桑塔纳2000手动变速器变速机构三维建模
目 录
1 引言 1
1.1 变速器概述 1
1.2 三维CAD技术 2
1.3 Pro/ENGTNEER软件 3
2 桑塔纳轿车变速器结构分析 5
2.1 桑塔纳与桑塔纳2000轿车结构特点 5
2.2 桑塔纳2000轿车变速器动力传递 6
3 变速机构设计 7
3.1 零件三维建模简述 7
3.2. 前进挡齿轮三维模型 8
3.3 倒档齿轮三维模型 13
3.4 同步器三维模型 15
3.5 输入、输出轴的三维建模 19
3.6 变速器变速机构装配图 22
4 齿轮和轴的强度校核 24
4.1 齿轮强度计算 25
4.2 轴的校核 28
结 论 32
致 谢 33
参考文献 34
1 引言
近年来随着人们生活水平的提高及汽车技术的发展，变速器作为汽车传动系的重要部件之一，使得人们对变速器变速传动机构的传动比、传动效率和传动的平稳性等提出了很大的要求。因此在变速器中对变速机构零件的强度计算和校核将有十分重大的意义。齿轮和轴作为变速传动机构的重要零件，起着输入输出动力和传递发动机转矩的作用，其工作性能的好坏将直接影响到汽车的各项性能指标。并且由于车速的不断变化和频繁的换档，其工况复杂多变，工作环境恶劣，对其进行科学准确的设计建模和强度计算分析十分必要[1]。
1.1 变速器概述
手动变速器是汽车底盘系统中的关键 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
传动部件，综合汽车起步、加速、减速、上坡、倒车和道路天气状况，操作者通过操作变速杆让变速器工作，将发动机输入的动力和速度优化为实时需要的输出动力和转速传递给传动轴，实现汽车的变速、前进倒车转换和空挡停车。变速器由变速传动机构和变速操纵机构两部分组成。变速传动机构的主要作用是改变转矩和转速的数值和方向；操纵机构的主要作用是将操作者的换挡变速动作传递给传动机构，实现变速器传动比的变换，即实现换挡，以达到变速变矩[2]。
1.1.1变速器应满足的条件
为保证变速器具有良好的工作性能,达到使用要求，所以变速器的设计必须要满足以下的使用条件：
1）应该合理的选择变速器的档数和传动比，使汽车具有良好的动力性和经济性；
2）工作可靠，操纵轻便。汽车行驶过程中，变速器内不应有跳档、乱档、换挡等冲击等现象发生。此外，为减轻驾驶员劳动强度，提高行驶安全性操纵轻便性的要求日益突出,可通过同步器或气动换挡、自动、半自动换挡来实现；
3）传动效力高；
4）结构紧凑，尽量做到质量轻、体积小、制造成本低；
5）噪音小，为了减少齿轮的啮合损失，应设有直接档，此外，还有合理的齿轮型式以及机构参数，提高其制造和安装精度[3]。
1.1.2变速器分类
现在机械式变速器设计理论以及生产工艺已经非常成熟，已经发展出了成熟的类型，按其箱内部动力传递形式的不同和操纵方式的不同等可以做如下划分：
1）按内部动力传递形式的不同分为有级、无级及混合式。
（1）最早出现的变速器都是有级式变速器，它有若干个固定的传动比可以相互切换，它釆用齿轮传动，传动组件由若干组相互啮合的齿轮组成，因此它的传动比不是连续变化的，而是分级的。
有级式变速器根据成轮系的不同，又可分为以下两种：a普通齿轮变速器，这种变速器特点是齿轮轴线固定；b行星齿轮变速器，特点是部分齿轮轴线旋转，其中轴线旋转的齿轮被称为行星轮。
（2）人们为了简化操作，提高整车性能发明了无级式变速器。特点是其传动比可在固定的范围内连续可变。目前五级式变速器主要的传力形式有液力式和电力式两种。
（3）混合式即是在几个相互独立的一定的范围内可以连续调节传动比的方式。由液力变矩器以及行星齿轮式变速器组成。这种方式目前转车较多。
2）按变速器操纵方式分类。可分手动式、半自动式和自动式三种。
（1）手动式。这是传统的机械式变速器的换挡方式。档位切换完全依靠汽车驾驶员直接通过手动操作实现。目前齿轮式有级变速器一般采用就是这种换档方式。
（2）半自动式。有两种类型，一类是可以实现若干个档位之间自动切换，其余各档之间需要手动换档；另一类是提前使用按钮选择新档位，然后由电控单元和操纵系统完成自动换挡。
（3）自动式。这类变速器从选择传动比到换挡完成全部是由变速器自己完成的。驾驶者只需加减油门，控制汽车，变速器的控制单元和操作系统会根据车辆行驶状态以及驾驶员的控制意图自动完成操作，这是未来变速器的发展方向[4]。
1.2三维CAD技术
我们通常所说的 CAD，即计算机辅助设计，属于先进制造技术的范畴。而三维 CAD技术则是在CAD的基础上，更加深化的、更深层次的、先进的计算机辅助设计技术。作为一项计算机技术，三维CAD技术也毫不例外，仍然由软件和硬件两部分组成。作为三维CAD 技术的核心，软件系统具有十分重要的作用，三维CAD技术所具有的功能都取决于软件系统。而三维CAD技术的物质基础则由硬件系统来承担。
1.2.1三维CAD技术的发展
目前，我国的三维CAD技术已经获得了很好的发展，无论是硬件方面还是软件方面，都具有了较高的水准，几乎不会出现错误，比较适应当前机械设计发展的需求。现在经常采用的软件如Pro/E、I-DEAS、UG、Solid-Works、Solid-Edge、CADAM、CADDS 等，大多数软件不仅能够完成三维造型，还具有CAM、CAE等功能，远远超过了二维CAD技术。经济的发展和科技的进步，促使计算机的质量和性能也日益提高，信息技术趋向智能化的处理方式，再加上多媒体技术的广泛应用，三维CAD技术也进入了快速、稳定的发展阶段，向着集成化、开放化、智能化的方向而发展。我国的三维CAD技术虽然已经取得了一定的成效，然而同世界上的发达国家相比较，还存在着一定的差距。此外，人们对于三维CAD技术的要求也越来越高，因此，对于三维CAD技术，需要进行更深入的研究，运用各种高新科技和技术手段，不断提高三维CAD的技术水平，正确地把握三维CAD技术的发展趋势，使其得到更加广泛的应用[5]。
CAD技术经历了二维平面图形设计，交互式图形设计、三维线框模型设计、三维实体造型设计、自由曲面造型设计、参数化设计、特征造型设计等发展过程。就目前的发展形势而言，集成化、智能化、参数化、标准化是CAD技术发展的主要方向。以信息为中心的新工业正在兴起，主要是以电子计算机的应用为现代社会发展的标志[6]。
越来越多的CAD软件集成了全面的产品数据管理功能，CAD软件生成的工程文件已经不单单只是图纸上的数据，还包括了大量工程流程上需要的参数和数据，并可以自动的计算出需要的相关数据，这样就把很多原来设计后端才开始的工作提前展现在设计师的眼前，从而大大减少了设计和施工、设计和制造出现冲突的可能。随着PDM 和CAD/CAM 的不断深入结合，3D打印和CAD三维的设计交互，在一个优秀的设计流程中，不但设计冲突可以消灭在萌芽状态，设计师的创造可以最终完美的表现出来，而且后端的工程或产品制造部门也可以根据前端CAD软件的数据变化，自动动态的调整自己的工作。更为重要的趋势是随着CAD协同能力的提高，很多大的工程可以任意定制分割成很多小模块让不同能力不同风格的设计师或工程师进行完美的协同设计，这样不但提高了设计效率，还极大地缩短了生产及列装时间，比如说飞机或者航母等重型工业的生产，在飞机或者航母还没有生产出来之前，就可以模拟建立起对其的各种操控仿真训练系统，而无需等到飞机或航母实际建造出来[7]。
1 引言 1
1.1 变速器概述 1
1.2 三维CAD技术 2
1.3 Pro/ENGTNEER软件 3
2 桑塔纳轿车变速器结构分析 5
2.1 桑塔纳与桑塔纳2000轿车结构特点 5
2.2 桑塔纳2000轿车变速器动力传递 6
3 变速机构设计 7
3.1 零件三维建模简述 7
3.2. 前进挡齿轮三维模型 8
3.3 倒档齿轮三维模型 13
3.4 同步器三维模型 15
3.5 输入、输出轴的三维建模 19
3.6 变速器变速机构装配图 22
4 齿轮和轴的强度校核 24
4.1 齿轮强度计算 25
4.2 轴的校核 28
结 论 32
致 谢 33
参考文献 34
1 引言
近年来随着人们生活水平的提高及汽车技术的发展，变速器作为汽车传动系的重要部件之一，使得人们对变速器变速传动机构的传动比、传动效率和传动的平稳性等提出了很大的要求。因此在变速器中对变速机构零件的强度计算和校核将有十分重大的意义。齿轮和轴作为变速传动机构的重要零件，起着输入输出动力和传递发动机转矩的作用，其工作性能的好坏将直接影响到汽车的各项性能指标。并且由于车速的不断变化和频繁的换档，其工况复杂多变，工作环境恶劣，对其进行科学准确的设计建模和强度计算分析十分必要[1]。
1.1 变速器概述
手动变速器是汽车底盘系统中的关键 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
传动部件，综合汽车起步、加速、减速、上坡、倒车和道路天气状况，操作者通过操作变速杆让变速器工作，将发动机输入的动力和速度优化为实时需要的输出动力和转速传递给传动轴，实现汽车的变速、前进倒车转换和空挡停车。变速器由变速传动机构和变速操纵机构两部分组成。变速传动机构的主要作用是改变转矩和转速的数值和方向；操纵机构的主要作用是将操作者的换挡变速动作传递给传动机构，实现变速器传动比的变换，即实现换挡，以达到变速变矩[2]。
1.1.1变速器应满足的条件
为保证变速器具有良好的工作性能,达到使用要求，所以变速器的设计必须要满足以下的使用条件：
1）应该合理的选择变速器的档数和传动比，使汽车具有良好的动力性和经济性；
2）工作可靠，操纵轻便。汽车行驶过程中，变速器内不应有跳档、乱档、换挡等冲击等现象发生。此外，为减轻驾驶员劳动强度，提高行驶安全性操纵轻便性的要求日益突出,可通过同步器或气动换挡、自动、半自动换挡来实现；
3）传动效力高；
4）结构紧凑，尽量做到质量轻、体积小、制造成本低；
5）噪音小，为了减少齿轮的啮合损失，应设有直接档，此外，还有合理的齿轮型式以及机构参数，提高其制造和安装精度[3]。
1.1.2变速器分类
现在机械式变速器设计理论以及生产工艺已经非常成熟，已经发展出了成熟的类型，按其箱内部动力传递形式的不同和操纵方式的不同等可以做如下划分：
1）按内部动力传递形式的不同分为有级、无级及混合式。
（1）最早出现的变速器都是有级式变速器，它有若干个固定的传动比可以相互切换，它釆用齿轮传动，传动组件由若干组相互啮合的齿轮组成，因此它的传动比不是连续变化的，而是分级的。
有级式变速器根据成轮系的不同，又可分为以下两种：a普通齿轮变速器，这种变速器特点是齿轮轴线固定；b行星齿轮变速器，特点是部分齿轮轴线旋转，其中轴线旋转的齿轮被称为行星轮。
（2）人们为了简化操作，提高整车性能发明了无级式变速器。特点是其传动比可在固定的范围内连续可变。目前五级式变速器主要的传力形式有液力式和电力式两种。
（3）混合式即是在几个相互独立的一定的范围内可以连续调节传动比的方式。由液力变矩器以及行星齿轮式变速器组成。这种方式目前转车较多。
2）按变速器操纵方式分类。可分手动式、半自动式和自动式三种。
（1）手动式。这是传统的机械式变速器的换挡方式。档位切换完全依靠汽车驾驶员直接通过手动操作实现。目前齿轮式有级变速器一般采用就是这种换档方式。
（2）半自动式。有两种类型，一类是可以实现若干个档位之间自动切换，其余各档之间需要手动换档；另一类是提前使用按钮选择新档位，然后由电控单元和操纵系统完成自动换挡。
（3）自动式。这类变速器从选择传动比到换挡完成全部是由变速器自己完成的。驾驶者只需加减油门，控制汽车，变速器的控制单元和操作系统会根据车辆行驶状态以及驾驶员的控制意图自动完成操作，这是未来变速器的发展方向[4]。
1.2三维CAD技术
我们通常所说的 CAD，即计算机辅助设计，属于先进制造技术的范畴。而三维 CAD技术则是在CAD的基础上，更加深化的、更深层次的、先进的计算机辅助设计技术。作为一项计算机技术，三维CAD技术也毫不例外，仍然由软件和硬件两部分组成。作为三维CAD 技术的核心，软件系统具有十分重要的作用，三维CAD技术所具有的功能都取决于软件系统。而三维CAD技术的物质基础则由硬件系统来承担。
1.2.1三维CAD技术的发展
目前，我国的三维CAD技术已经获得了很好的发展，无论是硬件方面还是软件方面，都具有了较高的水准，几乎不会出现错误，比较适应当前机械设计发展的需求。现在经常采用的软件如Pro/E、I-DEAS、UG、Solid-Works、Solid-Edge、CADAM、CADDS 等，大多数软件不仅能够完成三维造型，还具有CAM、CAE等功能，远远超过了二维CAD技术。经济的发展和科技的进步，促使计算机的质量和性能也日益提高，信息技术趋向智能化的处理方式，再加上多媒体技术的广泛应用，三维CAD技术也进入了快速、稳定的发展阶段，向着集成化、开放化、智能化的方向而发展。我国的三维CAD技术虽然已经取得了一定的成效，然而同世界上的发达国家相比较，还存在着一定的差距。此外，人们对于三维CAD技术的要求也越来越高，因此，对于三维CAD技术，需要进行更深入的研究，运用各种高新科技和技术手段，不断提高三维CAD的技术水平，正确地把握三维CAD技术的发展趋势，使其得到更加广泛的应用[5]。
CAD技术经历了二维平面图形设计，交互式图形设计、三维线框模型设计、三维实体造型设计、自由曲面造型设计、参数化设计、特征造型设计等发展过程。就目前的发展形势而言，集成化、智能化、参数化、标准化是CAD技术发展的主要方向。以信息为中心的新工业正在兴起，主要是以电子计算机的应用为现代社会发展的标志[6]。
越来越多的CAD软件集成了全面的产品数据管理功能，CAD软件生成的工程文件已经不单单只是图纸上的数据，还包括了大量工程流程上需要的参数和数据，并可以自动的计算出需要的相关数据，这样就把很多原来设计后端才开始的工作提前展现在设计师的眼前，从而大大减少了设计和施工、设计和制造出现冲突的可能。随着PDM 和CAD/CAM 的不断深入结合，3D打印和CAD三维的设计交互，在一个优秀的设计流程中，不但设计冲突可以消灭在萌芽状态，设计师的创造可以最终完美的表现出来，而且后端的工程或产品制造部门也可以根据前端CAD软件的数据变化，自动动态的调整自己的工作。更为重要的趋势是随着CAD协同能力的提高，很多大的工程可以任意定制分割成很多小模块让不同能力不同风格的设计师或工程师进行完美的协同设计，这样不但提高了设计效率，还极大地缩短了生产及列装时间，比如说飞机或者航母等重型工业的生产，在飞机或者航母还没有生产出来之前，就可以模拟建立起对其的各种操控仿真训练系统，而无需等到飞机或航母实际建造出来[7]。
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