【正文】 術(shù)是一種使得汽車設(shè)計(jì)和汽車裝配能夠高效、快捷而且能夠并行的核心技術(shù)。而且通過裝配，可以擇優(yōu)選擇裝配順序，從而使得完成裝配工作更加高效快捷，經(jīng)過這種優(yōu)良的裝配設(shè)計(jì)以及流程的 優(yōu)化，制作出自動(dòng)變速器安裝系統(tǒng)，而這個(gè)系統(tǒng)可用于汽車行業(yè)間關(guān)于自動(dòng)變速器裝配以及其它操作的培訓(xùn)，另外可供用戶學(xué)習(xí)，用戶通過所制作的這個(gè)系統(tǒng)，可以完整清晰了解自動(dòng)變速器的相關(guān)知識。 虛擬仿真（ Virtual Reality）技術(shù)，又稱為仿真（ simulation）技術(shù)，就是在計(jì)算機(jī)中運(yùn)用相應(yīng)的軟件（本文中運(yùn)用 CATIA 和 3DMAX）或虛擬工具作為一個(gè)虛擬化的系統(tǒng)，仿真另外一個(gè)真實(shí)存在的系統(tǒng)，虛擬仿真是一種可以能夠創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界（ Virtual World）的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它以仿真的方式給用戶創(chuàng)造一個(gè)實(shí)時(shí)反映實(shí)體對象變化與相互作用的三維虛擬世界 ,并通過一些顯示傳感設(shè)備，提供給用戶一個(gè)觀測與該虛擬世界交互的計(jì)算機(jī)三維界面，用戶可以通過視覺、聽覺及觸覺等多種感官與虛擬世界進(jìn)行直接的交互， 用戶直接參與在這個(gè)虛擬的世界中，與實(shí)時(shí)仿真對象 進(jìn)行交互 ，身臨其境，體驗(yàn)虛擬仿真技術(shù)帶來的美 ，圖 為各種硬件關(guān)系與虛擬現(xiàn)實(shí)之間的一種交互關(guān)系，展現(xiàn)了虛擬技術(shù)中所必須的本體以及所要借助的媒質(zhì)。 虛擬仿真裝配技術(shù) 虛擬仿真裝配技術(shù) 裝配在產(chǎn)品生命周期中起著很重要的作用，也是產(chǎn)品功能實(shí)現(xiàn)的主要過程，總而言之，就是將加工出的零件，按照一定的順序和要求安裝在一起，實(shí)現(xiàn)整體的功能。 ?不能體現(xiàn)并行設(shè)計(jì)的思想，若有新的思想，再去更改，過程繁瑣。 虛擬仿真裝配（ Virtual Assembly）是基于制造過程現(xiàn)代化、信息化、自動(dòng)化的快速發(fā)展，而逐漸發(fā)展的一種先進(jìn)制造裝配理念，虛擬裝配是利用計(jì)算機(jī)工具，而不需要產(chǎn)品或者支持過程的物理實(shí)現(xiàn)，通過分析、預(yù)建模、可視化以及數(shù)據(jù)表示等進(jìn)行或者輔助進(jìn)行裝配相關(guān)的工程活動(dòng)。 本文結(jié)合 Mazda 6 轎車自動(dòng)變速器的機(jī)構(gòu)及裝配特點(diǎn)給出如下定義：汽車自動(dòng)變速器虛擬仿真裝配是在 CATIA 軟件和 3DMAX 軟件系統(tǒng)上完成發(fā)動(dòng)機(jī)主要非標(biāo)準(zhǔn)零部件實(shí)體建模，對零件模型按約束關(guān)系在 3DMAX 上進(jìn)行裝配，并根據(jù) 此前完成的工作，運(yùn)用 FLASH 進(jìn)行裝配系統(tǒng)過程的制作，并將其展示出來。虛擬裝配在航空航天、汽車、船舶、工程機(jī)械等領(lǐng)域的復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其裝配工藝規(guī)劃占據(jù)著主導(dǎo)位置，所以一直深 受到國內(nèi)外各行各業(yè)人士的關(guān)注與參虛擬仿真裝配技術(shù) 與。 （ 1）虛擬裝配核心技術(shù) 虛擬裝配的核心技術(shù)是開發(fā)虛擬裝配應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)最為重要的一部分，包含零部件建模、裝配序列規(guī)劃及優(yōu)化、可行裝配路徑規(guī)劃、裝配合理性評價(jià)、決策支持、裝配誤差分析、干涉分析等內(nèi)容。 ?裝配 / 拆卸規(guī)劃技術(shù)：通過運(yùn)用機(jī)械原理方面裝配的知識，對于所建的模型進(jìn)行合理的裝配，以及優(yōu)化裝配方案，以及警惕其中許多的注意事項(xiàng)。 （ 2） 虛擬裝配環(huán)境 虛擬裝配環(huán)境確定虛擬裝配應(yīng)用，投資規(guī)模，功能，對于不同的應(yīng)用，虛擬裝配環(huán)境是不同的。 在國內(nèi)，國內(nèi)對虛擬裝配技術(shù)的研究起步于 20 世 紀(jì) 90年代末期 ,發(fā)展速度比較快 ,取得了不少研究成果，并提出了許多有價(jià)值的新理論和新方法。CG 國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建立了 M I V S，用于裝配工藝規(guī)劃和裝配過程評價(jià)。西安交通大學(xué)著力于 DFA集成規(guī)劃與裝配系統(tǒng)的開發(fā)和研究； 2020 年哈爾濱工業(yè)大學(xué)基于 SolidWorks 開發(fā)了“渦輪泵三維數(shù)字化裝配工藝系統(tǒng)、 國外， 1997 年，英國的 HeriotWatt 大學(xué)開發(fā)了虛擬 裝配規(guī)劃系統(tǒng) UVAVU，虛擬仿真裝配技術(shù) 意大利 Bologna 大學(xué)開發(fā)了基于 CAD 的裝配規(guī)劃與驗(yàn)證系統(tǒng)。德國Bielefeld 大學(xué)人工智能與虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室將虛擬現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)與人工智能技術(shù)相結(jié)合 ,基于構(gòu)造工具箱 (Const ruction Kit s) 的概念 ,建立了一個(gè)虛擬裝配系統(tǒng)(CODY Virt ual Const ructor ) 。日本豐田汽車株式會(huì)社基于 CATIA平臺(tái)開發(fā)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)可裝配性驗(yàn)證系統(tǒng)與汽車整體裝配設(shè)備可視化綜合系統(tǒng)??除此之外，虛擬仿真裝配技術(shù)在其他企業(yè)和領(lǐng)域也被廣泛運(yùn)用，而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息化技術(shù)以及自動(dòng)化技術(shù)等多種高新技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)在未來會(huì)得到更多的突破發(fā)展。 2） 交互性 （ interaction） 交互性是指使用者可以通過一些操作 ,從而從模擬環(huán)境中得到反饋，達(dá)到對模擬環(huán)境的體驗(yàn)。 3） 構(gòu)想性（ imagination） 這一特點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各行各業(yè)間都可以構(gòu)想運(yùn)用，它以它獨(dú)特的虛擬環(huán)境，不僅可再現(xiàn)真實(shí)存在的環(huán)境 ,而且其廣闊的想像空間可以拓寬人類現(xiàn)有的認(rèn)知范圍，甚至可以超于客觀環(huán)境所能達(dá)到的寬度，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)給人們的無限構(gòu)想提供了條件，比如對本文中的自動(dòng)變速器的裝配過程可以進(jìn)行構(gòu)想，從虛擬仿真裝配技術(shù) 而得到最終的自動(dòng)變速器安裝系統(tǒng)，這就是在最初的構(gòu)想下所研究出來的，所以構(gòu)想性提供了無限的可能，也提供了無限的認(rèn)知。 虛擬仿真裝配技術(shù) 第二章 馬自達(dá) 6轎車 FS5AEL自動(dòng)變速器 馬自達(dá) 6 轎車簡介 MAZDA 是 日本 最著名的汽車品牌之一， 是 日本 繼豐田，本田，日產(chǎn)之后的 第四大汽車制造商， 馬自達(dá) 6出廠于日本，是日本馬自達(dá)公司 21世紀(jì)的最新產(chǎn)品，也是第一個(gè)完整體現(xiàn)全新馬自達(dá)品牌的產(chǎn)品，它的推出完善了馬自達(dá) 1到馬自 達(dá) 9九個(gè)車系。現(xiàn)在馬自達(dá) 6由合資公司一汽馬自達(dá)國產(chǎn)，從馬自達(dá) 6進(jìn)入國內(nèi)市場，一直都是許多人心目中運(yùn)動(dòng)中型車的代名詞，圖 6轎車 圖 馬自達(dá)６汽車 FS5AEL自動(dòng)變速器簡介 自動(dòng)變速器是在機(jī)械式變速器、液力變矩器等液力傳動(dòng)技術(shù)和電子控制技術(shù)的基楚上發(fā)展而成的 ,它可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和車速等工況的變化自動(dòng)變換傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比，以使汽車獲得良好的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，并且有效的減少發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染以及顯著地提高車輛的安全性、乘坐舒適性和操縱輕便性。 圖 FS5AEL自動(dòng)變速器組成圖示 虛擬仿真裝配技術(shù) 圖 FS5AEL自動(dòng)變速器組成圖 在圖中，動(dòng)力傳遞系統(tǒng)由液力變矩器和行星齒輪機(jī)構(gòu)組成，將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力經(jīng)過傳遞而降低轉(zhuǎn)速、增加扭矩。而液壓控制機(jī)械裝置，則是根據(jù) TCM所傳遞 的信號，依據(jù)每個(gè)電磁閥的操作，接通在控制閥體中的液壓通道，另外同時(shí)控制離合器的結(jié)合壓。 圖 1 動(dòng)力裝置 2 液壓控制機(jī)械裝置 3 電子控制機(jī)械裝置 4 液力變矩器 5 離合器、制動(dòng)器 6 虛擬仿真裝配技術(shù) 行星齒輪 7 差速器 8 輪胎 9 主控制閥閥體 10 換檔電磁閥 D， E （ ON/OFF 類） 11 壓 力控制電磁閥 A （線性類） 12 換檔電磁閥 A， B， C （工作周期型） 13 油泵 14 副控制閥體 15 壓力控制電磁閥 B （工作周期型） 16 換檔電磁閥 F （ ON/OFF 類） 17 油壓開關(guān)信號 18 車速 19 ATF 溫度 20 前進(jìn)離合器鼓轉(zhuǎn)速 21 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 22 節(jié)氣門位置信號 23 副齒輪轉(zhuǎn)速 24 動(dòng)力流程圖 25 液壓控制信號 26 電子信號 下面為上圖中傳遞的流程顯示： 動(dòng)力裝置：發(fā)動(dòng)力動(dòng)力 —— 液力變矩器 —— 離合器、制動(dòng)器 —— 行星齒輪組 ——差速器 —— 輪胎 電子控制機(jī)械裝置：油壓開關(guān)信 號 、車速 、 ATF 溫度 、 前進(jìn)離合器鼓轉(zhuǎn)速 、 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 、節(jié)氣門位置信號 、副齒輪轉(zhuǎn)速 —— TCM（變速器控制模塊） 液壓控制機(jī)械裝置： TCM—— 壓力控制電磁閥 、換檔電磁閥 F （ ON/OFF 類）壓力控制電磁閥 A （線性類）、 換檔電磁閥 A， B， C （工作周期型）、換檔電磁閥 D，E （ ON/OFF 類） —— 主副控制閥閥體 —— 離合器和制動(dòng)器的結(jié)合壓 根據(jù)上述的介紹，下面分別講述動(dòng)力裝置的結(jié)構(gòu)組成以及其功能原理 FS5AEL自動(dòng)變速器的動(dòng)力裝置包括液力變矩器、四對離合器、兩對制動(dòng)器、帶式制 動(dòng)器、兩對單向離合器和三對單式行星齒輪。 1 液力變矩器 液力變矩器把動(dòng)力從發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞至機(jī)械式變速器。圖 力變矩器增加扭矩圖 圖 圖中 MdMbwM ??39。圖 圖 液力變矩器的傳動(dòng)比 i 為輸出轉(zhuǎn)速（即渦輪轉(zhuǎn)速 wn ）與輸入轉(zhuǎn)速（即泵輪轉(zhuǎn)速 bn ）之比，即 1??bwnni 液力變矩器輸出轉(zhuǎn)矩 wM 與輸入轉(zhuǎn)矩（即泵輪轉(zhuǎn)矩 bM ）之比稱為變矩系數(shù)，用 K虛擬仿真裝配技術(shù) 表示，即bwMMK? 上圖反應(yīng)了變矩系數(shù) K和變矩器傳動(dòng)比 i （或渦輪轉(zhuǎn)速 wn ）之間的變化關(guān)系 可以得到，變矩系數(shù) K是隨著渦輪轉(zhuǎn)速的改變而連續(xù)變化的，當(dāng)汽車起步、上坡或者遇到較大的阻力的過程中，假如發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷不變，即從泵輪輸入的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩不變，這時(shí)候，汽車車速會(huì)相應(yīng)的降低，即渦輪的轉(zhuǎn)速降低，從而由圖中得知，變矩器傳動(dòng)比會(huì)降低，而變矩系數(shù)會(huì)相應(yīng)的增大，即渦輪所輸出的扭矩會(huì)相應(yīng)的增大，使得驅(qū)動(dòng)車輪獲得較大的扭矩，保證汽車在行 進(jìn)過程中克服遇到的阻力而繼續(xù)前行，所以變矩器是一種隨著汽車行駛阻力的不同而自動(dòng)改變輸出扭矩的無級變速器，另外還具有保證汽車平穩(wěn)起步，減緩扭轉(zhuǎn)振動(dòng)等功能。 1）單排行星齒輪變速器的工作原理 為 了了解行星齒輪變速器的變速工作原理，必須先了解其組成中最基本的單排行星齒輪結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，圖 ，圖中標(biāo)出了行星輪所受到的作用力。 ④若要使得太陽輪和齒圈的轉(zhuǎn)速想同，即 21 nn? 則 21113 1 nnnnn ????? ?? 所以，當(dāng)三個(gè)元件中的任意兩個(gè)零件連成一體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，第三個(gè)零件的轉(zhuǎn)速和前兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)零件的轉(zhuǎn)速相同，即行星齒輪組中所有元件都沒有相對運(yùn)動(dòng)的情況，就是一個(gè)整體的運(yùn)動(dòng)，從而變成從液力變矩器輸入，直接從變速器輸出的一端輸出，這就是直接檔傳動(dòng)，傳動(dòng)比就是 1 2） FS5AEL自動(dòng)變速器齒輪組結(jié)構(gòu) 在變速器內(nèi)部有 3個(gè)行星齒輪組，分別稱為前行星齒輪組、后行星齒輪組和副行星齒輪組。即 前行星齒輪組的前中心齒輪和副行星齒輪組的副中心齒輪在同一根軸上，而且齒數(shù)相同，前內(nèi)齒輪與后排行星架為一體，前排行星架與后排內(nèi)齒輪為一體，是動(dòng)力輸出端．兩個(gè)太陽輪為獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。 1 前行星齒輪和后行星齒輪 前行星齒輪機(jī)構(gòu)與單向離合器的外座圈整合在一起，并與低速檔和倒檔制動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)盤嚙合。前中心齒輪安裝在前小齒輪內(nèi)部，前內(nèi)齒輪安裝在前 小齒輪外部。后行星齒輪與后小齒輪的內(nèi)部裝有后中心齒輪，其外部有后內(nèi)齒輪。圖 。 2 副行星齒輪 在副行星齒輪中，副中心齒輪安裝在此小齒輪內(nèi)部，副內(nèi)部齒輪安裝在其外部。 副行星架與副軸整合，并與離合器的驅(qū)動(dòng)盤相連接。 3 離合器與制動(dòng)器 在 FS5AEL自動(dòng)變速器動(dòng)力裝置中，包括幾對離合器與制動(dòng)器，離合器有前進(jìn)離合器、 34離合器、倒檔離合器、直接離合器和 2號單向離合器。 1） 離合器 離合器基本結(jié)構(gòu)如圖 。 圖 B 顯示當(dāng)液壓作用于活塞上時(shí)的離合器狀態(tài)；驅(qū)動(dòng)盤和從動(dòng)盤緊緊地壓在一起，將離合器鼓旋轉(zhuǎn)速度傳遞到輪轂。 虛擬仿真裝配技術(shù) 離合器基本結(jié)構(gòu)示意圖 1 活塞 2 離合器鼓 3 離合器從動(dòng)盤轂 前進(jìn)離合器 ? 將輸入扭矩從汽輪機(jī)軸傳送至前中心齒輪。 圖 為前進(jìn)離合器組成機(jī)構(gòu)模型圖 圖 34 離合器 ? 將輸入扭矩從汽輪機(jī)軸傳送至后行星齒輪后架。 倒檔離合器 ? 將輸入扭矩從汽輪機(jī)軸傳送至后中心齒輪。 直接離合器 ? 把副行星齒輪架與副中心齒輪接合。 虛擬仿真裝配技術(shù) 單向離合器概述 1 號單向離合器 ?1 號單向離合器鎖住前內(nèi)齒輪的 反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)（從液力變矩器側(cè)看去） 1 號單向離合器在 1GR 的 D、 M 檔運(yùn)作。 2 號單向離合器 1GR、 2GR、 3GR和 4GR 的 D、 M 檔運(yùn)作。 2 號單向離合器 ?單向離合器的外座圈與直接離合器鼓整合，并且單向離合器的內(nèi)座圈固定在變速驅(qū)動(dòng)橋箱上。 圖 1號單向離合器示意圖 1 單向離合器外座圈（前內(nèi)齒輪）不能轉(zhuǎn)動(dòng) 2 單向離合器外座圈（前內(nèi)齒輪）能轉(zhuǎn)動(dòng) 3 單向離合器內(nèi)座圈（固定在變速驅(qū)動(dòng)橋箱上） 上圖中所有的旋轉(zhuǎn)方向均從液力變矩器查看。 ? 2