三維CAD在重型汽車(chē)變速箱的應(yīng)用曹永利 李海峰摘要 闡述了大齒集團(tuán)應(yīng)用三維CAD，在企業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)品重型汽車(chē)變速箱的應(yīng)用。關(guān)鍵詞 CAD 變速箱 應(yīng)用 1、概述：大齒集團(tuán)應(yīng)用三維CAD 進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)是從1999年底開(kāi)始，當(dāng)時(shí)購(gòu)買(mǎi)了一套三維設(shè)計(jì)軟件，兩臺(tái)圖形工作站，2000年上半年又購(gòu)買(mǎi)了一臺(tái)服務(wù)器、兩臺(tái)圖形工作站，形成了工作小組的工作模式。技術(shù)人員逐步認(rèn)識(shí)到了使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)的好處，2000年底在公司領(lǐng)導(dǎo)的大力支持下，在技術(shù)中心全面實(shí)施三維CAD、CAE。投資200萬(wàn)元，其中：軟件115萬(wàn)元，硬件：85萬(wàn)元?？梢赃_(dá)到技術(shù)人員每?jī)扇擞靡慌_(tái)三維圖形工作站進(jìn)行設(shè)計(jì)，并可以進(jìn)行二維繪圖和CAE。2、目前形成的配置：2.1、軟件配置：采用I-deas三維CAD軟件，由于該軟件是世界一流的三維設(shè)計(jì)軟件，價(jià)格昂貴，使技術(shù)人員即能使用又不浪費(fèi)資金投入，而且還要考慮到CAE，最終我們決定購(gòu)買(mǎi)的軟件如：表1。2.2、硬件配置：硬件配置我們采用需要才購(gòu)買(mǎi)的原則，并按I-deas軟件對(duì)硬件系統(tǒng)的要求，配置了2臺(tái)服務(wù)器、11臺(tái)三維圖形工作站、5臺(tái)微機(jī)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如：圖1。3、在重型汽車(chē)變速箱設(shè)計(jì)中的應(yīng)用：經(jīng)過(guò)兩年多的應(yīng)用和摸索，技術(shù)中心的設(shè)計(jì)人員已掌握了該軟件的功能，并充分發(fā)揮了其在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的重要作用。3.1、DC10J130T變速箱的設(shè)計(jì)應(yīng)用：DC10J130T變速箱是我公司根據(jù)市場(chǎng)需求在時(shí)間緊，任務(wù)急又無(wú)任何參考資料的情況下開(kāi)發(fā)出來(lái)的全新產(chǎn)品，該產(chǎn)品采用了附箱帶形星齒輪的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，為了確保該產(chǎn)品在試制和裝配時(shí)不出問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員加班加點(diǎn)，用I-DEAS軟件對(duì)該產(chǎn)品的200多個(gè)零件進(jìn)行了三維實(shí)體建模，并模擬實(shí)際情況進(jìn)行了裝配及干涉檢查，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析等，對(duì)有問(wèn)題的零件及時(shí)進(jìn)行了修改，確保了該產(chǎn)品的試制成功。3.2、在MPS62B中的應(yīng)用：MPS62B是我公司引進(jìn)日產(chǎn)柴的新產(chǎn)品，要真正將其轉(zhuǎn)化為我公司的主導(dǎo)產(chǎn)品占領(lǐng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，就必須進(jìn)行圖紙轉(zhuǎn)化及二次開(kāi)發(fā)。面對(duì)困難，設(shè)計(jì)人員在圖紙轉(zhuǎn)化過(guò)程中，利用I-DEAS軟件的強(qiáng)大功能，準(zhǔn)確快捷地完成了圖紙的國(guó)產(chǎn)化，使該產(chǎn)品及時(shí)進(jìn)入了市場(chǎng)。并在MPS62B的基礎(chǔ)上一次性開(kāi)發(fā)了DC6J90TA、DC6J90TB、DC6J90TC、DC6J90TD和DC6J90TE五種產(chǎn)品。DC6J90TE是在DC6J90TA產(chǎn)品的基礎(chǔ)上加前置附箱而成，高、低檔采用氣動(dòng)換檔，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，靠傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)很難保證操縱系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，及避免發(fā)生干涉現(xiàn)象。為了確保設(shè)計(jì)萬(wàn)無(wú)一失，我們對(duì)該產(chǎn)品的前置附箱部分采用了三維設(shè)計(jì)的方法，即先三維實(shí)體建模，再用I-DEAS軟件將三維圖轉(zhuǎn)化為二維工程圖，這樣既保證了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，又加快了設(shè)計(jì)速度，從而使該產(chǎn)品能夠早日投放市場(chǎng)。3.3、4205A取力箱和4210N氣動(dòng)助力器上的應(yīng)用：4205A取力箱在日產(chǎn)柴MPS62B的基礎(chǔ)上國(guó)產(chǎn)化而成的，我們對(duì)取力箱的所有零件進(jìn)行了三維實(shí)體建模及裝配分析，為以后取力箱產(chǎn)品的系列化打下了基礎(chǔ)。4210N氣動(dòng)助力器是我公司新的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，在該產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)程中，設(shè)計(jì)人員一面測(cè)繪日產(chǎn)柴零件，一面對(duì)零件進(jìn)行三維建模分析比較，從而加快了我公司氣動(dòng)助力器的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。3.4、在DC7J100T變速箱操縱設(shè)計(jì)中的應(yīng)用：在研制多檔箱的過(guò)程中，我公司決定開(kāi)發(fā)DC7J100T變速箱，為加快該產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的周期，準(zhǔn)備借用DC6J100T-215（上蓋），這加大了DC7J100T變速箱操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度，如果用傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)思路，是無(wú)法解決干涉問(wèn)題的。我們運(yùn)用了I-DEAS軟件的三維設(shè)計(jì)思路，先繪制了DC6J100T-215（上蓋）的三維實(shí)體圖，然后按照裝配位置依次繪制出操縱軸及撥叉的實(shí)體圖，在實(shí)際位置根據(jù)需要進(jìn)行三維修改， 在一、倒檔轉(zhuǎn)換用普通二維方法無(wú)法解決的情況下，利用上蓋中有限的空間成功地解決了一、倒檔的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。之后又將各零件的三維圖轉(zhuǎn)化為二維工程圖，加快了設(shè)計(jì)進(jìn)度。3.5、零部件物理特性的測(cè)量：復(fù)雜零部件的物理特性，用普通的計(jì)算方法很難精確算出，利用I-DEAS軟件提供的測(cè)量工具，可準(zhǔn)確而快速地計(jì)算出如：重量、重心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等物理特性，這大大提高了工作效率。在公司實(shí)施ERP工作中，要求設(shè)計(jì)部門(mén)提供各種零部件的重量，這在以前是不可能實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)在，我們用現(xiàn)有的工具便迅速地算出了所需數(shù)據(jù)。3.6、爆炸圖的應(yīng)用：以前，我公司銷(xiāo)售部門(mén)所需備件目錄的編制是外委的，這一方面延誤了產(chǎn)品投放市場(chǎng)的速度，又耗用了大量資金，得不償失?，F(xiàn)在，我們將現(xiàn)有產(chǎn)品建模后，可輕而易舉地做出爆炸圖，編制出備件目錄。3.7、軟件的二次開(kāi)發(fā)：在MPS62B變速箱的引用過(guò)程中，設(shè)計(jì)計(jì)算部分是此次引進(jìn)的核心和精華，我們將日產(chǎn)柴的四個(gè)程序，即：齒輪的參數(shù)及強(qiáng)度計(jì)算、滾子軸承的強(qiáng)度計(jì)算、滾針軸承的強(qiáng)度計(jì)算及軸的剛度和強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，使之為我們以后的產(chǎn)品設(shè)計(jì)服務(wù)，以快速可靠地設(shè)計(jì)出適合市場(chǎng)的新產(chǎn)品。另外，對(duì)I-DEAS軟件的二次開(kāi)發(fā)也在進(jìn)行之中，只有這樣才能使該軟件更適用于我公司的產(chǎn)品，充分發(fā)揮軟件功能。4、對(duì)進(jìn)一步應(yīng)用的考慮：4.1需加快產(chǎn)品的系列化和參數(shù)化的進(jìn)程，不斷地完善產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)：我公司的汽車(chē)變速箱產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相似但種類(lèi)繁多，目前已有近三百種型號(hào)，這不便于管理，而且給產(chǎn)品的裝配帶來(lái)許多不便。以后，我們將在產(chǎn)品中經(jīng)常更改的零部件的關(guān)鍵尺寸及有關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)化，使之更清晰。4.2、加速有限元分析的應(yīng)用步伐：雖然我們?cè)诋a(chǎn)品的建模、裝配及干涉檢查方面取得了一些成績(jī)，但在產(chǎn)品的強(qiáng)度分析方面做得還不夠，大多數(shù)產(chǎn)品的強(qiáng)度計(jì)算仍采用舊的類(lèi)比法，這使得我們的設(shè)計(jì)不夠精確和科學(xué)，安全系數(shù)經(jīng)常偏大或偏小，下一步我們要將有限元分析技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜零件(如：殼體、同步器、齒輪、花鍵軸)的設(shè)計(jì)中，使設(shè)計(jì)更準(zhǔn)確合理。4.3、將仿真技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，縮短產(chǎn)品投放市場(chǎng)的周期：目前，我公司的新產(chǎn)品投放市場(chǎng)一般要經(jīng)過(guò)從試制到實(shí)驗(yàn)，再到小批量生產(chǎn)和大批量生產(chǎn)的過(guò)程，這使產(chǎn)品投放市場(chǎng)的周期很長(zhǎng)。我們要把仿真技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，以仿真代實(shí)驗(yàn)，不斷提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平，縮短設(shè)計(jì)周期。4.4、加強(qiáng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理，增加PDM模塊：目前我公司正在實(shí)施ERP，而產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理是ERP工作的基礎(chǔ)，增加適合我公司產(chǎn)品的PDM模塊，加強(qiáng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理勢(shì)在必行。4.5、CAD和CAM有機(jī)結(jié)合，產(chǎn)品與工藝并駕齊驅(qū)： 現(xiàn)在我公司的CAD和CAM使用的是不同的系統(tǒng)，如何將CAD與CAM統(tǒng)一起來(lái)是我們面臨的新課題。 產(chǎn)品名稱(chēng)主要內(nèi)容數(shù)量核心主模型主模型、3D IGES、繪圖10二維設(shè)計(jì)核心二維繪圖、2D IGES、接口5曲面設(shè)計(jì)應(yīng)用集曲面設(shè)計(jì)2裝配設(shè)計(jì)應(yīng)用集裝配設(shè)計(jì)、2D公差分析2仿真造型應(yīng)用集有限元建模、高級(jí)建模1仿真解算應(yīng)用集線性解算器、優(yōu)化器1可靠性分析1機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1 表1：軟件清單 圖1：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D（作者：曹永利，男，1967年生，太原工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系畢業(yè)，山西大同齒輪集團(tuán)有限責(zé)任公司人事管理部，工程師；李海峰，男，1967年生，太原工業(yè)大學(xué)機(jī)械系畢業(yè)，山西大同齒輪集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，工程師。郵編：037006）