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

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1、黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 摘 要 本課題是設計一個變速器，利用逆向工程的方式，即現(xiàn)有一個C51變速器實體，通過實驗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)進行分析篩選，取其有用的數(shù)據(jù)作為以后設計的參考或是驗證所計算的是否合理。 全套圖紙，加153893706 根據(jù)給定的所設計變速器需滿足的條件如最大功率、最大扭矩、最高行駛速度等進行計算，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)的時候恰到好處的運用所測得得數(shù)據(jù),做到貼近成品，在調節(jié)不了實物與計算之間的誤差時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，設計出合理的產品，不能一味的追求形式上的相似而使所設計的產品沒有一點點價值。 基于C51變速器的反求工程，意在結構、形式上模仿C51變速器，必須保證在接口上的一致，使得做出來的產品有合適的相匹配的車型與之結合，反求出來的產品自己擁有其生產所需的數(shù)據(jù)和關鍵的技術，分析參數(shù)數(shù)據(jù)嘗試創(chuàng)新，得到性能更好的更優(yōu)良的產品。 目前，中國的汽車工業(yè)突飛猛進、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值，每個強者都是一步一步的走向勝利，在這個時期的中國汽車行業(yè)要吸收別國的先進技術，一點點的成為霸主。 關鍵詞：逆

3、向工程；C51變速器；先進技術；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 課題的主要內容 3 1.3.1 C51變速器結構和特征分析 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)的計算與校核 4 1.3.5圖紙繪制 4 第2章 逆向工程技術及C51變速器分析 5 2.1逆向設計 5 2.2逆向設計的過程 5 2.3逆向設計的分類 6 2.4逆向設計的工程意義 6 2.5本章小結 8 第3章 CATIA三維建模 9 3.1齒輪的實體繪制 9 3.1.1 CATIA設置 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轉換齒輪 16 3.2 兩軸的實體繪制 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進入DMU Kinematiom模塊 29 3.6.2碰撞設置 30 3.6.3碰撞干涉 30 3.6.4調整 30 3.6.4距離和區(qū)域分析 31 3.7本章小結 32 第4章 變速器布置方案 33 4.1 傳動機構布置方案分析 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 37 第5章 變速器主要參數(shù)的計算 38 5.1 設計初始數(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倒檔齒輪的計算 51 5.4本章小結 53 第6章 設計與校核 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計算各軸的轉矩 54 6.3輪齒強度計算 55 6.3.1 斜齒輪彎曲應力 55 6.3.2 計算一擋齒輪1,2的彎曲應力 56 6.4 軸的工藝要求 57 6.5 軸的強度計算 58 6.5.1 初選軸的直徑 58 6.5.2 一檔輸入軸軸的強度校核 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花鍵的計算 66 6.9花鍵的校核 68 6.10 本章小結 69 結 論 70 參考文獻 71 致 謝 72 附 錄 73 附錄A 外文文獻原文 73 附錄B 外文文獻譯文 75 76 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 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，針對其進行逆向設計，可到

16、一種實用化的設計成果，具有一定的實際應用價值。為了縮短新產品的開發(fā)周期、提高產品的設計和制造質量、增強企業(yè)對市場的快速響應能力，一系列新的產品快速開發(fā)技術應運而生，如CAD，CAM/CAE技術、反求工程技術、快速成型技術、快速模具技術、虛擬設計技術以及并行工程等。其中，反求工程ReverseEngineering，RE)技術歷經幾十年的研究與發(fā)展，已經成為新產品快速開發(fā)過程中的核心技術，它與計算機輔助設計、優(yōu)化設計、有限元分析、設計方法學等有機組合構成了現(xiàn)代設計理論和方法的整體。 世界各國在機械行業(yè)中．應用反求工程消化吸收先進技術和經驗，給了人們很多有益的啟示。據(jù)統(tǒng)計，各國70％以上的技術源

17、于國外。反求工程作為掌握新技術的一種手段，可使產品研制周期縮短40％以上。隨著計算機、數(shù)控和激光測量技術的飛速發(fā)展，反求工程技術在新產品快速開發(fā)中已得到廣泛應用。在這一方面日本是一個成功的范例。戰(zhàn)后日本制訂了“吸收性戰(zhàn)略”的基本國策，應用反求工程對其引進的技術進行消化 吸收和創(chuàng)新，給第二次世界大戰(zhàn)后的日本國民經濟注入了新的活力，推動了日本經濟的高速發(fā)展，使日本國民經濟從20世紀50年代落后先進國家20-30年狀態(tài)，到20世紀70、80年代成為世界第二經濟強國。 隨著計算機、數(shù)控和激光測量技術的飛速發(fā)展，反求工程不再是對已有產品簡單的復制的過程，其內涵與外延都發(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)領域最重要的產品創(chuàng)新設計方法，是工程技術人員通過實物樣件、圖紙等快速獲取工程設計概念和設計模型的具體技術手段?，F(xiàn)代反求工程指的是針對已有產品原型，消化吸收和挖掘蘊含其中的涉及產品設計、制造和管理等各個方面的一系列分析方法、手段和技術的綜合。它以產品原型、實物、軟件(圖紙、程序、技術文件等)或影像(圖片、照片等)等作為研究對象，應用系統(tǒng)工程學、產品設計方法學和計算機輔助技術的理論和方法，探索并掌握傳統(tǒng)的產品正向設計方法不同，它是根據(jù)已經存在的產品或零件原型來構造產品的工程設計模型或概念模型，在此基礎上對已有產品進行解剖、深化和再創(chuàng)造，是對已有設計的再設計。 對產品的實物模型

19、進行表面測量，按照反求工程的過程由測量數(shù)據(jù)點云完成產品模型的三維CAD建模，在工程實踐中具有廣泛的應用。反求工程(Reveme Engineering)是產品設計領域的一項關鍵技術，是根據(jù)已經存在的產品模型，反向推出產品設計數(shù)據(jù)(包括設計圖紙或數(shù)學模型)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)準確快速地獲取點云數(shù)據(jù)，經過曲面重構、編輯、修改后，得到可以用于后續(xù)設計制造的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計尺寸，這樣就可以通過CATIA的正向設計模塊(Part Design)XiJ該零件進行再設計。最終

20、的沒計模型，通過再設計的三維模型，可以分析零件的性能及動畫演示，直接轉化為二維數(shù)據(jù)應用于制造生產。經過試驗，零件的性能符合要求。由于再設計零件滿足了預期要求，所以可以利用其j維模型進行模具設計，以實現(xiàn)批量生產。 12JS160T系列變速器，該成果屬汽車用機械式傳動裝置。它是一種全新結構的12檔變速器，由一個6檔主變速器和一個2檔副變速器組成。主、副均采用雙中間軸結構，不但繼承了原雙中間軸的全部優(yōu)點，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；簡化了二軸結構，取消了滾針軸承，減小了故障源。該成果已被國內8家汽車廠家選用，并出口到東歐、北歐，填補了國內同

21、類型變速器自主設計生產的空白，與國外同類產品相比較，有極大的優(yōu)越性。 S6-150(QJ1506)變速器, 它結合中國商用汽車大功率、低轉速的使用特點開發(fā)的具有國內領先水平的新型變速器，其換檔機構采用“ZF”雙錐面、短行程新型鎖環(huán)式同步器?？膳c符合歐Ⅱ、歐Ⅲ排放標準的功率為200-265kW(280-365PS)大扭矩(1300-1500Nm)柴油發(fā)動機匹配，為總質量（16-32t）的豪華大客車、重型載貨車等配套。隨著國內大型客車高檔化、發(fā)動機大扭矩化的發(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是在有級式機械傳動

22、變速器(MT)基礎上增加自動變速操縱系統(tǒng)組成的，由電子控制系統(tǒng)控制驅動執(zhí)行機構以實現(xiàn)車輛機械式變速器的自動換檔。該項目的整個研制工作經歷了樣機操縱特性的測試與分析、樣機研制及臺架試驗、北京地區(qū)道路調試、北京地區(qū)性能功能試驗考核及可靠性試驗等5個階段。經過該一年多的樣機研制過程，已經取得了預期的結果，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。同時在北京城區(qū)進行了實際道路行駛，在擁擠路段、立交橋等各種特殊路況下都可滿足實際需要。 液力自動變速器(AT),它是將發(fā)動機的機械能平穩(wěn)地傳給車輪的一種液力機械裝置，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)的主導地位我國最早是在一汽生產的CA770 紅旗轎車上裝備了自動變速器，但累計只生產了1283 臺，尚不具有工業(yè)化生產的意義。 電控機械式自動變速器(AMT),AMT既具有液力自動變速器自動變速的優(yōu)點，又保留了原手動變速器齒輪傳動的效率高、成本低、結構簡單、易制造的長處。它揉合了二者優(yōu)點，是非常適合我國國情的機電一體化高新技術產品。它是在現(xiàn)生產的機械變速器上進行改造的，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，生產繼承性好，改造的投入費用少，非常容易被生產廠家接受。它的缺點是非動力換擋，這可以通過電控軟件方面來得到一

24、定彌補。 無級自動變速器(CVT),世界最早的無級自動變速器，因為受傳動橡膠帶強度所限制，難于推廣實用，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，燃料經濟性高。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)技術歷經幾十年的研究與發(fā)展，已經

25、成為新產品快速開發(fā)過程中的核心技術，它與計算機輔助設計、優(yōu)化設計、有限元分析、設計方法學等有機組合構成了現(xiàn)代設計理論和方法的整體。目前，反求工程技術，被廣泛地應用于摩托車、汽車、飛機、家用電器、模具等產品的改型與創(chuàng)新設計，成為消化、吸收先進技術，實現(xiàn)新產品快速開發(fā)的重要手段。 反求工程技術在正向設計中的應用廣泛，反求工程并不局限于簡單的復制抄襲已有的零件，而且通過反求功能重構出已丟失的3D模型，可以作為后續(xù)再設計的參照，以提高產的精度，使零件間滿足嚴格的裝配要求，通過反求工程與有限元 運動學分析結合，可以提早發(fā)現(xiàn)問題，縮短研發(fā)的時間和成本。反求設計作為一種先進的設計輔助手段，通過與正向設計方

26、法相結合，必將帶動產品設計與開發(fā) 進入一個新的發(fā)展階段。 1.3 課題的主要內容 1.3.1 C51變速器結構和特征分析 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，各個齒輪的系數(shù)，變速器箱體的外廓尺寸及拐點位置尺寸，測各個軸承的尺寸，同步器的所有尺寸，撥叉所有尺寸，各油道的位置尺寸，變速器上的各個標準件的型號（如螺栓 滾針軸承等）。 1.3.2 CATIA三維建模及碰撞分析 齒輪及兩軸的實體繪制，軸承的實體繪制，同步器的實體繪制，將所有零件按順序裝配到一起，進行碰撞、干涉分析及調整。 1.3.3變速器布置方案及

27、初始數(shù)據(jù)的分析 發(fā)動機最大轉矩（Nm/rpm）：152/4 400；發(fā)動機最大功率（kw/rpm）：88/6 00整車整備質量：1 145 kg；輪胎類型與規(guī)格：195/65R15；汽車最高車速：195km/h}，對結合實物與汽車設計并確定變速器的布置方案。 1.3.4 數(shù)據(jù)的計算與校核 再設計是根據(jù)初始數(shù)據(jù)計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，計算各軸的轉矩，輪齒強度計算，軸及軸上支撐校核，軸的工藝要求，軸的強度計算，軸的強度驗算，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，油道及細節(jié)的繪制，俯視圖 側視圖及單獨剖視圖的繪制，標注及技術要求，標題欄的繪制與填寫。按尺寸繪制零件，標注尺寸公差，繪制標題欄，編輯技術要求。 第2章 逆向工程技術及C51變速器分析 2.1逆向設計 傳統(tǒng)的產品開發(fā)是按照正向設計：即市場需求分析、設計要求到工程師一系列創(chuàng)造性設計活動最后完成設計成果的過程。 逆向設計是對已知事物進行分析，從而充分消化和吸收，并在此基礎上要改進、挖潛在創(chuàng)造的一個過程。首先是已知一個確定的事物經過一系列消化、吸收、再創(chuàng)造活動最后完成設計成果過程。 2.2逆向設計的過程

29、 逆向設計分為兩個階段：逆向分析階段與逆向設計階段。 逆向分析階段是通過對原產品的功能、原理方案、零部件結構尺寸、材料性能、加工裝配工藝等進行全面深入的了解，明確其關鍵功能和關鍵技術，對設計特點和不足之處作出必要的評估。 （1）逆向設計的思想 了解產品設計的指導思想是分析產品設計的重要前提，是明確逆向設計要求的關鍵。 C51變速器在保證產品良好的性能前提下，降低產品的成本，有較高的性價比，且走可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能、環(huán)保、綠色設計、人性化、智能化是現(xiàn)代設計理念的體現(xiàn)。 （2）原理方案分析 產品是針對功能要求進行設計，功能的實現(xiàn)懶于原理方案的保證。探索原設計的功能原理和機構組成特點，進一步

30、研究實現(xiàn)同樣功能新的原理解法是實現(xiàn)逆向設計技術創(chuàng)新的重要步驟。 C51變速器依托于操縱系統(tǒng)配合同步器實現(xiàn)齒輪間嚙合的變換起到降速增扭的作用，發(fā)動機傳遞出來的高轉速的扭矩直接傳遞到車輪沒有實際的意義，必須通過變速器的轉換，而齒輪傳遞的力矩平穩(wěn)，效率高，故變速器的設計根據(jù)此實現(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）結構分析 結構方式不同，對功能的保證措施也不同隨之帶來的是產品特點也不同。 C51變速器采用五檔分箱結構，一二檔共用一個同步器，三四檔共用一個同步器，五檔自己一個同步器，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，撥叉軸的設計時倒檔與五檔共用一個，利用檔位之間的互鎖功能，調整好間距實現(xiàn)此結構。 （4）材料分析 通過零件的外觀比較，重量測量、硬度測量、化學分析、光譜分析、金相分析等手段，對材料的物理、化學成分、熱處理進行鑒定。參照同類產品的材料牌號，選擇滿足的力學性能和化學性能要求的國產材料代用。 通過查閱相關資料，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 實物反求，則可以通過常用的測量設備如萬能量具、投影儀、三維坐標儀等對產品直接進行測量

32、，以確定形體尺寸。 在現(xiàn)有的條件下利用直齒和游標卡尺對C51變速器進行測量，測得的尺寸在三維建模時體現(xiàn)的淋漓盡致。 （6）外觀造型分析 產品外觀造型是產品的視覺語言，最能突出產品的個性，在商品競爭中起重要作用。對產品的造型及色彩進行分析，從美學原則、顧客需求心理、商品價值等進行構型設計和色彩分析。 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，而外形的設計保證結構緊湊，強度滿足要求，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，與車上的設備連接合理。 2.3逆向設計的分類 逆向設計的研究對象及研究內容多種多樣，所包含的內容也比較多

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

34、和挖掘蘊含其中的涉及產品設計、制造和管理等各個方面的一系列分析方法、手段和技術的綜合。它以產品原型、實物、軟件(圖紙、程序、技術文件等)或影像(圖片、照片等)等作為研究對象，應用系統(tǒng)工程學、產品設計方法學和計算機輔助技術的理論和方法，探索并掌握支持產品全生命周期設計、制造和管理的關鍵技術，進而開發(fā)出同類的或更先進的產品。 作為一種逆向思維的工作方式，反求工程技術與傳統(tǒng)的產品正向設計方法不同，它是根據(jù)已經存在的產品或零件原型來構造產品的工程設計模型或概念模型，在此基礎上對已有產品進行解剖、深化和再創(chuàng)造，是對已有設計的再設計。傳統(tǒng)的產品開發(fā)過程遵從正向工程(或正向設計)的思維進行，是從收集市場需

35、求信息著手，按照“產品功能描述(產品規(guī)格及預期目標)、產品概念設計、產品總體設計及詳細的零部件設計制定生產工藝流程設計、制造工夾具、模具等工裝一零部件加工及裝配一產品檢驗及性能測試”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品引進、消化、吸收與創(chuàng)新的思路，以“實物一原理一功能一三維重構一再設計”框架模型為工作過程，其中，最主要的任務是將原始物理模型轉化為工程設計概念或CAD模型。一方面為提高工程設計、加工、分析的質量和效率提供充足的信息，另一方面為充分利用先進的CAD／CAE／CAM技術對已有的產品進行再創(chuàng)新工程服務。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立實現(xiàn)的設計過渡到設計的物理實現(xiàn)，從設計概念至CAD模型具有一個明確的過程；而反求工程是基于一個實物原型來構造它的設計概念，并且通過對重構模型特征參數(shù)的調整和修改來達到對實物原型的產品復制和創(chuàng)新，以滿足產品更新?lián)Q代和創(chuàng)新設計的要求。在反求工程中，由離散的數(shù)字化點到CAD模型的建立是一個復雜的設計推理和數(shù)據(jù)加工過程。 產品模型是制造技術的基礎，而幾何模型又是產品模型的核心。因此，國內外有關反求工程的研究主要集中在幾何形狀的反求，即重建產品樣件的CAD模型方面。從產品幾何模型重建的角度，反求工程可狹義地定義為將產品原型轉化為cAD模

37、型有關的計算機輔助技術、數(shù)字化測量技術和幾何模型重建技術的總稱?；谶@種定義，反求工程可以看成是從一個已有的物理模型或實物零件產生出相應的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 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變速器融入逆向設計之中，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計思路就非常清晰。 第3章 CATIA三維建模 3.1齒輪的實體繪制 3.1.

38、1 CATIA設置 雙擊進入CATIA界面，在part design模塊中單擊tools工具里的options選項，調relatiaon顯示出來的效果如圖3.1所示。 圖 3.1 設置界面 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所示的內容，具體方法是：點擊new parameters of type按鈕，選擇相應的type 。 表3.1 編輯內容 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坐標的參數(shù)方程，將這2個fog的名稱分別改為：x、y；目錄樹中出現(xiàn)了relations節(jié)點，節(jié)點下生成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，坐標為（0,0）并一點為圓心在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，在輸入框內右鍵選擇公式，效果如圖3.5所示。 同樣的辦法輸入y的坐標值，然后建立幾個點用空間曲線連接各點。 圖3.5 齒廓 3.1.6 繪制導圓 畫導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 做出齒面后將一個齒面陣列得出多個齒面，步驟是點擊陣列，選擇剛才的齒面，點則選擇最初的圓心，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 兩軸的實體繪制 3.2.1 繪制輸入軸 首先是調整好齒輪，更改到需要的齒數(shù)，達到如圖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繪圖，利用拉伸和凹槽工具實現(xiàn)如圖3.14和3.15所示拉伸的尺寸截圖已經體現(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確，否則可能導致后面的安裝問題，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 拉伸實體 其次旋轉刨掉兩側多余的部分，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確接合，利用的是拉伸和旋轉槽工具，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)的內弧度和結合齒圈的一樣必須保證，才能達到要求，運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圓，拉伸出厚度為13mm的圓環(huán)，如圖3.24所示。 圖3.24 凸臺實體

45、 3.4.2 切削 在利用凹槽削去中間的部分，即利用旋轉剖削去中間的一層，注意接下來的是新建一個幾何體，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行陣列，陣列數(shù)為8個，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 進入裝配模塊，將齒輪和軸、墊片同軸約束，調整位置，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、面接觸和距離調整好各零件的相對位置，結果如圖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 進入DMU Kinematiom模塊 單擊開始按鈕選擇數(shù)字模型里的DMU Kinematiom，進入界面如圖3.37所示。 圖3.37 DMU模塊界面 3.6.2 碰撞設置 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“應用”按鈕，顯示出所有的零件間的相對位置關系，如前4個表示發(fā)生接觸的零件用鼠標單擊，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 調整 出現(xiàn)碰撞零件，分析其干涉的原因，判斷是否合理，進行調整，如圖3.40所示，首先刷新界面，觀察是否因為約束的原因導致的干涉，如果不是進入零件圖，分析干涉部位的尺寸，是否是設計所應注意的，應該避免的干涉，本截圖為約束不合理所致的干涉，故重新調整約束，刷新之后圖樣。 圖3.40 調整界面 3.6.4 距離和區(qū)域分析 選擇零件對其進行距離和區(qū)域分析，可以直接的顯示出所關心的幾個零件之間的位置關系，對再設計的CAD制圖有很大的幫助，分析軸承和齒輪之間的位置關系，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系細節(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 本章進行齒輪的實體繪制，兩軸的實體繪制，同步器的實體繪制，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，再設計時及時的避免，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品的初期影像有一個更好的感官效果，對于產品的問世起到一個前期的準備，對產品的分析更是為產品以后的合理性打下堅實的理論基礎。而且有了產品的三維圖對于二維的圖紙設計有了更直觀的印象，對于不確信的結構有很直觀的認識，對比原有的實物不斷的創(chuàng)新完善。  第4章 變速器布置方案

50、4.1 傳動機構布置方案分析 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用廣泛。其中，兩軸式變速器多用于發(fā)動機前置前輪驅動的汽車上。 與中間軸式變速器比較，兩軸式變速器因軸和軸承數(shù)少，所以結構簡單、輪廓尺寸小和容易布置等優(yōu)點，此外各中間檔位因只經一對齒輪傳遞動力，故傳動效率高同時噪聲也低。因兩軸式變速器不能設置直接檔，所以在高檔工作時齒輪和軸承均承載，不僅工作噪聲增大，且易損壞。還有，受結構限制，兩軸式變速器的一檔速比不可能設計得很大。對于前進擋兩軸式變速器輸入軸的轉動方向與輸出的轉動方向相反；而中間軸式變速器的第一軸與輸出軸的

51、轉動方向相同。 圖4.1示出用在發(fā)動機前置前輪驅動乘用車上的兩軸式變速器傳動方案。其特點是：變速器輸出軸與主減速器主動齒輪做成一體，發(fā)動機縱置時主減速器采用弧齒錐齒輪或準雙曲面齒輪，發(fā)動機橫置時采用斜齒圓柱齒輪；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，這是因為一檔主動齒輪尺寸小，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

52、，只要將五擋齒輪用尺寸相當?shù)母魈滋娲纯筛淖優(yōu)樗臋n變速器，從而形成一個新產品。 （2） 中間軸式變速器 中間軸式變速器多采用用于發(fā)動機的前置后輪驅動汽車和發(fā)動機后置后輪驅動的客車上。變速器第一軸的前端經軸承在發(fā)動機飛輪上，第一軸的花鍵用來裝設離合器的從動盤，而第二軸的末端經花鍵與萬向節(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軸承支撐在第一軸后端的孔內，且保持兩軸軸線在同一直線上，經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)動機轉矩經變速器等第一軸和第二軸直接輸出，此時變速器傳遞效率高，可達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，中間軸式變速器的傳動效率略有降低，這是它的缺點。 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。第二軸為三點支撐，前端支撐在第一軸的末端孔內，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，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，很容易形成一個只有四個前進擋的變速器。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 與前進擋位比較，倒檔的使用率不高，而且都是在停車狀態(tài)下實現(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所示前者雖然結構簡單，但是中間傳動齒輪的輪齒是在最不利的正、負交替對稱變化的彎曲應力狀態(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)變速器采用結構復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 所設計的變速器應用于發(fā)動機前置前輪驅動乘用車上，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，五檔為分箱內的檔位，分箱結構可以提高軸的剛度減少齒輪磨損和降低工作噪聲，在需要的時候轉換成為四檔變速器，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 變速器由變速傳動機構和操縱機構組成，在設計的時候應考慮滿足汽車必要的動力性和經濟性指標，這與變速器的檔數(shù)、傳動比范圍和各檔的傳動比有關，變速器在原有的傳動機構基礎上在附加一個副箱體這就在結構變化不大的情況下增加變速器檔數(shù)的目的，本設計即采用此種結構，而且倒檔的實現(xiàn)是靠直齒滑動實現(xiàn)的，它獨特之處是輸出齒輪是和一二檔同步器的結合套一體的，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)的計算 5.1 設計初始數(shù)據(jù) 設

58、計的初始數(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)動機額定功率 88 KW 最大功率轉速 6000 r/min 發(fā)動機的最大轉矩 152 Nm 最大轉矩轉速 4400 r/min 整車整備質量 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 再設計各擋傳動比、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)動機最大功率轉速； ——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、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，； ——汽車質量； ——重力加速度； ——發(fā)動機最大轉矩，=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； 又因為輕型轎車=3-4； 所以，=3.545符合要求。 5.1.2中心距A 初選中心距時，商用車可根據(jù)下述經驗公式 （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)動機最大轉矩（N.m）； ——變速器一擋傳動比，=3.545 ； ——變速器傳動效率，取96% ； ——發(fā)動機最大轉矩，=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構的布置初步確定。 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，減小質量比減小噪聲更重要，故齒輪應該選用大些的模數(shù)；從工藝方面考慮，各擋齒輪應該選用一種模數(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：乘用車和總質量m在1.8～14.0t的貨車為2.0～3.5mm；總質量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)動機排量V/L 貨車的最大總質量/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)值應符合國家標準GB/T1357-1987的規(guī)定，見表5.4。選用時，應優(yōu)先選用第一系列，括號內的模數(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選用22.5或25等大些的壓力角。 國家規(guī)定的標準壓力角為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，齒的強度也相應提高。在齒輪選用大些的螺旋角時，使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)、噪聲降低。斜齒輪傳遞轉矩時，要產生軸向力并作用到軸承上。設計時，應力求使中間軸上同時工作的兩對齒輪產生的軸向力平衡，以減小軸承負荷，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，其接合齒的工作寬度初選時可取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 = 對中心距進行修正： 因為計算齒數(shù)和后，經過取整數(shù)使中心距有了變化，所以應根據(jù)取定的和齒輪變位系數(shù)重新計算中心距，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