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基于CATIA的汽车自动变速器虚拟建模与装配

2017/12/28    来源:互联网    作者:颜潇  孟佑铭  王群  侯小平  羊玢      
关键字:自动变速器  CATIA  参数化建模  虚拟  
01N型自动变速器为前驱型自动变速器,在换档时以车速及发动机负荷信号为主要参数,同时考虑行驶阻力、驾驶员的驾驶习惯和交通情况等因素,合理的对换档进行自动控制,从而使汽车具有良好的动力性、经济性及乘坐舒适性。本文在了解01N自动变速器工作原理和结构的基础上,通过CATIA对其进行全参数建模和虚拟装配,完成三维设计。

    目前,汽车上使用的自动变速器主要有三种类型,第一是液力机械式自动变速器,第二种是电控机械式自动变速器,第三种是金属带式无级变速器。变速器作为汽车动力传动系统的重要部件,对动力性能、驾驶舒适性和油耗,都有重要的作用,先进的变速器可以令发动机在各个行驶工况下更好地发挥其优良的动力性能,并能够实现车辆动力性与经济性的完美结合。

    01N型自动变速器广泛用于大众公司生产的大众、奥迪系列轿车上。01N变速箱结构简单,特别是机械部分,01N变速器有四个前进档和一个倒档,用于纵置发动机。

1 CATIA软件介绍

    CATIA是法国达索公司开发的CAD/CAM/CAE 一体化软件,广泛应用于航空航天、汽车制造、机械制造等行业。CATIA的著名用户包括波音、宝马、奔驰等知名企业,在波音飞机公司使用CATIA完成了整个波音777的电子装配后,确定了CATIA 在CAD/CAE/CAM 行业内的领先地位,越来越多的汽车制造企业和设计公司加入了其使用行列。

2 01N型自动变速器的结构和原理

    01N型自动变速器的机械结构部分主要由1个行星齿轮组、3个离合器、2个制动器及1个单向轮组成。其中行星齿轮组是由1个小太阳齿轮、1个大太阳齿轮、3个短行星齿轮、3个长行星齿轮、行星齿轮架及齿圈组成。

    01N自动变速器工作时,阀体通过油压控制离合器、制动器的动作,以完成液力变矩器和行星齿轮组之间的动力传输。离合器K1用来驱动小太阳齿轮。离合器K2则是用来驱动大太阳齿轮的,离合器K3驱动行星齿轮架,制动器B1制动行星齿轮架,动力通过齿圈输出。

3 仿真设计

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    图1 拉维尼克斯式行星齿轮结构

    变速器的结构仿真过程:变速器的拆解——零部件测绘——零件图模型的绘制——虚拟装配

    01N变速器的零部件结构不是很复杂,所以直接根据其预定尺寸进行建模。下面主要介绍变速器主要组成部分的建模。

3.1 离合器壳体的三维设计

    首先在XY平面进行草绘,创建一个圆,然后进行凸台操作,再将其抽壳处理,接着通过阵列将其表面均布键槽,最后进行相应的倒角操作和特征修饰,就完成了离合器壳体的设计,如图2所示。

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    图2 1-3(K1)档离合器壳体

3.2 支承盘的三维设计

    在XY平面上进行草绘,绘制一个圆进行凸台操作,绘制完一个凹槽后,通过阵列完成表面凹槽。使用基本相同的办法绘制摩擦片、卡簧、离合器支架、钢片的模型建立。

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    图3 支承盘

3.3 太阳轮和行星轮的三维设计

    由于太阳轮和行星轮是由斜齿轮组成,按齿轮特征进行建模处理不够准确,因此要使用函数编程的方法进行设计,可以得到更为精准、特征更加明显的斜齿轮,如图4所示。同时在太阳轮的设计过程中还需要添加凹槽、阵列等命令,相比之下行星轮的设计较为容易。

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    图4 大太阳轮以及行星轮

3.4 变速器的装配

    为了更好地制定变速的特征,对制作的各个零部件按照一定的约束关系进行装配。在01N变速器的装配过程中主要应用的是相合约束、接触约束以及偏移约束。在约束过程中会发现无法保证罗盘齿一定在壳体的槽里,这时需要使用罗盘进行调整。将罗盘移至壳体的中心,单击需要调整的部件,此时点击罗盘的任意轴即可沿着该轴移动支撑盘,点击弧线可以旋转支撑盘。慢慢旋转罗盘,直到支撑盘的齿与壳体的槽重合,这样支撑盘和壳体的装配就完成了。总装配图如图5所示。

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    图5 01N自动变速器的总装配

4 结语

    本文重点介绍了大众公司的01N自动变速器,相比以前所发展的各种变速器具有独特的特点,它结构简单,紧凑,特别是机械部分。在仿真设计过程中掌握了01N的结构和工作原理,通过实际测绘掌握了01N自动变速器传动机构的尺寸数据,使用CATIA完成了对其零部件的建模和虚拟装配,深入了解了各档位的动力传递路线和齿轮接合过程,同时更加直观的观察到变速器的工作过程。

责任编辑:张纯子
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