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文檔簡介

1、百度文庫11 引言任務來源及設計依據1.1.1 任務來源指導老師分配。1.1.2 設計依據參照國家關于汽車換檔操縱機構的相關標準及汽車換檔操縱機構機構實體模 型。設計原則和設計要求1.2.1 設計原則對換檔操縱機構的設計,應滿足其操縱的輕便性、可靠性、穩(wěn)定性和平順性, 在換檔操縱機構布置位置還應注意隔熱、隔振、防塵等密封問題。另外,設計應符 合國家有關標準及人機工程學方面的要求,在滿足前述原則的的前提下,應盡可能的采用國內外的新技術和新材料,進行優(yōu)化設計。1.2.2 設計要求1.2.2.1 根據人機工程學的研究結論,選擇人手在操縱桿件時的合適力度和力矩; 參照微型汽車駕駛室布置及整車尺寸,確定

2、換檔操縱機構的布置位置和適合的尺 寸;1.2.2.3 駕駛員在換檔時,操縱應準確、輕便、可靠;1.2.2.4 換檔拉索的選擇合理(參照國家標準及相關產品技術參數),具有足夠的 剛度和強度,工作可靠性高。1.2.2.5 結構設設計簡單,易于加工、制造,調整方便。結構形式根據設計題目,參照 EQ109Q 貨車,本次設計采用雙桿遠距離換檔操縱機構。主要參數人手操縱力:?Skip Record If.?百度文庫2換檔桿長度:?Skip Record If.?;選檔軸力矩:?Skip Record If.?;換檔軸力矩:?Skip Record If.?;換檔搖臂長度:?Skip Record If.?

3、;選檔搖臂長度:?Skip Record If.?。要求提供的技術資料1.5.1 設計任務書;1.5.2 二維裝配圖圖紙繪制;1.5.3 二維圖紙繪制(主要零部件二維工程圖);1.5.4 技術條件。2 變速器操縱機構概述汽車變速器操縱機構作為變速器的控制機構,較之汽車設計中的其它環(huán)節(jié),只是一個小裝置,但它卻和汽車的正常行駛有著十分緊密的關系,并在變速器的設計中占有重要的地位。除此之外,因為由駕駛者直接操縱,所以,變速器操縱機構在 設計時還需考慮到人機工程學方面的知識。變速器操縱機構是駕駛員操縱變速手柄到使變速箱換檔的一套機構,是用來保證駕駛員能根據汽車使用條件,隨時撥動變速箱內齒輪進行換檔,或

4、使之從工作檔 退到空檔,并要求撥動滑動齒輪時要省力。要使變速器操縱機構可靠地工作,應滿足下列要求:(1) 設有自鎖裝置,防止變速器自動換檔和自動脫檔。(2) 設有互鎖裝置,保證變速器不會同時換入兩個檔,否則會產生運動干涉, 甚至會損壞零件。(3) 設有倒檔鎖,防止誤換倒檔。否則會損壞零件或發(fā)生安全事故。近年來,變速器操縱機構有向自動操縱方向發(fā)展的趨勢。 自動操縱式機械換檔 變速器又稱或稱自動化機械換檔變速器,它是在原手動機械換檔變速器( MT 的基 礎上,對其離合器、變速器的控制系統(tǒng)和操縱機構進行改造而形成的。百度文庫33 變速器操縱機構總體方案設計變速器操縱機構類型方案分析機械式操縱機構是最

5、常用的,按換檔操縱桿與變速器的相互位置, 機械式變速 器操縱機構可分為直接操縱式和遠距離操縱式兩類:直接式操縱機構主要由選檔換檔機構和安全裝置兩部分組成。選檔換檔機構由變速桿、撥塊、撥叉軸和撥叉等組成,用來完成換檔的基本動作;安全裝置用來保 證變速器在任何情況下都能準確、安全、可靠地工作,由自鎖裝置、互鎖裝置、倒 檔鎖組成,分別用來保證換檔到位,防止自動脫檔;防止同時掛入兩檔和防止誤掛 倒檔。直接式操縱機構多集裝于變速器上蓋或變速器側面,機構簡單,操縱方便,換 檔手感明顯;變速桿直接安裝在變速器上,并依靠駕駛員手力和通過變速桿直接完 成換檔功能的手動換檔變速器,稱為直接操縱變速器。這種操縱方案

6、結構最簡單,已得到廣泛應用。近年來,單軌式操縱機構應用較 多,其優(yōu)點是減少了變速叉軸,各檔同用一組自鎖裝置,因而使操縱機構簡化,但 它要求各檔換檔行程相等。采用直接操縱方式換檔的前提是變速器離司機較近。遠距離操縱機構由外部操縱機構和內部操縱機構兩部分構成。外部操縱機構主要是從變速桿到選檔換檔軸之間的所有傳動件,用來實現對變速器的遠距離操縱; 內部操縱機構由選檔換檔軸、撥叉軸、撥叉、自鎖裝置、互鎖裝置和倒檔鎖等。遠距離式操縱機構通常在操縱桿與撥塊之間增加若干傳動件,組成遠距離操縱機構。遠距離操縱機構應有足夠的剛度,各連接件間隙不能過大,否則換檔手感不 明顯,且不能保證換檔齒輪全齒長嚙合。貨車的變

7、速操縱與轎車、客車相比,有其自身特點。對于轎車來說,因為變速 器箱體小,變速器的靜態(tài)換檔力比較小,所以,變速操縱力不會太大。而對貨車而 言,由于駕駛員離變速器距離近,大部分操縱桿可以直接布置于變速器上,減少 了操縱機構的路途損失。而對于中重型載重貨車其變速器的安裝位置距離駕駛員座 椅較遠不得不采用遠距離操縱的形式。 對于采用了同一型號變速器的客、 貨兩種車 的變速操縱力相比,貨車輕便、客車偏重是正常的。這種型式具有維修發(fā)動機方便、傳動系和操縱系比較簡單等優(yōu)點根據畢業(yè)設計任務書數據要求(汽車發(fā)動機的排量:汽車的自重:4000kg,百度文庫4載重量 5000kg),可知 EQ1090 貨車機械式變

8、速器應選擇遠距離式操縱機構。3.1.1 遠距離操縱機構遠距離操縱機構按變速器選檔軸和換檔軸是否分開可分為雙桿式和單桿式兩種類型;按變速拉桿結構不同可分為剛性和柔性兩種類型;按操縱機構拉桿布置方式不同可分為左操縱型、右操縱型和左右操縱型3 種類型。在新車型開發(fā)過程中,通常要兼顧變型車擴展。因此,在進行操縱機構設計時,主要設計難點在于機構既 要能適應駕駛室翻轉又不影響操縱機構的正常工作。操縱機構的結構設計要求在進行操縱機構的結構設計時應考慮以下幾個問題。a保證駕駛室內操縱桿位置符合 GB/ T15705載貨汽車駕駛員操作位置尺寸中相應條款要求,即變速桿手柄工作位置應位于轉向盤下面和駕駛員座椅右面不

9、低于 座墊表面的特定區(qū)域:變速桿手柄在任意位置時,距駕駛室內其它零件或操縱桿的 距離不得小于 50 mmb 變速器操縱較頻繁,為增強駕駛員操縱手感,要求機構具有足夠剛性,且連接 件之間的間隙應盡量減小。c.變速拉桿總成支座應盡量固定在與變速器殼體剛性連成一體的機件(如發(fā)動機、 離合器等)上。避免或減小由于車架變形及汽車振動對操縱機構產生的不良影響。d. 應對駕駛員操縱力和操縱桿手柄的行程進行設計和校核。為減輕駕駛員疲勞。要求操縱力不大于 90 N,操縱桿手柄的雙向行程之和應不大于 200mme應按變速器總成提供的直接操縱檔位圖和操縱機構本身的動作特點。正確確定 駕駛員操縱桿手柄上的檔位圖。f.

10、操縱機構應有行程調節(jié)功能,以便在操縱不靈活的情況下對機構進行適當調整, 以保證操縱機構靈活有效。3.1.1.1 單桿剛性操縱機構單桿操縱機構的操縱桿支座布置在駕駛室地板下面的發(fā)動機上,為使機構不受駕駛室翻轉影響,操縱桿從駕駛室地板較大的孔洞進入駕駛室,這時要考慮地板孔 的防塵、防水、隔熱等密封問題。有時操縱桿支座布置在駕駛室地板上操縱機構 拉桿是伸縮式的,以適應駕駛室翻轉。對于前者,在發(fā)動機機體上應預先鑄有操縱 桿支座總成的安裝位置;對于后者應百度文庫5考慮車架和駕駛室總成在行車當中的振動對機 構的影響。另外,單桿機構針對的變速器總成屬于選檔軸和換檔軸合為一體的情況, 選檔 行程是沿平行于汽車

11、軸的軸線橫向運動,換檔行程則繞著平行于汽車 y 軸的軸線前 后轉動。3. 1.1.2 雙桿剛性操縱機構雙桿操縱機構的操縱桿及支座總成布置在駕駛室地板上。操縱機構不僅要克服其零部件與其它系統(tǒng)發(fā)生干涉。而且為滿足駕駛室翻轉需要,還要增加連桿傳動機 構,并使搖臂及支座總成的轉軸中心盡可能與駕駛室翻轉中心接近或重合,所以機構復雜、零件數目多。另外,由于搖臂及支座總成與變速器距離遠,需利用拉桿總 成通過與車架縱梁相連接的選檔搖臂、T 形支架總成、搖臂及臥式支座總成來傳遞 動力。這一段機構的布置可能會與冷卻系、排氣系、駕駛室后懸置總成等發(fā)生運動 干涉現象。所以應在結構設計時,及時與總布置、車架及相關系統(tǒng)的

12、設計作好溝通 與對接,以免影響設計進度。雙桿操縱機構具有負載效率高,換檔力小,操縱手感 好,使用可靠,整個系統(tǒng)靈活輕便等優(yōu)點。如圖 3-1 所示的變速器雙桿操縱機構。百度文庫6圖 3-1 變速器雙桿操縱系統(tǒng)1-3 號選檔拉桿;2-3 號換檔拉桿;3-選擇;4-換檔;5-換檔支座;6-4 號選檔拉桿;7-換檔平衡彈簧;8-2 號換檔拉桿;9-球碗;10-1 號換檔拉桿;11-1 號選檔拉桿;12-拉桿總成;13-選檔回位彈簧;14-2 號選檔拉桿;15-4 號換檔拉桿;16-變速器3. 1.1.3 柔性(軟軸)操縱機構剛性機構有時存在機構復雜、難于布置等諸多問題,特別是對對該種操縱機構難于適應駕

13、駛室翻轉要求的這一難點,柔性機構可有效解決這些問題。如圖3-2 所示的柔性操縱機構。百度文庫7圖 3-2 變速器軟軸操縱機構1、2-大螺母;3、6-卡箍;4-換檔搖臂;5-選檔搖臂。它利用一種推拉式軟軸代替剛性拉桿用于遠距離操縱。這種軟軸一般由芯軸和護套組成,其芯軸為多根鋼絲組成并增加了斜繞鋼帶,外護套為多根細鋼絲斜繞而成,同時增加了內護管。也有在外護套中增加斜繞鋼帶以進一步提高軟軸承載能力, 但這會影響軟軸彎曲性能。柔性機構的操縱桿及支座總成一般布置在駕駛室地板 上。操縱桿及支座總成的功能與雙桿剛性機構中的操縱桿及支座總成類似,主要區(qū)別是增加了軟軸支撐的設計。在后部通過軟軸支架與變速器總成的

14、選檔臂和換檔臂 相連,從而實現其操縱功能。3.1.2 變速器操縱機構類型的確定中型汽車我國定義為總質量大于 6t,小于 14t 的汽車。國外在這個噸位級的汽 車產量較少,而在我國其產量最大、保有量最多。東風牌EQI092F 是東風汽車的主導車型,其保有量較多,其結構特征普遍為用戶所熟悉。變速箱采用普通機械式, 其檔數通常有五檔;并帶同步器方便操縱。其操縱機構多采用直接操縱桿式(長頭車)或雙桿操縱式(平頭車)??紤]到 EQ109 貨車屬于中型載貨車實際情況,因此 EQ109 貨車機械式變速器操 縱機構類型確定為雙桿遠距離變速器操縱機構。百度文庫8變速器操縱機構換檔機構方案分析321 變速器操縱機

15、構換檔位置圖的確定設計操縱機構首先要確定換檔位置圖。換檔位置圖的確定主要從換檔方便考慮為此應注意以下三點:1按換檔次序來排列;2將常用檔放在中間位置,其它檔放在兩邊;為了避免誤掛倒檔,往往將倒檔安排在最靠邊的位置, 有時與 I 檔組成一排。 O O O Cp(t)0(v)QH) (* mm“圖 3-3 換檔位置圖圖 3-3 表示了幾種變速器換檔位置圖。圖 3-3a 的換檔位置圖比較理想,便于操 縱圖3-3b 的換檔順序并不方便,圖 3-3c 比較理想,但 I 檔與倒檔相距太遠,往復 倒車時不方便。因此,EQ109 貨車機械式變速器操縱機構的換檔位置圖選擇圖 3-3a322 換檔機構的功用及結構

16、(1) 功用1) 用來改變滑動齒輪的位置,使其與相應的齒輪嚙合或脫開嚙合,以得到所需排檔或空檔。2) 撥動滑動齒輪時省力。(2) 結構:汽車上大都采用球支座式換檔機構,包括變速桿、壓緊(或支承)彈簧、滑桿(撥叉軸)、撥叉等。變速桿用球頭鉸鏈安裝在變速桿座上(通過彈簧和碗 蓋吊裝,百度文庫9彈簧力的方向可以是向上的,也可以是向下的),可前、后、左、右擺動。 當用彎桿時,應用止動銷防止桿繞垂直軸線自行轉動,但不應妨礙擺動。變速桿下 端置于滑桿前端凹槽內,扳動上端時,下端可撥動滑桿,滑桿上用螺釘固定著撥叉, 撥叉卡在滑動齒輪的撥叉環(huán)槽中。這樣,撥動變速桿就可通過撥叉使滑動齒輪移動。322.1 球形手

17、柄/ 因為球形手柄大多為橡塑制品,需要制作模具,所以在批量不大時,盡量根據/ 現有模具選型。手柄上部排檔序列的刻字,主要是由所選用的變速器決定的,目前 zz尚無統(tǒng)一的標準,通常根據樣車的調試結果來確定。在調試時,盡量通過調整變速 /軟軸或轉換器的安裝方案使排檔順序與現有模具的排檔序列一致,以降低開發(fā)成本和縮短開發(fā)時間。3.2.2.2變速桿變速器操縱桿簡稱變速桿,又稱排檔桿,是變速器的操縱控制機件,用以接合 或分離變速器內各檔齒輪,從而改變傳遞的轉矩和轉速及運轉方向,使得汽車前進 或倒退。變速桿中部具有球面,支承在變速器蓋內,變速桿上部在駕駛室內。扳動變速 桿時,變速桿以球面為支點,使變速桿下端

18、作橫向運動,伸入一個變速撥叉頂部凹、槽中,然后變速桿再作縱向運動,通過變速撥叉移動掛檔齒輪,與所掛檔位的齒輪 嚙合,掛入檔位。 /一般來說,操縱桿通常位于駕駛員座位的旁側。 然后,根據操縱桿安裝尺寸圖、球形手柄內孔尺寸和操縱器與變速桿裝配孔的尺寸來設計、制造操縱桿。設計時必 須綜合考慮批量、經濟性、交貨期和制造工藝等因素。為了防塵,應加防塵罩,但還應考慮在一定程度上隔絕車外的噪聲、熱量,甚至是濺水,必要時可加裝兩級防 /塵罩。X /3.2.2.3 變速撥叉和軸 /變速撥叉用螺釘固定在撥叉軸上,下端伸入掛檔齒輪(或接合齒套)的環(huán)槽內。撥叉軸可以沿軸向移動??諜n時,各撥叉頂部凹槽都對齊,使變速桿下

19、端可作橫向 移動,伸入所掛檔位的撥叉凹槽內。百度文庫10323 變速器換檔機構形式變速器換檔機構有直齒滑動齒輪、嚙合套和同步器換檔三種形式。汽車行駛時,因變速器內各傳動齒輪有不同的角速度, 所以用軸向滑動直齒齒 輪方式換檔,會在輪齒端面產生沖擊,并伴隨噪聲,這不僅使齒輪端部磨損加劇并 過早損壞,同時使駕駛員精神緊張。駕駛員需要熟練的操作技術(如兩腳離合器)才能減輕換檔時的齒輪沖擊,但換檔瞬間駕駛員注意力被分散,影響行駛安全。除 此之外,采用直齒滑動齒輪換檔時,換檔行程長也是它的缺點。因此,盡管這種換 檔方式結構簡單,制造、拆裝與維修工作容易,并能減小變速器旋轉部分的轉動慣 量,但除一檔、倒檔外

20、已很少使用。當變速器第二軸上的齒輪與中間軸齒輪處于常嚙合狀態(tài)時,可以采用移動嚙合套的方式換檔。這時,不僅換檔行程短,同時因承受換檔沖擊載荷的接合齒齒數多, 而輪齒又不參與換檔,所以它們都不會過早損壞;但因不能消除換檔沖擊,仍然要 求駕駛員有熟練的操作技術。此外,因增設了嚙合套和常嚙合齒輪,使變速器旋轉 部分的總轉動慣量增大。重型貨車檔位間的公比較小,換檔機構連接件之間的角速 度差也小,而且要求換檔手感強,因此可采用嚙合套換檔。與同步器換檔比較,嚙 合套換檔具有結構簡單,壽命長,維修方便,能夠降低制造成本及減小變速器長度 等優(yōu)點。使用同步器能保證迅速、無沖擊、無噪聲換檔,與操作技術的熟練程度無關

21、, 從而提高了汽車的加速性、燃油經濟性和行駛安全性。雖然它有結構復雜、制造精 度要求高、軸向尺寸大、同步環(huán)(摩擦件)使用壽命短等缺點,但仍然得到廣泛應用。利用同步器或嚙合套換檔,其換檔行程要比滑動齒輪換檔行程短。 為了操縱方 便,要求換入不同檔位的變速桿行程應盡可能一樣,如利用同步器或嚙合套換檔, 就很容易實現這一點。因此,EQ109 機械式變速器選用鎖銷式同步器的換檔形式。324 變速器換檔機構設計的人機工程學意義3.2.4.1 操縱機構的設計操縱機構應當設在人肢體活動的最有力的區(qū)域內,其高低要適應于人體相應部位,其位置要設在操作方便、反應靈活的空間范圍之內。操縱機構的用力范圍不 應超百度文

22、庫11出人體的最大用力限度,其布置必須保證人在工作時的自然姿態(tài),并能交替變 換工作時的姿勢,以防姿勢不適導致操作者的過度疲勞。因此,為減輕疲勞,在布 置操縱機構時應考慮變換姿勢的可能性,合理地滿足操作者的使用要求,適應操作者的正常人體結構尺寸和生理要求。如果忽略上述因素,就可能造成操作者使用不 便,影響工作效率,甚至影響操作者的身心健康。3.242 人體尺寸在操縱機構設計中的應用GB1OOO0- 88 是 1989 年開始實施的我國成人人體尺寸國家標準, 該標準根據人 機工程學要求提供了我國成人人體的基礎數據。其中,立姿人體尺寸數據包括立姿身高、立姿眼高、立姿肩高、肘高、撓骨點高、中指指尖高、

23、手功能高、中指指尖 舉高、雙臂功能上舉高、肩寬、最大肩寬、上肢長、全臂長、兩臂展開寬、兩臂功 能展開寬、兩臂肘展開寬等尺寸;坐姿人體尺寸數據包括坐姿上肢最大前伸長、坐 姿肩寬、坐姿肘高、坐姿下肢長、坐姿眼高、坐姿膝高等尺寸數據以及頭、手、足 的相關尺寸數據。這些人體數據為操縱機構的合理設計提供了有力支持,操縱機構的高度設計,作業(yè)空間的最大范圍、正常范圍、最佳范圍的確定以及各種控制器、 控制臺、操作平臺的設計都應以人體尺寸數據為依據,力求操作者操作方便、安全、舒適。3.2.4.3人的視野范圍和視距范圍對操縱機構設計的影響人的視野是指眼球不轉動的情況下能看見的空間范圍。單眼對于黑背影上的白色對象的

24、平均視野范圍為:從眼球中心向外側 9O94、向內側 6062、向 下 6578、向上 5560;雙眼在水平方向上大約增加到 120。人的視野 范圍對于顏色的視野比黑背影下白色對象的視野小,尤其對綠色感受的視野范圍最小。為此,在操縱機構的布置和色彩的設計方面,應按人的視野范圍合理安排,以 求達到好的視覺效果。在視野邊沿上,人只能觀察出物體的出現,但不知其形狀。因為此時物體是處 于與視野中心(沿水平線)超過 5060 的情況下,要辨認清楚只有使物體處于 3040 的視野范圍之內。從人的視野特性可知,人的橫向視野大于縱向視野,最有效的視野區(qū)為以水平 線向百度文庫12上 30、向下 40 ,以鼻為中心

25、左右 1520的范圍之內,其中在 3以內 為最佳視覺區(qū)。視距范圍是指人的眼睛觀察操縱器的正常范圍,一般選取560mm 左右為最佳視距,最大視距為 760mm 最小視距為 380mm 左右。另外,眼睛在水平方向上的運 動速度比垂直方向上快,且不易疲勞。根據上述視野特性,在設計操縱機構與控制 面板時,應充分考慮操作者的視野范圍和視距范圍, 將常用的指示器置于眼高偏下 30 左右,并以此為中心左右分別偏離 30 的范圍最佳。3.244 人體操縱力的選擇在操縱機構設計中, 必須考慮人體用力的限度, 而操縱力的大小取決于人體 的姿勢、著力部位以及力的作用方向。(1) 手的操縱力。坐姿時,手操縱的一般規(guī)律

26、為右手力量大于左手。手臂處于 側面下方時,推、拉力都較弱,但其向上、向下的力較大。拉力略大于推力,向下 的力略大于向上的力, 向內的力大于向外的力。(2) 腳的操縱力。在作業(yè)中,操作者用腳操作的場合也是很多的。腳產生的操 縱力大小與下肢的位置、姿勢和方向有關,下肢伸直時腳產生的力大于下肢彎曲時 腳產生的力;坐背有靠背支持時腳可產生最大的力。立姿時腳的用力比坐姿大,一 般坐姿時右腳最大蹬力平均可達 2 568N,左腳可達 2 3622 據測定,膝部伸展角度 在 130150 或 160180 之間時腳的蹬力最大,一般情況下右腳的操縱力大 于左腳的操縱力,男同志的腳力大于女同志的腳力。根據上述人體

27、肢力的特點,在設計操縱機構時應充分考慮操作者工作時的體位,采用適當的增力機構,將操縱機構的原始力調整到人體最適宜的用力范圍之內,避免因操作困難使操作者過度疲 勞,影響工作情緒。總而言之,應用人機工程學原理進行操縱機構的設計,有利于最大限度地改善人機關系,使人與機器達到最佳匹配,對于提高勞動生產效率,改善勞動者的勞動 條件,減輕操作者的勞動強度,為操作者提供方便、安全、舒適的工作環(huán)境是非常 有益的,而且也能取得良好的效果。由此可見,也只有根據人機工程學原理設計的 汽車產品,才能給人們帶來舒適的駕乘感覺,最終才能被消費者所接受。百度文庫13鎖定裝置方案分析3.3.1 自鎖裝置變速器為防止自動脫檔,

28、并保證輪齒以全齒長嚙合,應在操縱機構中設有自鎖裝置。因為變速器在掛檔過程中,若操縱變速桿推動撥叉前移或后移的距離不足 時,則滑動齒輪(破整合套)與相應的齒輪(或接合齒圈)將不能在全齒長上嚙合,因 而影響齒輪的壽命。即使達到全齒長嚙合,也可能由于汽車振動或其他原因,使滑 動齒輪(或接合套)自動軸向移動,田田減少了齒的嚙合長度,甚至完全脫離嚙合, 即自動脫檔。1)結構:多數變速器的自鎖裝置由鋼球 I 和彈簧 2 組成(圖 10-20)。在變速器蓋 6 前端凸起部位鉆有三個深孔,位于三根撥叉軸 3 的上方。每根撥叉軸對著鋼球 I 的一面有三個凹槽(槽的深度小于鋼球半徑),中間的凹槽為空檔定位,中間凹

29、槽至兩側 凹槽的距離等于滑動齒輪(或接合套)由空檔換入相應檔(保證全齒長嚙合)的距離2)工作:自鎖鋼球被自鎖彈簧壓入撥叉軸的相應凹槽內,起到鎖止檔位的作用,防止自動換檔和自動脫檔。換檔時,駕駛員施加于撥叉軸上的軸向力克服彈簧與鋼 球的自鎖力時,鋼球便克服彈簧的預壓力而升起,撥叉軸移動,當鋼球與另一凹槽處對正時,鋼球又被壓入凹槽內,此動作傳到操縱桿上,使駕駛員具有“手感”。圖 3-4 變速器的自鎖及互鎖裝置I-定位鋼球;2-定位彈簧;3-撥叉軸;4-互鎖頂銷;5-互鎖鋼球(或互鎖銷);6-變速器蓋百度文庫143.3.2 互鎖裝置變速器為防止同時掛入兩個檔位,必須在操縱機構內裝設互鎖裝置。因為若變

30、百度文庫15速桿同時推動兩個撥又,即可能同時掛入兩個檔位。由于兩個檔位的傳動比不同, 必須使嚙合的各個齒輪相互產生機械干涉,變速器將無法工作。情況嚴重時還將使 零件遭受破壞。3.321 鎖球(銷)式(I)結構:圖 3-4 所示屬于這種型式。在三根撥叉軸所處的平面且垂直于撥叉軸 的橫向孔道內,裝有互鎖鋼球 5(圖 3-4a)或互鎖銷 5(圖 3-4b)?;ユi鋼球(或互鎖銷) 對著每根撥叉軸的側面上都制有一個凹槽且深度相等。中間撥叉軸的兩側各有一個凹槽。任一撥叉軸處于空檔位置時,其側面凹槽正好對準互鎖鋼球(或互鎖銷)。兩個鋼球直徑之和(或一個互鎖銷的長度)等于相鄰兩撥叉軸圓柱表面之間的距離加 上一

31、個凹槽的深度。中間撥叉軸上兩個側面之間有通孔, 孔中有一根橫向移動的頂 銷 4,頂銷的長度等于撥叉軸的直徑減去一個凹槽的深度?;ユi原理:當變速器處于空檔位置時,所有撥叉軸的側面凹槽同鋼球、頂銷 都在同一直線上。在移動中間撥叉軸 2 時(圖 3-5a),軸 2 兩側的鋼球從其側面凹槽中 被擠出,兩側面外鋼球 4、6 分別嵌入撥叉軸 I 和 3 的側面凹槽中,將軸 I 和 3 鎖止在空 檔位置。若要移動撥叉軸 3,必須先將撥叉軸 2 退回至空檔位置,撥叉軸 3 移動時鋼 球 4 從凹槽擠出,通過頂銷 5 推動另一側兩個鋼球移動,撥叉軸 I、2 均被鎖止在空檔 位置上(圖 3-5b)。撥叉軸 I 工

32、作情況與上述相同(圖 3-5c)。圖 3-5 鋼球式互鎖裝置工作原理圖b)7百度文庫16I、2、3-撥叉軸;4、6-互鎖鋼球;5-互鎖頂銷;7、8、9-撥叉(或撥塊);10-變速桿下端球上述互鎖裝置工作情況可知,當一根撥叉軸移動的同時,其它兩根撥叉軸均被鎖止。但有的變速器互鎖裝置沒有頂銷,當某一撥叉軸移動時,只要鎖止與之相鄰的撥叉軸,即可防止同時換入兩個檔。3.322自鎖和互鎖裝置合二為一的互鎖裝置有的三檔變速器,操縱機構有兩根撥叉軸,將自鎖和互鎖裝置合二為一(圖 3-6 廠 兩根空心鎖銷 I 內裝有自鎖彈簧 2,在圖示位置(空檔)時,兩鎖銷內端面的距離 a 等 于槽深 b,不可能同時撥動兩根

33、撥叉軸。自鎖彈簧 2 的預壓力和鎖銷 I 對撥叉軸起到 自鎖作用。圖 3-6 同時起自鎖與互鎖兩重作用的鎖止裝置I-鎖銷;2-自鎖彈簧/3.3.2.3轉動鉗口式轉動鉗口式互鎖裝置如圖 3-7 所示。變速桿下端球頭置于鉗口中,鉗形板可繞 a 軸擺動。換檔時,變速桿先撥動鉗形板處于某一撥叉軸的撥叉凹槽中,然后換入 需要的檔位,其余兩個換檔撥叉凹槽被鉗形爪檔住,起到互鎖作用。百度文庫17圖 3-7 轉動鉗口式互鎖裝置I-變速桿;2-鉗形板總之,不論哪類互鎖裝置,其工作原理是一致的,即每一次只能移動一根撥叉 軸,其余撥叉軸均在空檔位置不動。3.3.3 倒檔鎖變速器為防止誤掛倒檔,必須在操縱機構內裝設倒

34、檔鎖。汽車行進中,若誤掛 倒檔,變整器輪齒問將發(fā)生極大沖擊,導致零件損壞。汽車起步時若誤掛倒檔,則 容易出安全事故.倒檔鎖的作用是使駕駛員必須對變速桿施加較大的力,才能掛入倒檔,起到提醒作用,防止誤掛倒檔,提高安全性。3.3.3.1 彈簧鎖銷式倒檔鎖多數汽車變速器采用結構簡單的彈簧鎖銷式倒檔鎖(圖 3-8)o由一、倒檔從撥叉塊 2 中的倒檔鎖銷 4 及彈簧 3 組成。因此駕駛員要掛一檔或倒 檔時,必須用較大的力使變速檸 1 曲下端壓縮彈簧 3,將鎖銷 4 推向右方后,才能使 變速扦下端進入撥塊 2 的凹槽內。以撥動一、倒檔撥叉軸而掛入一檔或倒檔。百度文庫18圖 3-8 鎖銷式倒檔鎖裝置圖 3-

35、9 鎖片式倒檔鎖裝置I-變速桿;2-倒檔撥塊;3-倒檔鎖彈簧;4-倒檔鎖銷 1-手柄;2-變速桿;3-拉桿;4-彈簧;5-倒檔鎖片;6-倒檔鎖撥塊;7-三、四檔撥叉;8二檔撥叉333.2 鎖片式倒檔鎖如圖 3-9 所示。在變速桿 2 上裝著拉桿 3,其下端套裝著倒檔鎖片 5。鎖片被彈簧 4壓到最下面的位置(見圖 3-9a)。這時變速桿的下端可以進入撥叉鈾上的三、四檔 撥叉7 和一、二檔撥叉 8 頂部的凹槽中,但由于鎖片 5 頂住倒檔拔塊 6 頂端的凸起部而 不能進入撥塊 6 頂部的凹槽,因而在此情況下不可能掛倒檔。需要拌倒檔時,必須 將手柄 1向上提起(見圖 3-9b),通過拉桿 3 克服彈簧

36、 4 的力,使倒檔欽片 5 升高到倒檔 撥塊 6的凸起部之上,才能使變速桿酌下端進入例檔撥塊 6 的槽中,以便撥動例檔撥 叉軸而掛入倒檔。變速器操縱機構總體方案總述EQ109 貨車機械式變速器采用雙桿遠距離式操縱機構,使用鎖銷式同步器換 檔。變速器操縱機構中設有自鎖裝置,選用鎖球式互鎖裝置,東風EQ109 變速器的倒檔鎖是彈簧鎖銷式如圖 3-8 所示。百度文庫19第 4 章設計計算及校核初選參數4.1.1 力的傳動比降低手柄操縱力,一個最有效的途徑就是加大力傳動比,但帶來的負面影響 是手柄的行程將會加大。關于手柄的行程范圍,根據人體工程學的要求,貨車變速 操縱桿布置在以座椅中心線離靠背 100

37、mm 處為圓心,以 600mm 為半徑所畫的圓范 圍內較合適,并要求變速操縱桿手柄在任意位置時,均應位于轉向盤下方和駕駛 員座椅右邊,在離靠背100 mm 處之前時,手柄高度不低于座墊表面。如在這個范 圍內,駕駛員就能很好地抓握變速桿手柄進行操作,見圖 4-1。力傳動比的大小不 僅影響手柄力的大小,而且影響手柄的行程。如 JT 663 型客車,采用 EQ 140 變 速器,前進檔的行程都是 13 mm ,采用了變速桿力傳動比為 7 的直接操縱機構。 在不考慮變形下,手柄前進或后退的掛前進檔的運動行程均為91 mmA|A 向圖 4-1 變速桿手柄中心位置4.1.2 變速器的靜態(tài)換檔力對于變速器的

38、靜態(tài)換檔力,國家是有標準要求的。對于中型車,要求其靜態(tài)換 檔力w500 N。EQ1090 型變速器而言,其靜態(tài)換檔力為 465 N。不考慮摩擦、防塵 套的變形作用,手柄操縱力應為 66 N。不同廠家生產的不同型號的變速器,其靜 態(tài)換檔力是有差別的。變速器的換檔力是駕駛員必須克服的力,屬于有益阻力。百度文庫換檔搖臂:前、后運動最大角度為:?Skip Record If.?;選檔搖臂:向204.1.3耗散力在變速操縱中,駕駛員作用于手柄的力,并沒有全部用于克服變速器的換檔 力,而存在部分甚至大部分通過物件的變形、熱量、聲音等能量形式被白白地耗散掉的問題。所謂耗散力,定義為駕駛員作用于手柄的力,除去

39、用于克服變速器的換 檔力后所剩余的力。耗散力通常表現在桿件與支承的摩擦、支承及桿件的變形、防 塵套的變形、傳遞中角度損失等,屬于有害阻力。對于設計人員,設計目的之一就 是盡量降低耗散力。一般可通過合理布置走向、優(yōu)化支撐與防塵罩的結構、選用合 適支撐材料等措施來降低耗散力。4.1.4 操縱桿長度因為設計的是微型汽車換檔操縱機構, 通過對市場上相關產品的調查,結合本次設計的需要,選取操縱桿長度為:350mm4.1.5 操縱桿運動范圍()據有關實驗研究資料所確定的各種手控操縱器與人體尺度有關的尺寸參數,操縱桿的前后最大運動范圍為:?Skip Record If.?,左右最大運動范圍為:?SkipRe

40、cord If.?。參照市場現有產品,結合本次設計的需要,選取:操縱桿前后運動范圍為:?Skip Record If.?; 左右運動范圍為:?Skip Record If.?。4.1.6 選、換檔搖臂長度及選、換檔所需力矩通過在實驗室實地測量,并參照 EQ1090 車型變速器設計參數,本次設計選?。簱Q檔搖臂長度:?Skip Record If.?;換檔力矩:?Skip Record If.?;選檔搖臂長度:?Skip Record If.?;換檔力矩:?Skip Record If.?。4.1.7 選、換檔搖臂運動范圍( )參照相應車型變速器設計參數,本次設計選取:前運動最大角度為:?Skip

41、 Record If.?,向后運動最大角度為:?Skip RecordIf.?。百度文庫?Skip Record If.?21具體參數的計算校核及相關機構的確定4.2.1 操縱桿支點的確定:因為換檔搖臂在完成換檔任務時,操縱桿和搖臂之間的運動關系較操縱桿和 選檔搖臂的運動關系更簡單明了,且易于計算,所以選擇通過換檔計算手柄支點, 而不是通過選檔來計算。B 66N350-?Skip Record If.?O?Skip Record lf.?Skip Record lf. /?Skip Record If.?圖 4-3百度文庫?Skip Record If.?23操縱桿的慣性矩(圓截面):由圖 4

42、-3 可知,操縱桿的最大撓度在自由端截面,其值為:?Skip Record If.?(鋼的彈性模量?Skip Record If.?) 一般軸的許用撓度?Skip Record If.? ?Skip Record If.?/ ?Skip Record If.? ?Skip Record lf.?,操縱桿滿足剛度要求。(4)操縱桿的穩(wěn)定計算工程中有許多受壓桿件,如廠房中的柱子、桁架結構中的壓桿、內燃機的連桿、液壓缸的活塞桿等都存在穩(wěn)定性問題。壓桿失穩(wěn)是突然發(fā)生的,其后果,輕則 導致構件失效,使構件不能正常工作;重則引起整個機器或結構的毀壞,造成嚴重 后果。因此,在設計桿件時必須考慮穩(wěn)定性計算。壓

43、桿的失穩(wěn)實際是指當軸向壓力接近某個極限壓值(該極限壓值的上限即為 理想壓桿的臨界力)時,其彎曲變形急劇加大而喪失承載能力的現象。解決穩(wěn)定性問題的關鍵,在于確定壓桿的臨界力?Skip Record If.?。由材料力學知,各種桿端約束條件下細長桿的臨界力公式可用下列形式,即?Skip Record If.?,?Skip Record If.?為長度系數。因為操縱桿在使用中為一端固定,一端自由的結構形式,所以長度系數?SkipRecord If.?=2,則操縱桿的臨界力:?Skip Record If.?校核操縱桿穩(wěn)定性:校核穩(wěn)定性所用的穩(wěn)定條件通常有兩種表達形式:用安全系數表示和用許用應力表示。

44、這里,我們用穩(wěn)定安全系數法,即百度文庫24?Skip Record If.?,?Skip Record If.? 為穩(wěn)定安全系數。一些難以避免的因素,如荷載的偏心、材料的不均勻等,對桿件的穩(wěn)定性的百度文庫?Skip Record If.?為?Skip Record If.? 的一個分力,其大小為:25影響比對強度的影響要大,它們使臨界力顯著下降。所以,穩(wěn)定安全系數通常規(guī)定 得比強度安全系數高。因此,這里選?Skip Record If.?=4,考慮到在一般的操作中,人手操縱操縱桿的力不會超過150?Skip RecordIf.?,所以,我們這里將各種意外因素考慮其中,保守選???Skip Rec

45、ord If.?/ ?Skip Record If.?/ ?Skip Record If.?、/因此,操縱桿滿足穩(wěn)定性要求。4.2.3 操縱桿中間軸直徑的確定?Skip Record If.?Skip Record If.?Skip Record If.?對中間軸受力進行分解可知,中間軸受到人手操縱力的分力力矩和變速器 頂蓋平衡彈簧(旋扭轉彈簧)的回位力矩中,扭轉彈簧的回位力矩為選檔搖臂的工 作時所需的力矩減去其自身的彈簧回位力矩。通過對相關變速器的測量,選檔搖臂自身的彈簧回位力矩為?Skip Record If.?左右。因為選檔搖臂工作所需的力矩(1)確定操縱桿中間軸直徑百度文庫26為?Sk

46、ip Record If.?,所以中間軸彈簧的力矩為?Skip Record If.?,。參考相關產品尺寸,我們確定 AO=?Skip Record If.?,AB=BO=SkipRecord If.? ,貝 U:?Skip Record If.?Skip Record If.? 在 B 點處的等效力:?Skip Record If.?Skip Record If.?由圖可知,點 B 處的力:?Skip Record If.?中間軸的材料和操縱桿相同,為Q235 鋼,其許用剪應力?Skip RecordIf.?,/ ?Skip Record If.?,、 - ?Skip Record If.?

47、, 又t?Skip Record If.?,?Skip Record If.?即,只要中間軸直徑?Skip Record If.?就滿足強度條件。為了制造的方便,參考市場上銷售的相關產品,這里選?Skip Record If.?。中間軸剛度校核由圖 4-4 可知,中間軸的慣性矩(圓截面):?Skip Record If.?點 B 處的撓度為:?Skip Record If.? 點 A 處的的撓度為:百度文庫27 ?Skip Record If.?則中間軸的撓度為:?Skip Record If.?t軸的許用撓度?Skip Record If.? ?Skip Record If.?t?Skip

48、Record If.? ?Skip Record If.?,中間軸滿足剛度要求。因為中間軸不具有壓桿特征,所以不對其進行穩(wěn)定性計算。第 5 章臺架實驗臺架實驗用于測定總成及其主要零部件的強度、剛度、疲勞壽命、噪聲、潤滑、傳動效率等。因為汽車換檔操縱機構涉及的關鍵部件不多, 考慮到其使用頻率極高,從設計和使用的角度出發(fā),主要是對其耐久性進行實驗,即操縱機構的使用穩(wěn)定性和可靠 性。對換檔操縱機構的進行臺架實驗,一般是在專用實驗臺上進行,如:換檔機構 耐久性實驗臺,由機械產生動力,對換檔機構進行不實際操縱中的模擬換檔操縱機構耐久性實驗評價指標在施以一個相當于人手最大操縱力(根據人機工程學確定)后,按

49、人手習慣進 行前、后、左、右四個方向上的往復移動,換檔操縱機構的軟軸工作壽命不小于?Skip RecordIf.?次。實驗目的檢驗換檔操縱機構的耐久性。實驗方法實驗裝置:換檔操縱機構耐久性實驗臺;實驗程序:把換檔操縱機構安裝在實驗臺上,將操縱機構底座固定于實驗臺, 用實驗臺上設備分別將換檔桿和換檔軟軸固定住,換檔桿在實驗臺工作時可以移 動。待安裝好后,啟動實驗臺設備,使換檔桿在實驗臺的操縱下,進行不間斷的往 復運動即可。百度文庫28第 6 章設計總結換檔操縱機構作為變速器的控制裝置, 和汽車能否正常行駛關系密切。一 套設計合理、工作可靠的換檔機構僅管不及發(fā)動機在整車中的地位,但卻是每輛汽車缺一

50、不可的。鑒于設計思想和總體布置的原因,以及軟軸的諸多優(yōu)勢,我們在微 型汽車上采用雙軟軸的換檔操縱設計。因為駕駛員在換檔過程中和換檔操縱機構直 接接觸,所以,設計換檔機構必須考慮到人的因素,不能脫離人而盲目設計。通過這次對輕型汽車換檔操縱機構的設計,使我明白,汽車上的任何零部件, 不管其是關鍵的,還是次要的;不管其是大的,還是小的,它的設計都是一個復雜、 系統(tǒng)的過程,必須采取合理的方法設計、計算,并進行必要的校核甚至實驗,因為 設計中一個極小的紕漏或錯誤都可能造成不可估量的損失。在設計時,還應注意產品的系列化、零部件通用化及零件設計的標準化,即“三化”問題。另外,選用零 件的時候,也應注意盡量選

51、擇標準件。除此之外,通過這次設計,還讓我對汽車的變速器、變速器操縱機構有了進一步的認識;了解了目前國內外變速器及其操縱機構的先進技術和發(fā)展趨勢,同時也了解了我國微型汽車的發(fā)展現狀。綜上所述,在換檔操縱機構的設計計算中,對操 縱桿和軟軸的計算、校核顯得尤為重要,如果在強度、剛度上達不到設計使用的要 求,必然會使其在工作中出現操作失效的結果,輕則造成車輛不能正常行駛,重則 會影響人們的生命財產安全。因此,盡管換檔操縱機構在車輛的設計、制造過程中,不屬于關鍵部件,但倘若它不能有效地工作,同樣會給車輛的正常行駛帶來巨大影 響,甚至給人的生命財產造成威脅。通過對設計的計算校核,讓我對以前所學的理論知識進

52、行了一次梳理,發(fā)現了自己知識結構上的漏洞,并通過這次設計的機會,在即將走出校園之前,進行了及 時地查漏補缺,為以后走上工作崗位起到了一定的積極作用。當然,在本次設計任 務中也還存在不少問題。由于不少零件還沒有國家標準,所以很多時候參考的數據 為制造企業(yè)的企業(yè)標準,有的數據甚至是在實驗室通過對實物的測量比較得出的, 因而對最終的計算結果是否滿足使用要求,還有待于通過實驗驗證。同時,在一些 計算環(huán)節(jié)忽略了對個別細小零件的計算校核,如:螺旋扭轉彈簧等,這些零件在具 體的制造時可通過經驗選取。百度文庫29參考文獻1鄒嬋.雙軟軸操縱機構淺析綦齒傳動,2 孫衛(wèi)平.汽車變速器軟軸操縱機構的設計.汽車技術,3

53、 趙國華,郭彩琴.人機工程學在工藝裝備操縱機構設計中的應用山西機械4 王望予,汽車設計.機械工業(yè)出版社吳際璋等汽車構造.人民交通出版社臧杰,閻巖.汽車構造.機械工業(yè)出版社7 黃天擇,黃金陵.汽車車身結構與設計.機械工業(yè)出版社8 丁玉蘭.人因工程學.上海.上海交通大學出版社9 周應軍.變速軟軸在汽車工程中的應用上海汽車,200010 楊洪林,刁可春,袁國興.機械基礎.機械工業(yè)出版社,上冊11 濮良貴,陳庚梅.機械設計教程西北工業(yè)大學出版社12 陳心爽,袁耀良.材料力學.同濟大學出版社13 胡仁喜,夏德偉,曹永剛.UG 中文版機械設計高級應用實例機械工業(yè)出版社14 Hindhede I, Design Fundamentals- A Practical York:Wiley,198315 Orlov of Machine :Mir Pub.,1987參考文獻1劉惟信汽車設計M 北京:清華大學出版社,2001.2龔微寒汽車現代設計制造M 北京:人民交

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