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ProE的变速器零件设计及装配_图文

Ma n u fa c tu rin g In fo rm a tio n a liz a tio n

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)

摘 要: 文中阐述了基于 P ro/Engine e r 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、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: TP391.7

文献标识码: A

文章编号: 1002- 2333( 2006) 12- 0095- 02

1前言 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 2D 设计解脱出来, 充分发挥在空间 3D 设计平台上。实际 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。 2 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 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、z、t 均 为 系 统 变 量 。 定 义 t 从 0 变 化 到 1 生 成 曲 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。 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 、装 配 时 的 阻 尼

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 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 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:

95 机械工程师 2006 年第 12 期

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( 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。 4 变速器的装配及其运动仿真 4.1 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。

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 。部 分 装 配 过 程 如 图 4 ̄ 图 6 所示。 4.2 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°/s) 输 出 轴的 分析数据。

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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, 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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