基于的汽车变速器设计方法
Digitalized
Facto哕l数字化工厂
基于UG的汽车变速器Top.Down设计方法
口长城汽车股份有限公司技术中心、河北省汽车工程技术研究中心,龚正伟周广刑明星
Top—Down设计
1.常用设计方法比较
Bottom—up(自底向上)是一种传统设计方法,是先零件后总成的逆向、装配设计思路(见图1)。零件设计工程9币不明确总体的设计意图,仅仅从零件初步功能
定义出发,或逆向工程开发,设计步工程开展。
工程师各自独立设计零件,零件的匹配依靠设计工程师问沟通,设计信息可能表达不完整,完成设计后
进行装配,发现不能匹配的界面问题,如:装配干涉,间隙不满足要求等,需要组织评审,确定变更方案,进行零件模型修改或重新设计,然后再装配,如此反复多次,
顾客需求
Top—Down(自顶向下)设计方法是一种先进的产品设计方法,是先总成后零件的正向开发设计思路,是自上而下、逐步分解、细化和求解的过程(见图2)。这种设
计方法既符合产品设计从抽象到具
直到设计满足要求为止。Bottom—
I
产品定义
up设计方法的缺陷就是所开发的
产品不仅缺乏总成设计要求的继承
L(OFD质量功能展开).
零件模型设计
罴
性,而且在整个设计阶段,一些重
要的产品设计信息、零部件信息没
有得到很好的建立和控制,如果在设计之初没有做到很好的规划,没
有全局考虑,详细设计后期一旦发
产品分析
巡多
Yt
模型冻结
鞋j
:匡丑一{因i
现问题,修改起来将十分困难,设计过程中重复工作很多,造成时间和人员的浪费,工作效率降低。自
底向上设计方法也不利于以网络为平台的多人、异地、协同设计与同
图2产品T0p・Down设计思路
图1产品Bottom-Up设计思路
www.aul01950.com
2015年第7期S芝车工艺师
71
数字化工厂I
DigitaIized
Facto呵
体实现的过程,又符合设计工程师的思维习惯。在产品设计之初,将产品作为一个部件考虑,在产品系统构成的顶层考虑产品的总体设计,定义总成级别的功能要求、性能目标、接口、边界等设计参数,预先规划产品架构并考虑总成与子总成、子总成与组件、组件与零件、零件与零件之间的约束和定位关系,完成产品方案设计后,再进行零件详细设计。这个过程实现了数据从顶层模型到底层模型的传递,最大限度地减少了设计阶段不必要的重复工作,有利于提高工作效率,缩短产品设计开发周期。
规定的访问权限和规则操作,数据进行统一管理及共享,有利于企业技术信息的保密。
自顶向下设计在PDM系统内的实现过程(见图4),总布置设计工程师在PDM系统内,通过cAD设计环境建立产品布局、产品主控参数、控制结构等,并在系统内发布,给下游设计工程师提出设计要
求及任务,下游零件设计工程师接
这样,顶层设计信息,通过关联参
数传递至底层零件模型,零件模型
自动更新,细节特征得到重用,不必再重复设计细节特征,大大提高了设计效率。
综上所述,应用自顶向下设计方法,总布置设计工程师发布设计意图,同时,可以对各子装配进行
动态监控,发现问题能及时方便地
修改,零件设计工程9币明确总体设计意图,利用连接部件提供的初始参数信息进行零件详细结构设计。这样各子系统能很好地配合,避免发生界面问题,便于实现多个子系统的协同,实现并行设计。
收设计任务,直接打开连接部件。此时,PDM系统内的数据自动签出至本地并处于编辑状态,零件设计工程师在本地cAD环境下依据连接部件内的设计参数、设计边界、设计基准等信息进行零件细节特征建
模设计,保存时,模型数据会自动
2.基于PDM的自顶向下实现
过程
产品设计开发过程在PDM系统下的工作模式(见图3),通过网
自顶向下设计方法在汽车变速器设计中的应用
变速器是汽车传动系重要的组成部分之一,其主要用来传递和改变汽车发动机转矩和转速,以使汽
车适应各种路况要求。手动变速器(MT)因传动效率高,寿命长,
签入PDM系统。总布置工程师可以
随时查看设计过程模型数据,并可对控制结构及主控参数进行调整。
络可实现异地协同开发,客户端按
工作可靠,工艺成熟,成本低等优点应用仍然比较广泛。汽车变速器设计是汽车设计的重要组成部分,
下面以某城市型SUV车FF用六挡手
动变速器设计为例,采用uG
Nx8.0
三维设计环境,按Top—Down设计方
图3基于PDM的产品开发模式
法进行变速器结构设计。
1.产品定义
首先收集内外部顾客需求,
并进行需求分析,开展产品总体策划,完成产品定义,形成变速器总
体布局和设计规划的产品雏形。如:依据整车机舱空间尺寸、搭载发动机类型(汽油/柴油)、最大转矩、布置形式(FF/FR)来确定变
图4基于PDM的T0p—Down设计过程
速器的结构形式、外形尺寸等;根
725皇车工艺l哺2015年第7期www.aut01950.com
DIgitaIized
Facto呵I数字化工厂
据整车动力性及经济性要求,确定变速器的挡位数及速比范围,进行设计计算分析,确定中心距、轴系布置、挡位布置等。
节设计的不同需要。控制结构有三设计,如:某一腔体类零件,壁厚
S=3mm是满足强度要求的关键参
个重要特性:
(1)控制结构由关键产品参数驱动。
(2)体现了设计规则。(3)为产品设计传递约束条
数,外轮廓参数A因设计空间的要求可能会变化,该参数是变量参数,是需要修改或调整的。内轮廓参数曰必须与外轮廓参数A建立起关联,即B=A—s,实现参数驱动设计更改,只要后期设计参数A变化,
参数B会自动变化。
2.创建总成主控参数和规划控制结构
应用PDM系统,按规则创建数据,ID:1700000CMDl_CS,版
件。控制结构由总布置设计工程师拥有与维护,负责定义顶级设计准
则。
本001,名称为变速器控制结构,在集成环境内采用Nx建立主装配控制模型,建立wAVE控制结构,wAVE控制结构类似于产品装配结
构,产品控制结构和产品装配结构是独立的(见图5)。wAVE控制结
控制结构开发前需要规划好控
制层级,控制结构开发的最后阶段
3.控制结构模型设计
控制结构模型(C
Structure
on
tro
l
是建立起始部件。而连接部件不属于控制结构,连接部件调入装配模型中,即形成产品装配结构。变速器wAVE结构创建过程(见图6)。
在主装配体模型l
700000
Model)也有文献称为骨
架模型(SkeletonModel),控制
结构模型按一级控制模型(产品级)、二级控制模型(子系统级)
的顺序依次建立。首先,按变速器
构是表达产品和装配子系统关系的
层次,是产品顶层的设计准则,是
产品设计和分析的神经中枢。在保
证关联性的条件下,使用控制结构方法,可以将产品总布置设计和子系统分离出来,形成各自独立的装
CMDl_CS.prt中用表达式建立关键参数(见图7)。子装配控制参数的创建方法相同,根据要求建立设计可变性,创建公式使子装配参数
在整车初始搭载的位置坐标,确立坐标原点及xyZ坐标系,绘制一级
控制模型(见图8)。然后按控制结构设计过程,使用wAvE—Create
New
配结构,以满足总体控制和结构细与主装配参数关联,实现参数驱动
Level功能,选择一级控制模
图5WAVE控制结构示意
闩:,£[垂垂困。“、:i
图7一级主控参数
j■百=百=?:==.
i惺垤鲨j畦}凰陲一圈.
l,n’…L
o州】
川1…__二…o
pf
愕黑席焉卅焉卜曛I.瓜而|
__l…二…1‘…
lI
;d万磊丑!:
il_丽耐L(卫:Kj正确一测
——————,——————JL————————J1一
‘…。‘
川
图6变速器WAVE结构创建过程
图8一级控制结构模型
www.aut01950.com
1015年第7期
数字化工厂l
DigitaIized
Facto吖
型中的几何信息(点、线、面、体、基准等)创建二级控制模型,并建立二级控制参数和设计二级控制模型,二级控制模型包含一级控制模型链接特征、关联参数以及基于链接特征创建的二级控制参数和模型,必要时创建三级控制模型,依次类推。最后,创建起始部件模
型。
上一级控制模型有参数变化时,需要将控制结构模型或起始部件与连接部件一起调入内存,触发更新,连接部件关联参数才会更新,否则控制结构模型的变化,不会更新至
连接部件。
有较好的可修改性和较高的设计准确性,并实现设计过程中的同步工程和协同设计,以及能有效传递控制设计意图和后期快速产品变型设计,在使用该设计流程时,还需要遵循以下原则。
(1)一级控制模型特征不参
照任何其他模型,一级控制模型及
5.产品自动装配
在PDM系统内创建产品总成装
配体数模,ID:1700000CMDl,
参数是产品总成及子系统零部件所
有控制参数引用的起点。
特别注意:下一级控制模型继承上一级模型设计信息,参数由一级控制模型一直链接到零件模型,实现产品控制结构模型控制零件模型,参数传递是单向的,即数据只能从产品级传给零件级,不能反
向。
名称:变速器总成,如
1700000CMDl.prt,在Nx装配模块,将连接部件调入该装配,全部
通过“绝对原点”定位方式装配。
(2)起始部件或连接部件通过wAVE链接特征进行设计,设计基准数据不能链接非控制结构模
型。
由于变速器各分总成、组件及零件
都是继承了其各级控制结构模型,
(3)零件与零件之间不得互相链接特征,都只链接本装配内的控制模型或上级装配。
故无需定义各分总成、组件及各零件之间的装配约束关系,就能自动完成装配。如果想改变某一分总成的装配位置,必须到一级控制模型中改变相关的几何特征和位置尺寸参数。此外,零件设计工程师设计过程模型,可直接在变速器总成装配模型中看到,当所有零部件设计完成最终模型时,产品装配就自动形成了(见图9)。
4.连接部件的创建与详细结构设计
依据起始部件利用wAVE功能
CreateLinked
结语
通过自顶向下设计方法在汽车变速器开发中的实践,可以看出,
Part创建连接部件,
如输出轴170101001.prt,连接部件不在控制结构模型树中,它是一个单独的文件。连接部件是零件结构设计的开始模型,包含有零件设计输入信息的链接特征,也就是从系统或上级装配向子系统或下级装配传递数据所形成的点、线、面、体等几何特征,这些几何特征一般包
括空间要求、界面和装配信息等。
整个设计过程中信息的传递、共享、继承及更改方便可控,控制结
构的建立实现了变速器全参数化三维设计,为设计团队统一了设计思
路和明确了总体目标,同时,这种创新的设计理念和方法不仅支持团队间的协同设计和并行设计,减少了工程师间沟通问题造成设计信息丢失而发生的界面失效,显著提高
由于连接部件没有零件细节结构,零件设计工程师基于这些链接特征输入信息进行零件详细结构设计,故连接部件也称为种子部件或种子
文件。
利用PDM客户端独立打开连接部件进行进一步详细设计,基于参
图9自动装配完成模型
了产品设计质量和效率。皿
零件详细设计过程中,总布置工程师可以打开产品装配模型,查
看各零件设计进度,发现并纠正前
期考虑不足的设计问题。
从上可以看出,整个设计过程实现了自顶向下的全参数化设计。此外,为保证产品设计模型具
龚正伟
工程师,研究方向:汽车传动系统设计与开发。
数化设计方法添加细节结构特征,
模型设计完成后直接保存便可自动签入PDM服务器。如果起始部件或
74j芝车工艺l师2015年第7期www.aut01950.com