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摘 要自动变速器是汽车发展的一个重要里程碑,它的操作方便性是手动变速去无法比拟的.对新型自动变速器的改进和设计是人们不断追求的,而国内对这方面的设计更是欠缺.在汽车自动变速器设计中可实施CAD/CAE技术来提高设计效率和质量.用三维CAD软件对零件进行造型设计、装配设计,进行干涉检查,生成爆炸图和相应的工程图.用CAE软件对主要受力件进行分析和优化设计,给出可视化的分析结果和优化方案
关 键 词CAD；CAE；自动变速器
中图分类号U46文献标识码A文章编号1674-6708（2012）71-0032-03
0引言
汽车变速器是汽车重要部件,它对汽车动力性、尾气排放都有重要影响,自动变速器的诞生和应用,不仅使汽车运行的动力特性接近理想特性,而且对驾驶舒适性和行驶性能产生了根本性地变革,由于自动变速器所具有的重要地位、市场前景受到汽车行业界的高度重视,各汽车厂家和有关的部件企业投入了大量人力、物力研制开发,如今自动变速器的技术已趋成熟,从引进消化到自主开发,国内几家大型汽车集团公司都已建立了自己的自动变速器设计和生产基地.
1自动变速器简介
1.1自动变速器的发展
1939年由美国通用汽车公司首先在奥兹莫比尔轿车上应用,它是一项十分重要的发明,我国最早装备自动变速器的汽车是一汽生产的CA770红旗轿车,但自主研制、生产自动变速器技术发展受到了汽车电子技术的影响和限制,因自动变速器最核心的是电子控制系统和液压系统,但我国汽车电子技术发展一直处于滞后状态,所以对自动变速器的整体发展,近几年随着汽车电子技术的发展,对推动我国自动变速器的快速发展起到了主要作用.
汽车自动变速器的基本原理是通过液力变扭器使得发动机的扭矩传递给行星齿轮组,并以单向式离合器(或是液力多盘式离合器、皮带摩擦轮等结构)来改变速比.由于行星齿轮一直处于啮合状态,消除了齿间啮合间隙,极好地减小了齿轮噪声和冲击.为了使车辆运行更为平稳.采用液力变扭器连接发动机与变速器.吸收了发动机的扭转振动,使得变速比通过汽车电子控制系统以及液压系统操纵,而且液压系统与电子控制系统互相配合,使汽车动力系统始终处于最佳工作状态.
由于自动变速器的结构复杂,所以造价比手动变速器高出数倍,但因自动变速器对汽车整车性能的影响和广大用户的欢迎,尽管价格比手动变速器高得多,但还是迅速被广大汽车制造商和客户所接受,表现出强大的生命力.
液力变矩器式的自动变速器主要由下列部件组成：
1）液力变矩器；2）机械变速器和变速的执行元件；3）机械操纵及联动机构；4）液压控制和执行元件；5）电子控制装置、电子传感器和执行元件.
1.2自动变速器的结构
自动变速器外形如图1所示,内部结构如图2所示.此自动变速器是一个四挡全电子换挡控制的自动变速器,它由带双导轮的液力变矩器、行星变速机构、液压控制系统、动力传动系统拉制模块四个主要部分组成.主要的传动和接合元件有：5个多片离合器,3个滚子/凸块式单向离合器,3组行星排,2组制动带江个控制阀块,制动带何服系统,蓄压器,驻车制动机构,带闭锁离合器的液力变矩器.
图1自动变速器的外形结构图2自动变速器的内部结构
2运用CAD对自动变速器进行三维设计
2.1自动变速器基于CATIA的设计对象
此自动变速器的相关传动机构选择行星齿轮传动机构.液力变矩器虽然能够在一定范围内自动的改变扭矩比,但由于变扭能力与效率之间的矛盾,目前使用的液力变矩器的变矩系数一般都难以满足汽车工业的要求,其扭矩比一般在1～3的范围,因此一般通过液力变矩器与齿轮式变速器相结合的液力机械式变速器来达到我们的要求.齿轮式变速器中一般选用行星齿轮结构,因为行星齿轮结构变速器具有体积小、变速比大、操纵容易等众多优点,故行星齿轮结构被大量地应用于液力机械式变速器上.采用行星齿轮机构变速器不仅可以满足传动比可变、不传递动力和转向可逆的要求,而且还具有以下优点：
1）运行时所有行星齿轮都参与工作,一起承担载荷,使工作更加安静,承受强度更大；
2）行星齿轮在运行时,齿轮间产生的作用力不传递到自动变速器壳体,而是由齿轮系统内部来承受,所以变速器壳体可以设计的更加轻薄；
3）行星齿轮结构采用内啮合与外啮合相匹配的结构,与单一的外啮合相比,减少了变速器尺寸；
4）行星齿轮在运行时,齿轮处于长啮合状态,没有摘挂挡时的齿轮冲击,稳定性好,寿命长.
行星齿轮传动机构涉及的的对象包括行星轮、太阳轮、内毂、外毂、支撑弹簧等.针对这些部件选用CATIA对其进行建模,由于CATIA针对各个机械的零部件具有很好的可操作性和高精度要求,所以此次各个部件CATIA进行设计计算.
2.2内毂和外毂设计
自动变速器的内毂和外毂的设计,应用的是CATIA的PART模块.对于它们的设计,首先选择XY平面作为创建草图的基准平面,然后进行草绘,这两个零件的大体结构都是以圆为基础的.对于内毂部分,首先创建一个圆,然后进行凸台的操作,再将其抽壳处理,再把这个凸台进行再一次的操作,将其表面均布40个键槽.最后将各个需要进行处理的部件进行相应的倒角操作.自动变速器内毂三维图如图3所示.
图3自动变速器内毂
由于变速器的外毂是与内毂相配的,因此在进行外毂的模型创建的时候要与内毂的尺寸相互配合,他们共同在一起组成主要的传动保护组织.自动变速器外毂的操作依然是先进行草绘然后凸台操作,抽壳处理.外毂的建模相对来说比内毂更加复杂,由于各个定位孔的存在,需要对其进行均布处理使其均匀的分布在四周,作为固定组织而应用它们.自动变速器外毂三维图如图4所示.
图4自动变速器外毂
自动变速器的内毂和外毂的CAD制作基本完成,基于CATIA软件的创作使他们更加精确.此设计也可以用其他的三维设计软件进行,完成的效果差不多,但是CATIA作为一种专业性很强的软件需要对其广泛的应用,并且更加精确.