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ProE的变速器零件设计及装配


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制造业信息化

基于 Pro/E 的变速器零件设计及装配
张冬匀 ( 广东韶关宏大齿轮有限公司, 广东 韶关 512000 )



通过利用其强大的计算机辅助设计、 分析、 装配等功 要: 文中阐述了基于 P ro/Engine e r 软件的变速器的设计过程。

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: TP391.7 文献标识码: A 文章编号: 1002- 2333 ( 2006 ) 12- 0095- 02







随着 3DCAD 软件应用技术 ( 如 UG, Pro/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 2D 后 3D 的设计观念, 反向进入先 3D 后 2D 的正确设计理 念。传统的先 2D 后 3D 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 3D 后 2D 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 实际 2D 设计解脱出来, 充分发挥在空间 3D 设计平台上。 上, 在工业行业, 特别是汽车行业上, 传统的 2D 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, 提高成本, 又阻碍其产品的创新和完善。3D 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。



变速器的零件设计 在零件设计过程中, 采用参数化方法。参数化设计主 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; 若做静力分析, 则还需增加结构载 ( 分布载荷、 扭矩等) ; 若做响应分析, 则还需 荷 如集中力、 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 一些简化处理, 简化如下: ( 1) 齿轮部分简化为分度圆柱; ( 2) 将齿轮和轴的过盈配合联接看成刚性联接, 忽略 键槽的影响; ( 3) 不考虑实体模型的结构特征, 例如小孔、 圆角、 倒 角等。 简化 后 的 齿 轮 轴 的 有限元模型如图 2 所 示。 利用 Pro/Mechanica 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, 在 Pro/Mechanica 模块中进行结构分析的 步骤如下:

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, 程序驱动为辅的设计方法, 从而达到设计效率 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=db/ 2*cos 45*t) ) ( theta=tan 45*t) *180/pi- 45*t

z=0
生成渐开线。其中 db 为指定变量, 定义为基圆直径;

r、 theta、、 均 为 系 统 变 量 。 定 义 t 从 0 变 化 到 1 生 成 曲 z t
线, 然后利用其渐开线生成齿形, 最后生成齿轮实体。 部分设计零件的三维实体模型如图 1 。



齿轮轴的有限元分析 根据机器结构的实际工况、 安装条件、 装配时的阻尼

机械工程师

2006 年第 12 期

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利 用 Pro/E 进 行 变 速 器 的 模 拟 装 配 , 最 基 本 的 就 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 , 而 这 在 2D 设 计 中 有 时 候 是 不 容 易 发 现 的。而 且 利 用 其 模 拟 装 配 , 还 可 以 了 解 装配 过 程 中 零部件装配的先后次序, 分析其装配的可行性, 制定 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 , 提 高 装 配 效 率 。 分 装 配 过 程 如 图 4 ̄ 部 图 6 所示。

4.2
( 1 ) 在 Pro/ENGINEER 中进行几何模型创建; ( 2 ) 建立有限元模型; ( 3 ) 建立分析并进行有限元计算; ( 4 ) 显示计算结果; ( 5 ) 评估模型并进行优化设计。

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

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, 减少设计周期, 提高生产 效率。 图 7 为四档时( 变速器的输入轴为 100° ) 输 出 轴的 /s 分析数据。

4 4.1

变速器的装配及其运动仿真 装配 任何机器都是由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, 可以 发现机器设计和零件加工质量等所存在的问题, 并加以 改进, 以保证机器的质量。



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, 完成了其装配的全部过程, 并对部分主要零件进行 了有限元分析, 从而有助于产品设计的合理性, 在造型 设计及其性能分析的综合上做了有益的尝试。最重要 的是, 利用计算机三维设计软件进行零件设计, 更有效 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, 降低了生产成本, 为后续的数控加工奠定了基 础。
[ 参考文献] [ 1] 北 京 有 色 冶 金 设 计 研 究 总 院 . 机 械 设 计 手 册 [ M] . 北 京 : 化 学 工 业出版社, 1993. [ 2] 詹 友 刚 .Pro/ENGINEER 中 文 野 火 版 教 程 - 零 件 设 计 范 例 [ M] . 北京: 清华大学出版社, 2004. [ 3] 祝凌云 , 李斌 . Pro/Engineer 运 动 仿 真 和 有 限 元 分 析 [ M] . 北 京 : 人民邮电出版社, 2004. [ 4] 方 建 军 , 刘 仕 良 . 机 械 动 态 仿 真 与 工 程 分 析 - Pro/ENGINEER

Wildfire 工程应用[ M] . 北京: 化学工业出版社, 2004.
( 编辑 黄 荻)

!!!!!!!!!! 作者简介: 张冬匀( 1981- ) , 助理工程师, 主要从事机械设计制造及其
自动化方面的工作。 收稿日期: 2006-05-23

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