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1、 河北农业大学现代科技学院毕业论文论文题目 汽车变速器的三维造型与运动学仿真摘 要：汽车变速器是整个汽车传动系统中相对关键的一个部件，变速器对整车的动力性与经济性、操纵的可靠性与轻便性、传动的平稳性与效率都有着较为直接的影响。以Pro/Engineer 5.0为工具，建立变速器各零部件的三维实体造型，根据它们之间的约束关系进行整体装配建模，检测变速器整体模型中个零件之间的干涉情况，以确保运动仿真的顺利进行；在Pro/Mechanism模块中建立变速器的运动仿真模型，动态模拟变速器的整个工作过程。该方法实现了变速器设计阶段的可视化，使原来在二维图纸上难以表达和设计的运动变得非常直观和易于修改，从
2、而提高了汽车变速器的设计质量和效率。关键词：变速器，实体造型，装配建模，运动仿真ABSTRACT: Auto transmission is the whole car transmission system, one of the crucial parts relative performance of vehicle transmission with economy, manipulating the reliability and portability, transmission and steadiness and efficiency have relatively direc
3、t influence. To Pro/e 5.0 for tools, set up the transmission of parts of three-dimensional molding, according to the constraint relation between them on the whole assembly modeling, detection transmission in a whole model between the parts, to ensure the interference of the motion simulation smoothl
4、y; In Pro/Mechanism in the module of establishing transmission, dynamic simulation motion simulation model of the whole process of the transmission. This method is realized the visual transmission design phase in the original 2d drawings to express and design sports become very intuitive and easy to
5、 modify, thereby improving the auto transmission design quality and efficiency.Keywords： transmission, entity modelling, assembly modeling, movement simulatio目录1前言11.1 选题的背景及意义11.1.1 汽车变速器运动学仿真设计技术在国内外的发展状况11.1.2 汽车变速器运动学仿真目的和意义11.2 本文的主要内容21.2.1 课题主要任务21.2.2 设计思路21.2.3 主要完成以下工作22变速器构造及工作原理22.1 变速器的
6、结构22.2变速器的工作原理33变速器各部件三维造型及机构的仿真设计43.1变速器齿轮的设计及三维造型43.1.1确定一档齿轮的齿数43.1.2确定常啮合齿轮副的齿数43.1.3确定其他档位的齿数53.1.4确定倒档齿轮的齿数73.1.5齿轮主要参数表83.2变速器轴的设计及三维造型93.2.1轴的尺寸93.2.2轴的三维造型103.3 变速器传动机构运动学仿真设计113.3.1传动机构的组成113.3.2同步器设计113.3.3传动机构运动学仿真过程123.4变速器的操纵机构的运动学仿真设计133.4.1 变速器操纵机构的功用133.4.2 换档位置设置133.4.3换挡机构运动学仿真过程1
7、43.5差速机构运动学仿真设计143.5.1差速器的功能143.5.2 差速器齿轮的基本参数选择154变速器的实体装配154.1 实体建模164.2变速器的装配165变速器运动仿真分析185.1 运动仿真的工作流程185.2 齿轮啮合的运动仿真分析18结束语19参考资料20致 谢211前言 变速器是汽车动力系统中的重要部件，它直接影响着驾驶的操控感觉和乘坐的舒适性。在汽车变速器传统设计中，设计者需把大脑中产生的三维实体图像用二维图形表达出来，工作量大且非常繁琐，设计出来的产品周期长，不能满足现代产品对设计的要求。以参数化为核心的设计软件Pro/E 提供了三维实体设计功能后, 很快被广大用户接受
8、。在运动仿真的过程中, 及时发现设计不合理的结构和部件干涉, 保证产品的装配关系、产品的运动间隙、产品理论尺寸的正确性, 提高产品的设计质量、减少不必要的设计协调、设计反复时间, 极大地缩短了产品设计周期1。1.1 选题的背景及意义1.1.1 汽车变速器运动学仿真设计技术在国内外的发展状况计算机运动学仿真技术在欧美、日本等国的大学、研究机构、汽车厂商及零部件制造厂商已经在技术研究、产品开发中广泛运用。运动学仿真设计在中国汽车行业的应用起步于20世纪80年代中期，历经十几年的缓慢发展，到90年代后期开始加速，目前已经进入飞速发展期。中外合资的汽车以及零部件生产企业的运动学仿真设计应用水平普遍比较
9、低，因为这些合资企业的产品设计权在国外，他们的运动学仿真设计应用一般停留在工艺更改后的验证层次，谈不上汽车关键部件的运动学仿真设计应用。随着外国汽车以及零部件公司逐步在中国建立研发中心，其运动学仿真设计的应用水平也会逐步提高2。国有汽车企业的运动学仿真设计应用开始较早，但是发展缓慢，运动学仿真设计人才流失比较多，有的单位运动学仿真设计的应用20几年来还停留在基本分析阶段。民营或者国内股份企业因为没有现成的产品可以生产，开始是仿造，现在有的企业已经拥有自己的设计能力，且运动学仿真设计在关键部件的应用水平还较高。国内一些自主品牌自主（半自主）开发的车型，对运动学仿真设计分析的需求和依赖性较强，部件
10、、子系统、整车运动与安全都在进行运动学仿真设计分析。有的企业借助一些曾经在国外大汽车公司工作的“海归”带回的经验，并结合本企业运动学仿真设计应用的经验，开始在着手建立自己的运动学仿真设计应用规范和流程。总体来讲，中国的轿车企业运动学仿真设计应用水平相对高，卡车次之，客车企业属于起步阶段。提高运动学仿真设计的应用水平显得尤为重要3。 1.1.2 汽车变速器运动学仿真目的和意义计算机技术的迅猛发展和进步，使其在工业中应用的深度和广度不断拓展，推动着生产力不断提高。汽车工业的产品开发、成产技术方法手段等与时俱进，也随之进步。运动仿真技术是一种崭新的产品开发方法，是多个相关学科领域交叉、集成的产物，是
11、一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法。其涉及机械、电子、计算机图形学、仿真建模、虚拟现实等多个领域、多项技术，以计算机仿真和产品生命周期建模为基础，以机械系统运动学、动力学和控制理论为核心，借助成熟的三维计算机图形技术、图形用户界面技术、信息技术、集成技术、多媒体技术、并行处理技术等，将分散的产品设计开发和分析过程集成在一起，使得与产品相关的所有人员能在产品研制的早期直观形象地对虚拟的产品原型进行设计优化、性能测试、制造仿真以及使用仿真等。1.2 本文的主要内容1.2.1 课题主要任务本课题是在熟悉汽车变速器的前提下运用计算机pro/e软件对汽车变速器各部件进行三维造型绘制并进行预装配
12、，并对其进行运动学仿真，对运动学仿真进行初步的探索，以缩短汽车变速器的设计周期，优化汽车变速器的设计方案，提高变速器的质量。1.2.2 设计思路汽车变速器是一套用于来协调发动机的转速和车轮的实际行驶速度的变速装置，用于发挥发动机的最佳性能。变速器可以在汽车行驶过程中，在发动机和车轮之间产生不同的变速比，通过换挡可以使发动机工作在其最佳的动力性能状态下。如何快速设计和优化汽车变速器，首先要改变传统的手工设计的方法，本论文利用pro/e软件对汽车变速器的各构成进行绘制，并进行预装配仿真，对于进一步设计研究打下基础。应用计算机仿真技术，从设计实验改进设计再实验再设计的设计理念转为设计仿真实验，使设计
13、中的主要问题在设计初期得以解决，可以缩短车辆研发周期，帮助设计人员尽可能多地节省从产设计初稿到产品定型所花费的工作时间、减低开发成本、提高产品设计和制造质量的重要途径4。计算机运动学仿真设计的一般步骤可如下表示：使用Pro/engineer软件模拟所设计的机构使用Pro/engineer中的Mechanism design进行运动学仿真建立设计的模型 1.2.3 主要完成以下工作（1）熟悉汽车变速器的构造设计及工作原理（2）根据所掌握的知识绘制各零部件和预装配 （3）对汽车变速器某些部件进行运动学仿真2变速器构造及工作原理2.1 变速器的结构（1）壳体（2）操纵机构（3）传动机构（4）差速机构
14、2.2变速器的工作原理变速器通过不同齿数齿轮组的相互啮合，改变传动比，从而输出不同的转速与扭矩。主动轮齿数比从动轮的齿数少，输出的转速比输入的转速小，扭矩增大,称为低速档。主动轮齿数比从动轮的齿数多，输出的转速比输入的转速大，扭矩减小，称为超速档。主动轮齿数与输出齿轮齿数相等，输出的转速和扭矩与输入的转速相等，称为直接档5。工作原理如图1所示： 1-输入轴四档齿轮 2-输入轴三档齿轮 3-输入轴二档齿轮 5-输入轴一档齿轮 6-输出轴一档齿轮 7-输出轴倒档齿轮 8-输出轴二档齿轮 9-输出轴三档齿轮10-结合套 11-输出轴四档齿轮 12-输出轴 13-输入轴 图1-变速器工作原理图3变速器
15、各部件三维造型及机构的仿真设计3.1变速器齿轮的设计及三维造型3.1.1确定一档齿轮的齿数已知一档传动比 （3-1）为了确定Z9和Z10的齿数，先求其齿数和： （3-2）其中 A =77.08mm、m =3；故有。选择齿轮的齿数时应注意最好不使相配齿轮的齿数和为偶数，以减少因大、小齿轮的齿数间有公约数的机会，否则会引起齿面的不均匀磨损。则取=51。当轿车三轴式的变速器时，则，此处取=16，则可得出=35。上面根据初选的A及m计算出的可能不是整数，将其调整为整数后，从式（3-3）看出中心距有了变化，这时应从及齿轮变位系数反过来计算中心距A，再以这个修正后的中心距作为以后计算的依据。这里修正为51，则根据式（3-3）反推出A=7
