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三维CAD在重型汽车变速箱的应用

2019-12-28曹永利 李海峰

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本文阐述了大齿集团应用三维CAD,在企业主导产品重型汽车变速箱的应用。

1、概述

    大齿集团应用三维CAD进行产品设计是从1999年底开始,当时购买了一套三维设计软件,两台图形工作站,2000年上半年又购买了一台服务器、两台图形工作站,形成了工作小组的工作模式。技术人员逐步认识到了使用计算机进行三维设计的好处,2000年底在公司领导的大力支持下,在技术中心全面实施三维CAD、CAE。投资200万元,其中:软件115万元,硬件:85万元。可以达到技术人员每两人用一台三维图形工作站进行设计,并可以进行二维绘图和CAE。

2、目前形成的配置

    2.1 软件配置

    采用I-deas三维CAD软件,由于该软件是世界一流的三维设计软件,价格昂贵,使技术人员即能使用又不浪费资金投入,而且还要考虑到CAE,最终我们决定购买的软件如表1。

表1 软件清单

软件清单

    2.2、硬件配置

    硬件配置我们采用需要才购买的原则,并按I-deas软件对硬件系统的要求,配置了2台服务器、11台三维图形工作站、5台微机。网络拓扑图如图1。

网络拓扑图

图1 网络拓扑图

3、在重型汽车变速箱设计中的应用

    经过两年多的应用和摸索,技术中心的设计人员已掌握了该软件的功能,并充分发挥了其在产品开发中的重要作用。

    3.1 DC10J130T变速箱的设计应用

    DC10J130T变速箱是我公司根据市场需求在时间紧,任务急又无任何参考资料的情况下开发出来的全新产品,该产品采用了附箱带形星齿轮的传动结构,为了确保该产品在试制和装配时不出问题,设计人员加班加点,用I-DEAS软件对该产品的200多个零件进行了三维实体建模,并模拟实际情况进行了装配及干涉检查,机构运动分析等,对有问题的零件及时进行了修改,确保了该产品的试制成功。

    3.2 在MPS62B中的应用

    MPS62B是我公司引进日产柴的新产品,要真正将其转化为我公司的主导产品占领国内市场,就必须进行图纸转化及二次开发。面对困难,设计人员在图纸转化过程中,利用I-DEAS软件的强大功能,准确快捷地完成了图纸的国产化,使该产品及时进入了市场。并在MPS62B的基础上一次性开发了DC6J90TA、DC6J90TB、DC6J90TC、DC6J90TD和DC6J90TE五种产品。

    DC6J90TE是在DC6J90TA产品的基础上加前置附箱而成,高、低档采用气动换档,结构较为复杂,靠传统的二维设计很难保证操纵系统的准确性,及避免发生干涉现象。为了确保设计万无一失,我们对该产品的前置附箱部分采用了三维设计的方法,即先三维实体建模,再用I-DEAS软件将三维图转化为二维工程图,这样既保证了设计的准确性,又加快了设计速度,从而使该产品能够早日投放市场。

    3.3 4205A取力箱和4210N气动助力器上的应用

    4205A取力箱在日产柴MPS62B的基础上国产化而成的,我们对取力箱的所有零件进行了三维实体建模及装配分析,为以后取力箱产品的系列化打下了基础。

    4210N气动助力器是我公司新的开发项目,在该产品的开发程中,设计人员一面测绘日产柴零件,一面对零件进行三维建模分析比较,从而加快了我公司气动助力器的国产化进程。

    3.4 在DC7J100T变速箱操纵设计中的应用

    在研制多档箱的过程中,我公司决定开发DC7J100T变速箱,为加快该产品进入市场的周期,准备借用DC6J100T-215(上盖),这加大了DC7J100T变速箱操纵系统的设计难度,如果用传统的二维设计思路,是无法解决干涉问题的。我们运用了I-DEAS软件的三维设计思路,先绘制了DC6J100T-215(上盖)的三维实体图,然后按照装配位置依次绘制出操纵轴及拨叉的实体图,在实际位置根据需要进行三维修改,在一、倒档转换用普通二维方法无法解决的情况下,利用上盖中有限的空间成功地解决了一、倒档的转换问题。之后又将各零件的三维图转化为二维工程图,加快了设计进度。

    3.5 零部件物理特性的测量

    复杂零部件的物理特性,用普通的计算方法很难精确算出,利用I-DEAS软件提供的测量工具,可准确而快速地计算出如:重量、重心、转动惯量等物理特性,这大大提高了工作效率。在公司实施ERP工作中,要求设计部门提供各种零部件的重量,这在以前是不可能实现的。现在,我们用现有的工具便迅速地算出了所需数据。

    3.6 爆炸图的应用

    以前,我公司销售部门所需备件目录的编制是外委的,这一方面延误了产品投放市场的速度,又耗用了大量资金,得不偿失。现在,我们将现有产品建模后,可轻而易举地做出爆炸图,编制出备件目录。

    3.7 软件的二次开发

    在MPS62B变速箱的引用过程中,设计计算部分是此次引进的核心和精华,我们将日产柴的四个程序,即:齿轮的参数及强度计算、滚子轴承的强度计算、滚针轴承的强度计算及轴的刚度和强度计算进行了二次开发,使之为我们以后的产品设计服务,以快速可靠地设计出适合市场的新产品。另外,对I-DEAS软件的二次开发也在进行之中,只有这样才能使该软件更适用于我公司的产品,充分发挥软件功能。

4、对进一步应用的考虑

    4.1 需加快产品的系列化和参数化的进程,不断地完善产品数据库

    我公司的汽车变速箱产品结构相似但种类繁多,目前已有近三百种型号,这不便于管理,而且给产品的装配带来许多不便。以后,我们将在产品中经常更改的零部件的关键尺寸及有关数据参数化,使之更清晰。

    4.2 加速有限元分析的应用步伐

    虽然我们在产品的建模、装配及干涉检查方面取得了一些成绩,但在产品的强度分析方面做得还不够,大多数产品的强度计算仍采用旧的类比法,这使得我们的设计不够精确和科学,安全系数经常偏大或偏小,下一步我们要将有限元分析技术应用于复杂零件(如:壳体、同步器、齿轮、花键轴)的设计中,使设计更准确合理。

    4.3 将仿真技术应用到产品设计中,缩短产品投放市场的周期

    目前,我公司的新产品投放市场一般要经过从试制到实验,再到小批量生产和大批量生产的过程,这使产品投放市场的周期很长。我们要把仿真技术应用到产品设计中,以仿真代实验,不断提高产品的设计水平,缩短设计周期。

    4.4 加强产品数据管理,增加PDM模块

    目前我公司正在实施ERP,而产品的数据管理是ERP工作的基础,增加适合我公司产品的PDM模块,加强产品数据管理势在必行。

    4.5 CAD和CAM有机结合,产品与工艺并驾齐驱

    现在我公司的CAD和CAM使用的是不同的系统,如何将CAD与CAM统一起来是我们面临的新课题。

责任编辑:程玥
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