现代设计方法

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课程名称: 现代设计方法

姓名:

班级: 10机自本2

学号: 1006131006

2013年10月22日

铜陵学院机械工程学院现代设计方法在汽车变速器上的应用

摘要：随着人们生活条件的不断提高，汽车在人们的日常生活中已经被普遍使用，同时对于汽车各个部件的性能要求越来越高。我们就汽车变速器的设计方法作了简要分析，应用现代设计方法缩短了开发周期，减少了设计成本。

关键词：汽车机械式变速器；齿轮计算；轴计算；传动轴尺寸

引言：现在汽车变速器除了有良好的动力性能外,在一定的工作状况下质量要轻、材料要省、体积要小和成本要低,所以轻量化成为评价变速器设计水平的重要指标之一。对于变速器设计的优化,是在保证部件的刚度和强度合适的条件下,来追求变速器齿轮和轴系质量的最小。为了减轻产品自重和提高产品性能，我们利用机械加工的参数化对汽车进行变速器设计。

正文：

一、现代设计方法的概念

现代设计方法是以设计产品为目标的一个知识群体的总称，所涉及的具体方法和具体内容十分广泛。包括优化设计、可靠性设计、价值工程、反求工程和绿色设计。

二、传统设计与现代设计方法的区别与联系

传统设计是以经验总结为基础，运用长期设计实践和理论计算而形成的经验、公式、图表、设计手册等作为设计的依据，通过经验公式、近似系数或类比等方法进行设计。传统设计在长期运用中得到不断完善和提高，是符合当代技术水平的有效设计方法。分析传统的设计过程，可以看出传统设计的每一个环节都是依靠设计者用手工方式来完成的。首先凭借设计者直接的或间接的经验，通过类比分析或经验公式来确定方案，由于方案的拟定很大程度上取决于设计人员的个人经验，即使同时拟定几个方案，也难于获得最优方案。

现代设计是过去长期的传统设计活动的延伸和发展，是传统设计的深入、丰富和完善。随着设计实践经验的积累，设计理论的发展以及科学技术的进步，特别是计算机技术的高速发展，设计工作包括机械产品的设计过程产生了质的飞跃。

现代设计不仅指设计方法的更新，也包含了新技术的引入和产品的创新。目前现代设计方法所指的新兴理论与方法主要包括优化设计、可靠性设计、设计方法学、计算机辅助设计、动态设计、有限元法、工业艺术造型设计、人机工程、并行工程、价值工程、反求工程设计、模块化设计、相似性设计、虚拟设计、疲劳设计、三次设计、摩擦学设计、绿色设计等。现代设计与传统设计的关系如下：

①继承关系。现代设计是过去长期的传统设计活动的延伸和发展，它继承了传统设计的精华，克服了传统设计的一些不足。

②共存于突破的关系。设计方法的发展，都有着时序性、继承性，两种方法在一定时间内还会共存。当前的现代设计方法正处在发展之中，可以预见，随着科学技术的进步必将有新的突破。

三、现代设计方法在汽车设计中的应用

现代设计方法以形态学为分类手段，以方法学为思想指导，其具体内容有很多。现在就其中的系统工程设计法、模糊设计法、计算机辅助设计法加以简单阐述。

系统工程分析法

（1）系统工程分析法系统工程

以大系统为研究对象的一门跨学科的边缘科学，它以应用数学和电子计算机等为工具，对系统的构成要素、组织结构、信息交换和反馈控制等功能进行分析、设计、制造和服务。通过各种组织管理技术，使局部与整体之间关系协调配合，以实现系统的最优化。

应用系统工程的观点完成汽车设计，一般可分为3个阶段：1、信息获取（或称系统分析）；2、信息处理（或称系统选择）；3、信息整理（或称系统实施计划）。

（2）模糊设计法

模糊设计法所谓模糊是指边界不清楚，是事物的差异之间存在着中间过渡过程的结果。如许用应力、频率禁区等。模糊设计不是建立在对系统的数学分析基础上，而是根据实际经验确定参数、控制、算法与过程信号。目前，在汽车离合器、汽车变速箱及齿轮、发动机支承参数等的模糊优化方面，已做了不少研究。

（3)计算机辅助设计（CAD）

CAD是应用计算机进行设计信息处理的总称。优点在于：1、能减少设计计算、制图的时间，缩短新产品的设计和研制周期，适应产品更新换代的需要，提高市场竞争能力；2、采用CAD 系统可以分析多种方案，实现多方案择优；3、能使设计人员从事务性和重复性劳动中解脱出来，有更多的时间进行创造性的劳动。

突破。

四、现代设计中关于变速器的设计方法

①变速器的分类

一、手动变速器(MT)

手动变速器，也称手动档，即用手拨动变速杆才能改变变速器内的齿轮啮合位置，改变传动比，从而达到变速的目的。踩下离合时，方可拨得动变速杆。如果驾驶者技术好，装手动变速器的汽车在加速、超车时比自动变速车快，也省油。二、自动变速器(AT)

二、自动变速器

利用行星齿轮机构进行变速，它能根据油门踏板程度和车速变化，自动地进行变速。而驾驶者只需操纵加速踏板控制车速即可。一般来讲，汽车上常用的自动变速器有以下几种类型：液力自动变速器、液压传动自动变速器、电力传动自动变速器、有级式机械自动变速器和无级式机械自动变速器等。其中，最常见的是液力自动变速器。液力自动变速器主要是由液压控制的齿轮变速系统构成，主要包含自动离合器和自动变速器两大部分。它能够根据油门的开度和车速的变化，自动地进行换档。

三、无级变速器(CVT)

无级变速器是由两组变速轮盘和一条传动带组成的。因此，要比传统自动变速器结构简单，体积更小。另外，它可以自由改变传动比，从而实现全程无级变速，使汽车的车速变化平稳，没有传统变速器换档时那种“顿”的感觉。无级变速器属于自动变速器的一种，但它能克服普通自动变速器“突然换档”、油门反应慢、油耗高等缺点。

②设计要求的确定

汽车变速器的设计工作是将变速器功能及其他要求转化为具体结构。汽车变速器的主要功能是是汽车在各种使用条件下得到足够的动力性与燃油经济性，此外还应使汽车具有倒向行驶、中断动力行驶等。

汽车变速器设计要求有：是汽车具有良好的动力性和燃油经济性、具有空档和倒档、操作简便、工作可靠、噪声小、质量轻、结构紧凑等。

③设计阶段分析

汽车机械式变速器经过多年的研究和发展，已积累了相当的设计和生产经验，形成不少定型的产品。现代汽车大都采用三轴式变速器，某些微型车和轿车也有选用二轴式变速器的。在变速器上广发采用斜齿轮传动，用同步器换档。

汽车变速器方案设计具体内容包括：确定变速器的轴数，如两轴式、三轴式；确定变速器档位数和各档数比；档位布置的先后顺序；倒档传动方案设计；

为满足变速器轴足够的刚性及装配工艺性和换档方便，汽车变速器中低档一般布置在靠轴的后支撑处，并按低档到高档的顺序布置各档齿轮。一般对于前进档的采用同步器换档，对于倒档采用滑动齿轮换档。倒档布置方案根据倒档传动比级变速器外形尺寸要求确定。在各档传动比设计时，先根据汽车最高车速确定最高档传动比，然后按等比级数大致确定其他各档的传动比。在结构设计阶段，根据方案设计中确定的变速器中各零部件的布置顺序及装配方式，大致确定各零件的结构及尺寸，包括各档齿轮结构及主要尺寸，各轴的结构及主要尺寸，同步器的结构及主要尺寸。

在手工设计过程中，各零件的结构及尺寸主要是根据设计经验及相似产品结构、尺寸得到的。先参考同类产品设计建立一种结构模型，然后根据设计公式进行计算，从上到下逐步细化设计。设计过程中要不断校核原来设计，如果满足不了设计的要求，需求根据经验修改其中某些参数，然后重新开始细化过程。

从整个设计过程来看，手工设计是根据设计经验进行的试探性设计过程。在手工设计过程中，产品的性能主要在结构设计阶段确定，而结构设计是根据经验进行的，因此所设计出的产品性能如何设计人员也不很清楚，而只能通过试制、试验来确定。如果设计结果不能满足设计要求，就重新修改结构设计甚至方案设计来进行下一轮设计。在手工设计中经验非常重要，而如果缺少设计经验产品的设计就需要多次反复进行，这样影响产品的开发速度。

结论

在近百年中，汽车设计技术也经历了由经验设计发展到以科学实验和技术分析为基础的设计阶段。20世纪60年代中期，在设计中引入电子计算机后又形成了计算机辅助设计(CAD，Computer Aided Design)等新方法，使设计逐步实现半自动化和自动化。

随着计算机在汽车设计中的推广应用，一些近代的数学物理方法和基础理论方面的新成就，在汽车设计中也日益得到广泛应用。现代汽车设计，除传统的方法和计算机辅助设计方法外，还引进了最优化设计、可靠性设计、有限元分析、计算机模拟计算或仿真分析、模态分析等现代设计方法与分析手段，甚至还引进了雷达防撞、卫星导航、智能化电子仪表及显示系统等商新技术。

在产品开发的整个过程中，产品先天质量决定于设计，产品在包括原材料、锻造、使用、维修等各方面的花费，即广义成本的70%是由设计阶段决定的。因此设计方案的修改尽可能地在产品开发的前期进行，使产品设计一次成功，避免在产品开发后期因改变设计而造成的巨大浪费。