車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于逆向工程的C51變速器設(shè)計(jì)【全套圖紙三維】

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1、黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘 要 本課題是設(shè)計(jì)一個(gè)變速器，利用逆向工程的方式，即現(xiàn)有一個(gè)C51變速器實(shí)體，通過實(shí)驗(yàn)室的儀器測量得到基本尺寸（近似尺寸），對測量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析篩選，取其有用的數(shù)據(jù)作為以后設(shè)計(jì)的參考或是驗(yàn)證所計(jì)算的是否合理。 全套圖紙，加153893706 根據(jù)給定的所設(shè)計(jì)變速器需滿足的條件如最大功率、最大扭矩、最高行駛速度等進(jìn)行計(jì)算，通過一步一步的合理分析，求出制造所需的全部數(shù)據(jù)，其間用過的理論、公式等全部有資料作為支撐，在選取參數(shù)的時(shí)候恰到好處的運(yùn)用所測得得數(shù)據(jù),做到貼近成品，在調(diào)節(jié)不了實(shí)物與計(jì)算之間的誤差時(shí)要以查閱的資料為依托，果斷否定可能是測量

2、帶來的誤差引起的爭議，設(shè)計(jì)出合理的產(chǎn)品，不能一味的追求形式上的相似而使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品沒有一點(diǎn)點(diǎn)價(jià)值。 基于C51變速器的反求工程，意在結(jié)構(gòu)、形式上模仿C51變速器，必須保證在接口上的一致，使得做出來的產(chǎn)品有合適的相匹配的車型與之結(jié)合，反求出來的產(chǎn)品自己擁有其生產(chǎn)所需的數(shù)據(jù)和關(guān)鍵的技術(shù)，分析參數(shù)數(shù)據(jù)嘗試創(chuàng)新，得到性能更好的更優(yōu)良的產(chǎn)品。 目前，中國的汽車工業(yè)突飛猛進(jìn)、日新月異，但是與美國、德國、日本還有很大的差距，在這種大環(huán)境還要持續(xù)幾十年的大環(huán)境下，逆向工程一定會有它自己的價(jià)值，每個(gè)強(qiáng)者都是一步一步的走向勝利，在這個(gè)時(shí)期的中國汽車行業(yè)要吸收別國的先進(jìn)技術(shù)，一點(diǎn)點(diǎn)的成為霸主。 關(guān)鍵詞：逆

3、向工程；C51變速器；先進(jìn)技術(shù)；五檔變速器；CATIA建模  ABSTRACT This topic is to design a transmission, using reverse engineering approach, that is, the existing a C51 transmission entity, through the laboratory instrument measurement get basic size (approximate size), to analyze the data measured screening, take its

4、 useful data as the reference or after verifying the design calculation is reasonable According to the given the designed to meet the conditions, such as transmission is the most high power, the maximum torque, highest speed is calculated, such as the reasonable analysis by step by step, for all th

5、e data needed for the manufacture, during which used theory, all has the material such as formula in selecting parameters of support, when measured using properly data, do it close to the finished product,Not real and in regulating calculation errors between the material with access to rely on, deci

6、sive denial may is measuring the controversy over the errors caused by, the design gives reasonable product, not blindly pursue formally similar and make the design of products have little value. Based on the reverse engineering of C51 transmission to structure, formally imitate C51 gearbox, must e

7、nsure thats consistent in interfaces that make the products that have suitable match bond with the models, reverse out products for own its production data and key technology, the analysis parameters obtained data, try to innovate better performance more superior products. At present, Chinas auto i

8、ndustry by leaps and bounds, rapid development, but with the United States, Germany, Japan, also has the very big disparity in this environment continue for several decades of the environment, reverse engineering will have its own value, each have departed is a step by step to victory in this period

9、, the Chinese car industry to absorb foreign advanced technology, a little bit of become overlords. Key words: Reverse engineering；C51 transmission；Advanced Technology;Five gear transmission；CATIA Modeling 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒 論 1 1.1 課題的研究現(xiàn)狀 1 1.2 選題的目的與意義 3 1.

10、3 課題的主要內(nèi)容 3 1.3.1 C51變速器結(jié)構(gòu)和特征分析 3 1.3.2 CATIA三維建模及碰撞分析 4 1.3.3變速器布置方案及初始數(shù)據(jù)的分析 4 1.3.4數(shù)據(jù)的計(jì)算與校核 4 1.3.5圖紙繪制 4 第2章 逆向工程技術(shù)及C51變速器分析 5 2.1逆向設(shè)計(jì) 5 2.2逆向設(shè)計(jì)的過程 5 2.3逆向設(shè)計(jì)的分類 6 2.4逆向設(shè)計(jì)的工程意義 6 2.5本章小結(jié) 8 第3章 CATIA三維建模 9 3.1齒輪的實(shí)體繪制 9 3.1.1 CATIA設(shè)置 9 3.1.2輸入齒輪參數(shù) 9 3.1.3建立函數(shù) 10 3.1.4建立齒根圓 11 3.1.5

11、繪制齒廓 11 3.1.6繪制導(dǎo)圓 13 3.1.7剪裁輪廓線 13 3.1.8繪制輪廓線 14 3.1.9繪制新齒根圓 14 3.1.10繪制齒面 15 3.1.11環(huán)形陣列 15 3.1.12轉(zhuǎn)換齒輪 16 3.2 兩軸的實(shí)體繪制 16 3.2.1 繪制輸入軸 16 3.2.2 草繪 17 3.3同步器的實(shí)體繪制 18 3.3.1繪制滑塊 18 3.3.2繪制花鍵轂 19 3.3.3繪制嚙合套 21 3.3.4鎖環(huán)的繪制 21 3.3.5繪制撥叉軸 22 3.4 繪制軸承 23 3.4.1繪制凸臺 23 3.4.2切削 23 3.4.3陣列鋼珠 24

12、 3.4.4裝配 24 3.5變速器的裝配 25 3.5.1倒檔軸的裝配 25 3.5.2同步器的裝配 25 3.5.3輸入軸的總裝配 26 3.5.4輸出軸總成的裝配 27 3.5.5撥叉總成的裝配 27 3.5.6裝配總圖 27 3.6碰撞干涉分析 29 3.6.1進(jìn)入DMU Kinematiom模塊 29 3.6.2碰撞設(shè)置 30 3.6.3碰撞干涉 30 3.6.4調(diào)整 30 3.6.4距離和區(qū)域分析 31 3.7本章小結(jié) 32 第4章 變速器布置方案 33 4.1 傳動機(jī)構(gòu)布置方案分析 33 4.1.1固定軸式變速器 33 4.1.2倒檔布置方

13、案 36 4.2傳動方案的確定 37 4.3本章小結(jié) 37 第5章 變速器主要參數(shù)的計(jì)算 38 5.1 設(shè)計(jì)初始數(shù)據(jù) 38 5.1.1 變速器各擋傳動比的確定 38 5.1.2中心距A 40 5.2齒輪參數(shù) 40 5.2.1變速器的橫向外形尺寸 40 5.2.2模數(shù) 40 5.2.3壓力角 41 5.2.4螺旋角 41 5.2.5齒寬 41 5.2.6齒頂高系數(shù) 42 5.3各擋齒輪齒數(shù)的分配 42 5.3.1確定一擋齒輪的齒數(shù) 42 5.3.2確定二擋齒輪的齒數(shù) 44 5.3.3確定三擋齒輪的齒數(shù) 46 5.3.4確定四擋齒輪的齒數(shù) 47 5.3.5確定

14、五擋齒輪的齒數(shù) 49 5.3.6倒檔齒輪的計(jì)算 51 5.4本章小結(jié) 53 第6章 設(shè)計(jì)與校核 54 6.1齒輪材料的選擇原則 54 6.1.1 滿足工作條件的要求 54 6.1.2 合理選擇材料配對 54 6.1.3 考慮加工工藝及熱處理工藝 54 6.2計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)矩 54 6.3輪齒強(qiáng)度計(jì)算 55 6.3.1 斜齒輪彎曲應(yīng)力 55 6.3.2 計(jì)算一擋齒輪1,2的彎曲應(yīng)力 56 6.4 軸的工藝要求 57 6.5 軸的強(qiáng)度計(jì)算 58 6.5.1 初選軸的直徑 58 6.5.2 一檔輸入軸軸的強(qiáng)度校核 58 6.5.3一檔輸入軸軸的剛度校核 60 6.5

15、.4 一檔輸出軸軸的強(qiáng)度校核 60 6.5.5一檔輸出軸軸的剛度校核 62 6.6輸入軸軸承的校核 63 6.7輸出軸軸承校核 64 6.8花鍵的計(jì)算 66 6.9花鍵的校核 68 6.10 本章小結(jié) 69 結(jié) 論 70 參考文獻(xiàn) 71 致 謝 72 附 錄 73 附錄A 外文文獻(xiàn)原文 73 附錄B 外文文獻(xiàn)譯文 75 76 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第1章 緒 論 1.1 課題的研究現(xiàn)狀 C51變速器是豐田的一種典型變速器，針對其進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)，可到

16、一種實(shí)用化的設(shè)計(jì)成果，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。為了縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期、提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量、增強(qiáng)企業(yè)對市場的快速響應(yīng)能力，一系列新的產(chǎn)品快速開發(fā)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，如CAD，CAM/CAE技術(shù)、反求工程技術(shù)、快速成型技術(shù)、快速模具技術(shù)、虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)以及并行工程等。其中，反求工程ReverseEngineering，RE)技術(shù)歷經(jīng)幾十年的研究與發(fā)展，已經(jīng)成為新產(chǎn)品快速開發(fā)過程中的核心技術(shù)，它與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、設(shè)計(jì)方法學(xué)等有機(jī)組合構(gòu)成了現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法的整體。 世界各國在機(jī)械行業(yè)中．應(yīng)用反求工程消化吸收先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，給了人們很多有益的啟示。據(jù)統(tǒng)計(jì)，各國70％以上的技術(shù)源

17、于國外。反求工程作為掌握新技術(shù)的一種手段，可使產(chǎn)品研制周期縮短40％以上。隨著計(jì)算機(jī)、數(shù)控和激光測量技術(shù)的飛速發(fā)展，反求工程技術(shù)在新產(chǎn)品快速開發(fā)中已得到廣泛應(yīng)用。在這一方面日本是一個(gè)成功的范例。戰(zhàn)后日本制訂了“吸收性戰(zhàn)略”的基本國策，應(yīng)用反求工程對其引進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行消化 吸收和創(chuàng)新，給第二次世界大戰(zhàn)后的日本國民經(jīng)濟(jì)注入了新的活力，推動了日本經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，使日本國民經(jīng)濟(jì)從20世紀(jì)50年代落后先進(jìn)國家20-30年?duì)顟B(tài)，到20世紀(jì)70、80年代成為世界第二經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國。 隨著計(jì)算機(jī)、數(shù)控和激光測量技術(shù)的飛速發(fā)展，反求工程不再是對已有產(chǎn)品簡單的復(fù)制的過程，其內(nèi)涵與外延都發(fā)生了深刻變化，成為航空、航天、汽

18、車、船舶和模具等工業(yè)領(lǐng)域最重要的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，是工程技術(shù)人員通過實(shí)物樣件、圖紙等快速獲取工程設(shè)計(jì)概念和設(shè)計(jì)模型的具體技術(shù)手段?，F(xiàn)代反求工程指的是針對已有產(chǎn)品原型，消化吸收和挖掘蘊(yùn)含其中的涉及產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和管理等各個(gè)方面的一系列分析方法、手段和技術(shù)的綜合。它以產(chǎn)品原型、實(shí)物、軟件(圖紙、程序、技術(shù)文件等)或影像(圖片、照片等)等作為研究對象，應(yīng)用系統(tǒng)工程學(xué)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法學(xué)和計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的理論和方法，探索并掌握傳統(tǒng)的產(chǎn)品正向設(shè)計(jì)方法不同，它是根據(jù)已經(jīng)存在的產(chǎn)品或零件原型來構(gòu)造產(chǎn)品的工程設(shè)計(jì)模型或概念模型，在此基礎(chǔ)上對已有產(chǎn)品進(jìn)行解剖、深化和再創(chuàng)造，是對已有設(shè)計(jì)的再設(shè)計(jì)。 對產(chǎn)品的實(shí)物模型

19、進(jìn)行表面測量，按照反求工程的過程由測量數(shù)據(jù)點(diǎn)云完成產(chǎn)品模型的三維CAD建模，在工程實(shí)踐中具有廣泛的應(yīng)用。反求工程(Reveme Engineering)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，是根據(jù)已經(jīng)存在的產(chǎn)品模型，反向推出產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)(包括設(shè)計(jì)圖紙或數(shù)學(xué)模型)的過程。具體來講，反求工程的主要工作，就是針對已有的零件，利用三維數(shù)字化測量系統(tǒng)準(zhǔn)確快速地獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，經(jīng)過曲面重構(gòu)、編輯、修改后，得到可以用于后續(xù)設(shè)計(jì)制造的CAD模型們。利用反求獲得的曲面和一些其它可用常規(guī)方法測量的尺寸，可以得到變速器的部分設(shè)計(jì)尺寸，這樣就可以通過CATIA的正向設(shè)計(jì)模塊(Part Design)XiJ該零件進(jìn)行再設(shè)計(jì)。最終

20、的沒計(jì)模型，通過再設(shè)計(jì)的三維模型，可以分析零件的性能及動畫演示，直接轉(zhuǎn)化為二維數(shù)據(jù)應(yīng)用于制造生產(chǎn)。經(jīng)過試驗(yàn)，零件的性能符合要求。由于再設(shè)計(jì)零件滿足了預(yù)期要求，所以可以利用其j維模型進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。 12JS160T系列變速器，該成果屬汽車用機(jī)械式傳動裝置。它是一種全新結(jié)構(gòu)的12檔變速器，由一個(gè)6檔主變速器和一個(gè)2檔副變速器組成。主、副均采用雙中間軸結(jié)構(gòu)，不但繼承了原雙中間軸的全部優(yōu)點(diǎn)，還改善了齒輪的嚙合狀態(tài)，降低了噪音，提高了承載能力；縮小了零件的外形尺寸，減輕了重量；簡化了二軸結(jié)構(gòu)，取消了滾針軸承，減小了故障源。該成果已被國內(nèi)8家汽車廠家選用，并出口到東歐、北歐，填補(bǔ)了國內(nèi)同

21、類型變速器自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)的空白，與國外同類產(chǎn)品相比較，有極大的優(yōu)越性。 S6-150(QJ1506)變速器, 它結(jié)合中國商用汽車大功率、低轉(zhuǎn)速的使用特點(diǎn)開發(fā)的具有國內(nèi)領(lǐng)先水平的新型變速器，其換檔機(jī)構(gòu)采用“ZF”雙錐面、短行程新型鎖環(huán)式同步器?？膳c符合歐Ⅱ、歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)的功率為200-265kW(280-365PS)大扭矩(1300-1500Nm)柴油發(fā)動機(jī)匹配，為總質(zhì)量（16-32t）的豪華大客車、重型載貨車等配套。隨著國內(nèi)大型客車高檔化、發(fā)動機(jī)大扭矩化的發(fā)展趨勢，大扭矩的變速器必將有著更加廣闊的市場前景。 AMT重型車自動變速器(S6-90AMT),AMT是在有級式機(jī)械傳動

22、變速器(MT)基礎(chǔ)上增加自動變速操縱系統(tǒng)組成的，由電子控制系統(tǒng)控制驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)車輛機(jī)械式變速器的自動換檔。該項(xiàng)目的整個(gè)研制工作經(jīng)歷了樣機(jī)操縱特性的測試與分析、樣機(jī)研制及臺架試驗(yàn)、北京地區(qū)道路調(diào)試、北京地區(qū)性能功能試驗(yàn)考核及可靠性試驗(yàn)等5個(gè)階段。經(jīng)過該一年多的樣機(jī)研制過程，已經(jīng)取得了預(yù)期的結(jié)果，裝有(S6-90AMT)的ZK6118HG客車與原ZK6118HG客車，其動力性和可駕駛性均優(yōu)于原車。同時(shí)在北京城區(qū)進(jìn)行了實(shí)際道路行駛，在擁擠路段、立交橋等各種特殊路況下都可滿足實(shí)際需要。 液力自動變速器(AT),它是將發(fā)動機(jī)的機(jī)械能平穩(wěn)地傳給車輪的一種液力機(jī)械裝置，以其良好的乘坐舒適性、

23、方便的操縱性、優(yōu)越的動力性、良好的安全性奠定了在汽車工業(yè)的主導(dǎo)地位我國最早是在一汽生產(chǎn)的CA770 紅旗轎車上裝備了自動變速器，但累計(jì)只生產(chǎn)了1283 臺，尚不具有工業(yè)化生產(chǎn)的意義。 電控機(jī)械式自動變速器(AMT),AMT既具有液力自動變速器自動變速的優(yōu)點(diǎn)，又保留了原手動變速器齒輪傳動的效率高、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、易制造的長處。它揉合了二者優(yōu)點(diǎn)，是非常適合我國國情的機(jī)電一體化高新技術(shù)產(chǎn)品。它是在現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械變速器上進(jìn)行改造的，保留了絕大部分原總成部件，只改變其中手動操作系統(tǒng)的換擋桿部分，生產(chǎn)繼承性好，改造的投入費(fèi)用少，非常容易被生產(chǎn)廠家接受。它的缺點(diǎn)是非動力換擋，這可以通過電控軟件方面來得到一

24、定彌補(bǔ)。 無級自動變速器(CVT),世界最早的無級自動變速器，因?yàn)槭軅鲃酉鹉z帶強(qiáng)度所限制，難于推廣實(shí)用，直到1984 年因VANDoone 發(fā)明了金屬V 型帶才獲新生。CVT速比光滑變化，無級傳遞扭矩，乘坐舒適，加速性好，燃料經(jīng)濟(jì)性高。但它的起動性能差，故需另加起動裝置，現(xiàn)在較多的CVT選液力變矩器為起動裝置，又稱雙無級自動變速器。目前它在自動變速器中僅占1%，其中90% 在日本，10% 在歐洲。日本Subaru Nissan Hongda意大利Fiat 等在車上部分選用。 1.2 選題的目的與意義 反求工程(Reverse Engineering，RE)技術(shù)歷經(jīng)幾十年的研究與發(fā)展，已經(jīng)

25、成為新產(chǎn)品快速開發(fā)過程中的核心技術(shù)，它與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、設(shè)計(jì)方法學(xué)等有機(jī)組合構(gòu)成了現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法的整體。目前，反求工程技術(shù)，被廣泛地應(yīng)用于摩托車、汽車、飛機(jī)、家用電器、模具等產(chǎn)品的改型與創(chuàng)新設(shè)計(jì)，成為消化、吸收先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品快速開發(fā)的重要手段。 反求工程技術(shù)在正向設(shè)計(jì)中的應(yīng)用廣泛，反求工程并不局限于簡單的復(fù)制抄襲已有的零件，而且通過反求功能重構(gòu)出已丟失的3D模型，可以作為后續(xù)再設(shè)計(jì)的參照，以提高產(chǎn)的精度，使零件間滿足嚴(yán)格的裝配要求，通過反求工程與有限元 運(yùn)動學(xué)分析結(jié)合，可以提早發(fā)現(xiàn)問題，縮短研發(fā)的時(shí)間和成本。反求設(shè)計(jì)作為一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)輔助手段，通過與正向設(shè)計(jì)方

26、法相結(jié)合，必將帶動產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā) 進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。 1.3 課題的主要內(nèi)容 1.3.1 C51變速器結(jié)構(gòu)和特征分析 查C51變速器使用與維修手冊，確定檔位數(shù)及各檔齒數(shù)，利用專用工具分解變速器，測得輸入輸出軸長度及軸上齒肩位置尺寸，各個(gè)齒輪的系數(shù)，變速器箱體的外廓尺寸及拐點(diǎn)位置尺寸，測各個(gè)軸承的尺寸，同步器的所有尺寸，撥叉所有尺寸，各油道的位置尺寸，變速器上的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件的型號（如螺栓 滾針軸承等）。 1.3.2 CATIA三維建模及碰撞分析 齒輪及兩軸的實(shí)體繪制，軸承的實(shí)體繪制，同步器的實(shí)體繪制，將所有零件按順序裝配到一起，進(jìn)行碰撞、干涉分析及調(diào)整。 1.3.3變速器布置方案及

27、初始數(shù)據(jù)的分析 發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（Nm/rpm）：152/4 400；發(fā)動機(jī)最大功率（kw/rpm）：88/6 00整車整備質(zhì)量：1 145 kg；輪胎類型與規(guī)格：195/65R15；汽車最高車速：195km/h}，對結(jié)合實(shí)物與汽車設(shè)計(jì)并確定變速器的布置方案。 1.3.4 數(shù)據(jù)的計(jì)算與校核 再設(shè)計(jì)是根據(jù)初始數(shù)據(jù)計(jì)算變速器各檔傳動比，齒輪參數(shù)的確定，齒輪齒數(shù)的分配，齒輪材料的選擇，計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)矩，輪齒強(qiáng)度計(jì)算，軸及軸上支撐校核，軸的工藝要求，軸的強(qiáng)度計(jì)算，軸的強(qiáng)度驗(yàn)算，軸承及軸承校核，校核軸承的壽命 1.3.5 圖紙繪制 輸入輸出軸的繪制，齒輪的繪制，同步器的繪制，殼體

28、撥叉及軸承的繪制，油道及細(xì)節(jié)的繪制，俯視圖 側(cè)視圖及單獨(dú)剖視圖的繪制，標(biāo)注及技術(shù)要求，標(biāo)題欄的繪制與填寫。按尺寸繪制零件，標(biāo)注尺寸公差，繪制標(biāo)題欄，編輯技術(shù)要求。 第2章 逆向工程技術(shù)及C51變速器分析 2.1逆向設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)是按照正向設(shè)計(jì)：即市場需求分析、設(shè)計(jì)要求到工程師一系列創(chuàng)造性設(shè)計(jì)活動最后完成設(shè)計(jì)成果的過程。 逆向設(shè)計(jì)是對已知事物進(jìn)行分析，從而充分消化和吸收，并在此基礎(chǔ)上要改進(jìn)、挖潛在創(chuàng)造的一個(gè)過程。首先是已知一個(gè)確定的事物經(jīng)過一系列消化、吸收、再創(chuàng)造活動最后完成設(shè)計(jì)成果過程。 2.2逆向設(shè)計(jì)的過程

29、 逆向設(shè)計(jì)分為兩個(gè)階段：逆向分析階段與逆向設(shè)計(jì)階段。 逆向分析階段是通過對原產(chǎn)品的功能、原理方案、零部件結(jié)構(gòu)尺寸、材料性能、加工裝配工藝等進(jìn)行全面深入的了解，明確其關(guān)鍵功能和關(guān)鍵技術(shù)，對設(shè)計(jì)特點(diǎn)和不足之處作出必要的評估。 （1）逆向設(shè)計(jì)的思想 了解產(chǎn)品設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想是分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要前提，是明確逆向設(shè)計(jì)要求的關(guān)鍵。 C51變速器在保證產(chǎn)品良好的性能前提下，降低產(chǎn)品的成本，有較高的性價(jià)比，且走可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能、環(huán)保、綠色設(shè)計(jì)、人性化、智能化是現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念的體現(xiàn)。 （2）原理方案分析 產(chǎn)品是針對功能要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，功能的實(shí)現(xiàn)懶于原理方案的保證。探索原設(shè)計(jì)的功能原理和機(jī)構(gòu)組成特點(diǎn)，進(jìn)一步

30、研究實(shí)現(xiàn)同樣功能新的原理解法是實(shí)現(xiàn)逆向設(shè)計(jì)技術(shù)創(chuàng)新的重要步驟。 C51變速器依托于操縱系統(tǒng)配合同步器實(shí)現(xiàn)齒輪間嚙合的變換起到降速增扭的作用，發(fā)動機(jī)傳遞出來的高轉(zhuǎn)速的扭矩直接傳遞到車輪沒有實(shí)際的意義，必須通過變速器的轉(zhuǎn)換，而齒輪傳遞的力矩平穩(wěn)，效率高，故變速器的設(shè)計(jì)根據(jù)此實(shí)現(xiàn)，同步器的在不改變齒輪位置的前提下，成功的將動力自由的切換成為了換擋的核心。 （3）結(jié)構(gòu)分析 結(jié)構(gòu)方式不同，對功能的保證措施也不同隨之帶來的是產(chǎn)品特點(diǎn)也不同。 C51變速器采用五檔分箱結(jié)構(gòu)，一二檔共用一個(gè)同步器，三四檔共用一個(gè)同步器，五檔自己一個(gè)同步器，所有的同步器都用鎖環(huán)式，倒檔采用直齒滑動方式傳遞動力，并且倒檔的

31、輸出齒輪與一二檔的同步器嚙合套做成一體，撥叉軸的設(shè)計(jì)時(shí)倒檔與五檔共用一個(gè)，利用檔位之間的互鎖功能，調(diào)整好間距實(shí)現(xiàn)此結(jié)構(gòu)。 （4）材料分析 通過零件的外觀比較，重量測量、硬度測量、化學(xué)分析、光譜分析、金相分析等手段，對材料的物理、化學(xué)成分、熱處理進(jìn)行鑒定。參照同類產(chǎn)品的材料牌號，選擇滿足的力學(xué)性能和化學(xué)性能要求的國產(chǎn)材料代用。 通過查閱相關(guān)資料，C51變速器的殼體采用ZL401，輸入輸出軸采用40Cr，齒輪分別為40Cr和20CrMnTi，撥叉是6061-T6，還有一些HT200。 （5）形體尺寸分析 實(shí)物反求，則可以通過常用的測量設(shè)備如萬能量具、投影儀、三維坐標(biāo)儀等對產(chǎn)品直接進(jìn)行測量

32、，以確定形體尺寸。 在現(xiàn)有的條件下利用直齒和游標(biāo)卡尺對C51變速器進(jìn)行測量，測得的尺寸在三維建模時(shí)體現(xiàn)的淋漓盡致。 （6）外觀造型分析 產(chǎn)品外觀造型是產(chǎn)品的視覺語言，最能突出產(chǎn)品的個(gè)性，在商品競爭中起重要作用。對產(chǎn)品的造型及色彩進(jìn)行分析，從美學(xué)原則、顧客需求心理、商品價(jià)值等進(jìn)行構(gòu)型設(shè)計(jì)和色彩分析。 C51變速器外觀最主要的是輸入輸出軸連接的接口，要想保證變速器能與車相匹配所必須的，而外形的設(shè)計(jì)保證結(jié)構(gòu)緊湊，強(qiáng)度滿足要求，保證鑄造的合理性，沒有出現(xiàn)死角，沒有出現(xiàn)易縮松、縮孔的位置，與車上的設(shè)備連接合理。 2.3逆向設(shè)計(jì)的分類 逆向設(shè)計(jì)的研究對象及研究內(nèi)容多種多樣，所包含的內(nèi)容也比較多

33、，主要可以分為以下三大類。 （1）實(shí)物類： 主要指先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備的實(shí)物本身，稱硬件反求。 （2） 軟件類： 包括先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備的圖樣、程序、技術(shù)文件等，稱軟件反求。 （3） 影像類： 包括先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備的圖片、照片和以影像形式出現(xiàn)的資料稱影像反求。 2.4逆向設(shè)計(jì)的工程意義 隨著計(jì)算機(jī)、數(shù)控和激光測量技術(shù)的飛速發(fā)展，逆向工程不再是對已有產(chǎn)品簡單的復(fù)制的過程，其內(nèi)涵與外延都發(fā)生了深刻變化，成為航空、航天、汽車、船舶和模具等工業(yè)領(lǐng)域最重要的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，是工程技術(shù)人員通過實(shí)物樣件、圖紙等快速獲取工程設(shè)計(jì)概念和設(shè)計(jì)模型的具體技術(shù)手段?，F(xiàn)代逆向工程指的是針對已有產(chǎn)品原型，消化吸收

34、和挖掘蘊(yùn)含其中的涉及產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和管理等各個(gè)方面的一系列分析方法、手段和技術(shù)的綜合。它以產(chǎn)品原型、實(shí)物、軟件(圖紙、程序、技術(shù)文件等)或影像(圖片、照片等)等作為研究對象，應(yīng)用系統(tǒng)工程學(xué)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法學(xué)和計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的理論和方法，探索并掌握支持產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(jì)、制造和管理的關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)而開發(fā)出同類的或更先進(jìn)的產(chǎn)品。 作為一種逆向思維的工作方式，反求工程技術(shù)與傳統(tǒng)的產(chǎn)品正向設(shè)計(jì)方法不同，它是根據(jù)已經(jīng)存在的產(chǎn)品或零件原型來構(gòu)造產(chǎn)品的工程設(shè)計(jì)模型或概念模型，在此基礎(chǔ)上對已有產(chǎn)品進(jìn)行解剖、深化和再創(chuàng)造，是對已有設(shè)計(jì)的再設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過程遵從正向工程(或正向設(shè)計(jì))的思維進(jìn)行，是從收集市場需

35、求信息著手，按照“產(chǎn)品功能描述(產(chǎn)品規(guī)格及預(yù)期目標(biāo))、產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)及詳細(xì)的零部件設(shè)計(jì)制定生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)、制造工夾具、模具等工裝一零部件加工及裝配一產(chǎn)品檢驗(yàn)及性能測試”這樣的步驟開展工作，是從未知到已知、從抽象到具體的過程。而反求工程則是按照產(chǎn)品引進(jìn)、消化、吸收與創(chuàng)新的思路，以“實(shí)物一原理一功能一三維重構(gòu)一再設(shè)計(jì)”框架模型為工作過程，其中，最主要的任務(wù)是將原始物理模型轉(zhuǎn)化為工程設(shè)計(jì)概念或CAD模型。一方面為提高工程設(shè)計(jì)、加工、分析的質(zhì)量和效率提供充足的信息，另一方面為充分利用先進(jìn)的CAD／CAE／CAM技術(shù)對已有的產(chǎn)品進(jìn)行再創(chuàng)新工程服務(wù)。圖2.1是正向工程與反求工程過程的對比框圖

36、。兩者比較，區(qū)別在于：正向工程是由抽象的較高層次概念或獨(dú)立實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)過渡到設(shè)計(jì)的物理實(shí)現(xiàn)，從設(shè)計(jì)概念至CAD模型具有一個(gè)明確的過程；而反求工程是基于一個(gè)實(shí)物原型來構(gòu)造它的設(shè)計(jì)概念，并且通過對重構(gòu)模型特征參數(shù)的調(diào)整和修改來達(dá)到對實(shí)物原型的產(chǎn)品復(fù)制和創(chuàng)新，以滿足產(chǎn)品更新?lián)Q代和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的要求。在反求工程中，由離散的數(shù)字化點(diǎn)到CAD模型的建立是一個(gè)復(fù)雜的設(shè)計(jì)推理和數(shù)據(jù)加工過程。 產(chǎn)品模型是制造技術(shù)的基礎(chǔ)，而幾何模型又是產(chǎn)品模型的核心。因此，國內(nèi)外有關(guān)反求工程的研究主要集中在幾何形狀的反求，即重建產(chǎn)品樣件的CAD模型方面。從產(chǎn)品幾何模型重建的角度，反求工程可狹義地定義為將產(chǎn)品原型轉(zhuǎn)化為cAD模

37、型有關(guān)的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)、數(shù)字化測量技術(shù)和幾何模型重建技術(shù)的總稱。基于這種定義，反求工程可以看成是從一個(gè)已有的物理模型或?qū)嵨锪慵a(chǎn)生出相應(yīng)的CAD模型的過程。 （a） 正向工程流程圖 （b） 逆向工程流程圖 圖2.1 正向工程與逆向工程 2.5 本章小結(jié) 本章是對逆向工程和的剖析和對C51變速器的原理功能分析，深入的理解逆向工程的含義之后，將C51變速器融入逆向設(shè)計(jì)之中，先理解好逆向工程在明確概念之后，變速器的三維建模和再設(shè)計(jì)思路就非常清晰。 第3章 CATIA三維建模 3.1齒輪的實(shí)體繪制 3.1.

38、1 CATIA設(shè)置 雙擊進(jìn)入CATIA界面，在part design模塊中單擊tools工具里的options選項(xiàng)，調(diào)relatiaon顯示出來的效果如圖3.1所示。 圖 3.1 設(shè)置界面 3.1.2 輸入齒輪參數(shù) 選擇formula按鈕，彈出formula：partameters對話框，填如表3.1所示的內(nèi)容，具體方法是：點(diǎn)擊new parameters of type按鈕，選擇相應(yīng)的type 。 表3.1 編輯內(nèi)容 齒數(shù) Z 基圓半徑 rb=r*cos（a） 模數(shù) m 齒根圓半徑 rf=r-1

39、.25*m 壓力角 a 螺旋角 beta 齒頂圓半徑 rk=r+m 齒厚 depth 分度圓半徑 r=mz/2cos（a） 編輯界面如圖3.2所示 3.1.3 建立函數(shù) 用fog 建立一對變量為t的x、y坐標(biāo)的參數(shù)方程，將這2個(gè)fog的名稱分別改為：x、y；目錄樹中出現(xiàn)了relations節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)下生成Gear_x,Gear_y分支，輸入方程式如圖3.3所示。 圖3.2 輸入界面 圖 3.3 輸入函數(shù)界面 3.1.4 建立齒根圓 在xy平面畫一點(diǎn)，坐標(biāo)為（0,0）并一點(diǎn)為圓心在xy平面建立齒根圓， 圓定

40、義如圖3.4所示。 圖3.4 定義圓界面 3.1.5 繪制齒廓 在xy平面上做點(diǎn)，在輸入框內(nèi)右鍵選擇公式，效果如圖3.5所示。 同樣的辦法輸入y的坐標(biāo)值，然后建立幾個(gè)點(diǎn)用空間曲線連接各點(diǎn)。 圖3.5 齒廓 3.1.6 繪制導(dǎo)圓 畫導(dǎo)圓之后將新建的平面作鏡像，如圖3.6所示。 圖3.6 鏡像 3.1.7 剪裁輪廓線 點(diǎn)擊split工具，將輪廓線剪裁出來，然后利用join工具將這些線條連接起來，裁剪后的效果如圖3.7所示。 圖3.7 裁剪圖樣 3.1.8 繪制輪廓線 做另一端面的輪廓線，用平移工具創(chuàng)建輪廓線，把它旋轉(zhuǎn)一定的角度

41、，如圖3.8所示。 圖3.8 繪制輪廓線界面 3.1.9繪制新齒根圓 從新做一個(gè)齒根圓，再利用extrude工具做出坯子形狀如圖3.9所示。 圖3.9 齒根圓 3.1.10 繪制齒面 用多截面曲面multisections做出如圖3.10所示齒面。 圖3.10 齒面 3.1.11 環(huán)形陣列 做出齒面后將一個(gè)齒面陣列得出多個(gè)齒面，步驟是點(diǎn)擊陣列，選擇剛才的齒面，點(diǎn)則選擇最初的圓心，最后形狀如圖3.11所示。 圖3

42、.11 陣列齒輪 3.1.12 轉(zhuǎn)換齒輪 通過改變齒數(shù)，螺旋角可以將原齒輪變換成合理齒數(shù)的齒輪，達(dá)到系列化的效果，隨意的繪制自己需要的齒輪，如圖3.12所示。 圖3.12 齒輪 3.2 兩軸的實(shí)體繪制 3.2.1 繪制輸入軸 首先是調(diào)整好齒輪，更改到需要的齒數(shù)，達(dá)到如圖3.13所示效果。 圖3.13 更改的齒輪 3.2.2 草繪 在在齒輪的正確的一側(cè)繪圖，利用拉伸和凹槽工具實(shí)現(xiàn)如圖3.14和3.15所示拉伸的尺寸截圖已經(jīng)體現(xiàn)。 圖3.14 齒輪軸外形 圖3.15 完成的齒輪軸 輸出同理，這里不作過

43、多介紹。 3.3同步器的實(shí)體繪制 3.3.1繪制滑塊 利用簡單的拉伸工具即可，但是要保證尺寸的準(zhǔn)確，否則可能導(dǎo)致后面的安裝問題，繪制所需的尺寸在零件圖上以體現(xiàn)，繪制后的三維如圖3.16所示。 圖3.16 滑塊 3.3.2繪制花鍵轂 首先進(jìn)入拉伸的草繪界面，確定外圍尺寸，在利用凹槽去除材料，拉伸的最后效果如圖3.17所示。 圖3.17 拉伸實(shí)體 其次旋轉(zhuǎn)刨掉兩側(cè)多余的部分，尺寸在圖上體現(xiàn)，完成效果如圖3.18所示。 圖3.18 旋轉(zhuǎn)凹槽 最后兩次的打孔使得圖形完整，完成后如圖3.19所示。 圖3.19 花鍵轂 3.3.3 繪制嚙合套 注意花鍵的尺

44、寸，必須滿足和花鍵轂的準(zhǔn)確接合，利用的是拉伸和旋轉(zhuǎn)槽工具，形狀如圖所示3.20所示。 圖3.20 嚙合套 3.3.4鎖環(huán)的繪制 值得注意的是鎖環(huán)的內(nèi)弧度和結(jié)合齒圈的一樣必須保證，才能達(dá)到要求，運(yùn)用的工具是簡單的拉伸和凹槽，形狀如圖3.21所示。 圖3.21 鎖環(huán) 3.3.5 繪制撥叉軸 利用拉伸和旋轉(zhuǎn)剖繪制形狀如圖3.22所示圖形，尺寸如測試尺寸。 圖3.22 撥叉軸 撥叉的形狀如圖3.23所示。 圖3.23 撥叉 3.4 繪制軸承 3.4.1繪制凸臺 在拉伸界面繪制兩個(gè)圓，拉伸出厚度為13mm的圓環(huán)，如圖3.24所示。 圖3.24 凸臺實(shí)體

45、 3.4.2 切削 在利用凹槽削去中間的部分，即利用旋轉(zhuǎn)剖削去中間的一層，注意接下來的是新建一個(gè)幾何體，在上面畫滾珠如圖3.25所示。 圖3.25 切削界面 3.4.3陣列鋼珠 對新建的幾何體即鋼珠進(jìn)行陣列，陣列數(shù)為8個(gè)，定好總角度為360如圖3.26所示。 圖3.26 陣列界面 3.4.4 裝配 對新建的幾何體進(jìn)行裝配處理，使之成為裝配圖，如圖3.27所示。 圖3.27 軸承裝配 3.5變速器的裝配 3.5.1倒檔軸的裝配 進(jìn)入裝配模塊，將齒輪和軸、墊片同軸約束，調(diào)整位置，如圖3.28所示。 圖3.28 倒檔軸的裝配 3.5.2 同步器的裝配

46、 將需要的零件導(dǎo)入界面如圖3.29所示。 圖3.29 裝配位置圖 接著按照同軸、面接觸和距離調(diào)整好各零件的相對位置，結(jié)果如圖3.30所示。 圖3.30 同步器裝配 3.5.3輸入軸的總裝配 保證各個(gè)件總成的相對位置，利用同軸、接觸等約束完成如圖3.31所示裝配。 圖3.31 輸入裝配圖 3.5.4 輸出軸總成的裝配 將所有的輸出軸上的零件按順序排列，導(dǎo)入安裝如圖3.32所示。 圖3.33 輸出軸總裝配 3.5.5撥叉總成的裝配 將撥叉和對應(yīng)的撥叉軸約束如圖3.34所示。 圖3.34 撥叉總成 3.5.6裝配總圖 將輸入軸、輸出軸和撥叉總成對應(yīng)合

47、適的位置安裝如圖3.35排列所示。 圖3.36 總裝配圖 3.6碰撞干涉分析 3.6.1 進(jìn)入DMU Kinematiom模塊 單擊開始按鈕選擇數(shù)字模型里的DMU Kinematiom，進(jìn)入界面如圖3.37所示。 圖3.37 DMU模塊界面 3.6.2 碰撞設(shè)置 單擊碰撞按鈕，彈出界面如圖3.38所示。 圖3.38 碰撞界面 3.6.3 碰撞干涉 在之前彈出的對話框單擊“應(yīng)用”按鈕，顯示出所有的零件間的相對位置關(guān)系，如前4個(gè)表示發(fā)生接觸的零件用鼠標(biāo)單擊，后面就會顯示出干涉的類型，如圖3.39所示即為4號

48、零件與軸之間的接觸。 圖 3.39干涉零件 3.6.4 調(diào)整 出現(xiàn)碰撞零件，分析其干涉的原因，判斷是否合理，進(jìn)行調(diào)整，如圖3.40所示，首先刷新界面，觀察是否因?yàn)榧s束的原因?qū)е碌母缮妫绻皇沁M(jìn)入零件圖，分析干涉部位的尺寸，是否是設(shè)計(jì)所應(yīng)注意的，應(yīng)該避免的干涉，本截圖為約束不合理所致的干涉，故重新調(diào)整約束，刷新之后圖樣。 圖3.40 調(diào)整界面 3.6.4 距離和區(qū)域分析 選擇零件對其進(jìn)行距離和區(qū)域分析，可以直接的顯示出所關(guān)心的幾個(gè)零件之間的位置關(guān)系，對再設(shè)計(jì)的CAD制圖有很大的幫助，分析軸承和齒輪之間的位置關(guān)系，有表格直接的體現(xiàn)，如圖3.41所示在觀察零件間的位置關(guān)系細(xì)節(jié)有

49、重要意義。 圖3.41 距離和區(qū)域分析界面 3.7本章小結(jié) 本章進(jìn)行齒輪的實(shí)體繪制，兩軸的實(shí)體繪制，同步器的實(shí)體繪制，軸承的繪制，變速器的裝配，碰撞干涉分析，可以提前發(fā)現(xiàn)意外的干涉，再設(shè)計(jì)時(shí)及時(shí)的避免，針對于齒輪的繪制，同樣的方法可以繪制任意的漸開線齒輪，本次CATIA的繪制到分析對于產(chǎn)品的初期影像有一個(gè)更好的感官效果，對于產(chǎn)品的問世起到一個(gè)前期的準(zhǔn)備，對產(chǎn)品的分析更是為產(chǎn)品以后的合理性打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。而且有了產(chǎn)品的三維圖對于二維的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)有了更直觀的印象，對于不確信的結(jié)構(gòu)有很直觀的認(rèn)識，對比原有的實(shí)物不斷的創(chuàng)新完善。  第4章 變速器布置方案

50、4.1 傳動機(jī)構(gòu)布置方案分析 4.1.1固定軸式變速器 （1） 兩軸式變速器 固定軸式變速器中的兩軸式和中間軸式變速器應(yīng)用廣泛。其中，兩軸式變速器多用于發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動的汽車上。 與中間軸式變速器比較，兩軸式變速器因軸和軸承數(shù)少，所以結(jié)構(gòu)簡單、輪廓尺寸小和容易布置等優(yōu)點(diǎn)，此外各中間檔位因只經(jīng)一對齒輪傳遞動力，故傳動效率高同時(shí)噪聲也低。因兩軸式變速器不能設(shè)置直接檔，所以在高檔工作時(shí)齒輪和軸承均承載，不僅工作噪聲增大，且易損壞。還有，受結(jié)構(gòu)限制，兩軸式變速器的一檔速比不可能設(shè)計(jì)得很大。對于前進(jìn)擋兩軸式變速器輸入軸的轉(zhuǎn)動方向與輸出的轉(zhuǎn)動方向相反；而中間軸式變速器的第一軸與輸出軸的

51、轉(zhuǎn)動方向相同。 圖4.1示出用在發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動乘用車上的兩軸式變速器傳動方案。其特點(diǎn)是：變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體，發(fā)動機(jī)縱置時(shí)主減速器采用弧齒錐齒輪或準(zhǔn)雙曲面齒輪，發(fā)動機(jī)橫置時(shí)采用斜齒圓柱齒輪；多數(shù)方案的倒檔傳動常用滑動齒輪，其他檔位均采用常嚙合齒輪傳動。圖4.1f中的倒檔齒輪為常嚙合齒輪，并用同步器換擋；同步器多數(shù)裝在輸出軸上，這是因?yàn)橐粰n主動齒輪尺寸小，同步器裝在輸入軸上有困難，而高檔的同步器可以裝在輸入軸的后端，如圖4.1d、e所示；圖4.1d所示方案的變速器有輔助支撐，用來提高軸的剛度，減少齒輪磨損和降低工作噪聲。圖4.1f所示方案為五檔全同步器式變速器，以此為基礎(chǔ)

52、，只要將五擋齒輪用尺寸相當(dāng)?shù)母魈滋娲?，即可改變?yōu)樗臋n變速器，從而形成一個(gè)新產(chǎn)品。 （2） 中間軸式變速器 中間軸式變速器多采用用于發(fā)動機(jī)的前置后輪驅(qū)動汽車和發(fā)動機(jī)后置后輪驅(qū)動的客車上。變速器第一軸的前端經(jīng)軸承在發(fā)動機(jī)飛輪上，第一軸的花鍵用來裝設(shè)離合器的從動盤，而第二軸的末端經(jīng)花鍵與萬向節(jié)連接。 圖4.2、圖4.3、圖4.4分別示出了幾種中間軸式四、五、六檔變速器的變速器傳動方案。各檔傳動方案的共同特點(diǎn)是：變速器第一軸后端與常嚙合主動齒輪做成一體。絕大多數(shù)方案的第二軸前端經(jīng)軸承支撐在第一軸后端的孔內(nèi)，且保持兩軸軸線在同一直線上，經(jīng)嚙合套將它們連接后可以得到直接檔。使用直接檔，變速器的齒輪和

53、軸承及中間軸均不承載，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器等第一軸和第二軸直接輸出，此時(shí)變速器傳遞效率高，可達(dá)90%以上，噪聲低、齒輪和軸承的磨損減少。 圖4.1 兩軸式變速器傳動方案 在除直接檔以外的其他檔位工作時(shí)，中間軸式變速器的傳動效率略有降低，這是它的缺點(diǎn)。 在檔數(shù)相同的條件下，各中間軸式變速器主要在常嚙合齒輪對數(shù)、軸的支撐方式、換擋方式和倒檔傳動方案以及檔位布置順序上有差別。 圖4.2中間軸式四檔變速器傳動方案 如圖4.2中的中間軸式四檔變速器傳動方案示例的區(qū)別為：圖4.2 a、b所示的方案有四對常嚙合齒輪，倒檔用直齒滑動齒輪換檔。第二軸為三點(diǎn)支撐，前端支撐在第一軸的末端孔內(nèi)，軸

54、的中部和后部分別支撐在變速器殼體和附加殼體上。圖4.2a所示傳動方案又能達(dá)到提高中間軸和第二軸剛度的目的；圖4.2c所示傳動方案的二、三、四檔用常嚙合齒輪傳動，而一、倒檔用直齒滑動齒輪換檔，第二軸為兩點(diǎn)支撐。 圖4.3所示為中間軸式五檔變速器傳動方案示例。圖4.3a所示方案中，除一、倒檔用直齒滑動齒輪換擋外，其余各檔為常嚙合齒輪傳動。圖4.3b、c、d所示方案的各前進(jìn)檔，均用常嚙合齒輪傳動。圖4.3d所示方案中的倒檔和超速檔安裝在位于變速器后部的副箱體內(nèi)，這樣布置除可以提高軸的剛度、減少齒輪磨損和降低工作噪聲外，還可以在不需要超速檔的條件下，很容易形成一個(gè)只有四個(gè)前進(jìn)擋的變速器。圖4.4a所

55、示方案中的一檔、倒檔和圖4.4b所示方案中的倒檔用直齒滑動換擋，其余各檔均為常嚙合齒輪。 圖4.3 中間軸式五檔變速器傳動方案 圖4.4 中間軸式六檔變速器傳動方案 4.1.2倒檔布置方案 與前進(jìn)擋位比較，倒檔的使用率不高，而且都是在停車狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)換倒檔，故多數(shù)方案均采用直齒滑動齒輪方式換擋。為實(shí)現(xiàn)倒檔傳動，有些方案利用在中間軸和第二軸上的齒輪傳動路線中加入一個(gè)中間傳動齒輪的方案，如圖4.1a、b、c和圖4.2a、b所示；也有利用兩個(gè)聯(lián)體齒輪方案的，如圖4.2c和如圖4.3a、b所示前者雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是中間傳動齒輪的輪齒是在最不利的正、負(fù)交替對稱變化的彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作；

56、而后者是在較為有利用單向循環(huán)彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作，并使倒檔傳動比略有增加。也有少數(shù)變速器采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜和使成本增加的嚙合套或同步器方案換入倒檔，如圖4.1f所示。 圖4.5 倒檔布置方案 圖4.6 檔位示意圖 4.2傳動方案的確定 所設(shè)計(jì)的變速器應(yīng)用于發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動乘用車上，故選擇兩軸式變速器傳動方案，變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體，發(fā)動機(jī)橫置采用斜齒圓柱齒輪；倒檔采用直齒滑動形式，五檔為分箱內(nèi)的檔位，分箱結(jié)構(gòu)可以提高軸的剛度減少齒輪磨損和降低工作噪聲，在需要的時(shí)候轉(zhuǎn)換成為四檔變速器，倒檔輸出齒輪巧妙合理的與一二檔同步器的嚙合套做成一體，大大的減少了軸向的尺寸，是變速

57、器整體變得緊湊。如圖4.6所示。 4.3本章小結(jié) 變速器由變速傳動機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成，在設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)考慮滿足汽車必要的動力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，這與變速器的檔數(shù)、傳動比范圍和各檔的傳動比有關(guān)，變速器在原有的傳動機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上在附加一個(gè)副箱體這就在結(jié)構(gòu)變化不大的情況下增加變速器檔數(shù)的目的，本設(shè)計(jì)即采用此種結(jié)構(gòu)，而且倒檔的實(shí)現(xiàn)是靠直齒滑動實(shí)現(xiàn)的，它獨(dú)特之處是輸出齒輪是和一二檔同步器的結(jié)合套一體的，大大的縮短了軸向長度，也減少了成本。 第5章 變速器主要參數(shù)的計(jì)算 5.1 設(shè)計(jì)初始數(shù)據(jù) 設(shè)

58、計(jì)的初始數(shù)據(jù)如表5.1所示。 表5.1 初始數(shù)據(jù) 最高車速 195 Km/h 發(fā)動機(jī)額定功率 88 KW 最大功率轉(zhuǎn)速 6000 r/min 發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩 152 Nm 最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速 4400 r/min 整車整備質(zhì)量 1145 Kg 輪胎型號與規(guī)格 195/65 R15 5.1.1 變速器各擋傳動比的確定 再設(shè)計(jì)各擋傳動比、齒輪參數(shù)如表5.2所示。 表5.2 五檔參數(shù)表 輸入齒數(shù) 輸出齒數(shù) 傳動比 五檔 38 31 0.815 四檔 31 32 0.96 三檔 29 38 1.31 二檔 21 40 1.9

59、0 一檔 11 39 3.545 根據(jù) = 0.377 （5.1） 式中 ——最高車速； ——發(fā)動機(jī)最大功率轉(zhuǎn)速； ——車輪半徑； ——變速器最大傳動比； ——主減速器傳動比。 主減速器傳動比 =0.377=0.377=4.25 最大傳動比的選擇： （1）滿足最大爬坡度。 根據(jù)汽車行駛方程式 （5.2） 汽車以一擋在無風(fēng)、干砂路面行駛，公式簡化為

60、 （5.3） 即 （5.4） 式中 G ——作用在汽車上的重力，； ——汽車質(zhì)量； ——重力加速度； ——發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，=152N.m； ——主減速器傳動比，=4.25； ——傳動系效率，=87%； ——車輪半徑，=0.29868m； ——滾動阻力系數(shù)0.01-0.02，取=0.015； ——爬坡度，取=16.7。 =2.31 符合要求。 （2）滿足附著條件 φ （5.

61、5） 在瀝青混凝土干路面，φ=0.7~0.8，取φ=0.75 即 ≤=4.52 由（1）（2）得2.31≤≤4.52； 又因?yàn)檩p型轎車=3-4； 所以，=3.545符合要求。 5.1.2中心距A 初選中心距時(shí)，商用車可根據(jù)下述經(jīng)驗(yàn)公式 （5.6） 式中 ——變速器中心距（mm）； ——中心距系數(shù)，商用車：=8.6～9.6 ； ——發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（N.m）； ——變速器一擋傳動比，=3.545 ； ——變速器傳動效率，取96% ； ——發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，=152N.m 。 乘用車變速器中心距在6

62、0-80mm之間，初選 A=70mm。 5.2齒輪參數(shù) 5.2.1 變速器的橫向外形尺寸 變速器的橫向外形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒擋齒輪和換擋機(jī)構(gòu)的布置初步確定。 乘用車四擋變速器殼體的軸向尺寸為（3.0~3.4）A。則該變速器的軸向尺寸取值范圍為：210-238 mm。 5.2.2 模數(shù) 對貨車，減小質(zhì)量比減小噪聲更重要，故齒輪應(yīng)該選用大些的模數(shù)；從工藝方面考慮，各擋齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù)。 嚙合套和同步器的接合齒多數(shù)采用漸開線。由于工藝上的原因，同一變速器中的接合齒模數(shù)相同。其取值范圍是：乘用車和總質(zhì)量m在1.8～14.0t的貨車為2.0～3.5mm；總質(zhì)量m大于14.0t的

63、貨車為3.5～5.0mm。選取較小的模數(shù)值可使齒數(shù)增多，有利于換擋。 根據(jù)發(fā)動機(jī)排量選擇變速器齒輪的法向模數(shù)。 變速器用齒輪模數(shù)的范圍如表5.3所示。 表5.3汽車變速器齒輪的法向模數(shù) 車型 乘用車的發(fā)動機(jī)排量V/L 貨車的最大總質(zhì)量/t 1.0~1.6 1.6~2.5 6.0 ~14.0 >14.0 模數(shù)/mm 2.25~2.75 2.75~3.00 3.50~4.50 4.50~6.0 所選模數(shù)值應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1357-1987的規(guī)定，見表5.4。選用時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用第一系列，括號內(nèi)的模數(shù)盡可能不用。 表5.4 汽車變速器常用的的齒輪模數(shù) 第一系列

64、 1.0 1.25 1.5 - 2.0 - 2.5 - 第二系列 - - - 1.75 - 2.25 - 2.75 第一系列 3.0 - - - 4.0 - 5.0 第二系列 - 3.25 3.5 3.75 - 4.5 - 盡量應(yīng)用第一系列的參數(shù)。 5.2.3 壓力角 理論上對于乘用車，為加大重合度降低噪聲應(yīng)取用14.5、15、16、16.5等小些的壓力角；對商用車，為提高齒輪承載能力應(yīng)選用22.5或25等大些的壓力角。 國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20，所以變速器齒輪采用的壓力角為20。嚙合套或同步器的接合齒壓力角采

65、用20。 5.2.4 螺旋角 隨著螺旋角的增大，齒的強(qiáng)度也相應(yīng)提高。在齒輪選用大些的螺旋角時(shí)，使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。斜齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，要產(chǎn)生軸向力并作用到軸承上。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)力求使中間軸上同時(shí)工作的兩對齒輪產(chǎn)生的軸向力平衡，以減小軸承負(fù)荷，提高軸承壽命。 5.2.5 齒寬 初選一擋斜齒齒輪齒寬：b=，取為6.0～8.5取b=19mm。 采用嚙合套或同步器換擋時(shí)，其接合齒的工作寬度初選時(shí)可取2～4mm，取4mm。 5.2.6 齒頂高系數(shù) 在齒輪加工精度提高以后，在我國齒頂高系數(shù)為1.00。 5.3各擋齒輪齒數(shù)的分配 5.3.1確定一擋齒輪的齒數(shù)

66、一檔主動從動齒輪齒數(shù)分別為：=39 ，=11。 一擋傳動比為 = 對中心距進(jìn)行修正： 因?yàn)橛?jì)算齒數(shù)和后，經(jīng)過取整數(shù)使中心距有了變化，所以應(yīng)根據(jù)取定的和齒輪變位系數(shù)重新計(jì)算中心距，再以修正后的中心距作為各擋齒輪齒數(shù)分配的依據(jù)，初選m=2.5，β=26。 ==69.53mm 取整為=70mm。 對一擋齒輪進(jìn)行角度變位： 端面嚙合角 tan=tan/cos =22.05 嚙合角 cos==0.925 =22.96 變位系數(shù)之和 =0.187 主動從動齒輪變位系數(shù)為 ， 計(jì)算精確值 A= 一擋齒輪參數(shù)： 分度圓直徑 =2.511/cos26.77=30.8mm =2.539/cos26.77=109