機動車換擋機構(gòu)設(shè)計指南

1、第二章?lián)Q檔機構(gòu)1簡要說明1.1變速操縱機構(gòu)綜述1.2設(shè)計目的1.3適用范圍1.4裝置的零部件構(gòu)成圖2設(shè)計構(gòu)想2.1設(shè)計原則2.2設(shè)計參數(shù)2.3軟軸拉線的布置環(huán)境條件設(shè)計基本限制因素零件裝配設(shè)計通過什么樣的標(biāo)識進(jìn)行識別2.42.52.64.111111112錯誤!未定義書簽。F第二章?lián)Q檔機構(gòu)I1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&AM。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。因為是空間運動桿系，其運動

2、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(dāng)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- 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系存在的那些 問題。同時柔性推拉軟軸的走向“自如

3、”，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行程輸出3. 布置上，應(yīng)充分考慮

4、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(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構(gòu)裝置;1.4裝置的零部件構(gòu)成圖2O：7戶

5、in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(hù)罩總成2e圖2桿系換檔操縱裝置11.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I總成7.選檔搖臂總成8.襯套9.螺栓10.選檔拉桿n 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I*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.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

6、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(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)保證在一40 C至90 C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

7、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Lc換檔操縱裝置手柄的行程Lc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 Lc，一般為10015

8、0 （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：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i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Ls，然后用下式計算出操縱裝置所需的杠桿比ic：Lcic Ls is D式中：is變速器換檔機構(gòu)的杠桿比。D FF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 檔操縱裝置的位移效

9、率。4. 換檔操縱手柄的作用力Fc和杠桿比ic的校核換檔操縱裝置杠桿比ic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Fc 2040 N。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ic。校核表達(dá)式如下:Fc Fs / ic is F2040 N式中：Fs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(dāng)操縱手柄的換檔力Fc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ic，同時也應(yīng)兼顧換檔操縱手柄的行程 Lc是否理想。換檔操縱裝置的杠桿比ic最終確定以后，還

10、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ic合理的分解到各個桿件，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(xué)分析換檔操縱裝置是三維空間運動桿系。當(dāng)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(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構(gòu)運動 學(xué)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FxJx換檔桿拉線a II-II c罕-IIdb 選檔臂Fii h .,

11、J 一 一Fd x._圖4拉線式換檔機構(gòu)的簡化模型Fh = - X 丄 X X Fh1 a f(N)H =a X 丄Xb xh1(mm)Fx =C X a dFxi(N)X Xic e x(mm)Fhi-換檔力,變速箱換檔所需力(N)；xi-選檔力,變速箱選檔所需力（N）;hi-換檔位移量,變速箱換檔所需行程(mm);n x 拉線位移效率Xi-選檔位移量,變速箱選檔所需行程(mm);n 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.

12、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AT）、機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)動機動力傳遞扭矩和離合作用。CVT采用傳動

13、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)點是重量輕，體積小，零件少,與AT比較具有較高的運行效率，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%下。AMT在機械變速器（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

14、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勺換檔操縱機構(gòu)則完全由電訊號驅(qū)動

15、.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(biāo)準(zhǔn)項目條件判定基準(zhǔn)1.換檔手柄操作力分別在溫度；-30匚 常溫、BOGn自動模式方向1 ) 7.5+2.5N2）運動模式方向2) 22.52.5N3）選檔方向3) 13+2N2換檔桿的游隙溫度常甌測定力土 3N+2.5mm1 ) AT mode shift方向2) Sport mode向3) Select-問3.

16、手動解鎖按tS操作力位置=N卷置.溫度：常溫30N以下4*換槪集作噪聲離換檔桿50Cimni的地方測量eodB-Aiy.下5.軟軸拉線的摩擦力常溫、無負(fù)荷8.8N以下6.軟軸竝線倒向管最大擺角無負(fù)重.士10 度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(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。換檔臂行程范圍中心線換檔臂換檔拉線790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-40oC9（0C工作溫度區(qū)間內(nèi)應(yīng)保證

17、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 120oC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)計基本限制因素1. 變速箱輸入行程，選換檔力（或換2.2.3手動換檔操縱裝置Fc和杠桿比ic的校核.主要包括：檔位布置（前進(jìn)檔位數(shù)及各檔位分布情況） 檔沖量），空行程量，同步器沖擊力等；具體計算方法見的行程及杠桿比的設(shè)計和2.2 -4換檔操縱手柄的作用力2. TCU對輸

18、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(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構(gòu)的電路系統(tǒng)；前期的操

19、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(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 R20Q走向應(yīng)留有彎曲余量，以確保動力總 成抖動時（按最大 15m m的可伸縮量；遠(yuǎn)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

20、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構(gòu)的結(jié)構(gòu)、制造方式不同，下面以 A21變速操縱機構(gòu)裝置為例說明;辛ft電科供應(yīng)商材料覽義階段廠寥名稱部件名稱材料畧稱變遞桿VI5Y1；OSAL換檔躁刎機構(gòu)總咸吉