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

第二章换档机构

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按传递行程与力的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的（空心）刚性杆件组成的。

因为就是空间运动杆系,其运动分析与自由度的确定,无论就是用作图法,或用解析法都就是比较复杂的;运动件本身的干涉,及其与相邻件干涉的校核也就是相当繁琐的;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的问题,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,就是用一种柔性的推拉软轴替代空间运动的刚性的杆件。

这种换档操纵装置克服了上述刚性空间杆系存在的那些问题。

同时柔性推拉软轴的走向“自如”,给汽车的总体布置与变速器操纵装置的安排带来诸多方便。

而且柔性软轴具有吸振的作用,能够消除动力总成与车身传至换档操纵手柄的振动,因此能得到清晰的档位与舒适的手感。

拉索式操纵因其易于布置,传递效率高,成本低廉,目前就是最常用的结构、

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的换档要求;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设计目的

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的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,确保最适宜的行程、力及操作位置,保证拉线在前舱的走向应平顺,避开相关干涉,远离热源等;

4、涉及到电子通讯部分,须保证对输入信号的准确识别、可靠的信号处理及精确输出,并具备相应的抗干扰能力;

5、满足在不同工作温度下,保证足够的传递效率及操作手感;

6、使用寿命的要求;

7、对外观有要求的件（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、性能等因素的要求;

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的原则、

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装置的零部件构成图

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、该零件的功能要求

1）能够可靠地实现换档;

2）保证操纵机构总成可靠的操纵力及操纵行程输出;

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

4）寿命要求;

2、该零件的顾客要求

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、该零件的性能要求

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,可靠的实现功能;

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、决定尺寸的因素

1）布置因素:

总成周边的边界空间就是决定总成外廓尺寸与软轴走向的直接因素;

2）变速箱对输入的要求:

主要涉及换档行程与换档力的输入要求;

3）结合人机工程的布置及总体杠杆比调校,即可确定总成的运动尺寸;

2、决定重量的因素

1）零部件外廓尺寸;

2）加工工艺及材质:

目前广泛采用的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,已渐有减少的趋势。

3、手动换档操纵装置的行程及杠杆比的设计

1）换档操纵手柄的行程

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

a、轿车手动变速器操纵装置手柄的换档行程,一般为100～150（mm）;

b、选档行程（多数用换档操纵杆的摆角控制）要小于换档行程;

c、倒档换档行程要等于或大于前进档的换档行程。

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的要求,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）换档操纵装置的杠杆比

首先根据同步器换档（或移动齿轮换档）所需的行程,设计换档拨叉轴上的档位锁止槽的距离,然后用下式计算出操纵装置所需的杠杆比:

式中:

is——变速器换档机构的杠杆比。

——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的位移效率。

4、换档操纵手柄的作用力与杠杆比的校核

换档操纵装置杠杆比的另一个约束条件就是作用在手柄上的换档力,推荐轿车操纵手柄的换档力[7]。

在“摘档→同步效应→挂档”的全过程中,同步效应时的作用力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的传动效率。

当操纵手柄的换档力不在推荐范围内时,可适当的调整换档操纵装置的杠杆比,同时也应兼顾换档操纵手柄的行程就是否理想。

换档操纵装置的杠杆比最终确定以后,还要根据换档操纵装置的结构特点,把计算的总杠杆比合理的分解到各个杆件,并确定各个杆件的最终设计长度。

5、换档操纵装置的杆系运动学分析

换档操纵装置就是三维空间运动杆系。

当换档操纵手柄的运动轨迹确定以后,需要对换档操纵装置的各个杆件与铰接点的自由度、约束、运动干涉等作机构运动学分析。

通常情况下,可用简便可靠的“作图法”进行定性的分析;当需要作定量的分析时,则可用比较麻烦的“解析法”求解。

不过,现在一般的三维软件都有机构运动学分析的功能,这为换档操纵装置的设计与分析提供了极大的方便。

6、拉线式变速操纵机构的校核计算

图4拉线式换档机构的简化模型

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、自动换档操纵机构的参数设计

1）自动变速箱的类型及特点

汽车自动变速箱常见的有三种型式,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）。

目前轿车普遍使用的就是AT,AT几乎成为自动变速箱的代名词。

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的不同。

手动变速箱主要由齿轮与轴组成,通过不同的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的方式来达到变速变矩。

其中液力变扭器就是AT最具特点的部件,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的棘轮进行动力传递,即当棘轮变化槽宽肘,相应改变驱动轮与从动轮上传动带的接触半径进行变速,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,它的优点就是重量轻,体积小,零件少,与AT比较具有较高的运行效率,油耗较低。

但CVT的缺点也就是明显的,就就是传动带很容易损坏,不能承受较大的载荷,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的情况下通过加装微机控制的自动操纵系统来实现换挡的自动化。

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的两个动作。

其优点就是效率高,成本低,由于AMT能在现生产的手动变速箱基础上进行改造,生产继承性好,投入的责用也较低,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的核心技术就是微机控制,电子技术及质量将直接决定AMT的性能与运行质量。

据悉我国今后的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将单数档与双数档的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的一种趋势。

2）自动换档操纵机构的参数设计

对于AT与CVT的变速箱,换档机构的形式与控制策略就是差不多的,而AMT的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的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以及整电器提供的输入来设计开发自动换档操纵机构的电讯号驱动装置、

3）自动换档机构的设计标准

2、3软轴拉线的布置

拉线在前仓布置时走向应平顺（最小曲率半径为R160）,过渡的圆弧越大越好;避免与前仓内的运动件干涉,远离热源;为降低力在拉线上的损失,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）零件的工作温度范围

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的变形;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手动换档操纵装置的行程及杠杆比的设计与2、2－4换档操纵手柄的作用力与杠杆比的校核、

2、TCU对输入信号及控制策略的要求

主要针对AT或CVT变速箱;随着自动变速箱技术的日益成熟,控制策略也越加复杂;因我公司目前尚未具备变速箱的完全开发能力,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,要求操纵机构的输入信号也都不同;较为简单的就是采用开关触发