汽車換擋機構(gòu)設(shè)計指南驕陽書屋

1、目 錄第二章 換檔機構(gòu)1 簡要說明331.1變速操縱機構(gòu)綜述331.2 設(shè)計目的331.3 適用范圍341.4 裝置的零部件構(gòu)成圖342 設(shè)計構(gòu)想362.1 設(shè)計原則362.2 設(shè)計參數(shù)362.3 軟軸拉線的布置412.4 環(huán)境條件412.5 設(shè)計基本限制因素422.6 零件裝配設(shè)計434.1 通過什么樣的標識進行識別121第二章 換檔機構(gòu)1 簡要說明1.1變速操縱機構(gòu)綜述1 汽車變速操縱機構(gòu)分為手動變速操縱機構(gòu)（mt）、自動變速操縱機構(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

2、者兩根細長的（空心）剛性桿件組成的。因為是空間運動桿系，其運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；運動件本身的干涉，及其與相鄰件干涉的校核也是相當繁瑣的；還好，現(xiàn)在可以借助于cae使設(shè)計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

3、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構(gòu);自動換檔操縱機構(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)動裝置以實現(xiàn)特殊的換檔要求;在電控機械自動變速箱(amt)上則完全使用電訊號驅(qū)動裝置完成換檔.1.2 設(shè)計目的1.在任何情況下能夠可靠地實現(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構(gòu)總成可靠的操縱力及操縱

4、行程輸出;3.布置上，應(yīng)充分考慮到人機工程因素，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，遠離熱源等；4.涉及到電子通訊部分，須保證對輸入信號的準確識別、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構(gòu)裝置；1.4 裝

5、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.換檔手柄及護罩總成圖2桿系換檔操縱裝置1. 換檔操縱機構(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.選檔拉桿總成 7.選檔搖臂總成 8.襯套 9.螺栓 10.選檔拉桿 11.開口銷 12.螺母 13.搖臂總成 14.螺母 15.螺栓 16.換檔手柄及護套總成圖3自動換檔操縱機構(gòu)帶拉索裝置1. 螺母 2.自動換檔操縱機構(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.

6、 組合螺母2 設(shè)計構(gòu)想2.1 設(shè)計原則1.該零件的功能要求1) 能夠可靠地實現(xiàn)換檔;2) 保證操縱機構(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，手感應(yīng)較好；3.該零件的性能要求1) 通過性能試驗及整車可靠性試驗要求；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)計參

7、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)合人機工程的布置及總體杠桿比調(diào)校，即可確定總成的運動尺寸；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 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)性能指標之一，在選取換檔操縱裝置手柄的

8、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100150（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：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)計換檔撥叉軸上的檔位鎖止槽的距離，然后用下式計算出操縱裝置所需的杠桿比:式中：is 變速器換檔機構(gòu)的杠桿比。ff變速器換檔操縱裝置多采用軟操

9、縱裝置，因此在計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，因此在計算時要考慮軟換檔操縱裝置的傳動效率。當操縱手柄的換檔力不在推薦范圍內(nèi)時，可適當?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，把計算的總杠桿比合理的分

10、解到各個桿件，并確定各個桿件的最終設(shè)計長度。5.換檔操縱裝置的桿系運動學分析換檔操縱裝置是三維空間運動桿系。當換檔操縱手柄的運動軌跡確定以后，需要對換檔操縱裝置的各個桿件和鉸接點的自由度、約束、運動干涉等作機構(gòu)運動學分析。通常情況下，可用簡便可靠的“作圖法”進行定性的分析；當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構(gòu)運動學分析的功能，這為換檔操縱裝置的設(shè)計和分析提供了極大的方便。6.拉線式變速操縱機構(gòu)的校核計算圖4 拉線式換檔機構(gòu)的簡化模型fh = fh1 (n)h = h1 (mm)fx = fx1 (n) x = x1 (mm)fh1-換檔力,變速

11、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); x 拉線位移效率x1-選檔位移量,變速箱選檔所需行程 (mm); f 拉線載荷效率 fh-駕駛員操縱換檔機構(gòu)所需換檔力(n); 換檔機構(gòu)傳動效率 fx-駕駛員操縱換檔機構(gòu)所需選檔力(n);h 駕駛員操縱換檔機構(gòu)所需換檔行程(mm); x駕駛員操縱換檔機構(gòu)所需選檔行程(mm); 7.自動換檔操縱機構(gòu)的參數(shù)設(shè)計1) 自動變速箱的類型及特點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）、機械無級自動變速箱（簡稱cvt）、電控機械自動變速箱（簡稱amt）。目前轎車普遍使用

12、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到變速變矩。其中液力變扭器是at最具特點的部件，它由泵輪、渦輪和導輪等構(gòu)件組成，直接輸入發(fā)動機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行動力傳遞，即當棘輪變化槽寬肘，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)點是重量輕，體積小，零件少，與at比較具有較高

13、的運行效率，油耗較低。但cvt的缺點也是明顯的，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在機械變速器（手動變速箱）原有基礎(chǔ)上進行改造，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控制的自動操縱系統(tǒng)來實現(xiàn)換擋的自動化。因此amt實際上是由一個 機器人系統(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)上進行改造，生產(chǎn)繼承性好，投入的責用也較低，容易被生產(chǎn)廠接受。其缺陷是換檔過程中動力中斷，有負加速。amt的核心技術(shù)是微機控制，電子技術(shù)及質(zhì)量將直接決定amt的性能與運行質(zhì)量。據(jù)悉我國今后

14、的汽車自動變速箱國產(chǎn)化將重點發(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) 自動換檔操縱機構(gòu)的參數(shù)設(shè)計對于at和cvt的變速箱,換檔機構(gòu)的形式和控制策略是差不多的,而amt的換檔操縱機構(gòu)則完全由電訊號驅(qū)動.自動換檔操縱機構(gòu)裝置行程及換檔力的設(shè)定方法可以參照手動換檔機構(gòu);但由于自動換檔操縱機構(gòu)裝置涉及到電訊號,因此首先要有功能定義,是否需要p檔鎖止機構(gòu)、手動解鎖機構(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)計開發(fā)自動

15、換檔操縱機構(gòu)的電訊號驅(qū)動裝置.3 )自動換檔機構(gòu)的設(shè)計標準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)的運動件干涉，遠離熱源；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-40c90c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) 其他注意事項選換檔拉線及其

16、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，臭氧均有嚴格要求；詳見企業(yè)標準sqr.04.285.2.5 設(shè)計基本限制因素1.變速箱輸入主要包括： 檔位布置（前進檔位數(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)計和2.24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歐美日成熟變速箱；其控制策略多種多樣，要求操

17、縱機構(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b111504010）；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)實力，較為常規(guī)的做法是仿制原件進行開發(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構(gòu)的電路系統(tǒng)；前期的操縱機構(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；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)，對操縱機構(gòu)的電路系統(tǒng)提出更高的要求：操縱機構(gòu)需提供“、”檔的操縱信號，檔位信號，儀表顯示；提

18、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；遠離熱源和運動部件等；操縱手柄的布置：應(yīng)符合人機工程要求;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 若機構(gòu)為機構(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，以增強緩沖，改善振動與操作手感；詳見圖1和圖3.3.各部件的裝