【正文】 1 頁 共 51 頁 CAD 軟件在國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及研究意義 在如今 全球市場統(tǒng)一 的情況下 ， 市場 競爭 日益 激烈，產(chǎn)品更新 速度 更快，但是有限的資源加上消費(fèi)者對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品的需求日益增加， 很難保持市場分額。 而使用傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路和方法已經(jīng)不能滿足 產(chǎn)品更新 的速度。 Unigraphics軟 件是一個(gè)集成化的 CAD/CAE/CAM系統(tǒng)軟件，他為工程設(shè)計(jì)人員提供了非常強(qiáng)大的應(yīng)用工具，這些工具可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)（包括零件設(shè)計(jì)和裝配設(shè)計(jì)）、工程分析（有限元分析和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分析）、繪制工程圖、編寫數(shù)控加工程序等。 機(jī)械式商用汽車變速器的技術(shù)特點(diǎn) 商用 汽車的裝載質(zhì)量大，使用條件復(fù)雜。 變速器 按操縱方式 可分為 手動(dòng)強(qiáng)制操縱式變速器和自動(dòng)操縱式變速器。空檔時(shí)輸出軸的齒輪處于非嚙合位置，無法接受動(dòng)力傳輸。 選用四沖程、直列氣缸、水冷、直噴式柴油機(jī)。 此 時(shí)，汽車有最大驅(qū)動(dòng)力：? ?m a x39。倒擋的傳動(dòng)比雖然與一擋的傳動(dòng)比接近，但因?yàn)槭褂玫箵醯臅r(shí)間非常短，從這點(diǎn)出發(fā)有些方案將一擋布置在靠近軸的支承處然后再布置倒擋。 目前轎車的傳動(dòng)比范圍在 3~4 之間，輕型貨車在 5~6 之間，其他貨車則更大。選取較小的模數(shù)值可使齒數(shù)增多，有利換檔。 斜齒輪 b= kc mn ， kc 為齒寬系數(shù)，取 ～ ， 取 kc = 則 b=28。這是考慮到安全，希望倒車是速度盡可能低些。至于何處應(yīng)當(dāng)采用何種軸承，是受結(jié)構(gòu)限制并隨所承受的載荷特點(diǎn)不同而不同。得到廣泛應(yīng)用的是慣性式同步器。為了獲得較大的摩擦力矩，又要求用摩擦因數(shù)大而且性能穩(wěn)定的材料制作同步環(huán)。 如圖 24。已有結(jié)構(gòu)的鎖止角在 26?~46?范圍內(nèi)變化。 將式（ 211）、 式 （ 212）代入式（ 210）中，得： ?? tansin FrFfR ? 因此，欲保證鎖止和滑動(dòng)齒套不能繼續(xù)移動(dòng)，必須滿足 如下條件 ?? sintan r fR? （ 213）陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 20 頁 共 51 頁 與裝配 變速器各部件的 實(shí)體建模 方法 實(shí)體建模是 CAD 模塊的基礎(chǔ)和核心建模工具， UG 的基于特征和約束的建模技術(shù)具有強(qiáng)大的功能。對(duì)生成的齒進(jìn)行矩陣生成圖 312 所示的直齒輪。 14） 選擇【插入】 /【草圖】命令，將圖 320 中的齒形輪廓投影到前面所建立的斜齒輪法面平面上，即法面輪廓線。 圖 343 4） 選擇【插入】／【細(xì)節(jié)特征】／【倒角】，系統(tǒng)彈出〖倒角〗對(duì)話框，點(diǎn)擊按鈕，選擇所倒角的邊點(diǎn)擊 按鈕，系統(tǒng)彈出〖倒角〗對(duì)話框 如圖 344， 輸入偏置為 2，點(diǎn)擊 按鈕，生成圖 345 中的 實(shí)體。 圖 335 圖 336 2） （球軸承 6010）選擇【插入】／【設(shè)計(jì)特征】／【圓臺(tái)特征】，在系統(tǒng)彈出如 336圖〖圓臺(tái)〗特征對(duì)話框中輸入直徑 50，高度 16，選擇剛才繪制的圓柱體上表面為放置面如 337 圖，點(diǎn)擊 按鈕，系統(tǒng)彈出如 338 圖〖定位〗對(duì)話框，在對(duì)話框中點(diǎn)擊〖點(diǎn)到點(diǎn)〗定位圖 標(biāo) ，系統(tǒng)彈出如 339 圖〖點(diǎn)到點(diǎn)〗對(duì)話框，選擇如 340 圖 中紅色的圓進(jìn)行定位，系統(tǒng)彈出〖設(shè)置弧的定位〗對(duì)話框如圖 341 點(diǎn)擊 按鈕，生成圖 342 實(shí)體。 13） 選擇【插入】 /【基準(zhǔn) /點(diǎn)】 /【基準(zhǔn)平面】命令，建立一個(gè)工作參考平面，該平面是 XY 平面繞 X 軸旋轉(zhuǎn)一螺旋角 bata 所建立。 12） 選擇【插入】 /【關(guān)聯(lián)復(fù)制】 /【實(shí)例】命令，在系統(tǒng)彈出對(duì)話框中點(diǎn)擊按鈕 ，選擇圖 39 中生成的齒形點(diǎn)擊確定。 由此可算得工作面上的摩擦力矩 mM 為 ?sinFfRMm ? （ 28） 式中， ? 為摩擦錐面半錐角； f 為工作錐面間的摩擦因數(shù)； R為摩擦錐面平均半徑。 2） 鎖止角 ? 鎖止角 ? 選取的正確，可以保證只有在換檔的兩個(gè)部分 之間角速度差達(dá)到零值才能進(jìn)行換檔。螺紋槽設(shè)計(jì)得大些，可使被刮下來的油存于螺紋之間的間隙中，但螺距增大又會(huì)使接觸面減少，增加磨損速度。 （ 1） 摩擦系數(shù) f 汽車在行駛過程中換擋，特別是 在高擋區(qū)換擋次數(shù)較多，意味著同步器工作頻繁。 同步器 1） 同步器的 主要尺寸確定 同步器有常壓式、慣性式和慣性增力式三種。 mm）； d 為軸的直徑（ mm），花鍵出內(nèi)徑； W 為抗彎截面系數(shù)（ mm3 ） 在低檔工作室，（σ）≤ 400MPa。39。使用寬些的齒寬，工作時(shí)會(huì)因軸的變形導(dǎo)致齒輪傾斜，使齒輪沿齒寬方向受力不均勻并在齒寬方向磨損不均勻。 嚙合套和同步器的接合齒多數(shù)采用漸開線齒輪。 2） 傳動(dòng)比的范圍 變速器的傳動(dòng)比范圍是指變速器最低檔傳動(dòng)比與最高檔轉(zhuǎn)動(dòng)比的比值。在擋數(shù)相同的條件下，各種中間軸式變速器主要在常嚙合齒輪對(duì)數(shù)，換擋方式和到檔傳動(dòng)方案上有差別。 則：0 . 3 3 7 4 . 6pto gomii ii? ? ?；設(shè)計(jì)要求的汽車傳動(dòng)比為 。 m倒車軸上的齒輪也可以由操縱裝置撥動(dòng)，在軸上移動(dòng)，與中間軸齒輪和輸出軸齒輪嚙合 ,以相反的旋轉(zhuǎn)方向輸出。無級(jí)式變速器，其傳動(dòng)比在一定的數(shù)值范圍內(nèi)可按無限多級(jí)變化。作為汽車高級(jí)技術(shù)領(lǐng)域的 商用 汽車變速器在國內(nèi)漫長的引進(jìn)消化過程中，如今已有長足的進(jìn)步，能夠在原有技術(shù)引進(jìn)的基礎(chǔ)上，通過改型自行開發(fā)出符合配套要求的新產(chǎn)品，每年 商用 車變速器行業(yè)都能有十幾個(gè)新產(chǎn)品推向市場。 Unigraphics 軟件的簡介 Unigraphics在航空、汽車、通用機(jī)械、工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療器械以及其他高科技應(yīng)用領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)計(jì)和模具加工自動(dòng)化的市場上得到廣泛的應(yīng)用。有限元分析的過程 。 在這種背景下， CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) )/CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造 )/CAE（計(jì)算機(jī)輔助測量）技術(shù)得到迅速普及和極大發(fā)展。除此之外還有模具設(shè)計(jì)模塊（冷沖模，注塑模等）、 鈑金加工模塊、管道布局、總體設(shè)計(jì)及車輛工程包。欲保證重型汽車具有良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和加速性，必須擴(kuò)大變速器傳動(dòng)比的范圍并增加檔位數(shù)。手動(dòng)強(qiáng)制操縱式變速器是靠駕駛員直接操縱變速桿換擋。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 5 頁 共 51 頁 由于變速器輸入軸與輸出軸以各自的速度旋轉(zhuǎn)，變換檔位時(shí)合存在一個(gè) 同步 問題。 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 和相應(yīng) 轉(zhuǎn)速 的確定 在 對(duì) 發(fā)動(dòng)機(jī)的 最大功率 Pemax和最大功率是 相應(yīng)的轉(zhuǎn)速 np進(jìn)行確定時(shí)，應(yīng)根據(jù)所要設(shè)計(jì)的汽車的主要參數(shù) 和相應(yīng)的理論計(jì)算公式進(jìn)行確定。m a x Tc o s s in 6 . 5y a m xgtg oG f a a ri Ti? ???； gi 取為 ，則一檔傳動(dòng)比為 ，最大傳動(dòng)比為tgii? ； ? ? ? 變速器形式的選擇 為了使汽車 在 復(fù)雜的路況 下 能夠平穩(wěn)安全的行駛， 對(duì)變速 器 的 設(shè)計(jì)提出了以下 要求 （ 1） 保證汽車有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性； （ 2） 設(shè)置空擋，用來切斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪的運(yùn)輸； （ 3） 設(shè)置倒檔，是汽車能夠倒退行駛； （ 4） 設(shè)置動(dòng)力輸出裝置，需要時(shí)能夠進(jìn)行功率輸出； （ 5） 換擋迅速，省力，方便； （ 6） 工作可靠，汽車行駛過程中，變速器不得有跳擋、亂擋以及換擋沖擊等顯現(xiàn)； （ 7） 變速器應(yīng)有高的效率； （ 8） 變速器的工作噪音低。此時(shí)在倒擋工作時(shí)，齒輪磨損與噪聲在短時(shí)間內(nèi)略有增加，與此同時(shí)在一擋工作時(shí)齒輪的陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 9 頁 共 51 頁 磨損與噪聲有所減少。根據(jù)此次設(shè)計(jì)要求 變速器 最高檔傳動(dòng)比即直接擋 39。 對(duì)于貨車變速器的齒輪，從減少質(zhì)量出發(fā)，應(yīng)選用大些的模數(shù)。 第一軸常嚙合齒輪副的齒寬系數(shù)， KC 可取大些，使接觸線長度增加、接觸應(yīng)力降低，以提高傳動(dòng)平穩(wěn)性和齒輪壽命。 各檔齒輪參數(shù)如下表： 齒數(shù) 模數(shù) 壓力角 螺旋角 齒寬 齒頂高系數(shù) 齒根高系數(shù) 一檔齒 輪 Z11 15 4 20o 20o 25 1 Z12 45 4 20o 20o 28 1 二檔齒輪 Z10 20 4 20o 20o 25 1 Z9 40 4 20o 20o 28 1 三檔齒輪 Z8 25 4 20o 20o 25 1 Z7 35 4 20o 20o 28 1 四檔齒輪 Z6 31 4 20o 20o 28 1 Z5 29 4 20o 20o 25 1 五檔齒輪 Z4 37 4 20o 20o 28 1 Z3 23 4 20o 20o 25 1 常嚙合 齒輪 Z2 42 4 20o 20o 28 1 Z1 18 4 20o 20o 25 1 倒檔齒輪 Z15 22 3 20o 0o 20 1 Z14 17 3 20o 0o 20 1 Z13 50 3 20o 0o 20 1 1） 初選軸的直徑 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 14 頁 共 51 頁 在已知中間軸式變速器的中心距 A 是，第一軸花鍵部分直徑 d（㎜）可按下式初選3 maxed k T? ，式中 k 為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)， k=～ ； T maxe 為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（ N 汽車變速器結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，采用尺寸大些的軸承結(jié)構(gòu)受限制，常在布置上有困難。慣性式同步器能做到換擋時(shí)兩換擋元件之間的角速度達(dá)到完全相等之前，不允許換擋，因而能完善地完成同步器的功能和實(shí)現(xiàn)對(duì)同步器的基本要求。另一方面，同步器在油中工作，使摩擦因數(shù)減小，這就為設(shè)計(jì)工作帶來困難。 24 （ 3） 錐面半錐角 ? 摩擦錐面半錐角 ? 越小，摩擦力矩越大。 3） 同步時(shí)間 t 同步器工作時(shí)，要連接的兩個(gè)部分達(dá)到同步的時(shí)間越短越好 。 UG 設(shè)計(jì)零件實(shí)體建模主要有兩種方法：一種是先設(shè)計(jì)二維草圖或曲線輪廓，然后生成三維實(shí)體。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 23 頁 共 51 頁 圖 39 圖 310 圖 311 圖 312 至此圓柱直齒輪以制作完成。如圖 324 所示。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 30 頁 共 51 頁 圖 344 圖 345 圖 346 圖 347 ５） 選擇【插入】／【草圖】，選擇圖 346 端面為草繪平面繪制如圖 347 所示。繪制出如 335圖 。 圖 321 圖 322 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 26 頁 共 51 頁 12） 選擇【編輯】 /【變換】命令，點(diǎn)擊系統(tǒng)彈出對(duì)話框中 按鈕，對(duì)生成的該螺旋線進(jìn)行繞（ ）旋轉(zhuǎn)變換 的復(fù)制操作， 旋轉(zhuǎn) 角度為（ 90/z）， 即可在分度圓上生成如圖 322 所示的共三條螺旋線。 11） 選擇【插入】 /【設(shè)計(jì)特征】 /【圓柱】命令，建立一直徑為 df，高度為 h 的圓柱，并且與圖 39 生成的齒形進(jìn)行求和，得到圖 310 所示。 另一方面，設(shè)換擋時(shí)作用在變速桿手柄上的法向力為 SF ， (對(duì)貨車，取 SF =100N)，變速桿手柄到嚙合套的傳動(dòng)比為 gsi ，則作用在同步器摩擦錐面上的軸向力 F 應(yīng) 為 ?gsSiFF? （ 27） 式中， ? 為換擋機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率。 （ 6） 同步環(huán)徑向厚度 與摩擦錐面平均半徑一樣，同步環(huán)的徑向厚度要受機(jī)構(gòu)布置上的限制，包括變速器中心距及相關(guān)零件特別是錐面平均半徑和布置上的限制，不宜取陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 18 頁 共 51 頁 很厚，但是同步環(huán)的徑向厚度必須保證同步環(huán)有足夠的強(qiáng)度。試驗(yàn)還證明：螺紋的齒頂寬對(duì) f 的影響很大， f 隨齒頂?shù)哪p而降低，換擋費(fèi)力，故齒頂寬不易過大。第三階段 Δω =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)齒套和鎖銷上的斜面相對(duì)移動(dòng)，從而使滑動(dòng)齒套占據(jù)了換擋位置。 滑動(dòng)軸套的優(yōu)點(diǎn)是制造容易，成本低。軸在轉(zhuǎn)矩 Tn 和彎矩的同時(shí)作用下，其應(yīng)力為332MMWd? ???，式中，M= 222 nsc TMM ?? （ N ： ? ? ? ?39。減少齒寬會(huì)使斜齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)被削弱，還會(huì)使工作應(yīng)力增加。少數(shù)情況下汽車變速器各檔齒輪均選用相同的模數(shù)。 因此采用六檔變速器。再除直接擋以外的其他擋位工作時(shí)，中間軸式變速器的傳動(dòng)效率略有降低，這是它的缺點(diǎn)。 最小傳動(dòng)比時(shí)， gi =1,變速器在直接擋， aV 為最大車速，出現(xiàn) maxaV 時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)處在最大功率附近，此時(shí)的轉(zhuǎn)速 n 應(yīng)在最大功率 pn 附近，去 2500r/min。 t1? ） 5) 比轉(zhuǎn)矩 ： 40（ N 由此可知，變速器前進(jìn)檔位的驅(qū)動(dòng)路徑是：輸入軸常嚙齒輪 —