汽車換擋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)指南.doc

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. 目 錄 第二章 換檔機(jī)構(gòu) 1 簡要說明 33 1.1變速操縱機(jī)構(gòu)綜述 33 1.2 設(shè)計(jì)目的 33 1.3 適用范圍 34 1.4 裝置的零部件構(gòu)成圖 34 2 設(shè)計(jì)構(gòu)想 36 2.1 設(shè)計(jì)原則 36 2.2 設(shè)計(jì)參數(shù) 36 2.3 軟軸拉線的布置 41 2.4 環(huán)境條件 41 2.5 設(shè)計(jì)基本限制因素 42 2.6 零件裝配設(shè)計(jì) 43 4.1 通過什么樣的標(biāo)識進(jìn)行識別 121  第二章 換檔機(jī)構(gòu) 1 簡要說明 1.1變速操縱機(jī)構(gòu)綜述 1 汽車變速操縱機(jī)構(gòu)分為手動變速操縱機(jī)構(gòu)（MT）、自動變速操縱機(jī)構(gòu)（AT&CVT&AMT）。 2 按傳遞行程和力的方式可分為拉索式換檔操縱裝置、桿系換檔操縱裝置及電訊號直接驅(qū)動換檔裝置;如圖 2, 桿系換檔操縱裝置它是由一根或者兩根細(xì)長的（空心）剛性桿件組成的。因?yàn)槭强臻g運(yùn)動桿系，其運(yùn)動分析和自由度的確定，無論是用作圖法，或用解析法都是比較復(fù)雜的；運(yùn)動件本身的干涉，及其與相鄰件干涉的校核也是相當(dāng)繁瑣的；還好，現(xiàn)在可以借助于CAE使設(shè)計(jì)分析工作簡化和可靠。同時，這種結(jié)構(gòu)還有一個很難克服的問題，就是由于其運(yùn)動鏈長，桿件剛度弱，鉸接處存在間隙，且潤滑不便等原因，容易產(chǎn)生振動、噪聲、檔位不清晰、換檔操縱手感不良等現(xiàn)象。于是，一種拉索式換檔操縱裝置應(yīng)運(yùn)而生，并將逐漸取代桿系換檔操縱裝置. 如圖 1,為拉索式換檔操縱裝置.所謂拉索式換檔操縱裝置，是用一種柔性的推拉軟軸替代空間運(yùn)動的剛性的桿件。這種換檔操縱裝置克服了上述剛性空間桿系存在的那些問題。同時柔性推拉軟軸的走向“自如”，給汽車的總體布置和變速器操縱裝置的安排帶來諸多方便。而且柔性軟軸具有吸振的作用，能夠消除動力總成和車身傳至換檔操縱手柄的振動，因此能得到清晰的檔位和舒適的手感。拉索式操縱因其易于布置，傳遞效率高，成本低廉，目前是最常用的結(jié)構(gòu). 以上兩類都屬于手動換檔操縱機(jī)構(gòu);自動換檔操縱機(jī)構(gòu)中也用到拉索式操縱裝置,如圖1.4-3,同時也用到電訊號驅(qū)動裝置以實(shí)現(xiàn)特殊的換檔要求;在電控機(jī)械自動變速箱(AMT)上則完全使用電訊號驅(qū)動裝置完成換檔. 1.2 設(shè)計(jì)目的 1.在任何情況下能夠可靠地實(shí)現(xiàn)換檔,并保證換檔平順; 2.在任何行駛條件下須保證操縱機(jī)構(gòu)總成可靠的操縱力及操縱行程輸出; 3.布置上，應(yīng)充分考慮到人機(jī)工程因素，確保最適宜的行程、力及操作位置，保證拉線在前艙的走向應(yīng)平順，避開相關(guān)干涉，遠(yuǎn)離熱源等； 4.涉及到電子通訊部分，須保證對輸入信號的準(zhǔn)確識別、可靠的信號處理及精確輸出，并具備相應(yīng)的抗干擾能力； 5.滿足在不同工作溫度下，保證足夠的傳遞效率及操作手感； 6.使用壽命的要求； 7.對外觀有要求的件（如換檔手柄、防塵罩、換檔面板等），應(yīng)與整車內(nèi)飾相匹配，并滿足整車定位對料質(zhì)、做工、性能等因素的要求； 8.結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、質(zhì)量小、工藝性好、維修方便及適合大批量生產(chǎn)，充分體現(xiàn)平臺共用最大化的原則. 1.3 適用范圍 適用于各車型通用手動及自動變速操縱機(jī)構(gòu)裝置； 1.4 裝置的零部件構(gòu)成圖 圖 1拉索式換檔操縱裝置 1.變速操縱機(jī)構(gòu)總成 2.螺栓 3.過渡支架總成 4.選換檔拉線總成 5.螺栓 6.軟軸卡箍 7．軟軸支架 8.螺栓 9.開口銷 10.換檔手柄及護(hù)罩總成 圖2桿系換檔操縱裝置 1. 換檔操縱機(jī)構(gòu)總成 2.螺栓 3. 選檔臂總成 4.換檔軸及支架總成 5.螺栓 6.選檔拉桿Ⅰ總成 7.選檔搖臂總成 8.襯套 9.螺栓 10.選檔拉桿Ⅱ 11.開口銷 12.螺母 13.搖臂總成 14.螺母 15.螺栓 16.換檔手柄及護(hù)套總成 圖3自動換檔操縱機(jī)構(gòu)帶拉索裝置 1. 螺母 2.自動換檔操縱機(jī)構(gòu)總成 3.卡箍 4. 軟軸拉線總成 5. 螺栓 6. 螺栓 7. 軟軸支架 8. 組合螺母 2 設(shè)計(jì)構(gòu)想 2.1 設(shè)計(jì)原則 1.該零件的功能要求 1) 能夠可靠地實(shí)現(xiàn)換檔; 2) 保證操縱機(jī)構(gòu)總成可靠的操縱力及操縱行程輸出; 3) 涉及到電子通訊部分，須保證對輸入信號的準(zhǔn)確識別、可靠處理及精確輸出，并具備相應(yīng)的抗干擾能力； 4) 壽命要求； 2.該零件的顧客要求 1) 操縱須輕便、準(zhǔn)確、換檔平順； 2) 外觀應(yīng)與內(nèi)飾搭配協(xié)調(diào)，做工較精細(xì)，手感應(yīng)較好； 3.該零件的性能要求 1) 通過性能試驗(yàn)及整車可靠性試驗(yàn)要求； 2) 工作性能應(yīng)穩(wěn)定、可靠，使用壽命長； 3) 應(yīng)保證在－40C至90C溫度區(qū)間內(nèi)，可靠的實(shí)現(xiàn)功能； 4) 力求做到結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、重量輕、制造工藝性好及拆裝維修調(diào)整方便等。 2.2 設(shè)計(jì)參數(shù) 1. 決定尺寸的因素 1) 布置因素：總成周邊的邊界空間是決定總成外廓尺寸和軟軸走向的直接因素； 2) 變速箱對輸入的要求：主要涉及換檔行程和換檔力的輸入要求； 3) 結(jié)合人機(jī)工程的布置及總體杠桿比調(diào)校，即可確定總成的運(yùn)動尺寸； 2. 決定重量的因素 1) 零部件外廓尺寸； 2) 加工工藝及材質(zhì)：目前廣泛采用的是整體注塑成型工藝，一般為工業(yè)塑料；部分高檔產(chǎn)品也采用鑄鋁件； 3) 沖壓焊接件因其重量大，工藝復(fù)雜，質(zhì)量過程控制困難等因素，已漸有減少的趨勢。 3.手動換檔操縱裝置的行程及杠桿比的設(shè)計(jì) 1) 換檔操縱手柄的行程 換檔操縱裝置手柄的行程是影響換檔操縱手感的主要技術(shù)性能指標(biāo)之一，在選取換檔操縱裝置手柄的行程時要符合以下原則： a. 轎車手動變速器操縱裝置手柄的換檔行程，一般為100～150（mm）； b. 選檔行程（多數(shù)用換檔操縱桿的擺角控制）要小于換檔行程； c. 倒檔換檔行程要等于或大于前進(jìn)檔的換檔行程。 d.選取操縱裝置手柄行程時要注意以下兩點(diǎn)：第一，手柄位置應(yīng)適應(yīng)整車布置的要求，接近性好，便于操縱；第二，手柄向前換檔時不能碰到儀表板，選檔和向后換檔時不能碰到座椅墊和手制動手柄等。 2) 換檔操縱裝置的杠桿比 首先根據(jù)同步器換檔（或移動齒輪換檔）所需的行程，設(shè)計(jì)換檔撥叉軸上的檔位鎖止槽的距離，然后用下式計(jì)算出操縱裝置所需的杠桿比: 式中：is ——變速器換檔機(jī)構(gòu)的杠桿比。 ——FF變速器換檔操縱裝置多采用軟操縱裝置，因此在計(jì)算時要考慮軟換檔操縱裝置的位移效率。 4.換檔操縱手柄的作用力和杠桿比的校核 換檔操縱裝置杠桿比的另一個約束條件是作用在手柄上的換檔力，推薦轎車操縱手柄的換檔力[7]。 在“摘檔→同步效應(yīng)→掛檔”的全過程中，同步效應(yīng)時的作用力Fs最大，因此用Fs校核換檔操縱裝置杠桿比。校核表達(dá)式如下： 式中：—— 同步效應(yīng)時作用力； —— 現(xiàn)代變速器換檔操縱裝置多采用軟操縱裝置，因此在計(jì)算時要考慮軟換檔操縱裝置的傳動效率。 當(dāng)操縱手柄的換檔力不在推薦范圍內(nèi)時，可適當(dāng)?shù)恼{(diào)整換檔操縱裝置的杠桿比，同時也應(yīng)兼顧換檔操縱手柄的行程是否理想。 換檔操縱裝置的杠桿比最終確定以后，還要根據(jù)換檔操縱裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，把計(jì)算的總杠桿比合理的分解到各個桿件，并確定各個桿件的最終設(shè)計(jì)長度。 5.換檔操縱裝置的桿系運(yùn)動學(xué)分析 換檔操縱裝置是三維空間運(yùn)動桿系。當(dāng)換檔操縱手柄的運(yùn)動軌跡確定以后，需要對換檔操縱裝置的各個桿件和鉸接點(diǎn)的自由度、約束、運(yùn)動干涉等作機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析。 通常情況下，可用簡便可靠的“作圖法”進(jìn)行定性的分析；當(dāng)需要作定量的分析時，則可用比較麻煩的“解析法”求解。不過，現(xiàn)在一般的三維軟件都有機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析的功能，這為換檔操縱裝置的設(shè)計(jì)和分析提供了極大的方便。 6.拉線式變速操縱機(jī)構(gòu)的校核計(jì)算 圖4 拉線式換檔機(jī)構(gòu)的簡化模型 Fh = Fh1 (N) H = h1 (mm) Fx = Fx1 (N) X = X1 (mm) Fh1-換檔力,變速箱換檔所需力 (N); Fx1-選檔力,變速箱選檔所需力(N); h1-換檔位移量,變速箱換檔所需行程 (mm); ηx — 拉線位移效率 X1-選檔位移量,變速箱選檔所需行程 (mm); ηf — 拉線載荷效率 Fh-駕駛員操縱換檔機(jī)構(gòu)所需換檔力(N); — 換檔機(jī)構(gòu)傳動效率 Fx-駕駛員操縱換檔機(jī)構(gòu)所需選檔力(N); h－ 駕駛員操縱換檔機(jī)構(gòu)所需換檔行程(mm); X－駕駛員操縱換檔機(jī)構(gòu)所需選檔行程(mm); 7.自動換檔操縱機(jī)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì) 1) 自動變速箱的類型及特點(diǎn) 汽車自動變速箱常見的有三種型式，分別是液力自動變速箱（簡稱AT）、機(jī)械無級自動變速箱（簡稱CVT）、電控機(jī)械自動變速箱（簡稱AMT）。目前轎車普遍使用的是AT，AT幾乎成為自動變速箱的代名詞。 與手動變速箱相比，液力自動變速箱（AT）在結(jié)構(gòu)和使用上有很大的不同。手動變速箱主要由齒輪和軸組成，通過不同的齒輪組合產(chǎn)生變速變矩；而AT是由液力變扭器、行星齒輪和液壓操縱系統(tǒng)組成，通過液力傳遞和齒輪組合的方式來達(dá)到變速變矩。其中液力變扭器是AT最具特點(diǎn)的部件，它由泵輪、渦輪和導(dǎo)輪等構(gòu)件組成，直接輸入發(fā)動機(jī)動力傳遞扭矩和離合作用。 CVT采用傳動帶和可變槽寬的棘輪進(jìn)行動力傳遞，即當(dāng)棘輪變化槽寬肘，相應(yīng)改變驅(qū)動輪與從動輪上傳動帶的接觸半徑進(jìn)行變速，傳動帶一般用橡膠帶、金屬帶和金屬鏈等。CVT是真正無級化了，它的優(yōu)點(diǎn)是重量輕，體積小，零件少，與AT比較具有較高的運(yùn)行效率，油耗較低。但CVT的缺點(diǎn)也是明顯的，就是傳動帶很容易損壞，不能承受較大的載荷，因此在自動變速器占有率約4%以下。 AMT在機(jī)械變速器（手動變速箱）原有基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，主要改變手動換檔操縱部分。即在總體傳動結(jié)構(gòu)不變的情況下通過加裝微機(jī)控制的自動操縱系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)換擋的自動化。因此AMT實(shí)際上是由一個 機(jī)器人系統(tǒng)來完成操作離合器和選檔 的兩個動作。其優(yōu)點(diǎn)是效率高，成本低，由于AMT能在現(xiàn)生產(chǎn)的手動變速箱基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，生產(chǎn)繼承性好，投入的責(zé)用也較低，容易被生產(chǎn)廠接受。其缺陷是換檔過程中動力中斷，有負(fù)加速。AMT的核心技術(shù)是微機(jī)控制，電子技術(shù)及質(zhì)量將直接決定AMT的性能與運(yùn)行質(zhì)量。據(jù)悉我國今后的汽車自動變速箱國產(chǎn)化將重點(diǎn)發(fā)展AMT。 近年來在歐洲流行一種雙離合器自動變速器，簡稱DCT。DCT將單數(shù)檔和雙數(shù)檔的齒輪分給兩組離合器控制，變速箱由雙中間軸。其優(yōu)點(diǎn)是換檔時間縮短，動力不中斷。雙離合器自動變速器將是未來變速箱的一種趨勢。 2) 自動換檔操縱機(jī)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì) 對于AT和CVT的變速箱,換檔機(jī)構(gòu)的形式和控制策略是差不多的,而AMT的換檔操縱機(jī)構(gòu)則完全由電訊號驅(qū)動.自動換檔操縱機(jī)構(gòu)裝置行程及換檔力的設(shè)定方法可以參照手動換檔機(jī)構(gòu);但由于自動換檔操縱機(jī)構(gòu)裝置涉及到電訊號,因此首先要有功能定義,是否需要P檔鎖止機(jī)構(gòu)、手動解鎖機(jī)構(gòu)、檔位顯示等功能,根據(jù)變速箱TCU以及整電器提供的輸入來設(shè)計(jì)開發(fā)自動換檔操縱機(jī)構(gòu)的電訊號驅(qū)動裝置. 3 )自動換檔機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 2.3 軟軸拉線的布置 拉線在前倉布置時走向應(yīng)平順（最小曲率半徑為R160）,過渡的圓弧越大越好；避免和前倉內(nèi)的運(yùn)動件干涉，遠(yuǎn)離熱源；為降低力在拉線上的損失 ,通過軟軸支架軟軸拉線(如圖5)應(yīng)與變速箱選檔(換檔)臂行程范圍中心線成90，如下圖所示。 圖5 軟軸布置角度示意圖 2.4 環(huán)境條件 1) 零件的工作溫度范圍 在-40C~90C工作溫度區(qū)間內(nèi)應(yīng)保證潤滑充分，橡膠部件其特性無變異，檔位操縱順暢準(zhǔn)確；電子器件工作特性正常，外觀件不得有不可回復(fù)的變形；在120C溫度區(qū)間放置10分鐘，不得有零件自燃及可燃成分滴下； 2) 其他注意事項(xiàng) 選換檔拉線及其附件（支架、卡箍等）因布置于前倉，環(huán)境復(fù)雜惡劣，故對溫度，鹽霧，老化，臭氧均有嚴(yán)格要求；詳見企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SQR.04.285. 2.5 設(shè)計(jì)基本限制因素 1.變速箱輸入 主要包括： 檔位布置（前進(jìn)檔位數(shù)及各檔位分布情況）行程，選換檔力(或換檔沖量)，空行程量，同步器沖擊力等；具體計(jì)算方法見2.2.3手動換檔操縱裝置的行程及杠桿比的設(shè)計(jì)和2.2－4換檔操縱手柄的作用力和杠桿比的校核. 2.TCU對輸入信號及控制策略的要求 主要針對AT或CVT變速箱；隨著自動變速箱技術(shù)的日益成熟，控制策略也越加復(fù)雜；因我公司目前尚未具備變速箱的完全開發(fā)能力，故目前自動檔車型均大量引進(jìn)歐美日成熟變速箱；其控制策略多種多樣，要求操縱機(jī)構(gòu)的輸入信號也都不同；較為簡單的是采用開關(guān)觸發(fā)信號（如B11－1504010）；復(fù)雜的有采用霍爾電磁感應(yīng)式傳感器（A15-1504010）等；鑒于國內(nèi)供應(yīng)商的開發(fā)實(shí)力，較為常規(guī)的做法是仿制原件進(jìn)行開發(fā)；對于自行研發(fā)或合作研發(fā)的自動變速箱則統(tǒng)一了通訊信號的定義，如CVT19及4HP20等，都采取了B11的通訊信號系統(tǒng)； 變速箱的控制策略決定了操縱機(jī)構(gòu)的電路系統(tǒng)；前期的操縱機(jī)構(gòu)只是起著傳遞行程和力的基本用途，其研發(fā) 難度與MT相當(dāng)；但隨著汽車電子技術(shù)和變速箱技術(shù)飛速發(fā)展，特別是手自一體式變速箱和CVT的出現(xiàn)，對操縱機(jī)構(gòu)的電路系統(tǒng)提出更高的要求：操縱機(jī)構(gòu)需提供“＋、－”檔的操縱信號，檔位信號，儀表顯示；提供P檔鎖止的輸入端子；某些特殊功能如“WINTER”模式、“SPORT”模式、“OVERDRIVE”模式的操縱觸發(fā)信號等； 3.布置因素 包括軟軸拉線的布置：曲率應(yīng)大于等于R200；走向應(yīng)留有彎曲余量，以確保動力總成抖動時（按最大15mm）的可伸縮量；遠(yuǎn)離熱源和運(yùn)動部件等； 操縱手柄的布置：應(yīng)符合人機(jī)工程要求; 4.外觀要求 取決于手柄和面板（防塵罩）的A面造型及整車的內(nèi)飾定義；常見的表面處理有仿桃木、鍍鉻（鎳）、包裹真皮等； 2.6 零件裝配設(shè)計(jì) 1.組成該系統(tǒng)的的零部件 參見裝置圖1、2和3. 2.該部件在該零件上的定位、裝配模式／組裝 若機(jī)構(gòu)為機(jī)構(gòu)為沖壓焊接件，則其安裝、定位靠主要靠焊接夾具予以保證；產(chǎn)品一致性較差；如B11-1504010、S11-1703010等；如圖6; 圖6 目前廣泛應(yīng)用的為注塑成形；其主體部分為一次注塑成形，部件連接多采用過盈配合壓裝，輔以卡箍、鉚釘?shù)榷喾N連接方式；雖然模具的一次性投入較大，但重量輕，質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)成本低，更適宜大批量生產(chǎn)；此種結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)是模具修整困難，不易返工；拆裝不便等；如A15-1504010等； 圖7 拉線與操縱機(jī)構(gòu)，拉線與車身、拉線與軟軸支架、手柄與操縱桿等的裝配，均采用自鎖式卡接結(jié)構(gòu)，且連接處多采用橡膠阻尼，以增強(qiáng)緩沖，改善振動與操作手感；詳見圖1和圖3. 3.各部件的裝配要求 裝置內(nèi)部各部件之間的連接要求定位準(zhǔn)確，連接可靠；最好為“軟連接”，以抵消動力總成振動引起的沖擊；尤其是拉線與操縱機(jī)構(gòu)之間的連接通常要求拉線為長度可調(diào)的，以確保拉線的行程可以均勻分配； 4.系統(tǒng)內(nèi)的部件材料說明 因各種操縱機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、制造方式不同，下面以A21變速操縱機(jī)構(gòu)裝置為例說明； 表2 A21換檔操縱裝置材料定義 5.特別注意事項(xiàng) 1 )調(diào)節(jié)裝置 裝置內(nèi)軟軸拉線應(yīng)設(shè)置可調(diào)節(jié)長度的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，確保最終的裝配誤差可在此處予以釋放，以保證實(shí)現(xiàn)換檔機(jī)構(gòu)的功能要求；通常此調(diào)節(jié)處設(shè)置于拉線與機(jī)構(gòu)連接處（或拉線與變速箱搖臂連接處） 2) 通用化要求 各部件之間的接口采用通用化、標(biāo)準(zhǔn)化接口，以保證可靠性，加快開發(fā)進(jìn)度； 3)行程匹配與杠桿比的選擇 作為顧客要求，確保操縱裝置各檔位行程和操縱力均勻，且數(shù)值保持在適宜范圍內(nèi)，操作便利； 4) 對于有特殊功能要求的變速操縱系統(tǒng)，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初期予以充分考慮； 例如自動檔的“P”檔鎖止功能，檔位指示燈順序顯示功能等；手動檔的倒檔鎖止功能等； 5)通訊信號 應(yīng)確保操縱機(jī)構(gòu)所發(fā)出的信號免受溫度、干擾信號等的影響，可準(zhǔn)確、唯一、可靠的傳遞至TCU、ECU或GIU，執(zhí)行正確的操作指令； 6. 圖紙模式 圖紙應(yīng)包含以下內(nèi)容： 裝置各部件的輪廓尺寸； 行程尺寸； 系統(tǒng)各部件間及系統(tǒng)間的配合接口尺寸； 通訊信號的定義及檢測方式； 技術(shù)要求:包含靜態(tài)、動態(tài)強(qiáng)度，及耐久性，耐溫性，耐蝕性，耐候性的性能要求； 布置尺寸:含整車的相關(guān)布置坐標(biāo)信息及布置要求； 精選word范本！