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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
設(shè)計(jì)（論文）題目:基于Pro/E與ANSYS的長(zhǎng)城賽影
轎車變速器設(shè)計(jì)
院 系 名 稱: 汽車與交通工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級(jí): 車輛工程B07-4
學(xué) 生 姓 名: 尹愛東
導(dǎo) 師 姓 名: 王強(qiáng)
開 題 時(shí) 間: 2011.3.14
指導(dǎo)委員會(huì)審查意見：
簽字： 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
學(xué)生姓名
尹愛東
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級(jí)
車輛工程 B07-4
指導(dǎo)教師姓名
王強(qiáng)
職稱
講師
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱
基于Pro/E與ANSYS的長(zhǎng)城賽影轎車變速器設(shè)計(jì)
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
1、研究現(xiàn)狀
汽車上的變速器是一套用于來協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和車輪的實(shí)際行駛速度的變速裝置，用于發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳性能。汽車變速器分為手動(dòng)變速器（MT）、自動(dòng)變速器（AT）、手動(dòng)/自動(dòng)變速器，無極變速器（CVT）。本課題是設(shè)計(jì)長(zhǎng)城賽影轎車變速器設(shè)計(jì)，長(zhǎng)城賽影轎車為5檔手動(dòng)變速器。傳動(dòng)系是汽車最重要的系統(tǒng)之一，如果把作為動(dòng)力源的發(fā)動(dòng)機(jī)比做汽車的心臟，那么作為傳遞動(dòng)力的變速器可謂汽車的動(dòng)脈，汽車變速器作為汽車傳動(dòng)系關(guān)鍵部位，對(duì)汽車的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性、操作可靠性與輕便性、傳動(dòng)的平穩(wěn)性與效率都有著直接的影響。從內(nèi)燃機(jī)作為汽車的動(dòng)力裝置開始。變速器成為了汽車重要組成部分?，F(xiàn)代汽車上廣泛采用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、工作可靠和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，但其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速范圍較小，而復(fù)雜的使用條件則要求汽車的牽引力和車速能在較大范圍內(nèi)變化，故其性能與汽車動(dòng)力性和穩(wěn)定性之間存在較大的矛盾，這對(duì)矛盾靠現(xiàn)代汽車內(nèi)燃機(jī)本身是無法解決的，因此在汽車傳動(dòng)系中設(shè)置變速器和主減速器達(dá)到減速增扭矩的目的。
變速器可以在汽車行駛過程中，在發(fā)動(dòng)機(jī)和車輪之間產(chǎn)生不同的變速比，通過換擋可以是發(fā)動(dòng)機(jī)和車輪之間產(chǎn)生不同的變速比，通過換擋可以使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在其最佳的動(dòng)力性能下。變速器的發(fā)展趨勢(shì)越來越復(fù)雜，自動(dòng)化程度也越來越高，自動(dòng)變速器將是未來的主流。中國(guó)汽車變速器市場(chǎng)正處于高速發(fā)展期。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，國(guó)內(nèi)對(duì)汽車的需求也逐年穩(wěn)定增長(zhǎng)，汽車的研制、生產(chǎn)、銷售、營(yíng)運(yùn)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)許多部門都息息相關(guān)，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展起重要的推動(dòng)作用。汽車的保有量隨著國(guó)民人均收入水平的提高而增加。在許多發(fā)達(dá)國(guó)家中，汽車的數(shù)量已普及到千家萬戶，促使人的社會(huì)生活方式發(fā)生顯著的變化。1886年，世界上誕生的第一輛汽車并未裝有變速器，直到1902年才由法國(guó)人造出了第一部裝有變速器的汽車。目前，絕大多數(shù)汽車仍采用機(jī)械式變速器、分動(dòng)器、主減速器，構(gòu)成整車的傳動(dòng)系，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操縱方便，造價(jià)低廉仍不失為汽車傳動(dòng)系中的主要總成。由于汽車上廣泛采用活塞式內(nèi)燃機(jī)，其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍較小，而復(fù)雜的使用條件則要求汽車的牽引力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化，為此在傳動(dòng)系中設(shè)置了變速器。2009年中國(guó)汽車銷售1364萬輛，同比增長(zhǎng)46.15%，2015年汽車銷售規(guī)模將達(dá)到4000萬輛。在汽車行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模高速增長(zhǎng)的情況下，中國(guó)變速器行業(yè)面臨著重大機(jī)遇。2009年我國(guó)汽車變速器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)520億元人民幣，并且以每年超過20%的速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2015年有望達(dá)到1500億元。由于近年來乘用車市場(chǎng)增長(zhǎng)迅速，2007年中國(guó)乘用車變速器需求量在600萬件以上，其中大部分為手動(dòng)變速器。手動(dòng)變速器領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)品牌已占主導(dǎo)地位。汽車行駛的速度是不斷變化的，盡管傳統(tǒng)的齒輪變速器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高、功率大三大顯著優(yōu)點(diǎn)依然占領(lǐng)著汽車變速器的主流地位。機(jī)械式變速器許多最近的發(fā)展集中在降低成本和體積的新制造方法上。傳統(tǒng)來說，變速器制造包含大量昂貴的機(jī)器，以及為金屬切削加工和裝配操作留下空間限制的設(shè)計(jì)。最新技術(shù)，比如在最新的Ford/Getrag6變速器中可以看到的激光焊接沖壓剛滑動(dòng)齒輪選擇器軸套，未替代前一代變速器的鑄鐵撥叉，這種精致而固定的設(shè)計(jì)方案可以減少對(duì)內(nèi)部的傷害。伴隨時(shí)代的發(fā)展，隨著國(guó)家相關(guān)政策出臺(tái)，歐Ⅲ及歐IV排放車型的發(fā)動(dòng)機(jī)在今后幾年將占主導(dǎo)地位。隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，一旦發(fā)動(dòng)機(jī)輸入扭矩增加、功率的提高成為必然。轎車的更新?lián)Q代勢(shì)不可擋。同時(shí)為了響應(yīng)國(guó)家在汽車行業(yè)制定燃料限值標(biāo)準(zhǔn)的政策，體現(xiàn)產(chǎn)品的環(huán)保意識(shí)，趕上節(jié)能、高效的潮流，提出了新型轎車變速器的研究。變速箱設(shè)計(jì)必須滿足輕型轎車發(fā)動(dòng)機(jī)布置的要求，即快速、大扭矩和低噪音，以及變速箱總成軸向長(zhǎng)度較短等要求。以適應(yīng)城際間和與周邊地區(qū)間輕型轎車發(fā)展的需要。中國(guó)的汽車市場(chǎng)，大部分還是停留在中低檔的汽車，年產(chǎn)量也是巨大的，競(jìng)爭(zhēng)是激烈的，在這個(gè)前提下，本課題要考慮設(shè)計(jì)變速器要有良好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，造價(jià)成本要低，使用舒適，維修方便，可靠性高。為了提高可靠性，本課題加入了Pro/E建模、虛擬裝配，利用ANSYS軟件對(duì)零件進(jìn)行有限元分析，為設(shè)計(jì)的可靠性進(jìn)行模擬仿真，對(duì)設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性能進(jìn)行研究分析，是設(shè)計(jì)出的變速器有更高的可靠性。
Pro/Engineer是美國(guó)PTC公司旗下的重要產(chǎn)品。是一款集CAD/CAM/CAE功能一體化的綜合性三維軟件，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要的地位，而且是當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAM/CAE領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一。目前已發(fā)布了野火版6.0。他擁有參數(shù)化設(shè)計(jì)和特征功能、單一數(shù)據(jù)庫、全相關(guān)性、基于特征的參數(shù)造型、數(shù)據(jù)管理、裝配管理和易于使用的特點(diǎn)，在汽車工業(yè)設(shè)計(jì)過程中有著很有用的地位。像在本課題中就可以完成將設(shè)計(jì)出的各個(gè)零件進(jìn)行模擬實(shí)體化，并可以將其進(jìn)行模擬裝配，更可以直觀的看到所設(shè)計(jì)的模擬模型，進(jìn)而對(duì)其的外觀進(jìn)行美化，設(shè)計(jì)是否合理進(jìn)行直觀的觀察。
ANSYS軟件是融合結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó)ANSYS開發(fā)。它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer,NASTRAN,Alogor,Auto CAD等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí)CAE工具之一。ANSYSY軟件可以對(duì)已有的模擬模型進(jìn)行各種模擬場(chǎng)合或負(fù)載的實(shí)況模擬，如：結(jié)構(gòu)靜力分析、機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)非線性分析、動(dòng)力學(xué)分析、熱分析、電磁場(chǎng)分析、流體動(dòng)力學(xué)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析。在本課題中會(huì)涉及到設(shè)計(jì)的零件靜力分析和在模擬裝配后的動(dòng)力學(xué)分析。
本設(shè)計(jì)中引入了Pro/E和ANSYS軟件，是結(jié)合現(xiàn)在的設(shè)計(jì)生產(chǎn)技術(shù)。二者的結(jié)合，可以快捷而有效的提高設(shè)計(jì)的可靠性和安全性。雖然是理論的模擬，但在其中也可以發(fā)現(xiàn)很多在設(shè)計(jì)過程中考慮不完全的地方，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，及時(shí)更正設(shè)計(jì)不足，可以完善設(shè)計(jì)方案，縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量效率，減少設(shè)計(jì)的檢查費(fèi)用，為生產(chǎn)實(shí)際提供理論支持。
2、目的和意義
汽車變速器是汽車傳動(dòng)系的重要組成部分。本課題的選題目的是分析變速器結(jié)構(gòu)形式及工作原理，確定變速器的結(jié)構(gòu)類型，利用Auto CAD軟件進(jìn)行二維結(jié)構(gòu)及零件設(shè)計(jì)，Pro/E軟件完成變速器傳動(dòng)部分的三維建模和虛擬裝配，利用ANSYS軟件完成零件有限元分析。變速器要求具有良好的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性，手動(dòng)變速器要遵循駕駛者的意志，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高，故障率相對(duì)較低，物美價(jià)廉，這樣才能使產(chǎn)品在市場(chǎng)上占有一席之地。運(yùn)用以上三種軟件，進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)變速器進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)，在產(chǎn)品制造之前就可以發(fā)現(xiàn)并及時(shí)更正設(shè)計(jì)缺陷，完善設(shè)計(jì)方案，縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，為生產(chǎn)實(shí)際提供理論支持。
二、設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
1、設(shè)計(jì)主要內(nèi)容
設(shè)計(jì)一款長(zhǎng)城賽影轎車變速器，外型尺寸(mm)：5105×1785×1850；標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)：2.2L/491QE；最大功率(KW)：74.5(4200-4600r／min)； 整車質(zhì)量(kg)：1670；軸距(mm)：3025；輪距前/后（mm）：1450/1430；最高車速（km/h）：140 ；最大扭矩(N.m)：190(2800-3200r／min)。對(duì)變速器的結(jié)構(gòu)形式和工作原理進(jìn)行分析，確定本設(shè)計(jì)變速器結(jié)構(gòu)類型，對(duì)變速器結(jié)構(gòu)布置確定，完成變速器的總體設(shè)計(jì)，利用AutoCAD完成總裝配圖和零部件設(shè)計(jì)，并進(jìn)行校核計(jì)算，利用Pro/E完成傳動(dòng)部分零件的三維建模并虛擬裝配，利用ANSYS完成關(guān)鍵軸和齒輪的有限元分析。所設(shè)計(jì)變速器要求具有良好的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性，換擋迅速、省力、方便、工作噪聲低、制造成本低、拆裝容易、維修方便等要求。
2、擬解決的主要問題
（1）變速器總體方案設(shè)計(jì)；
（2）變速器二維結(jié)構(gòu)及零件設(shè)計(jì)；
（3）校核計(jì)算；
（4）變速器傳動(dòng)部分三維建模及虛擬裝配；
（5）關(guān)鍵零件有限元分析。
三、技術(shù)路線（研究方法）
確定變速器整體設(shè)計(jì)方案，利用AutoCAD軟件完成變速器二維結(jié)構(gòu)及零件設(shè)計(jì)并進(jìn)行校核計(jì)算，利用Pro/E軟件完成變速器傳動(dòng)部分三維建模及虛擬裝配，利用ANSYS軟件對(duì)關(guān)鍵零件進(jìn)行有限元分析。具體技術(shù)路線如下圖所示：
四、進(jìn)度安排
（1）調(diào)研、查閱相關(guān)資料、完成開題報(bào)告 第1～2周 （2月28日～3月13日） （2）確定總體方案 第3周 （3月14日～3月20日） （3）變速器二維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核計(jì)算 第4～9周 （3月21日～5月1日） （4）Pro/E傳動(dòng)部分三維總裝配圖設(shè)計(jì) 第10～12周（5月2日～5月22日） （5）關(guān)鍵零件的有限元受力分析 第13周 （5月23日～5月29日）
（6) 撰寫設(shè)計(jì)說明書 第14～15周（5月30日～6月12日）
（7）設(shè)計(jì)說明書審核及修改 第16周 （6月13日～6月19日）
（8）畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯 第17周 （6月20日～6月26日）
五、參考文獻(xiàn)
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六、備注
指導(dǎo)教師意見：
簽字： 年 月 日