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三維CAD在重型汽車變速箱的應(yīng)用 曹永利 李海峰 [摘要] 闡述了大齒集團應(yīng)用三維CAD，在企業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)品重型汽車變速箱的應(yīng)用。 [關(guān)鍵詞] CAD 變速箱 應(yīng)用 1、概述： 大齒集團應(yīng)用三維CAD 進行產(chǎn)品設(shè)計是從1999年底開始，當(dāng)時購買了一套三維設(shè)計軟件，兩臺圖形工作站，2000年上半年又購買了一臺服務(wù)器、兩臺圖形工作站，形成了工作小組的工作模式。技術(shù)人員逐步認識到了使用計算機進行三維設(shè)計的好處，2000年底在公司領(lǐng)導(dǎo)的大力支持下，在技術(shù)中心全面實施三維CAD、CAE。投資200萬元，其中：軟件115萬元，硬件：85萬元。可以達到技術(shù)人員每兩人用一臺三維圖形工作站進行設(shè)計，并可以進行二維繪圖和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)計軟件，價格昂貴，使技術(shù)人員即能使用又不浪費資金投入，而且還要考慮到CAE，最終我們決定購買的軟件如：表1。 2.2、硬件配置： 硬件配置我們采用需要才購買的原則，并按I-deas軟件對硬件系統(tǒng)的要求，配置了2臺服務(wù)器、11臺三維圖形工作站、5臺微機。網(wǎng)絡(luò)拓撲圖如：圖1。 3、在重型汽車變速箱設(shè)計中的應(yīng)用： 經(jīng)過兩年多的應(yīng)用和摸索，技術(shù)中心的設(shè)計人員已掌握了該軟件的功能，并充分發(fā)揮了其在產(chǎn)品開發(fā)中的重要作用。 3.1、DC10J130T變速箱的設(shè)計應(yīng)用： DC10J130T變速箱是我公司根據(jù)市場需求在時間緊，任務(wù)急又無任何參考資料的情況下開發(fā)出來的全新產(chǎn)品，該產(chǎn)品采用了附箱帶形星齒輪的傳動結(jié)構(gòu)，為了確保該產(chǎn)品在試制和裝配時不出問題，設(shè)計人員加班加點，用I-DEAS軟件對該產(chǎn)品的200多個零件進行了三維實體建模，并模擬實際情況進行了裝配及干涉檢查，機構(gòu)運動分析等，對有問題的零件及時進行了修改，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)國內(nèi)市場，就必須進行圖紙轉(zhuǎn)化及二次開發(fā)。面對困難，設(shè)計人員在圖紙轉(zhuǎn)化過程中，利用I-DEAS軟件的強大功能，準確快捷地完成了圖紙的國產(chǎn)化，使該產(chǎn)品及時進入了市場。并在MPS62B的基礎(chǔ)上一次性開發(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、低檔采用氣動換檔，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，靠傳統(tǒng)的二維設(shè)計很難保證操縱系統(tǒng)的準確性，及避免發(fā)生干涉現(xiàn)象。為了確保設(shè)計萬無一失，我們對該產(chǎn)品的前置附箱部分采用了三維設(shè)計的方法，即先三維實體建模，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)計的準確性，又加快了設(shè)計速度，從而使該產(chǎn)品能夠早日投放市場。 3.3、4205A取力箱和4210N氣動助力器上的應(yīng)用： 4205A取力箱在日產(chǎn)柴MPS62B的基礎(chǔ)上國產(chǎn)化而成的，我們對取力箱的所有零件進行了三維實體建模及裝配分析，為以后取力箱產(chǎn)品的系列化打下了基礎(chǔ)。 4210N氣動助力器是我公司新的開發(fā)項目，在該產(chǎn)品的開發(fā)程中，設(shè)計人員一面測繪日產(chǎn)柴零件，一面對零件進行三維建模分析比較，從而加快了我公司氣動助力器的國產(chǎn)化進程。 3.4、在DC7J100T變速箱操縱設(shè)計中的應(yīng)用： 在研制多檔箱的過程中，我公司決定開發(fā)DC7J100T變速箱，為加快該產(chǎn)品進入市場的周期，準備借用DC6J100T-215（上蓋），這加大了DC7J100T變速箱操縱系統(tǒng)的設(shè)計難度，如果用傳統(tǒng)的二維設(shè)計思路，是無法解決干涉問題的。我們運用了I-DEAS軟件的三維設(shè)計思路，先繪制了DC6J100T-215（上蓋）的三維實體圖，然后按照裝配位置依次繪制出操縱軸及撥叉的實體圖，在實際位置根據(jù)需要進行三維修改， 在一、倒檔轉(zhuǎn)換用普通二維方法無法解決的情況下，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)計進度。 3.5、零部件物理特性的測量： 復(fù)雜零部件的物理特性，用普通的計算方法很難精確算出，利用I-DEAS軟件提供的測量工具，可準確而快速地計算出如：重量、重心、轉(zhuǎn)動慣量等物理特性，這大大提高了工作效率。在公司實施ERP工作中，要求設(shè)計部門提供各種零部件的重量，這在以前是不可能實現(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，我公司銷售部門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、軟件的二次開發(fā)： 在MPS62B變速箱的引用過程中，設(shè)計計算部分是此次引進的核心和精華，我們將日產(chǎn)柴的四個程序，即：齒輪的參數(shù)及強度計算、滾子軸承的強度計算、滾針軸承的強度計算及軸的剛度和強度計算進行了二次開發(fā)，使之為我們以后的產(chǎn)品設(shè)計服務(wù)，以快速可靠地設(shè)計出適合市場的新產(chǎn)品。另外，對I-DEAS軟件的二次開發(fā)也在進行之中，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、對進一步應(yīng)用的考慮： 4.1需加快產(chǎn)品的系列化和參數(shù)化的進程，不斷地完善產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫： 我公司的汽車變速箱產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相似但種類繁多，目前已有近三百種型號，這不便于管理，而且給產(chǎn)品的裝配帶來許多不便。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： 雖然我們在產(chǎn)品的建模、裝配及干涉檢查方面取得了一些成績，但在產(chǎn)品的強度分析方面做得還不夠，大多數(shù)產(chǎn)品的強度計算仍采用舊的類比法，這使得我們的設(shè)計不夠精確和科學(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)計中，使設(shè)計更準確合理。 4.3、將仿真技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計中，縮短產(chǎn)品投放市場的周期： 目前，我公司的新產(chǎn)品投放市場一般要經(jīng)過從試制到實驗，再到小批量生產(chǎn)和大批量生產(chǎn)的過程，這使產(chǎn)品投放市場的周期很長。我們要把仿真技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計中，以仿真代實驗，不斷提高產(chǎn)品的設(shè)計水平，縮短設(shè)計周期。 4.4、加強產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理，增加PDM模塊： 目前我公司正在實施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，加強產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理勢在必行。 4.5、CAD和CAM有機結(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)一起來是我們面臨的新課題。 產(chǎn)品名稱 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)計核心 二維繪圖、2D IGES、接口 5 曲面設(shè)計應(yīng)用集 曲面設(shè)計 2 裝配設(shè)計應(yīng)用集 裝配設(shè)計、2D公差分析 2 仿真造型應(yīng)用集 有限元建模、高級建模 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 機構(gòu)設(shè)計 1 表1：軟件清單 圖1：網(wǎng)絡(luò)拓撲圖 （作者：曹永利，男，1967年生，太原工業(yè)大學(xué)計算機科學(xué)與工程系畢業(yè)，山西大同齒輪集團有限責(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)機械系畢業(yè)，山西大同齒輪集團有限責(zé)任公司技術(shù)中心，工程師。郵編：037006）