毕业设计（论文）-汽车变速器的三维造型与运动学仿真.doc

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1、 河北河北农业农业大学大学现现代科技学院代科技学院毕业论毕业论文文 论论文文题题目目 汽汽车变车变速器的三速器的三维维造型与运造型与运动动学仿真学仿真 摘摘 要：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

2、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，从而提高了汽车变速器的设计质量和效率。 关键词关键词：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, transmiss

3、ion and steadiness and efficiency have relatively direct 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 e

4、nsure the interference of the motion simulation smoothly; 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 expr

5、ess and design sports become very intuitive and easy to modify, thereby improving the auto transmission design quality and efficiency. Keywords： transmission, entity modelling, assembly modeling, movement simulatio 目录 1 前言前言 .1 1.1 选题的背景及意义1 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1 1.1.2 汽车变速器运动学仿真目的和意义1 1.2

6、本文的主要内容2 1.2.1 课题主要任务2 1.2.2 设计思路2 1.2.3 主要完成以下工作2 2 变速器构造及工作原理变速器构造及工作原理 .2 2.1 变速器的结构2 2.2 变速器的工作原理3 3 变速器各部件三维造型及机构的仿真设计变速器各部件三维造型及机构的仿真设计 .4 3.1 变速器齿轮的设计及三维造型4 3.1.1 确定一档齿轮的齿数.4 3.1.2 确定常啮合齿轮副的齿数.4 3.1.3 确定其他档位的齿数.5 3.1.4 确定倒档齿轮的齿数.7 3.1.5 齿轮主要参数表.8 3.2 变速器轴的设计及三维造型9 3.2.1 轴的尺寸.9 3.2.2 轴的三维造型.10

7、 3.3 变速器传动机构运动学仿真设计11 3.3.1 传动机构的组成.11 3.3.2 同步器设计.11 3.3.3 传动机构运动学仿真过程.12 3.4 变速器的操纵机构的运动学仿真设计13 3.4.1 变速器操纵机构的功用13 3.4.2 换档位置设置13 3.4.3 换挡机构运动学仿真过程.14 3.5 差速机构运动学仿真设计14 3.5.1 差速器的功能.14 3.5.2 差速器齿轮的基本参数选择15 4 变速器的实体装配变速器的实体装配 .15 4.1 实体建模16 4.2 变速器的装配16 5 变速器运动仿真分析变速器运动仿真分析 .18 5.1 运动仿真的工作流程18 5.2

8、齿轮啮合的运动仿真分析18 结束语结束语 19 参考资料参考资料 20 致致 谢谢 21 河北农业大学本科毕业论文 1 1 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。 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

9、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

10、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、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

11、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 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

12、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， 河北农业大学本科毕业论文 2 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，并对其进行运动学仿真，对运动学仿真进行初步的探索，

13、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，使设计中的主要问题在设计初期得以解决，可以

14、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： 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 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 河北农业大学本科毕业论文 3 （2）

15、操纵机构 （3）传动机构 （4）差速机构 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 1

16、2-输出轴 13-输入轴 图 1-变速器工作原理图 河北农业大学本科毕业论文 4 3 变速器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） 9 10 1 2 z z z z igI 为了确定Z9和Z10的齿数，先求其齿数和 ： （3-2） Z m A z 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 4 . 51 Z 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 Z 9 . 35 . 3 gI

17、 i ，此处取=16，则可得出=35。 范围内选择可在1715 10 Z 10 Z 9 Z 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 Z 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 Z 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=76.5mm。 Z 三维造型图如图2所示： 图 2-一档齿轮三维造型 河北农业大学本科毕业论文 5 91 . 3 gI i 3.1.2 确定常啮合齿轮副的齿数 由式（3-2）求出常啮合齿轮的传动比 （3-4） 9 10 1 2 z z i z z gI 由已知数据可得：

18、76 . 1 1 2 z z 而常啮合齿轮的中心距与一档齿轮的中心距相等，且斜齿轮中心距 （3-5） cos2 )( 21 zzm A n 由此可得： （3-6） n m A zz cos2 21 根据已知数据可计算出：。 53 21 ZZ 联立方程式可得：=19、=34。 1 Z 2 Z 则根据式（3-2）可计算出一档实际传动比为： 。 3.1.3 确定其他档位的齿数 二档传动比 （3-7） 8 7 1 2 z z z z igII 而故有：，对于斜齿轮： 55. 2 gII i425 . 1 / 87 zz （3-8） n m A z cos2 故有： 53 87 ZZ 联立方程式得：。

19、2231 87 ZZ、 按同样的方法可分别计算出：三档齿轮 ；五档齿轮 2726 65 ZZ、 。 3716 43 ZZ、 二档、三档、五档齿轮三维造型如图3,4,5所示： 河北农业大学本科毕业论文 6 图 3-二档齿轮三维造型 图 4-三档齿轮三维造型 河北农业大学本科毕业论文 7 图 5-五档齿轮三维造型 3.1.4 确定倒档齿轮的齿数 一般情况下，倒档传动比与一档传动比较为接近，在本设计中倒档传动比取 3.7。 gr i 中间轴上倒档传动齿轮的齿数比一档主动齿轮 10 略小，取。而通常情况下，倒 13 12 Z 档轴齿轮取 2123，此处取=23。 13 Z 13 Z 由 （3-9） 1

20、 2 12 13 13 11 z z z z z z igr 可计算出。 27 11 Z 因本设计倒档齿轮也是斜齿轮，故可得出中间轴与倒档轴的中心距 1213 () 52 2cos n m zz Amm 而倒档轴与第二轴的中心距 1113 () 72.5 2cos n m zz Amm 倒档轴齿轮三维造型如 6 所示： 河北农业大学本科毕业论文 8 图 6-倒档齿轮三维造型 3.1.5 齿轮主要参数表 齿轮主要参数归纳如下表 3-1。 表 3-1 齿轮主要参数 主要 参数 齿 数 模数 (mm) 螺旋角变位系 数 分度圆 直径(mm) 齿根圆 直径(mm) 齿顶圆 直径(mm) 10 z 16

21、0.84840.554 1 档 9 z 35 3 0 -0.810597.5111 8 z 22-0.463.557.2568.5 2 档 7 z 31 2.5 30 0.489.583.2594.5 6 z 2707871.7583 3 档 5 z 26 2.5 30 07568.7580 4 z 37-0.2107100.75112 5 档 3 z 16 2.5 30 0.24639.7551 河北农业大学本科毕业论文 9 2 z 34-0.29891.75103 常 啮 1 z 19 2.5 30 0.25548.7560 12 z 13-0.837.531.2542.5 13 z 23

22、0.13266.560.2571.5 倒 档 11 z 27 2.5 30 0.878.572.2583.5 齿轮上的花键形式和尺寸根据轴的结构和尺寸确定，具体参数见下表 3-26。 表 3-2 花键主要参数 序号名称压力角大圆直径模数齿数 1一轴常啮齿轮 30 46222 2二轴五档齿轮 30 452.517 3二轴三档齿轮 30 52225 4二轴二档齿轮 30 56227 5二轴一档齿轮 30 56227 6二轴倒档齿轮 30 56227 3.2 变速器轴的设计及三维造型 3.2.1 轴的尺寸 变速器轴的确定和尺寸，主要依据结构布置上的要求并考虑加工工艺和装配工艺要 求而定。在草图设计时

23、，由齿轮、换档部件的工作位置和尺寸可初步确定轴的长度。而 轴的直径可参考同类汽车变速器轴的尺寸选定，也可由下列经验 第一轴和中间轴： （3-10）(0.4 0.5) ,dA mm 第二轴： （3-11） 3 max 1.07, e dTmm 为保证设计的合理性，轴的强度与刚度应有一定的协调关系。因此，轴的直径 d 与 轴的长度 L 的关系可按下式选取： 第一轴和中间轴：d/L=0.160.18 第二轴：d/L=0.180.21 河北农业大学本科毕业论文 10 3.2.2 轴的三维造型 第一轴通常和齿轮做成一体，前端大都支撑在飞轮内腔的轴承上，其轴径根据前轴 承内径确定。该轴承不承受轴向力，轴的

24、轴向定位一般由后轴承用卡环和轴承盖实现。 第一轴长度由离合器的轴向尺寸确定，而花键尺寸应与离合器从动盘毂的内花键统一考 虑。第一轴三维造型如图 7 所示： 图 7-变速器第一轴 中间轴分为旋转轴式和固定轴式。本设计采用的是旋转轴式传动方案。由于一档和 倒档齿轮较小，通常和中间轴做成一体，而高档齿轮则分别用键固定在轴上，以便齿轮 磨损后更换7。其结构三维造型如图 8 所示： 图 8-变速器中间轴 河北农业大学本科毕业论文 11 3.3 变速器传动机构运动学仿真设计 3.3.1 传动机构的组成 传动机构的组成有输入轴、输出轴、主动齿轮、从动齿轮、同步器总成、倒档惰轮 机构。其装配如图 9 所示：

25、图 9-变速器传动机构仿真图 3.3.2 同步器设计 同步器的工作原理 如图 10，此类同步器的工作原理是：换档时，沿轴向作用在啮合套上的换档力，推 啮合套并带动定位销和锁环移动，直至锁环锥面与被接合齿轮上的锥面接触为止。之后， 因作用在锥面上的法向力与两锥面之间存在角速度差，致使在锥面上作用有摩擦力矩， 它使锁环相对啮合套和滑块转过一个角度，并滑块予以定位。接下来，啮合套的齿端与 锁环齿端的锁止面接触（图 10-b） ，使啮合套的移动受阻，同步器在锁止状态，换档的第 一阶段结束。换档力将锁环继续压靠在锥面上，并使摩擦力矩增大，与此同时在锁止面 处作用有与之方向相反的拨环力矩。齿轮与锁环的角速

26、度逐渐靠近，在角速度相等的瞬 间，同步过程结束，完成换档过程的第二阶段工作。之后，摩擦力矩随之消失，而拨环 力矩使锁环回位，两锁止面分开，同步器解除锁止状态，接合套上的接合齿在换档力的 作用下通过锁环去与齿轮上的接合齿啮合（图 10-d） ，完成同步换档8。同步器爆炸结果 如图 11 所示： 图 10-锁环同步器工作原理 河北农业大学本科毕业论文 12 图 11-同步器爆炸图 3.3.3 传动机构运动学仿真过程 （1）设置联接。一轴与箱体,二轴与二轴上的齿轮都是销钉连接;拨叉与拨叉杆,同 步器与二轴要实现滑动,则要采用圆柱连接;而拨叉要带动同步器一起滑动则采用刚性连 接。 （2）设置齿轮运动副

27、。变速器主要是由不同的齿轮啮合实现变速,因此运动副主要 是采用齿轮运动副，设置齿轮运动副的时候选择齿轮相对固定体设置的连接。 （3）设置伺服电动机。一轴和二轴为基于销钉联接的匀速圆周运动,拨叉为基于圆 柱连接的变速滑动。 （4）对上述过程进行干涉检查并捕获仿真分析结果影片。 3.4 变速器的操纵机构的运动学仿真设计 3.4.1 变速器操纵机构的功用 变速器操纵机构的功用是保证各档齿轮、啮合套或同步器移动规定的距离，以获得 要求的档位，而且又不允许同时挂两个档位。 3.4.2 换档位置设置 设计操纵机构首先要确定换档位置。换档位置的确定主要从换档方便考虑。为此应 该注意以下三点： （1）按换档次

28、序来排列 ； （2）将常用档放在中间位置，其它档放在两边； （3）为了避免误挂倒档，往往将倒档安排在最靠边的位置，有时与 1 档组成一排。 根据以上三点，本次设计变速器的换档位置如图 12 所示，变速器自锁与互锁的结构 河北农业大学本科毕业论文 13 如图 13 所示9： 图 12-换挡位置 1-自锁钢球 2-自锁弹簧 3-变速器盖 4-互锁钢球 5-互锁销 6-拨叉轴 图 13-变速器自锁与互锁结构 3.4.3 换挡机构运动学仿真过程 变速器各挡位换档运动过程都很相似, 下面只以制作变速器由空档挂入三档时操纵 机构运动过程的仿真分析为例, 说明机械运动仿真的制作过程。 由空档挂入三档运动仿真

29、制作过程如下: (1) 进入 Mechanism 模块。 (2) 定义操纵杆和拨块间的凸轮连接。 (3) 定义自锁钢球和拨叉轴之间的弹簧连接。 (4) 定义自锁钢球、互锁钢球和拨叉轴之间的槽连接。 (5) 定义操纵杆绕坐标系的 y 轴旋转角速度, 以此作为仿真初始条件。 (6) 对变速器操纵机构由空档换入三档运动过程进行仿真分析。 (7) 对上述过程进行干涉检查并捕获仿真分析结果影片。同理再在 Mechanism 模块 完成三档齿轮传动机构的运动仿真, 便可得到空档挂入三档时, 从操纵杆到输出轴转动 整个运动仿真过程。仿真如图 14 所示： 河北农业大学本科毕业论文 14 图 14-变速器操纵

30、结构的仿真图 3.5 差速机构运动学仿真设计 3.5.1 差速器的功能 车轮滑动会加速轮胎的磨损、增加汽车动力消耗、汽车的转向和制动性能下降。因 此，汽车行驶中应尽量避免车轮滑动。差速器用分别驱动的方法来实现左右驱动车轮、 前后驱动车桥的不同角速度，保证车轮在正常行驶状况下纯滚动。差速器运动仿真如图 15 所示： 3.5.2 差速器齿轮的基本参数选择 （1）行星齿轮数目的选择 4 个 （2）行星齿轮球面半径确定 B R 球面半径按经验公式可得： B R 3 3 2.9 485549.11 BBi RKTmm 节锥距： 0 0.990.99 49.1148.62 B ARmm （3）行星齿轮与半

31、轴齿轮齿数的选择 行星齿轮轮齿数 半轴齿轮齿数 1 10z 2 20z 满足安装条件为： 22LR zz I n （4）速器圆锥齿轮模数及半轴齿轮节圆直径的初步确定 行星齿轮与半轴齿轮的节锥角： 12 , 河北农业大学本科毕业论文 15 1 1 2 0 10 arctanarctan 20 0.4636 26.565 z z 弧度 2 2 1 0 20 arctanarctan 10 1.1071 63.435 z z 弧度 差速器设计仿真如图 15 所示： 图 15-差速器的仿真图 4 变速器的实体装配 以目前使用最广泛的三轴式有级变速器为研究对象。该变速器采用齿轮传动，具有 5 个前进挡和

32、 1 个倒挡，靠驾驶员直接操作变速杆换挡。该变速器主要包括传动机构、操 纵机构和箱体 3 部分。经过设计计算，得出变速器各零件尺寸后，采用自下而上的建模 方法对其进行三维实体建模，即先建立变速器各零部件的模型，然后再根据它们彼此之 间的装配和约束关系逐个进行组装，最后形成变速器的整体模型10。 4.1 实体建模 实体建模过程中最主要的工作是齿轮建模，作为变速器的重要零件，齿轮承担着传 递扭矩的作用，科学准确地建立齿轮的模型对后续的装配和运动仿真都十分必要。该变 速器上使用了直齿圆柱和斜齿圆柱两种齿轮，其中斜齿圆柱齿轮使用寿命长、运转平稳 且工作噪声低，因此变速器中的常啮合齿轮均为斜齿圆柱齿轮，

33、直齿圆柱齿轮仅作为低 挡和倒挡齿轮使用。在 Pro/Engineer 环境下有多种齿轮的建模方法，采用按齿轮加工方 河北农业大学本科毕业论文 16 式进行建模的方法，即首先生成齿轮的齿坯，然后通过创建渐开线来构造齿槽轮廓，再 将该轮廓沿螺旋线轨迹扫描，从而在齿坯上形成齿槽切口，最后将齿槽阵列得到齿轮的 三维模型。该方法相当于以刀具加工生成齿轮模型，按照这种方法建立的三维模型生成 速度快，文件体积小，齿轮精度高。Pro/Engineer 软件采用参数化建模，即尺寸驱动图 形，通过定义一组参数来表达齿轮的形状特征，利用参数和尺寸约束来驱动生成模型。 对于形状相似的零件，只要修改一定的特征参数值，就

34、能建立相关尺寸零件的三维模型。 例如，中间轴上的倒挡齿轮和一挡齿轮均为直齿圆柱齿轮，二者基本参数相同，要建立 一挡齿轮，只需要在建立好的倒挡齿轮的基础上修改相关的参数数值即可。采用参数化 方法可以快速建立变速器中各个齿轮的模型，大大节省了设计时间11。 4.2 变速器的装配 装配如图16所示： 1 前箱体 2 二轴 3 一轴 4 操纵盖 5 中间轴 6 移动轴 7 后箱体 8 后盖 9 二轴一挡 10 轴承 11 二轴 12 一二挡同步器 13 一二挡拨叉 14 移动轴 15 倒挡拨叉 16 三四挡拨叉 17 一挡齿轮 18 一挡齿环 19 同步 器齿套 20 同步器齿毂 21 同步器滑块 图

35、 16-变速箱装配层次图 在对汽车变速器进行装配时，各零件与其它零件间的相对运动关系、放置约束关系 以及该元件的自由度都应仔细考虑，以保证装配后的整体模型定位可靠、运动灵活且互 不干涉。在装配过程中，应先选取一个零件作为基体，然后再添加其它零件。装配件中 添加零件可以分为添加连接元件和固定元件 2 种。添加连接元件时，连接到装配体中的 零件与装配体中的其它零件间存在相对运动，运动的类型与选取的连接类型有关。 Pro/Engineer 提供了多种连接类型，包括刚性、销钉和圆柱等，每一种连接类型都与一 组独立的几何约束相关联，而每一种约束又与特定的自由度相关联。例如，销钉连接定 义轴对齐约束和平面

36、匹配约束后，此销钉连接就只有 1 个旋转自由度和 0 个平移自由度， 这意味着使用销钉连接的零件可以相对于它所依附的零件旋转，但不能在该零件上移动。 向装配件中添加固定元件时，定义的放置约束为完全约束模型，不允许零件以特定方式 运动。例如，输入轴与该轴上的轴承，二者之间没有相对运动，因此在向输入轴上添加 河北农业大学本科毕业论文 17 轴承时，应定义轴承与输入轴旋转轴线的对齐约束以及两者端面的对齐约束，使该装配 状态为完全约束，相当于在输入轴上添加了一个固定元件12。总装配图流程和总装配如 17、18 所示： 图 17-变速箱总装配流程图 图 18-变速箱总装配图 5 变速器运动仿真分析 在

37、Pro/Mechanism 中，可以对机械装置进行运动仿真分析。变速器的运动仿真是建 立在其装配模型的基础上，通过设定连接、驱动电动机及运动初始条件等一系列操作来 实现的。运动仿真所需的连接条件在变速器装配阶段就已定义13。 5.1 运动仿真的工作流程 进行运动仿真时，一般工作流程为：先建立运动模型，包括建立联接、设置联接轴、 运动副和伺服电机；然后设置运动环境，如设置重力阻尼等；接着进行运动仿真；还可 做进一步的运动分析，包括运动学分析、动态分析等；最后获取分析结果14。流程图如 箱体中间轴总成 中间轴前轴承及 前端盖等零部件 中间轴后轴承及 后端盖等零部件 倒档轴倒档齿轮 倒档轴定位块二轴

38、总成一轴一轴后轴承及 端盖等零部件 二周后轴承及 端盖等零部件 顶盖总成操纵杆总成 河北农业大学本科毕业论文 18 图 19 所示： 图 19-运动仿真流程图 5.2 齿轮啮合的运动仿真分析 变速器是通过使构成不同传动比的齿啮合来实现变速，因此仿真过程中主要采用齿 轮运动副。下面是其仿真过程： （1）创建齿轮连接。首先进入“应用程序/机构”工作环境，然后点击菜单栏中的 “编辑/连接”选项，此时 Pro/E 将弹出连接组件对话框。单击对话框中的“运行”按钮 以检查装配的连接情况，如果装配连接成功，将直接弹出连接成功的对话框。这时，单 击特征操作按钮区中的“定义齿轮副连接”工具，进行定义齿轮连接结

39、构。接受系统默 认的传动类型标准，选择连接轴以后，系统将自动选取齿轮的“主体”和“托架” ，在 “节圆直径”栏中输入设计值。同理，对另两个齿轮也进行相同的“定义齿轮副连接” 操作。然后，单击“定义齿轮副连接”对话框中的“属性”选项卡，接受“齿轮比”中 的“节圆直径” ，以完成整个齿轮副的连接。 （2）创建伺服电动机。Pro/E 中的伺服电动机可以为机构提供虚拟的“动力” ，通 过设置伺服电动机可以实现旋转以及平移运动，并且能以函数的方式定义运动轮廓。首 先，打开“伺服电动机”对话框，选择伺服电动机驱动对象；在“轮廓”面板中的“规 范”栏里选择“速度”选项，在“模”栏中选择“常数” ，表示驱动器

40、将以常数形式运行； 最后输入转速值 200 deg/s，以完成伺服电动机的创建。 （3）运动分析。选择“机构/分析”选项，打开“分析”对话框，在对话框中的 “类型”选项卡中选中“运动学”选项，设置运动结束时间，最后单击“运行”按钮就 可以查看齿轮组的运行情况了。 变速器齿轮啮合运动学仿真如图 20 所示： 建立运动模型 设置运动环境 运动仿真 运动分析 分析结果 建立联接 设置连接轴、运动副、 伺服电机 设置重力阻尼等 运动学分析、动态分析等 河北农业大学本科毕业论文 19 图 20-变速器齿轮啮合运动学仿真图 结束语 通过应用 Pro/Engineer 软件，实现了对变速器的装配建模与运动仿

41、真。该方法既缩 短了建模时间，减少了设计人员工作量，又便于装配后的干涉检查，能够发现装配体中 可能存在的零件干涉并显示出来，且方便设计人员进行查看及修改。运动仿真分析可以 动态的模拟变速器的工作过程，使原来在二维图纸上难以表达和设计的运动变得直观和 易于修改。而且在缩短开发周期的同时，提高了设计质量和效率。 参考资料 1肖田元，韩向利虚拟制造体系结构研究J计算机集成制造系统，1999，5(1)：56-59. 2叶勤.汽车自动变速器技术及其发展J.重庆工学院学报, 2006, 20(5)：80-82 3熊光愣，郭 斌，陈晓波，等协同仿真与虚拟样机技术M北京：清华大学出版社，2004. 4张悦刊，

42、钟佩思，杨俊茹基于虚拟样机的齿轮减速器设计与仿真研究J机械工程师，2006(7)：100-102. 5崔新涛基于虚拟样机技术的变速器动力学仿真研究D天津：天津大学，2004. 6刘惟信. 汽车设计M. 北京：清华大学出版社，2001. 7张洪欣. 汽车设计M. 北京：机械工业出版社，1981. 8陈家瑞. 汽车构造M.第二版. 北京：机械工业出版社，2005. 9张文春. 汽车理论M. 北京：机械工业出版社，2005. 10Hans-Hermann Braess, Ulrich Seiffert. Handbook of Automotive Engineering. SAE Internat

43、ional, 2004 河北农业大学本科毕业论文 20 11James D.Halderman, Chase D.Mitchell. Automotive technology: principle, diagnosis, and service. Pearson Education lnc. 2004. 12严亭旭, 李虎元, 金银镜.Pro/ENGINEER 专业特训教程 M .王继新, 马永三, 刘小光译.北京: 人民邮电出版社, 2005. 13詹友刚.Pro/ENGINEER 中文野火版教程- 专用模块 M .北京:清华大学出版社, 2004. 14 石魏峰, 深圳雅达电子公司.Pr

44、o/ENGINEER 动画设计模块在产品开发过程中的应用 C /PTC 用户精英大会 2003 技术论文精选, 2003. 致 谢 四年的大学生活即将结束，以这篇精心完成的论文为自己的大学生活画上一个完美 的句号.在论文即将完成之际，首先怀着一颗真挚的而尊敬的心，感谢赵建国、马跃进、 郝建军等三位老师在这即将毕业的半年给予我的帮助。在各位老师的精心指导下，无微 不至地关怀与督促下，才使得这四年的努力得以升华，浓缩成今天的成就。我的论文的 完成，与他们注入的大量的心血是分不开的。在此，对他们表示衷心的感谢与崇高的敬 意！各位良师在学术上的兢兢业业，一丝不苟，求真务实的精神值得我们学习；在日常 的

45、教学工作中的和蔼可亲，平易近人的人生修养值得我们效仿；对于学子的谆谆教导， 循序善诱的作风与严谨的教学方式值得我们永远铭记。他们以自己的行动为我们诠释一 个知识渊博的学者的人生历程与人生态度，为人师表，堪称楷模。 能有今天的成就，与大学四年来给予我无尽帮助的代课老师的认真的教学与教导有 莫大的关系，在此，给予他们最诚挚的问候与最衷心的感谢！于此同时，也感谢在这四 河北农业大学本科毕业论文 21 年来给予我帮助的同学朋友，感谢他们在我困难的时候给予我的鼓励与帮助，他们对我 的影响我终身受益。谢谢！ 一份特别的感谢送给我的父母，父母永远是我们心中最尊敬的人，感谢他们多年来 一如既往地给予我的鼓励、支持、理解和关心。一个和蔼的脸庞，一个理解的眼神，一 声亲切的问候，都在我最脆弱的时候给予我莫大的支持与鼓励，再次给于他们最真诚的 感谢！ 附图： 一档齿轮 河北农业大学本科毕业论文 22 二档齿轮 三档齿轮 五档齿轮 河北农业大学本科毕业论文 23 倒档齿轮 一轴 二轴 河北农业大学本科毕业论文 24 中间轴 倒档轴