機(jī)械電子工程畢業(yè)設(shè)計(jì)-轎車同步器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及失效分析

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　轎車同步器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及失效分析</p><p><b>　　誠(chéng)信聲明 </b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指

2、導(dǎo)下獨(dú)立完成的，在完成設(shè)計(jì)時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 轎車同步器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及失效分析

3、 </p><p>　　1．設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及目標(biāo)</p><p>　?。?）根據(jù)桑塔納轎車技術(shù)參數(shù)完成對(duì)變速箱同步器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）利用軟件完成同步器的失效分析。</p><p>　　2．設(shè)計(jì)的基本要求和內(nèi)容</p><p>　?。?）完成對(duì)同步器的設(shè)計(jì)及失效分析并撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份；</

4、p><p>　?。?）完成仿真模型一份；</p><p>　?。?）完成零件圖及裝配圖一份。</p><p><b>　　3．主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　《機(jī)械設(shè)計(jì)》高等教育出版社</p><p>　　《汽車設(shè)計(jì)》清華大學(xué)出版社</p><p><b>

5、　　相關(guān)軟件講義</b></p><p><b>　　4．進(jìn)度安排</b></p><p>　　轎車同步器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及失效分析</p><p>　　摘要：變速箱是車輛傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，其性能的優(yōu)劣直接影響到傳動(dòng)系統(tǒng)的性能。同步器是變速箱中的一個(gè)關(guān)鍵部件，其作用是在變速箱換擋時(shí)，通過(guò)摩擦副的一個(gè)摩擦接觸過(guò)程，使轉(zhuǎn)速不等的齒輪在達(dá)

6、到“同步”時(shí)再相互嚙合，從而有效的消除換擋過(guò)程中齒輪之間的沖擊，以延長(zhǎng)齒輪壽命，并使換擋操作平順?lè)奖恪１敬卧O(shè)計(jì)主要運(yùn)用MathCAD、AutoCAD、SolidWorks和UG/Unigraphics軟件完成桑塔納轎車同步器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及失效分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞：同步器，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，失效分析</p><p>　　Car synchronizer structure design

7、and failure analysis</p><p>　　Abstract：Gearbox is an important part of vehicle transmission system, its performance fit and unfit quality directly affect the performance of the drive system. Synchronizer is

8、one of the key components of gearbox, its role is in the transmission shift, through a frictional contact friction pair process, make the speed of gear mesh each other again when "synchronous", effectively elim

9、inate the impact between gear shifting process, to prolong the life of gear, and shift operation smooth and conve</p><p>　　key words：Synchronizer，Structure design，F(xiàn)ailure analysis</p><p><b&g

10、t;　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1同步器發(fā)展現(xiàn)狀簡(jiǎn)述1</p><p>　　1.2本文內(nèi)容及選題意義1</p><p>　　1.3應(yīng)用軟件介紹2</p><p>　　1.4同步器設(shè)計(jì)方案選擇3</p&g

11、t;<p>　　1.4.1同步器工作原理3</p><p>　　1.4.2同步器總方案的分析5</p><p>　　1.5 本章小結(jié)6</p><p>　　2 同步器設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.1同步器具體參數(shù)選擇7</p><p>　　2.1.1同步器類型的選取7</p>

12、<p>　　2.1.2接近尺寸和分度尺寸7</p><p>　　2.1.3滑塊寬度及內(nèi)嚙合套缺口寬度8</p><p>　　2.1.4同步器裝配間隙9</p><p>　　2.2同步鎖環(huán)主要參數(shù)確定10</p><p>　　2.2.1錐面角10</p><p>　　2.2.2鎖止角的計(jì)算10&l

13、t;/p><p>　　2.2.3錐面摩擦系數(shù)μ1和鎖止面摩擦系數(shù)μ211</p><p>　　2.2.4鎖環(huán)內(nèi)錐面上的螺線13</p><p>　　2.2.5 同步鎖環(huán)材料的選取14</p><p>　　2.3同步器校核15</p><p>　　2.3.1同步器同步時(shí)間校核15</p><p&

14、gt;　　2.3.2彎曲強(qiáng)度校核16</p><p><b>　　2.4小結(jié)19</b></p><p>　　3 建立同步器零件及裝配圖20</p><p>　　3.1建圖思路20</p><p>　　3.2 組件建圖20</p><p>　　3.2.1 同步器齒套20</p&

15、gt;<p>　　3.2.2 同步器齒轂21</p><p>　　3.2.3 同步器齒環(huán)22</p><p>　　3.2.4同步器滑塊及卡簧22</p><p>　　3.3 同步器裝配圖23</p><p>　　3.4本章小結(jié)23</p><p>　　4 同步器組件三維建模及裝配24<

16、/p><p>　　4.1建模思路24</p><p>　　4.2 組件建模24</p><p>　　4.2.1 同步器齒轂內(nèi)外花鍵建模24</p><p>　　4.2.2 同步器齒套的模型創(chuàng)建26</p><p>　　4.2.3同步器鎖環(huán)28</p><p>　　4.2.4同步器滑塊及卡簧

17、29</p><p>　　4.3 同步器裝配29</p><p>　　4.4本章小結(jié)30</p><p>　　5 有限元分析31</p><p>　　5.1有限元分析方法簡(jiǎn)介31</p><p>　　5.2鎖環(huán)的有限元分析31</p><p>　　5.3本章小結(jié)33</p&

18、gt;<p><b>　　總結(jié)與展望34</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)35</b></p><p><b>　　致謝36</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　同步

19、器發(fā)展現(xiàn)狀簡(jiǎn)述</b></p><p>　　同步器是汽車變速器的重要部件，它使變速器主、從動(dòng)部分同步后再接合，從而減少接合沖擊和噪聲，減輕換檔力，使換檔平順，從而延長(zhǎng)了變速器的壽命。近年來(lái)隨著汽車的發(fā)展，對(duì)同步器提出愈來(lái)愈高的要求。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)高馬力化和高轉(zhuǎn)速比使得換檔時(shí)同步器所需操縱功能在不斷增加。在這種情況下就必須加快對(duì)同步器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)汽車同步器結(jié)構(gòu)參數(shù)是一項(xiàng)非常費(fèi)時(shí)和艱苦的工作

20、，而且難以求得較理想的設(shè)計(jì)參數(shù)，不利于產(chǎn)品性能的提高。</p><p>　　而近年來(lái)以CAD/CAE集成技術(shù)為核心的仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)，使得同步器制造新品的開發(fā)周期大為縮短同時(shí)也使得以往設(shè)計(jì)中的一些經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)可以以量化的形式出現(xiàn)，使得產(chǎn)品的開發(fā)效率更高。</p><p>　　近年來(lái)，國(guó)外汽車和變速器廠家對(duì)同步器作了大量的研究工作?？傮w上有以下幾種特點(diǎn)和局勢(shì)：</p><p

21、>　　1）結(jié)構(gòu)上作了很大改進(jìn)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，同步力矩大，工作可靠。</p><p>　　2）制造和材料上采用了新工藝和新材料。</p><p>　　3）設(shè)計(jì)方法上采用了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。</p><p>　　4）在試驗(yàn)上進(jìn)行了許多深入細(xì)致的研究。</p><p><b>　　本文內(nèi)容及選題意義</b>

22、;</p><p>　　本文課題來(lái)源于太原工業(yè)學(xué)院機(jī)械工程專業(yè)。從桑塔納2000型轎車的用戶手冊(cè)中得到的SVW7180LEi型發(fā)動(dòng)機(jī)的具體參數(shù)出發(fā)，針對(duì)轎車發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)和同步器的具體設(shè)計(jì)要求，采用正向設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思想，來(lái)完成同步器的設(shè)計(jì)。不斷完善和優(yōu)化同步器的性能，降低換擋結(jié)合是的沖擊和噪聲、減小換檔力和同步時(shí)間、提高換擋的平順性以及延長(zhǎng)變速箱的壽命。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，充分利用UG/Unigraphics、 Soli

23、dWorks 、MathCAD、AutoCAD等軟件，來(lái)輔助完成同步器的設(shè)計(jì)。</p><p>　　通過(guò)用任意一個(gè)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)所提供的參數(shù)設(shè)計(jì)出與之相匹配的同步器，了解正向設(shè)計(jì)的基本過(guò)程。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，掌握MathCAD等軟件的用法，加深對(duì)三維造型設(shè)計(jì)的了解。</p><p>　　1.3 應(yīng)用軟件介紹</p><p>　　在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要應(yīng)用了UG/Unigraph

24、ics、SolidWorks 、MathCAD、AutoCAD四個(gè)軟件。UG/Unigraphics用來(lái)做同步器的有限元分析，solidworks用來(lái)做同步器的三維建模，MathCAD用來(lái)做同步器同步時(shí)間和鎖環(huán)強(qiáng)度的校核，AutoCAD用來(lái)畫同步器的零件圖及裝配圖。</p><p>　　1） UG/Unigraphics簡(jiǎn)介</p><p>　　Unigraphics （簡(jiǎn)稱UG）是美國(guó)U

25、nigraphics Solutions of EDS公司推出的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造、輔助工程（ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ）一體化軟件，它在全球的航空航天、汽車、模具和電器電子等各個(gè)生產(chǎn)行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，它可以完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析、加工、檢驗(yàn)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的全過(guò)程。</p><p>　　Unigraphics功能如下： </p><p>　?。?）特征操作（例如：凸臺(tái)、槽、倒角、腔、殼

26、等）； </p><p>　　（2）參數(shù)化（參數(shù)、尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）； </p><p>　　（3）通過(guò)零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的關(guān)系來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 </p><p>　?。?）貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性(任何一個(gè)地方的變動(dòng)都將引起與之有關(guān)的每個(gè)地方變動(dòng))。其它輔助模塊將進(jìn)一步提高擴(kuò)展UG/Unigraphics的

27、基本功能。</p><p>　　2） MathCAD簡(jiǎn)介</p><p>　　MathCAD是由Math Soft公司推出的一種交互式數(shù)值計(jì)算系統(tǒng)。當(dāng)輸入一個(gè)數(shù)學(xué)公式、方程組、矩陣等，計(jì)算機(jī)將直接給出計(jì)算結(jié)果，而無(wú)須去考慮中間計(jì)算過(guò)程。因而MathCAD在很多科技領(lǐng)域中承擔(dān)著復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算,圖形顯示和文檔處理，是工程技術(shù)人員不可多得的有力工具。MathCAD有五個(gè)擴(kuò)展庫(kù),分別是求解與優(yōu)化,

28、數(shù)據(jù)分析,信號(hào)處理,圖像處理和小波分析。</p><p>　　3） SolidWorks簡(jiǎn)介</p><p>　　SolidWorks 是基于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的三維CAD軟件，而不僅僅是基于零件設(shè)計(jì)的三維CAD軟件。不僅支持自底而上的基本設(shè)計(jì)功能，而且真正支持從產(chǎn)品設(shè)計(jì)一開始就進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，拆分部件，最后設(shè)計(jì)零件，符合實(shí)際的自頂而下的設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　Soli

29、dworks是功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和高效創(chuàng)新的三維CAD系統(tǒng)，可進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、裝配體和工程圖設(shè)計(jì)、消費(fèi)品設(shè)計(jì)等。</p><p><b>　　AutoCAD簡(jiǎn)介</b></p><p>　　美國(guó)Autodesk開發(fā)通用計(jì)算機(jī)輔助繪圖與設(shè)計(jì)軟件包。主要用于二維繪圖與編輯、文字標(biāo)注、尺寸標(biāo)注等。</p><p>　　1.4 同步器

30、設(shè)計(jì)方案選擇</p><p>　　1.4.1同步器工作原理</p><p>　　在變速瞬間, 變速器的輸入端和輸出端的轉(zhuǎn)速都在變化著, 輸出端與汽車整車相連其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J出輸出相當(dāng)大,換檔作用時(shí)間較短, 可認(rèn)為在換檔的瞬間輸出端轉(zhuǎn)速是恒定的。而輸入端在接觸錐面上產(chǎn)生的摩擦力矩作用下, 克服輸入端被接合零件的等價(jià)慣性力矩, 在最短時(shí)間內(nèi)使輸入端與輸出端的轉(zhuǎn)速達(dá)到同步。在實(shí)現(xiàn)同步之后完成變速,

31、這就是同步器的工作原理, 見圖1.1。鎖環(huán)式同步器結(jié)構(gòu)見圖1.2。</p><p>　　圖1.1 同步器示意圖</p><p>　　圖1.2 鎖環(huán)式同步器</p><p>　　下面以采用同步器的變速器從二擋換入三擋時(shí)來(lái)說(shuō)明鎖環(huán)式慣性同步器的工作原理。 </p><p>　　1)空擋位置 圖1.3表示同步器接合套剛從二擋退入空擋的情況。此時(shí)

32、齒輪A和接合套C(連同鎖環(huán)B)都在本身及其所聯(lián)系的一系列運(yùn)動(dòng)件的慣性作用下 ，繼續(xù)沿著原方向(如圖中箭頭所示)旋轉(zhuǎn)。設(shè)齒輪A、鎖環(huán)B和接合套C的轉(zhuǎn)速分別為na、nb和接合套nc。因接合套通過(guò)鎖環(huán)上的擋塊，推動(dòng)鎖環(huán)一起旋轉(zhuǎn)，因而 na=nc，故na>nb。此時(shí)鎖環(huán)B處于自由狀態(tài)。故其內(nèi)錐面與齒輪的外錐面并不接觸，如圖1.3中兩條虛線所示 。</p><p>　　圖1.3 空擋時(shí)同步器工況

33、 圖1.4 有摩擦力矩時(shí)同步器工況 </p><p>　　2)接合套移動(dòng)摩擦力矩產(chǎn)生 當(dāng)要掛人直接擋時(shí)，通過(guò)變速桿使撥叉(嵌入接合套凹槽之中)推動(dòng)接合套C，并帶動(dòng)滑塊D一起(左)移動(dòng)。當(dāng)滑塊前端面與鎖環(huán)B接口端面接觸時(shí)，便推動(dòng)鎖環(huán)移向齒輪使兩錐面接觸。由于駕駛員作用在接合套C上的推力，使兩錐面間存在正壓力，以及二者之間又有轉(zhuǎn)速差，故一經(jīng)接觸便產(chǎn)生摩擦力矩，通過(guò)此摩擦力矩的作用，齒輪A即帶動(dòng)鎖環(huán)相對(duì)于接合

34、套C轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，使鎖環(huán)擋塊靠在接合套切口的一側(cè)上為止 (圖1.4所示)，隨后則只能與接合套同步旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　3)撥環(huán)力矩的產(chǎn)生 由于駕駛員始終作用在接合套上一軸向推力，于是在鎖環(huán)齒端倒角面上產(chǎn)生正壓力F，該力可分解為軸向分力F1和切向分力F2兩個(gè)分力。切向分力F2所形成的力矩有使鎖環(huán)相對(duì)于接合套反向轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì) ，稱此力矩為撥環(huán)力矩。軸向分力F1則使鎖環(huán)B和齒輪A二者的錐面繼續(xù)壓緊，保持所產(chǎn)生的

35、摩擦力矩的作用。</p><p>　　4)摩擦力矩增長(zhǎng) 隨著駕駛員繼續(xù)加于接合套C的推力加大，摩擦面上的摩擦力矩此時(shí)不斷增加 ，使齒輪A的轉(zhuǎn)速降低。當(dāng)摩擦力矩達(dá)到最大值而等于齒輪A的慣性力矩時(shí)，接合套 C、鎖環(huán) B和齒輪 A 即達(dá)到同步，并一起保持同步旋轉(zhuǎn)。此后齒輪 A與鎖環(huán) B不再存在轉(zhuǎn)速差，于是慣性力矩消失，但由于使兩摩擦面緊密結(jié)合著，從而在切向分力在軸向推力作用所產(chǎn)生的靜摩擦力矩M1仍然存在，使兩摩擦面

36、緊密結(jié)合著，從而在切向分力F1形成的撥環(huán)力矩M1的作用下，使鎖環(huán)連同齒輪及與之相連的所有輸入端的零件一起相對(duì)于接合套反向倒轉(zhuǎn)一角度，使兩個(gè)花鍵齒不再抵觸，鎖環(huán)的鎖止作用消除，于是接合套壓圈繼續(xù)前左移。而與鎖環(huán)的花鍵齒圈進(jìn)入接臺(tái)狀態(tài)(圖1.5所示)。</p><p>　　圖1.5 摩擦力矩增長(zhǎng)時(shí)同步器工況 圖1.6 完成換擋時(shí)同步器工況</p><p>　　完成換檔，接合

37、套齒圈與鎖環(huán)齒圈接后，作用在鎖環(huán)齒圈的軸向分力F1不再存在，錐面上正壓力和錐面間的摩擦力矩也就消失。如果此時(shí)接合套花鍵齒與齒輪的花鍵齒端發(fā)生抵觸 (圖1.6所示)，則與上述相似。作用在齒輪花鍵齒倒角面上的切向反力便使齒輪及與其相聯(lián)系的輸入端零件相對(duì)于鎖環(huán)和接合套反轉(zhuǎn)一個(gè)角度．使接合套與齒輪的花鍵齒圈進(jìn)入接合狀態(tài)．而最后完成換入直接擋(低擋換高擋)的過(guò)程。</p><p>　　如果高擋換低檔時(shí)，上述過(guò)程也相似，只是

38、接合套向相反方向(右)移動(dòng)。</p><p>　　1.4.2同步器總方案的分析</p><p>　　同步器位置布置從理論上看有兩種可能性:</p><p>　　1） 接合套在空轉(zhuǎn)齒輪上，同步環(huán)布置在接合套和軸之間。</p><p>　　2） 接合套在軸上，同步環(huán)布置在接合套和齒輪之間。</p><p>　　但是第一種布

39、置方式接合套只能用于一個(gè)檔。而第二種方式一個(gè)接合套可以用來(lái)掛二個(gè)檔?？論鯐r(shí)，同步環(huán)可與接合套或空轉(zhuǎn)齒輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，但必須保證同步環(huán)有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以使同步初期同步環(huán)可周向轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，鎖止副起作用。因此目前同步器都是采用這種布置形式。</p><p>　　同步器各功能元件位置布置總結(jié)如下:</p><p>　　同步元件應(yīng)位于存在轉(zhuǎn)速差的兩元件之間，如同步環(huán)與接合套一起轉(zhuǎn)動(dòng)，摩擦面位于同步環(huán)

40、和空轉(zhuǎn)齒輪之間;同步環(huán)與空轉(zhuǎn)齒輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，摩擦面位于同步環(huán)和接合套之間。</p><p>　　鎖止元件位于空檔時(shí)一起轉(zhuǎn)動(dòng)的兩元件之間，即同步環(huán)與接合套一起轉(zhuǎn)動(dòng)，鎖止元件位于同步環(huán)和接合套之間，同步前阻止接合套軸向移動(dòng)穿過(guò)同步環(huán)進(jìn)入嚙合。同步環(huán)與空轉(zhuǎn)齒輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，鎖止元件位于同步環(huán)和空轉(zhuǎn)齒輪齒圈之間，同步前阻止接合套和同步環(huán)一起軸向移動(dòng)進(jìn)入嚙合。彈性元件布置應(yīng)使得接合套能夠自動(dòng)回位處于空檔位置，接合套在無(wú)軸向外力作

41、用下無(wú)法離開空檔位置，接合套運(yùn)動(dòng)初期(鎖止元件起作用后，由鎖止副傳遞軸向力)或整個(gè)同步過(guò)程可傳遞軸向力。布置方案如圖1.7所示。</p><p>　　圖1.7 同步器布置方案</p><p><b>　　1.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)查閱相關(guān)資料，了解了同步器的類型、結(jié)構(gòu)及作用。結(jié)合UG/Unigraphics、Solid

42、Works 、MathCAD、AutoCAD等軟件各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，并提出了同步器設(shè)計(jì)方案，初步確定了本次設(shè)計(jì)的主體內(nèi)容。</p><p><b>　　2 同步器設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 同步器具體參數(shù)選擇</p><p>　　2.1.1同步器類型的選取</p><p>　　鎖環(huán)式同步器由于摩擦面和換擋

43、行程并行故軸向空間小，且鎖止安全性及抗摩損強(qiáng)度高、嚙合傳遞性好。</p><p>　　滑塊式同步器工作可靠，零件耐用，但因結(jié)構(gòu)布置上的限制，轉(zhuǎn)矩容量不大，而且由于鎖止面在同步錐環(huán)的接合套上，會(huì)因齒端磨損而失效，因而主要用于轎車和輕型貨車變速器中。 </p><p>　　鎖銷式同步器的摩擦面位于外側(cè)故換擋力較小，可以分開調(diào)整鎖止件形狀和換擋嚙合圈，但摩擦面和換檔行程串接故零件總成長(zhǎng)度較大且鎖

44、止面易摩損，多用于中、重型貨車變速器。</p><p>　　外錐式同步器在相同的直徑下提供比內(nèi)錐面大一點(diǎn)的摩擦力矩，使同步器可以迅速完成同步過(guò)程。但造價(jià)比較高，多用于高級(jí)轎車中。</p><p>　　綜合以上因素以及對(duì)同步器可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性及持久性的考慮，本次設(shè)計(jì)選擇鎖環(huán)式同步器作為所需的同步器類型。</p><p>　　2.1.2接近尺寸和分度尺寸</

45、p><p>　　慣性式同步器中有兩個(gè)主要尺寸:接近尺寸b和分度尺寸a，如圖2.1。分度尺寸a就是當(dāng)滑塊的側(cè)邊與同步環(huán)缺口側(cè)邊接觸時(shí)，嚙合套齒與同步環(huán)接合齒中心線間的距離。接近尺寸b是當(dāng)滑塊的側(cè)邊抵住同步環(huán)缺口側(cè)邊、嚙合套相對(duì)滑塊剛開始軸向移動(dòng)時(shí)，嚙合套齒與同步環(huán)接合齒倒角之間的軸向距離。</p><p>　　接近尺寸b應(yīng)大于零，一般b=0.2～ 0.3m m。對(duì)于滑塊式慣性同步器，分度尺寸a等

46、于接合齒的1/4周節(jié)，t=4.7。 b和a是保證同步器處于正確鎖止位置的主要尺寸，必須予以控制。</p><p>　　圖2.1 分度尺寸a與接近尺寸b</p><p>　　1．嚙合套齒 2.滑塊 3.同步鎖環(huán) 4.齒輪接合齒</p><p>　　本設(shè)計(jì)中同步器分度尺寸和接近尺寸分別為：a=1.17；b=0.25。</p><p>　　2

47、.1.3滑塊寬度及內(nèi)嚙合套缺口寬度</p><p>　　鎖環(huán)式同步器中的嚙合套的缺口與同步鎖環(huán)擋塊之間轉(zhuǎn)動(dòng)距離的計(jì)算設(shè)計(jì)中，缺口與同步環(huán)擋塊之間轉(zhuǎn)動(dòng)距離直接影響分度尺寸。由于鎖環(huán)式同步器在結(jié)構(gòu)上與滑塊式同步器的相似，所以在滑塊寬度的設(shè)計(jì)中，可以采用滑塊式變速器的原理來(lái)設(shè)計(jì)鎖環(huán)擋塊的寬度以及嚙合套的缺口寬度。</p><p>　　圖2.2示出嚙合套和同步環(huán)在鎖止面接觸最佳時(shí)的正投影，由此確定

48、轉(zhuǎn)動(dòng)距離c。未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，同步環(huán)的A點(diǎn)與嚙合套的B點(diǎn)重合，最佳接觸時(shí)的分度尺寸a等于接合齒的1/4周節(jié)，即a=t/4。由圖2.2可知有下列近似關(guān)系式:</p><p><b>　　（2-1）</b></p><p>　　式中Rf為接合齒分度圓半徑;Ru為滑塊軸向移動(dòng)后的外半徑。</p><p>　　當(dāng)擋塊寬度h確定后，H=E,就可以求出糟寬H:&l

49、t;/p><p><b>　　(2-2) </b></p><p>　　圖2.2 滑塊與同步器缺口之間的轉(zhuǎn)動(dòng)距離的確定</p><p>　　1.嚙合套 2.同步鎖環(huán) 3.滑塊 4.滑塊槽</p><p>　　同步器設(shè)計(jì)中取Ru=25mm Rf= 26.5mm；</p><p>　　本文計(jì)算

50、得：c=1.1mm； </p><p>　　當(dāng)取h=6.3mm，此時(shí)可得E=8.5mm。</p><p>　　2.1.4同步器裝配間隙</p><p>　　為了保證同步器換檔無(wú)沖擊，正常磨損后仍能有效地工作，必須對(duì)同步器有關(guān)裝配尺寸進(jìn)行合適的選擇。如圖2.3所示。滑塊端隙δ1不能過(guò)大，如δ1>δ2，則造成換檔時(shí)摩擦錐面尚未接觸而嚙合套已處于與同步環(huán)齒端鎖止面相

51、貼的位置，即接近尺寸 Z<0，此時(shí)同步環(huán)還是浮動(dòng)的，因沒有摩擦力矩，嚙合套可以很快通過(guò)同步環(huán)，而使同步器失去鎖止作用?？紤]到同步環(huán)正常磨損后，仍能繼續(xù)使用，在同步環(huán)端面與齒輪接合齒端面之間應(yīng)有一定的間隙δ2。以錐面角α=7°和錐面半徑方向0.2mm為例，則端面間至少留1.6mm的間隙，通常取δ2=1.5～2 mm。本文取δ2 =1.7mm。</p><p>　　圖2.3 同步器裝配尺寸確定<

52、;/p><p>　　2.2 同步鎖環(huán)主要參數(shù)確定</p><p><b>　　2.2.1錐面角</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　可知，α的值取得越小，則同步力矩Ms就越大。在保持同步力矩Ms不變的條件下，錐面動(dòng)摩擦系數(shù)μ1越大，則α就可取得越大些。</p

53、><p><b>　　由避免抱死條件：</b></p><p><b>　　（2-4）</b></p><p>　　可知，α的最小值要受到兩個(gè)錐面之間的靜摩擦系數(shù)s值的大小的限制。</p><p>　　綜合以上條件，錐面角α的值一般取在6～ 7°之間。本文中選7°。</p>

54、;<p>　　2.2.2鎖止角的計(jì)算</p><p>　　在鎖環(huán)式同步器中，在齒端面上的鎖止角β一般取在52～60°度之間。從下式</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　可以看出，鎖止角β的大小是和許多選定了的幾何尺寸有關(guān)，不過(guò)影響最大的一個(gè)因素要算是錐面之間的動(dòng)摩擦系數(shù)μ1了。β角要取得大

55、些，使所產(chǎn)生的切向摩擦力矩足以阻止發(fā)生不同步嚙合的不正?，F(xiàn)象，直到同步時(shí)摩擦力矩消失，實(shí)現(xiàn)同步嚙合為止。鎖止角過(guò)大，就是說(shuō)齒端面太鈍時(shí)，只能給齒的嚙合造成困難。</p><p>　　有時(shí)在汽車起步時(shí)，發(fā)生齒環(huán)齒難以嚙合的問(wèn)題，這可能是鎖環(huán)式同步器所取的鎖止角過(guò)大的緣故，這也是齒環(huán)式同步器的一個(gè)缺點(diǎn)。</p><p>　　下面分析一下鎖止角β、錐面摩擦系數(shù)μ1和鎖止角摩擦系數(shù)μ2的關(guān)系。&l

56、t;/p><p><b>　　（2-6）</b></p><p>　　當(dāng)μ1和μ2取不同值時(shí)，β取值如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4 鎖環(huán)鎖止角與鎖止面摩擦系數(shù)μ2關(guān)系</p><p>　　取鎖止角β為60°。</p><p>　　2.2.3錐面摩擦系數(shù)µ1和鎖止面摩

57、擦系數(shù)µ2</p><p>　　當(dāng)同步環(huán)以及同步器摩擦副的材料選定后，錐面摩擦系數(shù)μ1和鎖止面摩擦系數(shù)μ2與表面光潔度有關(guān)，錐面摩擦系數(shù)μ1還與潤(rùn)滑油種類和溫度等有關(guān)。</p><p>　　鎖環(huán)式同步器的錐面角α和鎖止角β均分別取常用值7°和60°，摩擦錐面平均半徑和鎖止齒面平均半徑的比值在齒環(huán)式同步器中一般取0.75。由于撥正力矩Μt為</p>

58、<p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　根據(jù)公式（2-1）和（2-7）</p><p><b>　　（2-8）</b></p><p>　　所以，當(dāng)假定μ2=0.07，繪制圖2.5。</p><p>　　圖2.5 扭矩比與錐面摩擦系數(shù)關(guān)系</p>&l

59、t;p>　　假如, 則錐面摩擦系數(shù)μ1與鎖止面摩擦系數(shù)μ2存在看以下極限關(guān)系：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　另外，由于值Μt必須大于零，所以</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p><b>　　因此，</b>

60、;</p><p>　　由以上數(shù)據(jù)可得圖2.6。</p><p>　　圖2.6 錐面摩擦系數(shù)和鎖止面摩擦系數(shù)關(guān)系</p><p>　　鎖環(huán)式μ1和μ2的取值在曲線2，μ1=0.12和μ2=0.578上。</p><p>　　故可取μ1=0.12 μ2=0.19 。</p><p>　　2.2.4鎖環(huán)內(nèi)錐面上的螺線&

61、lt;/p><p>　　同步鎖環(huán)的內(nèi)螺線有下面幾項(xiàng)技術(shù)要求:</p><p><b>　　1）螺線型式</b></p><p>　　錐面摩擦系數(shù)大，則換檔省力或縮短同步時(shí)間，摩擦系數(shù)小則反之，甚至?xí)ネ阶饔谩Ｒ虼吮３州^大的錐面摩擦系數(shù)對(duì)同步器有利。為此在錐面上制有破壞油膜的螺紋槽，型式主要有以下兩種，其中圖2.7a給出的尺寸適合于輕、中型汽車，

62、圖2.7b給出的尺寸適合于重型汽車。</p><p>　　圖2.7 同步環(huán)螺紋槽型</p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用圖2.7中a）型設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2）螺頂寬度</b></p><p>　　為了能把錐面之間已經(jīng)存在的油膜很快地刮走，螺線頂?shù)膶挾纫龅谜恍?。油膜刮走得越快，在同步環(huán)內(nèi)錐面上摩擦力提高得

63、也越快，對(duì)克服“不同步嚙合”越有利。常取螺頂寬度為0.15一0.4mm 。如螺頂太尖，則接觸面上的壓強(qiáng)和磨損就越大.所以在接觸面壓強(qiáng)很高的小型同步器中，螺頂寬度小須能經(jīng)得起在使用初期磨損的考驗(yàn)。另一個(gè)重要方面是螺頂?shù)谋砻娲植诙纫?，不允許留有切削刀痕。所以螺頂表面最后加一道研磨工序是比較好的。本文取0.15mm。</p><p><b>　　3）螺距和螺紋角</b></p>&

64、lt;p>　　螺距要大得使螺紋之間的間隙足以容納擠出來(lái)的油量。當(dāng)然螺距也不能過(guò)大，否則接觸面要變小，磨損會(huì)變大。所以螺距一般取0.6-0.75 mm,本文取0.6mm。螺紋角一般取。</p><p>　　2.2.5 同步鎖環(huán)材料的選取</p><p>　　同步環(huán)多用銅基合金制造，轎車同步錐環(huán)較薄，宜用鍛、精鍛或冷擠壓工藝加工；貨車的同步錐環(huán)較厚，亦可用壓鑄工藝。選用材料時(shí)既要考慮其摩

65、擦系數(shù)又要考慮其耐磨性以及強(qiáng)度、加工性能等。鋁青銅多用于壓鑄的同步錐環(huán)，亦可鍛造，其強(qiáng)度高、耐磨性好、摩擦系數(shù)較大而錐面自鎖的傾向較小。錳青銅鍛造的同步錐環(huán)較多，其強(qiáng)度高、加工性好。硅錳青銅的性能與錳青銅類似，這種合金結(jié)構(gòu)中的硅化錳使之具有極好的耐磨性。鍛造同步錐環(huán)也常采用鉛黃銅、黃銅的耐磨性常常優(yōu)于青銅。從實(shí)用及加工角度考慮，本次設(shè)計(jì)采用鉛黃銅。</p><p><b>　　2.3 同步器校核<

66、/b></p><p>　　2.3.1同步器同步時(shí)間校核</p><p>　　對(duì)乘用車和客車Ft=60N，變速桿手柄到接合套的傳動(dòng)比為igs，則作用在同步器摩擦錐面上的軸向力</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　式中η位換擋的傳動(dòng)效率。</p><p>　　

67、由此可以算得工作面上的摩擦力矩Μm為</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　式中，α為摩擦錐面錐角；μ1為工作錐面間的摩擦系數(shù)；R為錐面的平均半徑同步時(shí)的摩擦力矩方程式為</p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　式中Jr為第一軸和第二軸常

68、嚙合齒輪連接在一起轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；</p><p><b>　　簡(jiǎn)化計(jì)算</b></p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　We為發(fā)動(dòng)機(jī)角速度。</p><p>　　滿足條件：同步時(shí)間，乘用車的變速時(shí)間，高擋取0.15---0.30s，低擋取0.50---0.80s。

69、手柄力對(duì)轎車變速器高檔取75—200 N，低檔取250—300 N。</p><p>　　在一擋（傳動(dòng)比為3.077）換入二檔（傳動(dòng)比為2.011），校核同步器同步時(shí)間如下</p><p>　　圖2.8 低擋同步時(shí)間校核</p><p>　　在四檔（傳動(dòng)比為1.074）換入五檔（傳動(dòng)比0.75），校核結(jié)果如下</p><p>　　圖2.9 高

70、檔同步時(shí)間校核</p><p>　　2.3.2彎曲強(qiáng)度校核</p><p>　　由于換檔手柄力的作用，在同步鎖環(huán)鎖止齒上產(chǎn)生法向壓力N，力N分解為軸向力Fs和切向力Fτ。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，設(shè)計(jì)時(shí)將鎖止齒截面形狀簡(jiǎn)化為矩形，如圖2.10。</p><p>　　圖2.10 鎖止齒上受力及簡(jiǎn)化模型</p><p>　　考慮到鎖止作用剛開始時(shí)的沖擊，設(shè)

71、計(jì)時(shí)引入動(dòng)載荷系數(shù)k1和k2。動(dòng)載系數(shù)由下圖2.11查的為k1=1.4；k2=1.3。</p><p>　　圖2.11 直齒輪動(dòng)載系數(shù)</p><p>　　1).彎曲正應(yīng)力校核：</p><p>　　軸向力Fs產(chǎn)生的最大彎曲正應(yīng)力:</p><p><b>　　（2-15）</b></p><p>

72、;　　切向力Fτ產(chǎn)生的最大彎曲正應(yīng)力:</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　式中:r3為鎖止齒分度圓到齒根的距離;</p><p>　　Wx、Wy為抗彎截面模量</p><p><b>　?。?-17）</b></p><p><b&g

73、t;　?。?-18）</b></p><p><b>　　最大彎曲正應(yīng)力：</b></p><p><b>　?。?-19）</b></p><p>　　最大彎曲正應(yīng)力必須滿足：</p><p><b>　?。?-20）</b></p><p&g

74、t;　　通過(guò)對(duì)鎖環(huán)模型簡(jiǎn)化，a=2.5mm；b=1.9mm.</p><p>　　在MathCAD中輸入已知條件，得出結(jié)果如圖2.12所示：</p><p>　　圖2.12 最大彎曲正應(yīng)力校核</p><p>　　校核結(jié)果顯示：最大正應(yīng)力為292MPa。符合受力要求。</p><p>　　2).彎曲切應(yīng)力校核：</p><

75、p>　　由于鎖止齒軸向長(zhǎng)度與齒高之比比較小，故必須校核彎曲切應(yīng)力：</p><p><b>　　（2-21）</b></p><p>　　合成最大彎曲切應(yīng)力為：</p><p><b>　?。?-22）</b></p><p><b>　　必須滿足：</b></p&

76、gt;<p><b>　?。?-23）</b></p><p>　　式中A為鎖止齒截面積 A=ab</p><p>　　為許用彎曲切應(yīng)力，它與許用拉應(yīng)力的關(guān)系為:</p><p>　　圖2.13 最大彎曲切應(yīng)力校核</p><p>　　如圖2.13彎曲切應(yīng)力校核結(jié)果顯示：最大的彎曲切應(yīng)力為77MPa。&l

77、t;/p><p><b>　　2.4 小結(jié)</b></p><p>　　本章通過(guò)應(yīng)用同步器設(shè)計(jì)的相關(guān)理論，選取和計(jì)算得到了同步器的接近尺寸、分度尺寸、擋塊寬度、裝配間隙、同步環(huán)主要尺寸等具體參數(shù)。在上述參數(shù)的基礎(chǔ)上，還完成了用MathCAD對(duì)同步器齒環(huán)進(jìn)行了彎曲強(qiáng)度和同步時(shí)間的校核。</p><p>　　3 建立同步器零件及裝配圖</p>

78、;<p><b>　　3.1 建圖思路</b></p><p>　　由于本次設(shè)計(jì)時(shí)間有限，故只選擇3-4檔同步器進(jìn)行建圖。通過(guò)實(shí)體模型以及相關(guān)公式計(jì)算得出各零部件的具體數(shù)據(jù)，從而利用AutoCAD完成同步器的零件圖及裝配圖。</p><p><b>　　3.2 組件建圖</b></p><p>　　3.2.1

79、同步器齒套</p><p>　　1）根據(jù)實(shí)體模型計(jì)算公式及查表得出齒套漸開線內(nèi)花鍵參數(shù)如表3.1所示。</p><p>　　表3.1漸開線內(nèi)花鍵參數(shù)</p><p>　　2）外花鍵內(nèi)外徑草繪，其內(nèi)徑d1與外徑d2關(guān)系如圖3.2所示</p><p>　　3）得出齒套零件圖，如圖3.2所示。</p><p><b&g

80、t;　　圖3.2齒套零件圖</b></p><p>　　3.2.2同步器齒轂</p><p>　　1）同步器齒轂漸開線內(nèi)外花鍵參數(shù)如表3.3。</p><p>　　表3.3同步器齒轂漸開線參數(shù)</p><p>　　2）同步器齒轂零件圖如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4同步器齒轂零件圖</p

81、><p>　　3.2.3 同步器齒環(huán)</p><p>　　1）同步器齒環(huán)漸開線花鍵參數(shù)如表3.5所示。</p><p>　　表3.5齒環(huán)漸開線參數(shù)</p><p>　　2）同步器齒環(huán)零件圖如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6同步鎖環(huán)零件圖</p><p>　　3.2.4同步器滑塊及卡簧&l

82、t;/p><p>　　根據(jù)其余零部件的數(shù)據(jù)和相應(yīng)公式確定滑塊的數(shù)據(jù)，因?yàn)榭ɑ蔀榉菢?biāo)準(zhǔn)件，所以卡簧數(shù)據(jù)根據(jù)其余零部件的數(shù)據(jù)而設(shè)定。滑塊、卡簧零件圖如圖3.7所示。</p><p>　　圖3.7滑塊及卡簧零件圖</p><p><b>　　3.3同步器裝配圖</b></p><p>　　根據(jù)各零部件數(shù)據(jù)，利用AutoCAD軟件畫

83、出同步器裝配圖。如下圖3.8所示。</p><p>　　圖3.8同步器裝配圖</p><p><b>　　3.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要通過(guò)使用AutoCAD，完成了對(duì)同步器的零件圖及裝配圖的建立。主要學(xué)習(xí)了AutoCAD軟件中對(duì)零件圖的建立和標(biāo)注尺寸。</p><p>　　4 同步器組件三維建

84、模及裝配</p><p><b>　　4.1 建模思路</b></p><p>　　由于前面章節(jié)已經(jīng)計(jì)算出了同步器各零件的具體數(shù)據(jù)并畫出了零件圖，故采用實(shí)體建模的方法對(duì)同步器進(jìn)行建模。</p><p><b>　　4.2 組件建模</b></p><p>　　4.2.1同步器齒轂內(nèi)外花鍵建模<

85、/p><p>　　1）草繪花鍵糟。 拾取左右為漸開線，上下位外花鍵內(nèi)外徑</p><p>　　圖4.0 花鍵槽示意圖</p><p>　　2） 內(nèi)漸開線式花鍵建模</p><p>　　如上面方法，繪制漸開線。產(chǎn)生如下圖4.1所示兩條漸開線，</p><p>　　圖4.1 花鍵漸開線示意圖</p><p

86、>　　任意選擇一條對(duì)其進(jìn)行特征操作。完成特征操作，產(chǎn)生如圖4.2所示的紅色漸開線</p><p>　　圖4.2內(nèi)花鍵漸開線的移動(dòng)</p><p><b>　　3）繪制內(nèi)花鍵</b></p><p>　　在繪制完內(nèi)花鍵漸開線后，草繪內(nèi)花鍵鍵槽，如下圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3 花鍵槽示意圖</p

87、><p>　　同步器齒轂建模如下圖4.4所示：</p><p>　　圖4.4 同步器齒轂示意圖</p><p>　　4.2.2同步器齒套的模型創(chuàng)建</p><p>　　鎖止角的創(chuàng)建，新建如下圖4.5所示的點(diǎn)，線、面。</p><p>　　圖4.5 相關(guān)參數(shù)點(diǎn)與面</p><p>　　連接相應(yīng)的點(diǎn)，組

88、成鏈，對(duì)該鏈進(jìn)行投影，投影平面為新創(chuàng)建的經(jīng)過(guò)PNT1、PNT3、PNT4的平面，方向?yàn)閞ight平面。預(yù)覽結(jié)果如圖4.6所示。</p><p>　　圖4.6投影鏈的創(chuàng)建</p><p>　　待完成后，混合兩平面。以下圖4.7為是兩個(gè)混合的截面：</p><p>　　圖4.7 混合兩截面</p><p>　　混合之后鏡像，兩個(gè)合并為一組。以下圖

89、4.8為混合效果與鏡像效果</p><p>　　圖4.8 鏡像混合特征</p><p>　　對(duì)同步環(huán)齒套的內(nèi)花鍵，采用相同的方式進(jìn)行鎖止角的造型，效果如圖4.9所示。</p><p><b>　　圖4.9 齒套</b></p><p>　　4.2.3同步器鎖環(huán)</p><p>　　用同樣的方法可以

90、繪制出同步鎖環(huán)，如下圖4.10所示。</p><p><b>　　圖4.10同步鎖環(huán)</b></p><p>　　4.2.4同步器滑塊及卡簧</p><p>　　同步器滑塊和卡簧模型圖如4.11所示。</p><p>　　圖4.11滑塊和卡簧</p><p><b>　　4.3 同步器裝

91、配</b></p><p>　　在接合套內(nèi)花鍵和嚙合座套外花鍵裝配時(shí)，由于兩花鍵采用的都為同一漸開線，在使用相切等約束無(wú)效之后，采用如下辦法：先在內(nèi)花鍵的某一個(gè)齒輪上創(chuàng)建一個(gè)點(diǎn)，該點(diǎn)在花鍵齒的中點(diǎn)處，創(chuàng)建一個(gè)平面使其通過(guò)該點(diǎn)以及旋轉(zhuǎn)軸。同理可以在接合套齒槽相應(yīng)位置創(chuàng)立一個(gè)平面。然后對(duì)嚙合套以及嚙合座套進(jìn)行軸對(duì)齊、面貼合約束（貼合面為兩新建平面），完成對(duì)嚙合套與嚙合座套的裝配。</p>&

92、lt;p>　　用同樣的方法裝配同步鎖環(huán)，得出同步器的裝配圖，如圖4.12所示。 </p><p><b>　　圖4.12裝配圖</b></p><p>　　其爆炸視圖如圖4.13。</p><p>　　圖4.13 同步器爆炸圖</p><p><b>　　4.4 本章小結(jié)</b></p

93、><p>　　本章主要通過(guò)使用SolidWorks，完成了對(duì)同步器的三維建模和裝配。對(duì)建模和裝配中的難點(diǎn)進(jìn)行了解釋和說(shuō)明。</p><p><b>　　5 有限元分析</b></p><p>　　5.1 有限元分析方法簡(jiǎn)介</p><p>　　有限元分析的基本概念是用較簡(jiǎn)單的問(wèn)題代替復(fù)雜問(wèn)題后再求解。它將求解域看成是由許多稱

94、為有限元的小的互連子域組成，對(duì)每一單元假定一個(gè)合適的(較簡(jiǎn)單的）近似解，然后推導(dǎo)求解這個(gè)域總的滿足條件(如結(jié)構(gòu)的平衡條件），從而得到問(wèn)題的解。這個(gè)解不是準(zhǔn)確解，而是近似解，因?yàn)閷?shí)際問(wèn)題被較簡(jiǎn)單的問(wèn)題所代替。由于大多數(shù)實(shí)際問(wèn)題難以得到準(zhǔn)確解，而有限元不僅計(jì)算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，主要是通過(guò)UG/Unigraphics軟件模塊對(duì)鎖環(huán)進(jìn)行有限元

95、分析。UG/Unigraphics主要完成零件的結(jié)構(gòu)分析，為設(shè)計(jì)者提供一個(gè)虛擬的分析環(huán)境，通過(guò)靜力分析、模態(tài)分析對(duì)零件的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的缺陷，為對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化和修改提供依據(jù)。通過(guò)結(jié)構(gòu)分析可以在設(shè)計(jì)中及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤和不足并加以修正，提高設(shè)計(jì)效率降低成本。</p><p>　　5.2 鎖環(huán)的有限元分析</p><p><b>　　1.定義實(shí)體材料</b&

96、gt;</p><p>　　由于同步鎖環(huán)的材料是黃銅合金，故選取銅近似作為實(shí)體材料，其力學(xué)性能為彈性模量 E=4.1×105MPa, 泊松比為μ=0.35。</p><p><b>　　2.添加約束</b></p><p>　　在同步鎖環(huán)鎖止的過(guò)程中，撥叉作用在結(jié)合套的力使接合套與同步鎖環(huán)接觸，并使鎖環(huán)移動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程中，同步鎖環(huán)與鎖

97、止錐面接觸，由此可定義鎖環(huán)錐面為全約束。</p><p><b>　　3.施加載荷</b></p><p>　　當(dāng)接合套內(nèi)嚙合齒與鎖環(huán)齒接觸時(shí)，在接合套內(nèi)嚙合齒上的力又和鎖環(huán)齒面上里形成作用力與反作用力，大小相等都等于撥叉作用力，大小為250N。在齒面上加載時(shí)，力的方向垂直于鎖環(huán)齒面，所以將該力分解為x方向和y方向，大小分別為F1和F2。通過(guò)這樣近似處理以得到近似結(jié)果

98、。</p><p>　　由于同步鎖環(huán)不可避免的會(huì)受到重力，所以在加載時(shí)必須施加重力載荷，y方向，大小為9805 mm / sec2 。</p><p>　　圖5.1 鎖環(huán)載荷圖</p><p>　　4.輸出有限元分析文件</p><p>　　圖5.2 彎曲正應(yīng)力圖</p><p>　　從圖5.2中可以得出，最大的應(yīng)力點(diǎn)

99、的應(yīng)力為255MPa</p><p>　　圖5.3 鎖環(huán)變形分布圖</p><p>　　如圖5.3所示，最大的變形點(diǎn)位移為0.0135mm。</p><p><b>　　5.結(jié)果對(duì)比</b></p><p>　　對(duì)比上面用MathCAD校核的最大彎曲正應(yīng)力292MPa，通過(guò)分析得到的同步鎖環(huán)的最大彎曲正應(yīng)力為255MPa

100、,數(shù)據(jù)之間存在一定的偏差。分析偏差原因?yàn)橥狡麈i環(huán)的簡(jiǎn)化計(jì)算，使得計(jì)算產(chǎn)生誤差，同時(shí)簡(jiǎn)化建模使鎖環(huán)在加載過(guò)程中不能均勻受載從而出現(xiàn)如圖5.3的情況。由此可知，要想得到精確的結(jié)果必須有準(zhǔn)確計(jì)算數(shù)據(jù)和完整的模型。</p><p><b>　　5.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章完成了對(duì)鎖環(huán)的靜態(tài)分析過(guò)程。通過(guò)把應(yīng)用分析結(jié)果中同步鎖環(huán)的應(yīng)力情況和變形位移情況，

101、完成了對(duì)鎖環(huán)的彎曲強(qiáng)度校核。并與MathCAD校核結(jié)果比較，分析了偏差原因。</p><p><b>　　總結(jié)與展望</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，在以SVW7180LEi型發(fā)動(dòng)機(jī)的具體參數(shù)為依托的基礎(chǔ)上，完成了對(duì)同步器的設(shè)計(jì)、零件圖及裝配、三維建模、裝配、鎖環(huán)有限元分析。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，掌握了一些關(guān)于solidworks的建模、裝配運(yùn)用和UG/Uni

102、graphics有限元分析，了解了MathCAD的一些基本用法，并且對(duì)機(jī)械式變速器的同步器的設(shè)計(jì)有了更加深刻的了解。從本質(zhì)上鞏固了知識(shí)的深度。</p><p><b>　　總結(jié)：</b></p><p>　　通過(guò)對(duì)機(jī)械式變速器同步器的設(shè)計(jì)，得出以下結(jié)論：</p><p>　　1）完成了根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)類型出發(fā)的正向設(shè)計(jì)過(guò)程。</p>&

103、lt;p>　　2）完成了同步器各個(gè)具體參數(shù)的確定，以及用MathCAD對(duì)同步時(shí)間、同步鎖環(huán)彎曲正應(yīng)力和切應(yīng)力的校核。校核結(jié)果表明，確定的參數(shù)滿足同步器同步時(shí)間和受力要求。</p><p>　　3）利用AutoCAD完成了同步器的零件圖及裝配圖，同時(shí)用solidworks完成了同步器建模、裝配、并且運(yùn)用UG/Unigraphics4.0軟件的有限元分析模塊對(duì)同步鎖環(huán)的有限元分析。有限元分析同步鎖環(huán)的最大應(yīng)力為

104、255MPa，最大位移為0.0135mm。</p><p><b>　　展望：</b></p><p>　　由于時(shí)間和經(jīng)驗(yàn)因素限制，本設(shè)計(jì)中對(duì)同步器的設(shè)計(jì)過(guò)程只是有一個(gè)前線的看法和分析，具體有以下方面</p><p>　　1）在同步器參數(shù)的確定過(guò)程中，對(duì)一些參數(shù)的確定只能大概確定，無(wú)法做到精確的解釋說(shuō)明。</p><p>

105、;　　2）沒有足夠的時(shí)間對(duì)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行仿真。</p><p>　　3）在同步器參數(shù)校核中，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量無(wú)法準(zhǔn)確得出。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]賈建軍. 汽車同步環(huán)制造技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展［J］. 汽車工藝與材料，1997 </p><p>　　[2]王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].北京

106、：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 </p><p>　　[3]劉惟信. 汽車設(shè)計(jì)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2001</p><p>　　[4]盧和勇，葉光.介紹同步器零件的一種設(shè)計(jì)計(jì)算方法[J].汽車齒輪，2008.01</p><p>　　[5]馮如設(shè)計(jì)在線，趙志鵬，孫向陽(yáng)編著.UG NX4中文版從入門到精通[M]. 人民郵電出版社，2008 </p>

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111、我要特別感謝劉嘉老師，不厭其煩的教誨和科學(xué)的方法使我在面對(duì)設(shè)計(jì)困難的時(shí)候都可以順利完成。在此致以最衷心的感謝。</p><p>　　機(jī)械工程系為這次畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了優(yōu)越的條件，機(jī)械系的各位老師所教授的知識(shí)都是我能夠完成這次設(shè)計(jì)的前提。在此感謝他們的無(wú)私幫助。在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，其他同學(xué)也給我很大的幫助與指導(dǎo)。感謝你們所有幫助過(guò)我的同學(xué)和老師。 </p><p>