蘭博 于靜 朱廣壽 劉龍雪 吉林工程技術(shù)師范學(xué)院
隨著科技的進(jìn)步,時(shí)代的發(fā)展,伴隨著生活水平的升高,汽車(chē)已成為現(xiàn)代人的生活中不可或缺的內(nèi)容。而汽車(chē)的研發(fā)是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù),其中變速器的設(shè)計(jì)更是至關(guān)重要。在早期變速器設(shè)計(jì)的過(guò)程中,總裝設(shè)計(jì)主要依賴(lài)于經(jīng)驗(yàn),大量采用定性分析,使缺乏定量分析。結(jié)合時(shí)代發(fā)展的浪潮,基于 CATIA的汽車(chē)變速器參數(shù)化設(shè)計(jì)及仿真可以很好的解決在變速器設(shè)計(jì)這一技術(shù)方面存在的問(wèn)題??梢酝ㄟ^(guò)計(jì)算機(jī)三維軟件,使得工作人員可以根據(jù)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)整個(gè)性能進(jìn)行分析與評(píng)估,并以此來(lái)提供更好的設(shè)計(jì)方案和制造方法。
參數(shù)化建模使設(shè)計(jì)人員的工作,得到了極大的方便。參數(shù)化設(shè)計(jì)是實(shí)物的三維模型。因此參數(shù)化建??梢蕴岣呱a(chǎn)效率,縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)間。并且參數(shù)化設(shè)計(jì)可以為不同的客戶設(shè)計(jì)個(gè)性化的產(chǎn)品。只需改變模型中相應(yīng)參數(shù),就能達(dá)到客戶的要求。參數(shù)化建模分為二維軟件和三維軟件,三維建??梢匀我庖晥D方向查看模型,而二維建模只能在平面中觀察。
在 CATIA 眾多型號(hào)中,V5 的先進(jìn)性、靈活性使它廣泛地應(yīng)用在在汽車(chē)領(lǐng)域。CATIA 可以進(jìn)行車(chē)輛造型的設(shè)計(jì),可以分析三維圖形。建立運(yùn)動(dòng)的模型設(shè)計(jì)方案通過(guò)進(jìn)行立體演示,將較為清晰的仿真動(dòng)態(tài)提供給技術(shù)人員。
三維逆向工程可以在經(jīng)過(guò)現(xiàn)代化模具制造技術(shù)的處理后滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需求。三維逆向工程通過(guò)從實(shí)物中獲得的信息,通過(guò)整理數(shù)據(jù),而設(shè)計(jì)出理想的產(chǎn)品的一種方法。這是一種反向構(gòu)思、改良的系統(tǒng)化過(guò)程,從實(shí)物到虛擬模型的推論,突出在逆向反求過(guò)程中超前的設(shè)計(jì)想法。
處理實(shí)物是逆向工程的關(guān)鍵內(nèi)容。三維激光掃描進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集,對(duì)實(shí)物進(jìn)行細(xì)致的掃描對(duì)系統(tǒng)中各項(xiàng)標(biāo)記以及數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面分析。通過(guò)進(jìn)行科學(xué)分析處理各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)。將獲得的數(shù)據(jù)信息以及數(shù)據(jù)特征的進(jìn)行處理(如圖1所示)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中要結(jié)合具體狀況進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化,對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容不斷的修改。從而達(dá)到消除各種問(wèn)題的目的,利用數(shù)字化的功能使模具更完善,合理性更強(qiáng)。
變速器是改變收割機(jī)、汽車(chē)、輪船等機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)速度或牽引力的裝置,組成其齒輪的尺寸大小不一,一般安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的主動(dòng)軸和從動(dòng)軸之間。汽車(chē)的全車(chē)性能中起著重要作用的是動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng),也是整車(chē)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的體現(xiàn)。
一般的家庭用車(chē)多數(shù)為 4~5 個(gè)檔位的變速器。我們以五個(gè)檔位的變速器中的 1 檔為例。當(dāng)汽車(chē)選擇 1 檔時(shí)的傳動(dòng)比,應(yīng)考慮影響汽車(chē)穩(wěn)定行駛的相關(guān)因素。故有
變速器最低檔位傳動(dòng)比為
m:汽車(chē)總質(zhì)量;Temax:發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩;g:重力加速度;i0:主減速比;ψmax:道路最大阻力系數(shù);η:汽車(chē)傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率;rr:驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑
對(duì)變速器的尺寸及品質(zhì)有直接影響的是中心距,所認(rèn)定的中心距、應(yīng)能確保齒輪的強(qiáng)度。三軸式變速器的中心距 A(mm)可依據(jù)已有變速器的統(tǒng)計(jì)而得出的經(jīng)驗(yàn)所擬定的公式初步為:
齒輪直徑和換檔裝置能確定變速器的橫向外形尺寸。汽車(chē)變速器的變速器殼體的軸向尺寸 3.2~3.6A。
通過(guò)三維逆向工程確定主要零件尺寸,將所得數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬得出CATIA的三維模型。接下來(lái)通過(guò)虛擬裝配。以及干涉分析操作等流程,在此過(guò)程中可以隨時(shí)停止操作,或者中途更改數(shù)據(jù)。運(yùn)行成功時(shí)便可實(shí)現(xiàn)模塊參數(shù)化。由此通過(guò)仿真學(xué)原理,就得到了重構(gòu)后的變速器模型。
表1
在輸入相關(guān)參數(shù)后,用軟件運(yùn)行相關(guān)程序。發(fā)現(xiàn)該仿真模擬的方法,操作方便上手簡(jiǎn)單,可靠性。通過(guò)變換不同的參數(shù),進(jìn)行了仿真模擬運(yùn)行,發(fā)現(xiàn)在復(fù)雜的數(shù)據(jù)變化下可穩(wěn)定運(yùn)行,僅靠改變數(shù)據(jù)大小就可達(dá)到理想的模型狀態(tài)。時(shí)間測(cè)試結(jié)果如表1。
運(yùn)用參數(shù)化設(shè)計(jì)汽車(chē)變速器,只需要簡(jiǎn)單的計(jì)算得出數(shù)據(jù),通過(guò) CATIA 就可以得到想要的模型,并且三維逆向工程可以全方位的觀察變速器模型,滿足了實(shí)際需要。該設(shè)計(jì)方法顛覆傳統(tǒng)汽車(chē)變速器的設(shè)計(jì),用參數(shù)化方法來(lái)處理變速器的設(shè)計(jì)以及各零件的模型,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中產(chǎn)生的問(wèn)題,解決實(shí)際裝配質(zhì)量避免重復(fù)性勞動(dòng),使設(shè)計(jì)工作更加簡(jiǎn)潔明了。