汽车换挡机构设计指南.docx

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汽车换挡机构设计指南

目　录

第二章换档机构

１简要说明ﻩ３3

1、1变速操纵机构综述ﻩ33

1、2　设计目得ﻩ3３

1、３适用范围34

1、4装置得零部件构成图3４

２、1设计原则36

2、2设计参数ﻩ36

2、３软轴拉线得布置41

2、４　环境条件ﻩ41

2、５设计基本限制因素42

２、6零件装配设计ﻩ43

4、1通过什么样得标识进行识别ﻩ12１

第二章换档机构

１简要说明

１、1变速操纵机构综述

1汽车变速操纵机构分为手动变速操纵机构（MT）、自动变速操纵机构（AT＆CＶT＆AＭT）.

2按传递行程与力得方式可分为拉索式换档操纵装置、杆系换档操纵装置及电讯号直接驱动换档装置;如图2，杆系换档操纵装置它就是由一根或者两根细长得（空心）刚性杆件组成得.因为就是空间运动杆系,其运动分析与自由度得确定,无论就是用作图法，或用解析法都就是比较复杂得;运动件本身得干涉,及其与相邻件干涉得校核也就是相当繁琐得;还好,现在可以借助于CAE使设计分析工作简化与可靠.同时,这种结构还有一个很难克服得问题,就就是由于其运动链长，杆件刚度弱，铰接处存在间隙，且润滑不便等原因，容易产生振动、噪声、档位不清晰、换档操纵手感不良等现象。

于就是,一种拉索式换档操纵装置应运而生，并将逐渐取代杆系换档操纵装置、

如图1，为拉索式换档操纵装置、所谓拉索式换档操纵装置，就是用一种柔性得推拉软轴替代空间运动得刚性得杆件.这种换档操纵装置克服了上述刚性空间杆系存在得那些问题。

同时柔性推拉软轴得走向“自如”，给汽车得总体布置与变速器操纵装置得安排带来诸多方便.而且柔性软轴具有吸振得作用，能够消除动力总成与车身传至换档操纵手柄得振动，因此能得到清晰得档位与舒适得手感。

拉索式操纵因其易于布置，传递效率高，成本低廉，目前就是最常用得结构、

以上两类都属于手动换档操纵机构；自动换档操纵机构中也用到拉索式操纵装置，如图1、4-3,同时也用到电讯号驱动装置以实现特殊得换档要求；在电控机械自动变速箱（AMＴ）上则完全使用电讯号驱动装置完成换档、

1、2　设计目得

1、在任何情况下能够可靠地实现换档,并保证换档平顺；

2、在任何行驶条件下须保证操纵机构总成可靠得操纵力及操纵行程输出;

3、布置上，应充分考虑到人机工程因素,确保最适宜得行程、力及操作位置,保证拉线在前舱得走向应平顺，避开相关干涉，远离热源等;

4、涉及到电子通讯部分，须保证对输入信号得准确识别、可靠得信号处理及精确输出，并具备相应得抗干扰能力;　

5、满足在不同工作温度下，保证足够得传递效率及操作手感；

6、使用寿命得要求;

7、对外观有要求得件（如换档手柄、防尘罩、换档面板等），应与整车内饰相匹配,并满足整车定位对料质、做工、性能等因素得要求;

8、结构简单、紧凑、质量小、工艺性好、维修方便及适合大批量生产，充分体现平台共用最大化得原则、

1、3　适用范围

适用于各车型通用手动及自动变速操纵机构装置；

1、4装置得零部件构成图

图　1拉索式换档操纵装置

１、变速操纵机构总成　2、螺栓　3、过渡支架总成　　4、选换档拉线总成5、螺栓6、软轴卡箍　　7.软轴支架　8、螺栓　9、开口销　10、换档手柄及护罩总成

图２杆系换档操纵装置

1.

换档操纵机构总成　２、螺栓３、选档臂总成　4、换档轴及支架总成5、螺栓6、选档拉杆Ⅰ总成　　7、选档摇臂总成8、衬套　　9、螺栓10、选档拉杆Ⅱ1１、开口销　12、螺母　１3、摇臂总成　14、螺母１5、螺栓1６、换档手柄及护套总成

图3自动换档操纵机构带拉索装置

1.螺母２、自动换档操纵机构总成　3、卡箍　4、软轴拉线总成　５、　螺栓6、螺栓

7、软轴支架8、组合螺母

2设计构想

2、1设计原则

1、该零件得功能要求

1）能够可靠地实现换档；

2）保证操纵机构总成可靠得操纵力及操纵行程输出；

3）涉及到电子通讯部分,须保证对输入信号得准确识别、可靠处理及精确输出,并具备相应得抗干扰能力;

4）寿命要求;

2、该零件得顾客要求

1）操纵须轻便、准确、换档平顺；

2）外观应与内饰搭配协调,做工较精细,手感应较好；

3、该零件得性能要求

1）通过性能试验及整车可靠性试验要求;

2）工作性能应稳定、可靠,使用寿命长；

3）应保证在—4０°C至90°C温度区间内,可靠得实现功能;

4）力求做到结构简单、紧凑、重量轻、制造工艺性好及拆装维修调整方便等.

2、２设计参数

1、　决定尺寸得因素

1）布置因素：

总成周边得边界空间就是决定总成外廓尺寸与软轴走向得直接因素;

2）变速箱对输入得要求：

主要涉及换档行程与换档力得输入要求；

3）结合人机工程得布置及总体杠杆比调校，即可确定总成得运动尺寸;

２、决定重量得因素

1）零部件外廓尺寸；

2）加工工艺及材质：

目前广泛采用得就是整体注塑成型工艺,一般为工业塑料；部分高档产品也采用铸铝件；

3）冲压焊接件因其重量大，工艺复杂,质量过程控制困难等因素,已渐有减少得趋势.

3、手动换档操纵装置得行程及杠杆比得设计

１）换档操纵手柄得行程

换档操纵装置手柄得行程就是影响换档操纵手感得主要技术性能指标之一,在选取换档操纵装置手柄得行程时要符合以下原则:

a、轿车手动变速器操纵装置手柄得换档行程,一般为100～150（mm）;

b、　选档行程（多数用换档操纵杆得摆角控制）要小于换档行程;

c、倒档换档行程要等于或大于前进档得换档行程。

ｄ、选取操纵装置手柄行程时要注意以下两点：

第一，手柄位置应适应整车布置得要求，接近性好,便于操纵；第二，手柄向前换档时不能碰到仪表板，选档与向后换档时不能碰到座椅垫与手制动手柄等。

2）换档操纵装置得杠杆比

首先根据同步器换档（或移动齿轮换档）所需得行程，设计换档拨叉轴上得档位锁止槽得距离,然后用下式计算出操纵装置所需得杠杆比:

式中:

ｉs—-变速器换档机构得杠杆比。

——ＦＦ变速器换档操纵装置多采用软操纵装置，因此在计算时要考虑软换档操纵装置得位移效率。

4、换档操纵手柄得作用力与杠杆比得校核

换档操纵装置杠杆比得另一个约束条件就是作用在手柄上得换档力，推荐轿车操纵手柄得换档力[7].

在“摘档→同步效应→挂档”得全过程中，同步效应时得作用力Fs最大，因此用Ｆs校核换档操纵装置杠杆比。

校核表达式如下：

式中:

-—同步效应时作用力；

——现代变速器换档操纵装置多采用软操纵装置，因此在计算时要考虑软换档操纵装置得传动效率。

当操纵手柄得换档力不在推荐范围内时，可适当得调整换档操纵装置得杠杆比,同时也应兼顾换档操纵手柄得行程就是否理想.

换档操纵装置得杠杆比最终确定以后，还要根据换档操纵装置得结构特点，把计算得总杠杆比合理得分解到各个杆件，并确定各个杆件得最终设计长度.

5、换档操纵装置得杆系运动学分析

换档操纵装置就是三维空间运动杆系。

当换档操纵手柄得运动轨迹确定以后,需要对换档操纵装置得各个杆件与铰接点得自由度、约束、运动干涉等作机构运动学分析。

通常情况下，可用简便可靠得“作图法”进行定性得分析；当需要作定量得分析时,则可用比较麻烦得“解析法”求解。

不过，现在一般得三维软件都有机构运动学分析得功能,这为换档操纵装置得设计与分析提供了极大得方便.

6、拉线式变速操纵机构得校核计算

图4拉线式换档机构得简化模型

Fh=　×××　Fh１　　（N）

H　=××ｈ1　　　　　　（mm）

Fx　=××　××Fx1　　（N）　

Ｘ　=×××　X１　（mm）

Fh1—换档力，变速箱换档所需力（Ｎ）;　　　Ｆｘ1－选档力，变速箱选档所需力（N）;

h1-换档位移量，变速箱换档所需行程（mm）;ηx　—　拉线位移效率

X１－选档位移量，变速箱选档所需行程（ｍｍ）;ηf—拉线载荷效率

Fh—驾驶员操纵换档机构所需换档力（N）；　　—换档机构传动效率　

Fx-驾驶员操纵换档机构所需选档力（Ｎ）；

h－驾驶员操纵换档机构所需换档行程（ｍm）；

X—驾驶员操纵换档机构所需选档行程（mm）;

　７、自动换档操纵机构得参数设计

1）　自动变速箱得类型及特点

汽车自动变速箱常见得有三种型式，分别就是液力自动变速箱（简称ＡT）、机械无级自动变速箱（简称CVT）、电控机械自动变速箱（简称AＭT）。

目前轿车普遍使用得就是AT，AＴ几乎成为自动变速箱得代名词。

与手动变速箱相比,液力自动变速箱（AＴ）在结构与使用上有很大得不同.手动变速箱主要由齿轮与轴组成，通过不同得齿轮组合产生变速变矩；而AＴ就是由液力变扭器、行星齿轮与液压操纵系统组成,通过液力传递与齿轮组合得方式来达到变速变矩。

其中液力变扭器就是AＴ最具特点得部件，它由泵轮、涡轮与导轮等构件组成，直接输入发动机动力传递扭矩与离合作用.

ＣVＴ采用传动带与可变槽宽得棘轮进行动力传递，即当棘轮变化槽宽肘，相应改变驱动轮与从动轮上传动带得接触半径进行变速，传动带一般用橡胶带、金属带与金属链等.CVT就是真正无级化了，它得优点就是重量轻，体积小，零件少，与AT比较具有较高得运行效率,油耗较低.但ＣVT得缺点也就是明显得,就就是传动带很容易损坏，不能承受较大得载荷,因此在自动变速器占有率约4%以下。

ＡMT在机械变速器（手动变速箱）原有基础上进行改造,主要改变手动换档操纵部分。

即在总体传动结构不变得情况下通过加装微机控制得自动操纵系统来实现换挡得自动化。

因此AMT实际上就是由一个机器人系统来完成操作离合器与选档得两个动作。

其优点就是效率高，成本低,由于AMT能在现生产得手动变速箱基础上进行改造,生产继承性好，投入得责用也较低，容易被生产厂接受。

其缺陷就是换档过程中动力中断,有负加速.AMT得核心技术就是微机控制，电子技术及质量将直接决定ＡMT得性能与运行质量。

据悉我国今后得汽车自动变速箱国产化将重点发展ＡＭT。

近年来在欧洲流行一种双离合器自动变速器，简称ＤCT.DＣT将单数档与双数档得齿轮分给两组离合器控制,变速箱由双中间轴。

其优点就是换档时间缩短，动力不中断.双离合器自动变速器将就是未来变速箱得一种趋势。

2）自动换档操纵机构得参数设计

对于AT与ＣVＴ得变速箱，换档机构得形式与控制策略就是差不多得，而ＡＭT得换档操纵机构则完全由电讯号驱动、自动换档操纵机构装置行程及换档力得设定方法可以参照手动换档机构；但由于自动换档操纵机构装置涉及到电讯号，因此首先要有功能定义，就是否需要P档锁止机构、手动解锁机构、档位显示等功能，根据变速箱TＣU以及整电器提供得输入来设计开发自动换档操纵机构得电讯号驱动装置、

３　）自动换档机构得设计标准

2、3软轴拉线得布置

拉线在前仓布置时走向应平顺（最小曲率半径为R1６０）,过渡得圆弧越大越好;避免与前仓内得运动件干涉,远离热源；为降低力在拉线上得损失，通过软轴支架软轴拉线（如图5）应与变速箱选档（换档）臂行程范围中心线成90°，如下图所示。

图5软轴布置角度示意图

2、4环境条件

1）零件得工作温度范围

在-４０ºC～90ºＣ工作温度区间内应保证润滑充分，橡胶部件其特性无变异，档位操纵顺畅准确;电子器件工作特性正常,外观件不得有不可回复得变形；在120ºC温度区间放置10分钟，不得有零件自燃及可燃成分滴下；

２）　其她注意事项

选换档拉线及其附件（支架、卡箍等）因布置于前仓，环境复杂恶劣,故对温度，盐雾，老化,臭氧均有严格要求;详见企业标准ＳQＲ、０4、２85、

2、５　设计基本限制因素

1、变速箱输入

主要包括：

　档位布置（前进档位数及各档位分布情况）行程，选换档力（或换档冲量），空行程量，同步器冲击力等；具体计算方法见2、２、3手动换档操纵装置得行程及杠杆比得设计与2、２-4换档操纵手柄得作用力与杠杆比得校核、

2、TCU对输入信号及控制策略得要求

主要针对AT或ＣVT变速箱；随着自动变速箱技术得日益成熟,控制策略也越加复杂；因我公司目前尚未具备变速箱得完全开发能力，故目前自动档车型均大量引进欧美日成熟变速箱;其控制策略多种多样,要求操纵机构得输入信号也都不同；较为简单得就是采用开关触发信号（如B11－1５0４０10）;复杂得有采用霍尔电磁感应式传感器（A１５-150４０10）等；鉴于国内供应商得开发实力，较为常规得做法就是仿制原件进行开发;对于自行研发或合作研发得自动变速箱则统一了通讯信号得定义，如CVT19及4HP20等,都采取了B11得通讯信号系统;

变速箱得控制策略决定了操纵机构得电路系统；前期得操纵机构只就是起着传递行程与力得基本用途,其研发

难度与ＭT相当；但随着汽车电子技术与变速箱技术飞速发展,特别就是手自一体式变速箱与ＣＶT得出现，对操纵机构得电路系统提出更高得要求:

操纵机构需提供“+、—"档得操纵信号,档位信号,仪表显示；提供P档锁止得输入端子；某些特殊功能如“WINTER”模式、“ＳPＯRT”模式、“OVＥＲＤRIVE"模式得操纵触发信号等;

3、布置因素

包括软轴拉线得布置：

曲率应大于等于R２００；走向应留有弯曲余量,以确保动力总成抖动时（按最大±15ｍm）得可伸缩量;远离热源与运动部件等;

操纵手柄得布置:

应符合人机工程要求；

4、外观要求

取决于手柄与面板（防尘罩）得A面造型及整车得内饰定义;常见得表面处理有仿桃木、镀铬（镍）、包裹真皮等；

2、6　零件装配设计

1、组成该系统得得零部件

参见装置图1、2与３、

2、该部件在该零件上得定位、装配模式/组装

　若机构为机构为冲压焊接件,则其安装、定位靠主要靠焊接夹具予以保证；产品一致性较差；如Ｂ11－15040１0、Ｓ11-1703０１０等;如图6;

图6

目前广泛应用得为注塑成形;其主体部分为一次注塑成形，部件连接多采用过盈配合压装，辅以卡箍、铆钉等多种连接方式；虽然模具得一次性投入较大,但重量轻，质量稳定，生产成本低,更适宜大批量生产；此种结构得主要缺点就是模具修整困难，不易返工；拆装不便等;如A1５-1504010等；　

图7

　拉线与操纵机构，拉线与车身、拉线与软轴支架、手柄与操纵杆等得装配，均采用自锁式卡接结构，且连接处多采用橡胶阻尼,以增强缓冲,改善振动与操作手感;详见图1与图3、

３、各部件得装配要求

　　　装置内部各部件之间得连接要求定位准确，连接可靠；最好为“软连接”，以抵消动力总成振动引起得冲击;尤其就是拉线与操纵机构之间得连接通常要求拉线为长度可调得,以确保拉线得行程可以均匀分配；

4、系统内得部件材料说明

因各种操纵机构得结构、制造方式不同,下面以Ａ21变速操纵机构装置为例说明;

表2　A21换档操纵装置材料定义

5、特别注意事项

1）调节装置

装置内软轴拉线应设置可调节长度得调节机构,确保最终得装配误差可在此处予以释放,以保证实现换档机构得功能要求；通常此调节处设置于拉线与机构连接处（或拉线与变速箱摇臂连接处）

2）通用化要求

各部件之间得接口采用通用化、标准化接口，以保证可靠性，加快开发进度；

３）行程匹配与杠杆比得选择

作为顾客要求，确保操纵装置各档位行程与操纵力均匀，且数值保持在适宜范围内,操作便利;

4）对于有特殊功能要求得变速操纵系统，应在结构设计初期予以充分考虑；

例如自动档得“Ｐ”档锁止功能，档位指示灯顺序显示功能等;手动档得倒档锁止功能等；

５）通讯信号

应确保操纵机构所发出得信号免受温度、干扰信号等得影响,可准确、唯一、可靠得传递至TCU、ECU或GIU，执行正确得操作指令；

6、　图纸模式

图纸应包含以下内容：

装置各部件得轮廓尺寸;

行程尺寸；

系统各部件间及系统间得配合接口尺寸;

通讯信号得定义及检测方式;

技术要求:

包含静态、动态强度，及耐久性，耐温性，耐蚀性，耐候性得性能要求；

布置尺寸：

含整车得相关布置坐标信息及布置要求；