可得到該檔的使用率,于是h所以軸承壽命滿足要求。3.6本章小結(jié)本章主要對(duì)變速器的主要參數(shù)進(jìn)行了選擇,基本上完成了變速器主要尺寸的計(jì)算;同時(shí)對(duì)變速器各檔齒輪進(jìn)行彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度校核、對(duì)輸入軸、輸出軸的基本尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì);完成了軸的剛度和強(qiáng)度校核,以及完成了各軸軸承校核。變速器同步器的設(shè)計(jì)同步器有常壓式、慣性式和慣性增力式三種。常壓式同步器結(jié)構(gòu)雖然簡單,但有不能保證嚙合件在同步狀態(tài)下(即角速度相等)換擋的缺點(diǎn),現(xiàn)已不用。得到廣泛應(yīng)用的是慣性式同步器。慣性式同步器中有鎖銷式、鎖環(huán)式、滑塊式、多片式、和多錐式幾種。鎖銷式同步器鎖銷式同步器結(jié)構(gòu)圖5.1所示鎖銷式同步器的摩擦元件是同步環(huán)2和齒輪3上的凸肩部分,分別在它們的內(nèi)圈和外圈設(shè)計(jì)有相互接觸的錐形摩擦面。鎖止元件位于滑動(dòng)齒套1的圓盤部分孔中做出的錐形肩角和裝在上述孔中、在中部位置處有相同角度的斜面鎖銷4。鎖銷與同步環(huán)2剛性連接。彈性元件是位于滑動(dòng)齒套1圓盤部分徑向孔中的彈簧7。在空擋位置,鋼球5在彈簧壓力作用下處在銷6的凹槽中,使之保持滑動(dòng)齒套與同步環(huán)之間沒有相對(duì)的移動(dòng)。在慣性式同步器中,彈性元件的重要性僅次于摩擦元件和鎖止元件,它用來使有關(guān)部分保持在中立位置的同時(shí),又不妨礙鎖止、解除鎖止和完成換擋的進(jìn)行。鎖銷式同步器工作原理同步器換擋過程由三個(gè)階段組成。第一階段,同步器離開中間位置,作軸向移動(dòng)并靠在摩擦面上。摩擦面相互接觸瞬間,如圖4.1所示,由于齒輪3的角速度和滑動(dòng)齒套1的角速度不同,在摩擦力矩作用下瑣銷4相對(duì)滑動(dòng)齒套1轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)不大的角度,并占據(jù)圖上所示的鎖止位置。此時(shí)鎖止面接觸,阻止了滑動(dòng)齒套向換擋方向移動(dòng)。第二階段,來自手柄傳至換擋撥叉并作用在滑動(dòng)齒套上的力F,經(jīng)過鎖止元件又作用到摩擦面上。由于和不等,在上述表面產(chǎn)生摩擦力。滑動(dòng)齒套1和齒輪3分別與整車和變速器輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)零件相連。于是,在摩擦力矩作用下,滑動(dòng)齒套1和齒輪3的轉(zhuǎn)速逐漸接近,其角速度差=|-|減小了。在=0瞬間同步過程結(jié)束。第三階段,=0,摩擦力矩消失,而軸向力F仍作用在鎖止元件上,使之解除鎖止?fàn)顟B(tài),此時(shí)滑動(dòng)齒套和鎖削上的斜面相對(duì)移動(dòng),從而使滑動(dòng)齒套占據(jù)了換擋位置。鎖銷式同步器的優(yōu)點(diǎn)是零件數(shù)量少,摩擦錐面平均半徑較大,使轉(zhuǎn)矩容量增加。這種同步器軸向尺寸長是它的缺點(diǎn)。鎖銷式同步器多用于中、重型貨車的變速器中。1-滑動(dòng)齒套2-同步環(huán)3-齒輪4-鎖銷5-鋼球6-銷7-彈簧圖4.1鎖銷式同步器結(jié)構(gòu)方案鎖環(huán)式同步器鎖環(huán)式同步器結(jié)構(gòu)如圖4.2鎖環(huán)式同步器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是同步器的摩擦元件位于鎖環(huán)1或4和齒輪5或8凸肩部分的錐形斜面上。作為鎖止元件是做在鎖環(huán)1或4上的齒輪和做在嚙合套7上的齒的端部,且端部均為斜面稱為鎖止面。彈性元件是位于嚙合套座兩側(cè)的彈簧圈。彈簧圈將置于嚙合套座花鍵上中部呈凸起狀的滑塊壓向嚙合套。在不換擋的中間位置,滑塊凸起部分嵌入嚙合套中部的內(nèi)環(huán)槽中,使同步器用來換檔的零件保持在中立位置上?;瑝K兩端伸入鎖環(huán)缺口內(nèi),而缺口的尺寸要比滑塊寬一個(gè)接合齒。鎖環(huán)式同步器工作原理換擋時(shí),沿軸向作用在嚙合套上的換擋力,推嚙合套并帶動(dòng)滑塊和鎖環(huán)移動(dòng),直至鎖環(huán)錐面與被接合、齒輪上的錐面接觸為止。之后,因作用在錐面上的法向力與兩錐面之間存在角速度,致使在錐面上作用有摩擦力矩,它使鎖環(huán)相對(duì)嚙合套和滑塊轉(zhuǎn)過一個(gè)角度,并由滑塊予以定位。接下來,嚙合套的齒端與鎖環(huán)齒端的鎖止面接觸(圖4.3a),使嚙合套的移動(dòng)受阻,同步器處在鎖止?fàn)顟B(tài),換擋的第一階段工作至此已完成。換擋力將鎖環(huán)繼續(xù)壓靠在錐面上,并使摩擦力矩增大,與此同時(shí)在鎖止面處作用有與之方向相反的撥環(huán)力矩。齒輪與鎖環(huán)的角速度逐漸接近,在角速度相等的瞬間,同步過程結(jié)束,完成了換擋過程的第二階段工作。之后,摩擦力矩隨之消失,而圖4.2鎖環(huán)式同步器1、4—鎖環(huán)2—滑塊3—彈簧圈5、8—齒輪6—嚙合套座7—嚙合套撥環(huán)力矩使鎖環(huán)回位,兩鎖止面分開,同步器解除鎖止?fàn)顟B(tài),嚙合套上的接合齒在換擋力作用下通過鎖環(huán)去與齒輪上的接合齒嚙合(圖4.3b)完成同步換擋。圖4.3鎖環(huán)式同步器工作原理a)同步器鎖止位置b)同步器換擋位置1—鎖環(huán)2—嚙合套3—嚙合套上的接合齒4—滑塊鎖環(huán)式同步器有工作可靠,零件耐用等優(yōu)點(diǎn),但因結(jié)構(gòu)布置上的限制,轉(zhuǎn)矩容量不大,而且由于鎖止面在鎖環(huán)的接合齒上,會(huì)因齒端磨損而失效,因而主要用于乘用車和總質(zhì)量不大的貨車變速器中。鎖環(huán)式同步器主要尺寸的確定(1)接近尺寸b同步器換擋第一階段中間,在滑塊側(cè)面壓在鎖環(huán)缺口側(cè)邊的同時(shí),且嚙合套相對(duì)滑塊作軸向移動(dòng)前,嚙合套接合齒與鎖環(huán)接合齒倒角之間的軸向距離b(圖4.4),稱為接近尺寸。尺寸b應(yīng)大于零,取b=0.2~0.3mm。(2)分度尺寸a滑塊側(cè)面與鎖環(huán)缺口側(cè)邊接觸時(shí),嚙合套接合齒與鎖環(huán)接合齒中心線間的距a(圖4.4),稱為分度尺寸。尺寸a應(yīng)等于1/4接合齒齒距。尺寸a和b是保證同步器處于正確鎖止位置的重要尺寸,應(yīng)予以控制。(3)滑塊轉(zhuǎn)動(dòng)距離c(圖4.5)滑塊在鎖環(huán)缺口內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)距離c影響分度尺寸a?;瑝K寬度d、滑塊轉(zhuǎn)動(dòng)距離c與缺口寬度尺寸E之間的關(guān)系如下E=d+2c(4.1)圖4.4接近尺寸和分度尺寸1—嚙合套接合齒2—滑塊3—鎖環(huán)4—齒輪接合齒滑塊轉(zhuǎn)動(dòng)距離c與接合齒齒距t的關(guān)系如下c(4.2)式中,為滑塊軸向移動(dòng)后的外半徑(即鎖環(huán)缺口外半徑);為接合齒分度圓半徑。(4)滑塊端隙滑塊端隙系指滑塊端面與鎖環(huán)缺口端面之間的間隙,如圖5.6所示,同時(shí),嚙合套端面與鎖環(huán)端面的間隙為,要求>。若<,則換擋時(shí),在摩擦錐面尚未接觸時(shí),嚙合套接合齒與鎖環(huán)接合齒的鎖止面已位于接觸位置,即接近尺寸b<0,此刻因鎖環(huán)浮動(dòng),摩擦面處無摩擦力矩作用,致使嚙合套可以通過同步環(huán),而使同步器失去鎖止作用。為保證b>0,應(yīng)使>,通常取=0.5mm左右。鎖環(huán)端面與齒輪接合齒端面應(yīng)留有間隙(圖4.6),并可稱之為后備行程。預(yù)留后備行程的原因是鎖環(huán)的摩擦面會(huì)因摩擦而磨損,并在接下來的換擋時(shí),鎖環(huán)要向齒輪方向增加少量移動(dòng)。隨著磨損的增加,這種移動(dòng)量也逐漸增多,導(dǎo)致間隙逐漸減少,直至為零;此后,兩摩擦錐面間會(huì)在這種狀態(tài)下出現(xiàn)間隙和失去摩擦力矩。而此刻,若鎖環(huán)上的摩擦錐面還未達(dá)到許用磨損的范圍,同步器也會(huì)因失去摩擦力矩而不能實(shí)現(xiàn)鎖環(huán)等零件與齒輪同步后換擋,故屬于因設(shè)計(jì)不當(dāng)而影響同步器壽命。一般應(yīng)取=1.2~2.0mm。在空擋位置,鎖環(huán)錐面的軸向間隙應(yīng)保持在0.2~0.5mm。圖4.5滑塊轉(zhuǎn)動(dòng)距離1—嚙合套2—鎖環(huán)3—滑塊4—鎖環(huán)缺口圖4.6滑塊端隙4.3本章小結(jié)本章主要介紹了同步器的幾種形式,并著重介紹了慣性式同步器的鎖銷式同步器和鎖環(huán)式同步器,對(duì)它們的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了介紹,最后對(duì)鎖環(huán)式同步器主要尺寸如何確定進(jìn)行了簡單的介紹,確定了同步器的主要尺寸。第5章變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的三維設(shè)計(jì)5.1Pro/E軟件簡介Pro/E是美國PTC公司的產(chǎn)品,它較早把“特征”和“特征添加”的概念和方法運(yùn)用在三維模型的創(chuàng)建中,具有基于特征的全參數(shù)化的強(qiáng)大三維建模功能。當(dāng)前國內(nèi)大部分企業(yè)CAD技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,但也只是實(shí)現(xiàn)了輔助繪圖的目標(biāo)。因?yàn)镃AD是輔助設(shè)計(jì),既然是設(shè)計(jì)就不但要想到產(chǎn)品的機(jī)械模型,還應(yīng)該想到產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)加工等,只要這樣才能發(fā)揮CAD的真正作用。要真正做到這一點(diǎn),單憑二維CAD是不夠的,必須采用三維CAD才更加科學(xué)合理。與二維CAD相比三維CAD有其顯而易見的優(yōu)點(diǎn):(1)能建立與實(shí)物完全相同的數(shù)字樣機(jī);(2)輔助進(jìn)行復(fù)雜機(jī)構(gòu)與新產(chǎn)品設(shè)計(jì);(3)真正實(shí)現(xiàn)參數(shù)化驅(qū)動(dòng);(4)能自動(dòng)或方便的檢查數(shù)字樣機(jī)的干涉和間隙;(5)自動(dòng)生成工程圖;(6)自動(dòng)計(jì)算重量和重心;(7)提高設(shè)計(jì)效率;(8)為實(shí)現(xiàn)系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)提供便利條件;(9)數(shù)字模型為CAM/CAE提供了運(yùn)用基礎(chǔ);(10)提升企業(yè)技術(shù)水平與形象,便于與客戶交流。當(dāng)今比較流行的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件有Pro/E、UG、CATIA等,其中UG、CATIA的曲面造型能力比較強(qiáng)大,建模方式則更加靈活,尤其是CATIA,在航天業(yè)和汽車業(yè)很受青睞。而Pro/E是基于特征的全參數(shù)化軟件,采用的是單一數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),零件模型、裝配模型、制造模型工程圖之間是全相關(guān)的,一個(gè)地方的尺寸更改后,其他與之有繼承關(guān)系的模型中業(yè)會(huì)相應(yīng)更改,能夠?yàn)閰?shù)化驅(qū)動(dòng)提供很好的條件。而且Pro/E與各大分析、仿真軟件接口能力特別強(qiáng),如與ANSYS等軟件Pro/E都有專門的接口模塊與其實(shí)現(xiàn)無縫連接,具有良好的兼容性。相比較而言,Pro/E對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的要求沒有UG、CATIA的高,且具有復(fù)雜零件的實(shí)體造型、曲面設(shè)計(jì)、產(chǎn)品大裝配和裝配檢查的能力,為本課題的研究提供有利的條件。5.1.1變速器輸出軸模型的建立1、建立新文件單擊工具欄中的新建文件夾按鈕,在彈出的“新建”對(duì)話框中選擇“零件”單選按鈕,并取消“使用缺省模板”復(fù)選框,在“名稱”文本框輸入新建文件名tire。單擊“新建”對(duì)話框中的“確定”按鈕,進(jìn)入零件設(shè)計(jì)工作界面。2、使用拉伸工具建立輸出軸軸(1)單擊按鈕,打開拉伸特征操控板。各選項(xiàng)設(shè)置如下圖5.1;圖5.1輪胎基體拉伸特征操控板的設(shè)置(2)單擊按鈕,點(diǎn)擊編輯按鈕,選擇FRONT基準(zhǔn)面為草繪平面,RIGHT基準(zhǔn)面為視圖方向參照;(3)單擊“草繪”按鈕,進(jìn)入草繪工作環(huán)境。繪制如下圖5.2所示的拉伸截面;(4)單擊按鈕,返回拉伸特征操控版,單擊按鈕,完成拉伸特征的建立,如下圖5.3所示。圖5.2輸出軸基體的草繪圖5.3拉伸出輸出軸基體3、使用拉伸工具建立軸花鍵(1)單擊按鈕,打開拉伸特征操控版。各選項(xiàng)設(shè)置如圖5.4所示;圖5.4拉伸特征操控板的設(shè)置(2)單擊基準(zhǔn)按鈕,建立一個(gè)基準(zhǔn)面;(3)單擊“草繪”按鈕,進(jìn)入草繪工作環(huán)境。繪制如下圖5.5所示;(4)單擊按鈕,返回拉伸特征操控版,單擊按鈕,花鍵建立完成如圖5.6所示。圖5.5輸出軸花鍵的草繪圖5.6輸出軸花鍵5、重復(fù)軸拉伸和花鍵命令最后完成輸出軸圖5..8輸出軸5.1.2變速器輸入軸模型建立重復(fù)5.1.1拉伸命令建立輸出軸,如圖5.9所示。圖5.9輸入軸5.2變速器齒輪模型的建立(1)輸入齒輪的各項(xiàng)參數(shù):齒數(shù):tooths;模數(shù):mn;壓力角:angle;螺旋角:helix;變位系數(shù):xn;齒高變動(dòng)系數(shù):teeth_change_modulus;徑向間隙徑向間隙系數(shù):c_modulus;齒頂高系數(shù):ha_modulus;齒寬:teeth_width;齒厚等于齒槽寬的圓的直徑:dse;如圖5.10所示。(2)編輯齒輪關(guān)系式:見“軟件下載”區(qū);如圖5.11所示。圖5.10參數(shù)列表圖5.11關(guān)系列表(3)插入基準(zhǔn)曲線(草繪):FRONT平面作為草繪平面,繪制4個(gè)圓,圓的直徑分別設(shè)定為:da,db,df,dse;完成后如下圖5.12所示:圖5.12草繪平面圖5.13漸開線生成(4)插入基準(zhǔn)曲線(從方程):選取坐標(biāo)系后選柱坐標(biāo)選項(xiàng),輸入漸開線方程:/*柱坐標(biāo)

x=t*sqrt((dx/db)^2-1)

y=180/pi

r=0.5*db*sqrt(1+x^2)

theta=x*y-atan(x)

z=0點(diǎn)擊確定如圖5.13所示(5)創(chuàng)建拉伸特征(齒頂圓拉伸):FRONT平面為草繪平面,進(jìn)入草繪模式后按“使用邊”命令選取直徑等于da的圓創(chuàng)建拉伸截面,如圖5.14;圖5.14拉伸平面圖5.15基準(zhǔn)軸(6)插入基準(zhǔn)軸A_2:過柱面,選上面創(chuàng)建的柱面,完成如圖5.15:插入基準(zhǔn)點(diǎn)PNT0:用曲線相交選項(xiàng)創(chuàng)建基準(zhǔn)點(diǎn)如下圖5.16:圖5.16點(diǎn)PNTO圖5.17平面DTM1(8)插入基準(zhǔn)平面DTM1:穿過軸A_2,穿過點(diǎn)PNT0,完成如圖5.17:(9)復(fù)制第4步創(chuàng)建的漸開線:先以DTM1平面作為基準(zhǔn)鏡像,再旋轉(zhuǎn)360/tooths/2度,完成如圖5.18:圖5.19復(fù)制后的漸開線圖5.20DTM2、DTM3(10)插入基準(zhǔn)平面DTM2,DTM3:DTM1平面繞軸A_2旋轉(zhuǎn)360/tooths/4得到DTM2,再創(chuàng)建DTM2平面的法向平面并穿過軸A_2得到DTM3平面,如圖5.20所示:(11)創(chuàng)建掃描軌跡:A)插入基準(zhǔn)曲線:選DTM3平面作為草繪平面畫一段線與DTM2平面相交角度為helix;B)插入基準(zhǔn)曲線(投影)如圖5.21:圖5.21掃描軌跡圖5.22創(chuàng)建齒槽(12)用掃描創(chuàng)建齒槽:選取上面的投影線作為掃描軌跡,掃描截面:由兩根漸開線分別和齒根圓用倒圓角的方式創(chuàng)建,圓角半徑設(shè)為pf;完成后如圖5.22:(13)復(fù)制齒槽:如圖5.23:圖5.23復(fù)制齒槽圖5.24生成矩陣(14)組陣列齒槽,完成后如圖5.24:(15)剪切齒的兩端(各切掉3mm),完成后如5.25圖:圖5.25齒輪的生成5.3變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)模型的虛擬裝配5.3.1Pro/E基本裝配約束利用Pro/E裝配約束,可以制定一個(gè)元件相對(duì)于裝配體(組件)中其他元件(或裝配環(huán)境中基準(zhǔn)特征)的放置方式和位置。裝配約束的類型包括匹配(Mate)、對(duì)齊(Align)和插入(Insert)等。在Pro/E中,一個(gè)元件通過裝配約束添加到裝配體中后,它的位置會(huì)隨著與其有約束關(guān)系的元件的改變而相應(yīng)的改變,而且約束設(shè)置作為參數(shù)可隨時(shí)修改,并可與其他參數(shù)建立關(guān)系方程,這樣整個(gè)裝配體實(shí)際上是一個(gè)參數(shù)化的裝配體。1、主要裝配約束(1)匹配(Mate)約束可使裝配體中的兩個(gè)平面(表面或基準(zhǔn)平面)重合并且朝向相,也可以使兩個(gè)平面離開一定的距離。(2)對(duì)齊(Align)約束可使裝配體中的兩個(gè)平面(表面或基準(zhǔn)平面)重合并且朝向相同方向。也可以使兩條軸線同軸,或者使兩個(gè)點(diǎn)重合等特點(diǎn)。(3)插入(Insert)約束可使兩個(gè)裝配元件中的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)面的軸線重合等特點(diǎn)。2、裝配模型的一般創(chuàng)建過程(1)新建裝配文件選擇新建文件,單擊類型中組件按鈕,其他為默認(rèn)值。(2)裝配第一個(gè)零件選擇下拉菜單插入→元件→裝配命令。完成第一個(gè)零件的導(dǎo)入。(3)裝配第二個(gè)零件①引入第二個(gè)零件同上一步引入要裝配的第二個(gè)零件。②放置第二個(gè)零件前的準(zhǔn)備??赏ㄟ^裝配選項(xiàng)卡中的移動(dòng)命令,將零件放置在適合的位置,為添加零件間的約束做好準(zhǔn)備。移動(dòng)命令的操作界面如圖5.26所示。圖5.26裝配體移動(dòng)和約束選項(xiàng)卡③完全約束放置好的第二個(gè)零件。在放置界面的約束類型表框中,定義第二個(gè)元件與一個(gè)元件間的約束關(guān)系約束選項(xiàng)卡,如圖5.26所示。5.3.2變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的部分裝配圖和爆炸圖通過研究變速器的工作原理,同時(shí),還要考慮變速器軸和齒輪各部件間的配合關(guān)系,這些約束對(duì)變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性都有很大的影響。但是,在仿真過程中我們首先只考慮汽車直線行駛的工況。所以裝配時(shí)可以先忽略這些因素的影響。根據(jù)上一節(jié)的裝配過程完成整體模型的部分裝配圖和裝配爆炸圖。如圖5.27、圖5.28所示。圖5.27總體裝配圖圖5.28總體裝配圖爆炸圖5.4裝配模型干涉檢查裝配模型中如果存在運(yùn)動(dòng)干涉,將不能進(jìn)行正常的動(dòng)態(tài)分析或得不到正確的分析結(jié)果。所以,在Pro/E環(huán)境中完成驅(qū)動(dòng)橋整體模型裝配后,需進(jìn)行干涉檢查。以確保后面進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真分析時(shí),各個(gè)零件間不存在運(yùn)動(dòng)干涉。Pro/E軟件可以自動(dòng)的對(duì)裝配模型進(jìn)行干涉分析,并生成相應(yīng)的信息報(bào)告。干涉分析的設(shè)置過程:圖5.29總體裝配圖選擇Pro/E環(huán)境中,菜單中的分析菜單下選擇:→模型→全局干涉,過程如圖5.30所示。在Pro/E環(huán)境中,會(huì)出現(xiàn)如圖5.31所示的菜單選項(xiàng),選擇進(jìn)行分析。分析完成后,如果不存在運(yùn)動(dòng)干涉全局選型卡將自動(dòng)關(guān)閉。如果存在干涉的情況則如圖5.32所示信息。圖5.30干涉檢查設(shè)置過程圖5.31全局干涉選項(xiàng)卡通過全局干涉檢查分析后,得出變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)模型中的各個(gè)零件間是否存在運(yùn)動(dòng)干涉。針對(duì)檢查存在的運(yùn)動(dòng)干涉,返回Pro/E的建模環(huán)境對(duì)存在干涉的零件模型的特征進(jìn)行修改。反復(fù)的重復(fù)上述步驟,直至裝配模型中不存在運(yùn)動(dòng)干涉。圖5.32存在運(yùn)動(dòng)干涉的情況5.5本章小節(jié)通過查找變速器知識(shí)的相關(guān)資料,應(yīng)用三維制圖軟件Pro/E建立了變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)模型在Pro/E環(huán)境下進(jìn)行三維模型的虛擬裝配,并對(duì)裝配好的模型進(jìn)行干涉檢查,為后續(xù)的變速器軸ANSYS有限元分析做好充分準(zhǔn)備。變速器關(guān)鍵零件ANSYS有限元分析6.1Pro/E與ANSYS模型數(shù)據(jù)傳遞在CAD/CAE兩個(gè)領(lǐng)域中,最具有代表性的應(yīng)用軟件分別是Pro/E和ANSYS。Pro/E是目前市場(chǎng)占有率最大、用戶最多的三維軟件,它擁有強(qiáng)大的實(shí)體和曲面造型功能,是基于特征的全參數(shù)化軟件,采用的是單一的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),零件模型、裝配模型、制造模型工程圖之間是全相關(guān)的,一個(gè)地方的尺寸修改后,其他與之有繼承關(guān)系的模型中也會(huì)相應(yīng)的更改,能夠?yàn)閰?shù)化驅(qū)動(dòng)提供很好的條件。Pro/E軟件包也包括工程分析模塊,它的主要作用是進(jìn)行有限元分析,但該功能模塊相對(duì)于一些專業(yè)的有限元分析軟件,不僅提供的單元數(shù)量少,網(wǎng)格劃分能力弱,而且求解的結(jié)果處理也相對(duì)繁瑣,因此對(duì)于零件進(jìn)行工程分析,用戶大多采用專業(yè)軟件ANSYS。ANSYS是目前世界頂端的有限元商業(yè)應(yīng)用程序,是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析與一體的大型通用有限元分析軟件,它具有以下特點(diǎn):(1)強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分功能;(2)強(qiáng)大的加載求解能力;(3)強(qiáng)大的后處理能力。與其它有限元軟件相比,ANSYS的通用性更強(qiáng),它所具有的強(qiáng)大有限元分析功能很適合對(duì)載運(yùn)車輛輪胎在不同壓力場(chǎng)和溫度場(chǎng)下的應(yīng)力應(yīng)變分布狀況進(jìn)行研究,尤其是與Pro/E軟件之間有專用的模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口,兩種軟件之間能夠?qū)崿F(xiàn)兼容性很好的無縫連接,可以將Pro/E中建立的輪胎三維模型方便的導(dǎo)入到ANSYS中,充分發(fā)揮兩個(gè)軟件各自的優(yōu)勢(shì),能夠更加準(zhǔn)確的獲得仿真的結(jié)果。因此,用Pro/E完成輪胎的三維建模,然后將模型導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行工程分析是完成輪胎CAD/CAE較好的一條途徑。通過Pro/E和ANSYS這兩個(gè)工具的強(qiáng)強(qiáng)結(jié)合,充分發(fā)揮兩者各自的優(yōu)勢(shì)來研究開發(fā)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)虛擬樣機(jī)是當(dāng)前國內(nèi)多數(shù)研究群體的首選方案。6.1.1Pro/E與ANSYS間模型轉(zhuǎn)換方式當(dāng)前CAD/CAE軟件開發(fā)的專業(yè)化分工程度越來越高,要求實(shí)現(xiàn)不同軟件系統(tǒng)的集成,避免出現(xiàn)“自動(dòng)化孤島”。而不同軟件組成集成系統(tǒng)的關(guān)鍵問題就是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換(這里主要指將Pro/E的模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入ANSYS并在其中進(jìn)行分析)。目前在這兩個(gè)軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換主要有兩中方法:通過中間數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換以及通過專門接口軟件進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換。1、通過IGES中間標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)換IGES是一種被普遍接受的中間標(biāo)準(zhǔn)格式,用來在不同的CAD和CAE系統(tǒng)之間交換幾何模型。ANSYS的IGES輸入能力在工業(yè)界中是最強(qiáng)的。而且,因?yàn)檫^濾器程序可以輸入部分文件,所以用戶至少可以輸入模型的一些部分。而在Pro/E中也可以將建立的PRT文件方便地另存為IGES文件。因此通過IGES格式進(jìn)行這兩個(gè)軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是比較常用的方法。但這種方法是間接的轉(zhuǎn)換方法,因此,如果Pro/E中建立的模型特征過多或結(jié)構(gòu)復(fù)雜,那么再生成的IGES文件就會(huì)不完整,在輸入ANSYS后會(huì)造成分析結(jié)果不準(zhǔn)確。使用IGES中間標(biāo)準(zhǔn)格式有個(gè)缺點(diǎn):導(dǎo)入模型相當(dāng)耗費(fèi)時(shí)間,消耗的時(shí)間與模型的復(fù)雜程度成正比。因此我們要尋求一種直接的轉(zhuǎn)換方式。2、通過接口軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)換ANSYS軟件安裝選項(xiàng)中包含與Pro/E軟件的接口模塊ConnectionforPro/E,此模塊不僅能將Pro/E模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換給ANSYS,同時(shí)也提供了以執(zhí)行部件為基礎(chǔ)的參數(shù)化優(yōu)化設(shè)計(jì)的功能。該功能允許從建立以部件為基礎(chǔ)的參數(shù)化Pro/E模型開始,用ANSYS程序?qū)ζ溥M(jìn)行優(yōu)化,并以一個(gè)優(yōu)化的模型結(jié)束,而且仍是以部件為基礎(chǔ)的參數(shù)化模型。對(duì)于直接轉(zhuǎn)換,我們可以得到更多的好處,比如可以方便修改模型和分體劃分網(wǎng)格,這些對(duì)于ANSYS后處理都是很有幫助的。這也是本課題選擇的方法。6.1.2配置Pro/E—ANSYS接口ANSYS在默認(rèn)的情況下是不能直接對(duì)Pro/E中的pat及asm文件進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換的,必須通過以下對(duì)ANSYS設(shè)置連接過程進(jìn)行激活模塊:鼠標(biāo)點(diǎn)擊“開始→程序→ANSYS8.0→Utilities→ANS_ADMIN”,選擇configurationoptions→OK,接下來的對(duì)話框順序選取。ConfigurationConnectionforPro/E→OK,ANSYSMultiphysics&WIN32→OK,完成后ANSYS提示已在自己的安裝目錄中成功生成configanscon文件,記下configanscon的路徑。在接下來出現(xiàn)的對(duì)話框中“Pro/EngireerInstallationpath”選項(xiàng)后輸入Pro/E的起始安裝路徑如“C:\Pro-gramFiles\proeWildfire2.0”:“LanguageusedwithPro/Engineer”選項(xiàng)用默認(rèn)的usascii,點(diǎn)擊OK。出現(xiàn)對(duì)話框提示在Pro/E目錄下建立了一個(gè)protk.dat文件,點(diǎn)擊確定完成配置。然后將configanscon拷貝到Pro/E的安裝路徑。最后,將ANSYS的路徑追加到path,如“C:\ProgramFiles\AnsysInc\SharedFiles\bin\intel”運(yùn)行Pro/E,在Pro/E軟件的工具菜單后面出現(xiàn)了ANSYS8.0,則說明連接成功了。6.1.3通過接口將Pro/E模型導(dǎo)入到ANSYS軟件在Pro/E軟件里通過與ANSYS建立好的數(shù)據(jù)接口將圖形直接導(dǎo)入到ANSYS里,變速器輸出軸的導(dǎo)入過程如圖6.1所示圖6.1將輸出軸模型導(dǎo)入ANSYS軟件6.2輸出軸ANSYS分析過程6.2.1前處理有限元法的前處理包括繪制幾何圖形、劃分單元網(wǎng)格、讀取點(diǎn)坐標(biāo)值、準(zhǔn)備材料性質(zhì)參數(shù)、確定邊界條件及選擇計(jì)算步長等。對(duì)于變速器輸出軸結(jié)構(gòu)的有限元分析,繪制變速器輸出軸材料分布圖是必備的,可以按照材料分布圖劃分單元。對(duì)于二維分析,在變速器輸出軸材料分布圖上劃分單元就可以滿足要求。若進(jìn)行三維分析則要在二維分析的基礎(chǔ)上增加周向坐標(biāo)。材料性質(zhì)包括橡膠、簾線的彈性模量、泊松比以及按復(fù)合材料計(jì)算的彈性常數(shù)。由于本研究的建模過程是在Pro/E軟件中完成的,所以首先通過已經(jīng)建立好的數(shù)據(jù)接口將Pro/E輸出軸及模型分別導(dǎo)入到ANSYS軟件中。1、定義單元類型在進(jìn)行有限元分析時(shí),首先應(yīng)根據(jù)分析問題的幾何結(jié)構(gòu)、分析類型和所分析的問題精度要求等,選定適合具體分析的單元類型,設(shè)定方式如下圖6.2所示。圖6.2單元類型的設(shè)定2、定義材料屬性軸的材料為45鋼,彈性模量值EX=2.0e11,泊松比PRXY=0.25。6.2.2網(wǎng)格劃分在ANSYS軟件中調(diào)入變速器輸出軸的三維實(shí)體模型,分別劃分網(wǎng)格,其精度均為10,分析和實(shí)踐,模型采用三維5節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元,分別用52006個(gè)實(shí)體單元和85272個(gè)節(jié)點(diǎn)代替原實(shí)體模型,其有限元模型如圖6.3所示圖6.3輸出軸網(wǎng)格劃分6.2.3有限元的約束與加載根據(jù)具體問題選擇有限元程序,處理過程由計(jì)算機(jī)完成。完成輸出軸約束的建立和加載過程如下圖6.4所示。輸出軸的兩端進(jìn)行約束,分別加載輸出軸的力如圖6.4(a)所示,為變速器中間加力檢查外界對(duì)他的沖擊。所以對(duì)輸出軸左端軸承位點(diǎn)進(jìn)行X、Z方向自由度的約束,對(duì)輸出軸右端軸承位置的4個(gè)節(jié)點(diǎn)約束其X、Z方向的自由度。輸出軸約束的建立和加載過程如下圖6.6所示。圖6.6(a)各部分加載力圖6.6(b)建立約束圖6.6(c)進(jìn)行加載6.2.4查看結(jié)果1、查看輸出軸的變形及應(yīng)力結(jié)果。(1)查看輸出軸變形結(jié)果,變形為0.754×10mm,如下圖6.7所示。圖6.7輸出軸變形結(jié)果(2)查看輸出軸應(yīng)力結(jié)果1)X軸方向應(yīng)力為17.8MPa,如圖6.8所示。圖6.8X軸方向應(yīng)力Y軸方向應(yīng)力為50.5MPa,如圖6.9所示。圖6.9Y軸方向應(yīng)力3)Z軸方向應(yīng)力為25.8MPa,如圖6.10所示。圖6.10Z軸方向應(yīng)力4)查看輸出軸總應(yīng)力結(jié)果為52.7MPa,如下圖6.11所示圖6.11總應(yīng)力圖6.2.5結(jié)果分析1、輸出軸本體材料為寶鋼產(chǎn)的B510L1汽車用鋼:彈性模量為2×MPa;泊松比為0.3;屈服應(yīng)力為355MPa;屈服極限為610MPa。約束情況:對(duì)兩端進(jìn)行x、z方向自由度的約束,。輸出軸的滿載軸荷為147kN,軸的載荷分別以面力方式施加在變速器殼體部位。查看輸出軸形結(jié)果,變形為0.754×10mm,查看出軸總應(yīng)力結(jié)果為52.7MPa400MPa內(nèi),合格。6.3本章小結(jié)本章在掌握有限元法的基本原理和操作方法的前提下,考慮了載荷、約束和力對(duì)變速器輸出軸的影響。輸出軸的應(yīng)力分析,并在此基礎(chǔ)上得出結(jié)論所設(shè)計(jì)的變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是否合理,主要進(jìn)行了用ANSYS對(duì)軸進(jìn)行變形和應(yīng)力分析,分析結(jié)果符合本設(shè)計(jì)要求。結(jié)論變速器是汽車上的一個(gè)重要組成部分,它的技術(shù)參數(shù)直接影響整車的性能,其參數(shù)必須經(jīng)過嚴(yán)格計(jì)算,有些部件還要進(jìn)行試驗(yàn),以檢驗(yàn)它的可靠性。以奇瑞A516汽車主要技術(shù)指標(biāo),發(fā)動(dòng)機(jī)功率轉(zhuǎn)速及車輛行駛環(huán)境為依據(jù),通過計(jì)算已有的數(shù)據(jù)得出變速器的各項(xiàng)參數(shù)。從而設(shè)計(jì)一臺(tái)符合要求的汽車變速器。所設(shè)計(jì)的變速器,中心距為73mm,最大輸入扭矩為147,該變速器有五個(gè)前進(jìn)擋、一個(gè)倒擋,都采用鎖環(huán)式同步器換擋,各擋的傳動(dòng)比分別為一擋是3.08、二擋是2.26、三擋是1.58、四擋是1.13,五擋是0.77、倒擋是2.85。本設(shè)計(jì)說明書從發(fā)動(dòng)機(jī)選擇開始,綜合地考慮使用、經(jīng)濟(jì)、工藝、安全性等方面的設(shè)計(jì)要求,確定合理的設(shè)計(jì)方案,進(jìn)而對(duì)變速器二軸和操縱機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),并對(duì)一些部件進(jìn)行必要的校核。并且通過CAD軟件進(jìn)行繪圖,運(yùn)用Pro/E軟件進(jìn)行三維傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的建模,利用ANSYS對(duì)軸進(jìn)行有限元分析,共畫了1張總成圖和5張零件圖。手動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)比較經(jīng)典,以它的工作可靠、制造成本低、拆裝容易、維修方便等眾多優(yōu)點(diǎn)在市場(chǎng)上仍然有著相當(dāng)大的競(jìng)爭力。但是,它也存在傳動(dòng)比變化范圍小、操縱麻煩等缺點(diǎn)。它的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該是向著智能化、集成化、高性能、低成本、微型化、應(yīng)用新型材料、應(yīng)盡量節(jié)能與環(huán)境保護(hù)。參考文獻(xiàn)[1]陳家瑞.汽車構(gòu)造(上,下冊(cè))[M].北京:人民交通出版社,1994.[2]高維山.變速器[M].北京:人民交通出版社,1990.[3]李君,張建武,馮金芝,雷雨龍,葛安林.電控機(jī)械式自動(dòng)變速器的發(fā)展、現(xiàn)狀和展望[J].汽車技術(shù),2000(03).[4]曉青.汽車變速器的百年變遷[J].汽車運(yùn)用,2003(12).[5]YolaroHalamuraetal.Actualconceptualdesignprocessforanintelligentmachiningcenter[J].AnnalsoftheCIRP,1995(44):123-128.[6]劉海江,于信匯,沈斌.汽車齒輪[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1997.[7]孫恒,傅則紹.機(jī)械原理[M].北京:高等教育出版社,2000.[8]鄭四發(fā),連小珉,蔣孝煜.系列化汽車變速器設(shè)計(jì)中模型參數(shù)化的研究[J].汽車,2004(5).[9]謝進(jìn),丁劍飛,陳永.基于功能、約束和結(jié)構(gòu)的機(jī)構(gòu)概念設(shè)計(jì).機(jī)械設(shè)計(jì)與研究[J],1999(2):33-55.[10]徐海山,湯夢(mèng)蕊.變速器電動(dòng)自動(dòng)換檔機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師,2002(4):68-72.[11]JonathanS,Cohone1al.Aformverificationsystemfortheconceptualdesignofcomplexmechanicalsystems[J].Engineeringwithcomputers1994(10):33-44[12]余志生.汽車?yán)碚揫M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.[13]蔡炳炎,徐勇,林寧.機(jī)械式汽車變速器的速比配置分析[J].機(jī)械研究與應(yīng)用2005-04:25-26.[14]王望予.汽車設(shè)計(jì)(第四版)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.[1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首先要感謝指導(dǎo)我完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的導(dǎo)師王強(qiáng)老師,感謝他這學(xué)期以來對(duì)我的辛勤指導(dǎo)。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和精益求精的務(wù)實(shí)學(xué)風(fēng)使我終身受益,他淵博的知識(shí)和對(duì)問題敏銳的洞察力是我終身追求的目標(biāo)。感謝院系各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)為我們提供了良好的教學(xué)設(shè)施和學(xué)習(xí)環(huán)境,使我大學(xué)四年受益匪淺。另外,還要感謝在設(shè)計(jì)過程中給予指導(dǎo)和幫助的其他老師和同學(xué),特別感謝在百忙之中抽出時(shí)間為我們答辯的各位老師。同時(shí)祝愿我們的學(xué)校越辦越好!附錄附錄A.ManualTransmissionIt’snosecretthatcarswithmanualtransmissionsareusuallymorefuntodrivethantheautomatic-equippedcounterparts.Ifyouhaveevenapassinginterestintheactofdriving,thenchancesareyoualsoappreciateafine-shiftingmanualgearbox.Buthowdoesamanualtransmissionactuallywork?Ahistoryhowsthatmanualtransmissionsprecededautomaticsbyseveraldecades.Infact,upuntilGeneralMotorsofferedanautomaticin1938,allcarswereoftheshift-it-yourselfvariety.Whileit’slogicalformanytypesoftoday’svehiclestobeequippedwithanautomatic――suchasafull-sizesedan,SUVorpickup――thefactremainsthatnothingismoreofathrilltodrivethanatautlysuspendedsportsedan,snortcoupeortwo-sealerequippedwithaprecise-shiftingfive-orsix-speedgearbox.Weknowwhicntypesorcarshavemanualtrannies.Nowlet’stakealookathowtheywork.Fromthemostbasicfour-speedmanualinacarfromthe’60stothemosthigh-techsix-speedoneinacaroftoday,theprinciplesofamanualgearboxarethesame.Thedrivermustshiftfromgeartogear.Normally,amanualtransmissionboltstoaclutchhousing(orbellhousing),inturn,boltstothebackoftheengine.Ifthevehiclehasfront-wheeldrive,thetransmissionstillattachestotheengineinasimilarfashionbutisusuallyreferredtoasatransaxle.Thisisbecausethetransmission,differentialanddriveaxlesareonecompleteunit.Inafront-wheel-drivecar,thetransmissionalsoservesaspartofthefrontaxleforthefrontwheels.Intheremainingtext,atransmissionandatransaxlewillbothbereferredtousingthetermtransmission.Thefunctionofanytransmissionistransferringenginepowertothedriveshaftandrearwheels(oraxlehalfshaftsandfrontwheelsinafront-wheel-drivevehicle).Gearsinsidethetransmissionchangethevehicle’sdrive-wheelspeedandtorqueinrelationtoenginespeedandtorque.Lower(numericallyhigher)gearratiosserveastorquemultipliersandhelptheenginetodevelopenoughpowertoacceleratefromastandstill.Initially,powerandtorquefromtheenginecomesintothefrontofthetransmissionsandrotatesthemaindrivegear(orinputshaft),whichmesheswiththeclusterorcountershaftgear――aseriesofgearsforgedintoonepiecethatresemblesaclusterofgears.Thecluster-gearassemblyrotatesanytimetheclutchisengagedtoarunningengine,whetherornotthetransmissionisingearorinneutral.Therearetwobasictypesofmanualtransmissions.Thesliding-geartypeandtheconstant-meshdesign.Withthebasic――andnowobsolete――sliding-geartype,nothingisturninginsidethetransmissioncaseexceptthemaindrivegearandclustergearwhenthetransisinneutral.Inordertomeshthegearsandapplyenginepowertomovethevehicle,thedriverpressestheclutchpedalandmovestheshifterhandle,whichinturnmovestheshiftlinkageandforkstoslideagearalongthemainshaft,whichismounteddirectlyabovethecluster.Oncethegearsaremeshed,theclutchpedalisreleasedandtheengine’spowerissenttothedrivewheels.Therecanbeseveralgearsonthemainshaftofdifferentdiametersandtoothcounts,andthetransmissionshiftlinkageisdesignedsothedriverhastounmeshonegearbeforebeingabletomeshanother.Withtheseoldertransmissions,gearclashisaproblembecausethegearsareallrotatingatdifferentspeeds.Allmoderntransmissionsareoftheconstant-meshtype,whichstillusesasimilargeararrangementasthesliding-geartype.However,allthemainshaftgearsareinconstantmeshwiththec

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