基于CATIA的汽車(chē)變速器參數(shù)化設(shè)計(jì)及仿真

蘭博 于靜 朱廣壽 劉龍雪 吉林工程技術(shù)師范學(xué)院

一、引言

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。

二、參數(shù)化設(shè)計(jì)

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、三維逆向工程

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)。

四、變速器

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）變速器檔數(shù)和傳動(dòng)比

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

（二）中心距

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。

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

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。

六、結(jié)論

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。