基于CATIA的汽車變速器參數化設計及仿真

蘭博 于靜 朱廣壽 劉龍雪 吉林工程技術師范學院

一、引言

隨著科技的進步，時代的發展，伴隨著生活水平的升高，汽車已成為現代人的生活中不可或缺的內容。而汽車的研發是一項復雜的技術，其中變速器的設計更是至關重要。在早期變速器設計的過程中，總裝設計主要依賴于經驗，大量采用定性分析，使缺乏定量分析。結合時代發展的浪潮，基于 CATIA的汽車變速器參數化設計及仿真可以很好的解決在變速器設計這一技術方面存在的問題。可以通過計算機三維軟件，使得工作人員可以根據預測數據對整個性能進行分析與評估，并以此來提供更好的設計方案和制造方法。

二、參數化設計

參數化建模使設計人員的工作，得到了極大的方便。參數化設計是實物的三維模型。因此參數化建模可以提高生產效率，縮短產品設計時間。并且參數化設計可以為不同的客戶設計個性化的產品。只需改變模型中相應參數，就能達到客戶的要求。參數化建模分為二維軟件和三維軟件，三維建模可以任意視圖方向查看模型，而二維建模只能在平面中觀察。

在 CATIA 眾多型號中，V5 的先進性、靈活性使它廣泛地應用在在汽車領域。CATIA 可以進行車輛造型的設計，可以分析三維圖形。建立運動的模型設計方案通過進行立體演示，將較為清晰的仿真動態提供給技術人員。

三、三維逆向工程

三維逆向工程可以在經過現代化模具制造技術的處理后滿足現代工業生產的實際需求。三維逆向工程通過從實物中獲得的信息，通過整理數據，而設計出理想的產品的一種方法。這是一種反向構思、改良的系統化過程，從實物到虛擬模型的推論，突出在逆向反求過程中超前的設計想法。

處理實物是逆向工程的關鍵內容。三維激光掃描進行數據的收集，對實物進行細致的掃描對系統中各項標記以及數據信息進行全面分析。通過進行科學分析處理各項信息數據。將獲得的數據信息以及數據特征的進行處理（如圖1所示）。在設計過程中要結合具體狀況進行調整優化，對設計內容不斷的修改。從而達到消除各種問題的目的，利用數字化的功能使模具更完善，合理性更強。

四、變速器

變速器是改變收割機、汽車、輪船等機器轉動速度或牽引力的裝置，組成其齒輪的尺寸大小不一，一般安裝在發動機的主動軸和從動軸之間。汽車的全車性能中起著重要作用的是動力傳動系統，也是整車的動力性和經濟性的體現。

（一）變速器檔數和傳動比

一般的家庭用車多數為 4～5 個檔位的變速器。我們以五個檔位的變速器中的 1 檔為例。當汽車選擇 1 檔時的傳動比，應考慮影響汽車穩定行駛的相關因素。故有

變速器最低檔位傳動比為

m：汽車總質量；Temax：發動機最大轉矩；g：重力加速度；i0：主減速比；ψmax：道路最大阻力系數；η：汽車傳動系的傳動效率；rr：驅動輪的滾動半徑

（二）中心距

對變速器的尺寸及品質有直接影響的是中心距，所認定的中心距、應能確保齒輪的強度。三軸式變速器的中心距 A（mm）可依據已有變速器的統計而得出的經驗所擬定的公式初步為：

齒輪直徑和換檔裝置能確定變速器的橫向外形尺寸。汽車變速器的變速器殼體的軸向尺寸 3.2～3.6A。

五、實驗結果與分析

通過三維逆向工程確定主要零件尺寸，將所得數據進行模擬得出CATIA的三維模型。接下來通過虛擬裝配。以及干涉分析操作等流程，在此過程中可以隨時停止操作，或者中途更改數據。運行成功時便可實現模塊參數化。由此通過仿真學原理，就得到了重構后的變速器模型。

表1

在輸入相關參數后，用軟件運行相關程序。發現該仿真模擬的方法，操作方便上手簡單，可靠性。通過變換不同的參數，進行了仿真模擬運行，發現在復雜的數據變化下可穩定運行，僅靠改變數據大小就可達到理想的模型狀態。時間測試結果如表1。

六、結論

運用參數化設計汽車變速器，只需要簡單的計算得出數據，通過 CATIA 就可以得到想要的模型，并且三維逆向工程可以全方位的觀察變速器模型，滿足了實際需要。該設計方法顛覆傳統汽車變速器的設計，用參數化方法來處理變速器的設計以及各零件的模型，可以及時發現設計中產生的問題，解決實際裝配質量避免重復性勞動，使設計工作更加簡潔明了。