基于CATIA五檔手動變速器結構仿真設計

□張 軍 朱亮亮 彭思茂

手動變速器因結構簡單、傳動效率較高、維修方便，在國內汽車上占有很大的使用比例，且手動變速器各方面技術經過長期市場考驗，通過逐步積累與改進，技術已經相當成熟。目前各制造商也通過先進的設計軟件對變速器進行仿真，并加以動態模擬分析，以設計并生產出更加符合市場需求的衍生產品。本文以桑塔納2000型五擋手動變速器為基礎，對其進行結構仿真，實現從實物到虛擬裝配模型的逆向設計。

一、CATIA軟件介紹

CATIA三維軟件廣泛用于汽車、航空航天、輪船、軍工、儀器儀表、建筑、電氣管道、通信等領域。波音飛機除了發動機以外的所有零部件以及總裝均采用CATIA軟件進行設計，從概念設計到調試運行實現無紙化辦公。在汽車行業，通用(同時使用UG)，福特，大眾，寶馬，沃爾沃，標致雪鐵龍，豐田，本田，雷諾，菲亞特，三菱，博世，現代，起亞以及中國的上汽，一汽，東風等大公司均使用CATIA軟件。同時美國軍方也是其忠實的用戶。因其具有強大的曲面、結構設計能力，無以倫比的精度，越來越多的汽車制造企業和設計公司加入了其使用行列。

二、桑塔納2000轎手動變速器結構及特點

桑塔納2000型轎車五擋手動變速器由傳動機構、操縱機構、變速器殼體等主要部分組成，因其結構簡單、噪音低、操作靈活且工作可靠，在手動變速器之中具有典型的代表意義。經長期的市場考驗以及工藝改進，該變速器在結構以及整車匹配方面已相當成熟。其結構示意圖如1所示。

圖1 桑塔納2000轎車五擋手動變速器傳動機構的結構圖

特點:桑塔納2000手動變速器的齒輪變速機構由平行布置的輸入軸和輸出軸組成，動力由發動機經離合器的從動部分傳遞到變速器輸入軸，通過齒輪改變傳動比后由輸出軸輸出，最終通過主減速器的主動錐齒輪軸將動力輸出給半軸。同時設有自鎖、互鎖以及到擋鎖止裝置，使得變速器工作更加可靠。

三、桑塔納2000變速器傳動比及傳動路線

桑塔納手動變速器擋位由5個前進擋與一個倒車檔構成，其傳動比為0.8～3.455，能較好地實現從低速到高速的動力傳遞，充分發揮發動機的扭矩輸出，為汽車提供良好的動力。各擋位傳動比如表1所示。

表1 桑塔納2000五檔手動變速器各檔的傳動比

圖2 桑塔納2000五擋手動變速器動力傳遞路線示意圖

一檔:變速器操縱桿從中間位置向左、向前移動，實現:動力→輸入軸→輸入軸一擋齒輪→輸出軸一擋齒輪→輸出軸上一二擋同步器→輸出軸→動力輸出。二檔:變速器操縱桿從中間位置向左、向后移動，實現:動力→輸入軸→輸入軸二擋齒輪→輸出軸二擋齒輪→輸出軸一二檔同步器→輸出軸→主減速器→動力輸出。三檔:變速器操縱桿從中間位置向前移動，實現:動力→輸入軸→輸入軸三四擋同步器→輸入軸三擋齒輪→輸出軸三擋齒輪→輸出軸→主減速器→動力輸出。四檔:變速器操縱桿從中間位置向后移動，實現:動力→輸入軸→輸入軸三四擋同步器→輸入軸四擋齒輪→輸出軸四擋齒輪→輸出軸→主減速器→動力輸出。五檔:變速器操縱桿從中間位置向右、向前移動，實現:動力→輸入軸→輸入軸五擋同步器→輸入軸五擋齒輪→輸出軸五擋齒輪→輸出軸→主減速器→動力輸出。倒檔:變速器操縱桿從中間位置向右、向后移動，實現:動力→輸入軸→輸入軸倒擋齒輪→輸出軸倒擋齒輪→輸出軸倒擋同步器→輸出軸→主減速器→動力反向輸出。

四、運用CATI軟件進行結構仿真

結構仿真過程:變速器拆解－零部件測繪－繪制零件模型－完成裝配模型。此次結構仿真設計只涉及變速器齒輪傳動機構部分，變速器殼體部分只作為裝配過程的尺寸參考，不進行結構仿真。裝配總成模型如圖3所示。

五、結語

本次仿真設計以CATIA軟件為基礎，齒輪變速機構為桑塔納2000型五擋手動變速器，在仿真設計過程中以各擋位齒輪齒數為前提，對變速器進行拆裝與測繪，整個過程采用逆向設計思維，將該變速器的齒輪變速機構進行1:1結構仿真，建立三維結構裝配圖，從而更深入了解各擋位的動力傳遞路線以及各擋位工作齒輪的結合過程，同時可以直觀地展示換擋撥叉推動鎖環式慣性同步器的移動，以及自鎖、互鎖、倒擋鎖的工作原理和工作過程。

［1］潘文斌.CATIA V5設計基礎與實踐(中文版)［M］.北京:機械工業出版社，2006

［2］曹巖主編.CATIA V5基礎版與進階版［M］.北京:化學工業出版社，2007

［3］機械工程手冊(第五卷)機械零部件設計［M］.北京:機械工業出版社，1996，第2版

［4］濮良貴主編.機械設計［M］.北京:高等教育出版社，2006，第8版

［5］孫恒主編.機械原理［M］.北京:高等教育出版社，2006，第7版

［6］劉海江.汽車齒輪［M］.上海:同濟大學出版社，1994

［7］張展.機械零件傳動手冊［M］.北京:科學出版社，1994

［8］唐梓容.機械加工工藝基礎［M］.北京:北京航空航天大學出版社，1991