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基于Pro/E的变速器零件设计及装配


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? 制造业信息化 

基于PoE 变 r/ 的 速器零 件设计及装配  
张冬 匀 

( 东 韶 关宏 大 齿 轮 有 限公 司 , 东 韶 关 5 2 0   广 广 10 0



要 : 中阐述 75- P oE gn e 软件 的变速器 的设计过程 。通过 利用其强大的计 算机辅助 设计 、 文 3 r/ n ie r : 分析、 装配等功 

能, 高效率地完成 了变速器 的零件设计 、 结构分析及 其装配、 仿真。  

关键 词 : ; 设计 装配 ; 有限元分析  中图分类 号 :P 9 . T31  7 文献标 识 码 :  A

文章编 号 :0 2 2 3 ( 0 6 1 — 0 5 0   1 0 — 3 32 0 )2 0 9 - 2

1 前

言 

随着 3 C D软件 应用 技 术 ( U Po D A 如 G,r E等 大 型计  /

算机辅助软件 ) 的突飞猛进 , 工业设计 已由传统 的先 2   D
后3 D的设计 观念 ,反 向进 入先 3 D后 2 D的正 确设 计 理 

念。传统的先 2 D后 3 D的设计理念 , 使得人们 的思维 和 
创 造力 大 受 限制 ,大 多 数人 几 乎 只将设 计 理 念停 留在模 

仿阶段 , 难以进行 自身的创新设计。先 3 D后 2 D的理念 
设计 将 充 分地 利 用人 机 结合 ,将人 类 的想 象 力从 抽 象 的  2 D设 计解 脱 出来 , 发挥 在 空 间 3 充分 D设 计 平 台上 。 际  实 上 , 工业 行业 , 别是 汽 车行业 上 , 在 特 传统 的 2 D设 计 理 念  很 难甚 至 不 可能 满 足其 突 飞猛 进 的发 展 ,既 延长 其 生 产  周期 , 高成 本 , 阻碍 其产 品 的创 新 和完善 。3 提 又 D设 计 软  件 的广 泛应 用 是 工业 设计 和各 种工 程设 计 的发展 方 向 和  趋势。  
2 变 速器 的 零件 设计 

在零 件设 计 过程 中 , 用 参数 化方 法 。 采 参数 化设 计 主  要有 程 序 驱 动法 和 尺寸 驱 动法 两 种 。程序 驱 动法 是将 设  计 过程 的所有 关 系 融入 应用 程 序 中 ,然后 在 程序 的控 制  下 执行 这 些设 计 表 达式 ,并 通 过 与用 户 的交 互完 成 设计  任 务 。尺 寸 驱动 是指 在 保持 零 件结 构 不 变 的情况 下 将零  件 的尺 寸标 注视 为 变量 , 给予 不 同 的尺 寸值 , 便能 获 得一  系列结 构 相 同而 尺 寸不 同 的相 似零 件 。本 设 计采 用 尺 寸  驱 动 为主 , 序 驱 动 为辅 的设 计方 法 , 而达 到设 计 效率  程 从 提 高 的 目的 。   在 齿 轮三 维 实体 建 模设 计 过程 中 ,主要采 用 尺 寸 驱  动方 法 , 利用 柱坐 标 系下 的渐 开线 方 程 :  
r d /2 c s 4 " )  = b( * o( 5 t )

和结合元性质 , 建立边界条件。若做理论模态分析时, 只 
需 建立边 界约 束 条件 ; 做 静力 分 析 , 还需 增 加结 构 载  若 则

荷( 如集中力 、 分布载荷 、 扭矩等)若做响应分析 , ; 则还需 
加 入激励 工 况 。  

在 建立 齿 轮轴 的 有 限元 模型 前 ,有 必要 对 模 型进 行 


些简 化处 理 , 化如 下 : 简  

() 1齿轮部分简化为分度 圆柱;  
( ) 齿轮 和轴 的过盈 配合 联接 看 成 刚性 联接 , 略  2将 忽
键 槽 的影 响 ;  

() 3 不考 虑实 体 模型 的 结构 特 征 , 如小 孔 、 角 、 例 圆 倒 
角 等 

简 化 后 的齿 轮 轴 的  有 限 元 模 型 如 图 2所 
示。  

tea tn 4   、   /i4    h t=a ( 5 t 8 p一 5 t  1 0
z   =O

生成渐开线 。 中 d 为指定变量 , 其 h 定义为基圆直径 ;  
rtea Zt 为 系统 变 量 。定 义 t 0变 化 到 1 成 曲  、 t 、、 均 h 从 生

利用 P oMe h nc  r/ c a ia

模 块 ,对 齿 轮轴 有 限元  模 型进 行 结 构 分析 并 优  化。 分析结果如图 3 所示 。   总 结起 来 , Po eh n a 块 中 进行 结 构 分析 的 在 r M ca i 模 / c  
步 骤如 下 :  

线 , 后 利用 其渐 开线 生 成齿 形 , 后 生成齿 轮 实体 。 然 最   部 分设 计零 件 的三 维 实体模 型 如 图 1 。   3 齿轮 轴 的有 限元 分析  根 据 机器 结 构 的实 际 工况 、 安装 条 件 、 配 时 的阻 尼  装

机 械工程师 20 年第1 期 l95 06 2    

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利 用 PoE进 行 变 速 器 的 模 拟 装 配 , 基 本 的 就  r/ 最
是 可 以 很 容 易 发 现 实 际 装 配 过 程 中 所 常 见 的 零 件 之  间 的 干 涉 问 题 , 这 在 2 设 计 中 有 时 候 是 不 容 易 发  而 D 现 的 。而 且 利 用 其 模 拟 装 配 , 可 以 了 解 装 配 过 程 中  还

零 部 件 装 配 的 先 后 次 序 , 析 其 装 配 的 可 行 性 , 定  分 制 出实 际 装 配过 程 中更 有效 的合 理 装配 工 艺 规 程 , 缩  短 了装 配 周 期 , 高 装 配 效 率 。 分 装 配 过 程 如 图 4   提 部 ~
图 6所 示 。   42 运 动 仿 真  .

使用软件对设计模 型仿真 和分析 , 能够模拟真实环 
( ) P oE GI E 1 在 r/ N NE R中进行 几 何模 型创 建 ;   () 2 建立 有 限元模 型 ;  

境 中 的工 况 并 对 其进 行 分 析 和 判 断 , 以尽 早 发 现设 计 缺 

陷和潜在 的失败可能 , 提前 进行 改善和修正 , 从而减 少 
后 期 修 改 而 付 出 的 昂 贵代 价 , 少设 计 周 期 , 高 生产  减 提
效率 :  

() 3 建立 分析 并进 行 有 限元计 算 ;   () 4 显示 计算 结 果 ;   () 5 评估 漠型并 进行 优 化设 计 。  
4 变速 器 的装 配及 其 运动 仿真 
4, 装 配  .

图 7为 四档 时 ( 变速 器 的输 入 轴 为 10/) 出轴 的  0。 输 s
分 析 数据 :  

任 何机 器 都是 南许 多不 同零 件 装 配而 成 的 ,装 配是 
机 器制 造 中的最 后 一 个阶段 : 通过 机器 的装配 过程 , 以  可

发 现机 器设 计 和零件 加 T 质量 等 所存 在 的 问题 ,并 加 以  
改进 , 以保证  机器 的 质量 :  

5 结 束语 

本 文 应 用 计 算 机 三 维 建 模 手段 设 计 了变 速 器 的零  件 , 成 了其 装 配 的 全 部 过 程 , 对 部 分 主 要 零 件 进 行  完 并

了有限元分 析 , 从而有助于产品设计 的合理性 , 造型  在
设 计 及 其性 能 分 析 的 综 合 上 做 了有 益 的尝 试 。最 重 要  的 是 , 用 计 算 机 三 维 设 计 软 件 进 行 零 件 设 计 , 有 效  利 更

合理地完成设计任务 , 提高产 品的生产效率 , 缩短 了生 
产 周 期 , 低 了生 产 成 本 , 后续 的 数 控 加 工 奠 定 了基  降 为
础。  
[ 参考文献 ]  
f 1 北 京有色冶 金设 计研究 总院. 1   机械 设计手册  . M] 北京 : 学工  化
业 出 版社 ,9 3 19 .  

[ ] 詹 友刚 .r/NG N E 中文野 火版教 程一 件设 计 范例     2 Po E IE R 零 M.
北 京 : 华大 学 出 版社 ,0 4  清 20 .

[ j 祝凌 云, 3 李斌 . r/n ier P o gn e 运动仿真和有 限元 分析[ . E M] 北京 :  
人 民邮 电 出 版 社 ,0 4 20 .  

[ 4] 方建军 ,刘仕 良.机械 动态仿 真与 工程分 析一 r/NG N E   Po E IE R Wi f e工程应用 [ . li dr M] 北京 : 化学工业 出版神 ,0 4  20 .
( 辑 黄 编 荻)  

作者 简介 : 张冬 匀(9 1 )助理工程师 , 18一 , 主要从事机械设 计制造及其 
自动化 方 面 的 工 作 :  
收 稿 日期 : 0 6 0 — 3 20 — 5 2 

9   机械工程师 20 年 1 期 6 06 第 2  


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