汽車換擋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)指南

1、目錄第二章 換檔機(jī)構(gòu)1 簡(jiǎn)要說明31.1 變速操縱機(jī)構(gòu)綜述31.2 設(shè)計(jì)目的31.3 適用范圍 4 精品財(cái)會(huì)，給生活賦能1.4 裝置的零部件構(gòu)成圖42 設(shè)計(jì)構(gòu)想62.1 設(shè)計(jì)原則62.2 設(shè)計(jì)參數(shù)62.3 軟軸拉線的布置112.4 環(huán)境條件122.5 設(shè)計(jì)基本限制因素122.6 零件裝配設(shè)計(jì)134.1 通過什么樣的標(biāo)識(shí)進(jìn)行識(shí)別錯(cuò)誤 !未定義書簽。第二章?lián)Q檔機(jī)構(gòu)1 簡(jiǎn)要說明1.1 變速操縱機(jī)構(gòu)綜述1 汽車變速操縱機(jī)構(gòu)分為手動(dòng)變速操縱機(jī)構(gòu)（MT）、自動(dòng)變速操縱機(jī)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(hào)直接驅(qū)動(dòng)換檔裝置

2、; 如圖 2, 桿系換檔操縱裝置它是由一根或者兩根細(xì)長(zhǎng)的（空心）剛性桿件組成的。因?yàn)槭强臻g運(yùn)動(dòng)桿系，其運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(jì)分析工作簡(jiǎn)化和可靠。同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)還有一個(gè)很難克服的問題，就是由于其運(yùn)動(dòng)鏈長(zhǎng)，桿件剛度弱，鉸接處存在間隙，且潤(rùn)滑不便等原因，容易產(chǎn)生振動(dòng)、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(yùn)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

3、間運(yùn)動(dòng)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(shí)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(dòng)力總成和車身傳至換檔操縱手柄的振動(dòng)，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(dòng)換檔操縱機(jī)構(gòu) ; 自動(dòng)換檔操縱機(jī)構(gòu)中也用到拉索式操縱裝置 , 如圖 1.4-3, 同時(shí)也用到電訊號(hào)驅(qū)動(dòng)裝置以實(shí)現(xiàn)特殊的換檔要求 ; 在電控機(jī)械自動(dòng)變速箱(AMT)上則完全使用電訊號(hào)驅(qū)動(dòng)裝置完成換檔 .1.2 設(shè)計(jì)目的1. 在任何情況下能夠可靠地

4、實(shí)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(jī)構(gòu)總成可靠的操縱力及操縱行程輸出;3. 布置上，應(yīng)充分考慮到人機(jī)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(duì)輸入信號(hào)的準(zhǔn)確識(shí)別、可靠的信號(hào)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(duì)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(duì)料質(zhì)、做工、性能等因素的要求；8. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、質(zhì)量小、工藝性好、維修方便及適合大批量生產(chǎn)

5、，充分體現(xiàn)平臺(tái)共用最大化的原則 .1.3 適用范圍適用于各車型通用手動(dòng)及自動(dòng)變速操縱機(jī)構(gòu)裝置；1.4 裝置的零部件構(gòu)成圖圖 1拉索式換檔操縱裝置1. 變速操縱機(jī)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)罩總成圖 2 桿系換檔操縱裝置1. 換檔操縱機(jī)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(hù)套總成圖 3 自動(dòng)換檔操縱機(jī)構(gòu)帶拉

6、索裝置1.螺母 2.自動(dòng)換檔操縱機(jī)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(jì)構(gòu)想2.1 設(shè)計(jì)原則1. 該零件的功能要求1) 能夠可靠地實(shí)現(xiàn)換檔 ;2) 保證操縱機(jī)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(duì)輸入信號(hào)的準(zhǔn)確識(shí)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(yàn)及整車可靠性試驗(yàn)要求；2) 工作性能應(yīng)穩(wěn)定、可靠，使用壽命長(zhǎng)；3) 應(yīng)保證在 40°

7、C 至 90° C 溫度區(qū)間內(nèi)，可靠的實(shí)現(xiàn)功能；4) 力求做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jì)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的直接因素；2) 變速箱對(duì)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(jī)工程的布置及總體杠桿比調(diào)校，即可確定總成的運(yùn)動(dòng)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(shì)。3. 手動(dòng)換

8、檔操縱裝置的行程及杠桿比的設(shè)計(jì)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(shí)要符合以下原則：a.轎車手動(dòng)變速器操縱裝置手柄的換檔行程Lc ，一般為 100 150（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(shí)要注意以下兩點(diǎn)：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(shí)不能碰到儀表板，選檔和向后換檔時(shí)不能碰到座椅墊和手制動(dòng)手柄等。2) 換檔操縱裝置的杠桿比 i c首先根據(jù)同步器換檔

9、 （或移動(dòng)齒輪換檔） 所需的行程，設(shè)計(jì)換檔撥叉軸上的檔位鎖止槽的距離 Ls ，然后用下式計(jì)算出操縱裝置所需的杠桿比i c :icLcLsisD式中： is變速器換檔機(jī)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(jì)算時(shí)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Fc 和杠桿比 i c 的校核換檔操縱裝置杠桿比ic 的另一個(gè)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 Fc20 40 N7 。在“摘檔同步效應(yīng)掛檔”的全過程中，同步效應(yīng)時(shí)的作用力Fs 校核換檔操縱裝置杠桿比i c 。校核表達(dá)式如下：Fs 最大，因此用FcFs / icisF20 40 N

10、式中：Fs 同步效應(yīng)時(shí)作用力；F 現(xiàn)代變速器換檔操縱裝置多采用軟操縱裝置，因此在計(jì)算時(shí)要考慮軟換檔操縱裝置的傳動(dòng)效率。當(dāng)操縱手柄的換檔力Fc 不在推薦范圍內(nèi)時(shí)，可適當(dāng)?shù)恼{(diào)整換檔操縱裝置的杠桿比i c ，同時(shí)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，還要根據(jù)換檔操縱裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，把計(jì)算的總杠桿比 i c 合理的分解到各個(gè)桿件，并確定各個(gè)桿件的最終設(shè)計(jì)長(zhǎng)度。5. 換檔操縱裝置的桿系運(yùn)動(dòng)學(xué)分析換檔操縱裝置是三維空間運(yùn)動(dòng)桿系。當(dāng)換檔操縱手柄的運(yùn)動(dòng)軌跡確定以后，需要對(duì)換檔操縱裝置的各個(gè)桿件和鉸接點(diǎn)的自由度、約束、運(yùn)動(dòng)干涉等作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。通常情況下，可用簡(jiǎn)便可

11、靠的“作圖法”進(jìn)行定性的分析；當(dāng)需要作定量的分析時(shí)，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(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的功能，這為換檔操縱裝置的設(shè)計(jì)和分析提供了極大的方便。6. 拉線式變速操縱機(jī)構(gòu)的校核計(jì)算hFxFhx換檔桿a選檔臂拉線cdbeFh1 hFx1 x圖 4 拉線式換檔機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)化模型F =b×1×1× Fh1(N)hafH = a × 1× h1(mm)bxFx = c × e ×1 × 1 ×Fx1(N)adfX = a × d × 1× X 1(mm)

12、cexFh1- 換檔力 , 變速箱換檔所需力 (N);Fx1- 選檔力 , 變速箱選檔所需力 (N);h - 換檔位移量 , 變速箱換檔所需行程 (mm);x 拉線位移效率1X1- 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(jī)構(gòu)所需換檔力 (N); 換檔機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率Fx- 駕駛員操縱換檔機(jī)構(gòu)所需選檔力(N);h 駕駛員操縱換檔機(jī)構(gòu)所需換檔行程(mm);X駕駛員操縱換檔機(jī)構(gòu)所需選檔行程(mm);7. 自動(dòng)換檔操縱機(jī)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)1) 自動(dòng)變速箱的類型及特點(diǎn)汽車自動(dòng)變速箱常見的有三種型式，分別是液力自動(dòng)變速箱（簡(jiǎn)稱 AT）、機(jī)械無級(jí)自動(dòng)變速箱（簡(jiǎn)稱 CVT

13、）、電控機(jī)械自動(dòng)變速箱（簡(jiǎn)稱 AMT）。目前轎車普遍使用的是 AT，AT 幾乎成為自動(dòng)變速箱的代名詞。與手動(dòng)變速箱相比，液力自動(dòng)變速箱（ AT）在結(jié)構(gòu)和使用上有很大的不同。手動(dòng)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(diǎn)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(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞扭矩和離合作用。CVT采用傳動(dòng)帶和可變槽寬的棘輪進(jìn)行動(dòng)力傳遞，即當(dāng)棘輪變化槽寬肘，相應(yīng)改變驅(qū)動(dòng)輪與從動(dòng)輪上傳動(dòng)帶的接觸半徑進(jìn)行變速，傳動(dòng)帶一般用橡膠帶、金屬帶和金屬鏈等。

14、 CVT是真正無級(jí)化了，它的優(yōu)點(diǎn)是重量輕，體積小，零件少，與 AT比較具有較高的運(yùn)行效率，油耗較低。但 CVT的缺點(diǎn)也是明顯的，就是傳動(dòng)帶很容易損壞，不能承受較大的載荷，因此在自動(dòng)變速器占有率約4%以下。AMT在機(jī)械變速器（手動(dòng)變速箱）原有基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，主要改變手動(dòng)換檔操縱部分。即在總體傳動(dòng)結(jié)構(gòu)不變的情況下通過加裝微機(jī)控制的自動(dòng)操縱系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)換擋的自動(dòng)化。 因此 AMT實(shí)際上是由一個(gè) 機(jī)器人系統(tǒng)來完成操作離合器和選檔的兩個(gè)動(dòng)作。其優(yōu)點(diǎn)是效率高，成本低，由于 AMT能在現(xiàn)生產(chǎn)的手動(dòng)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(dòng)力中斷，有負(fù)加速。 A

15、MT的核心技術(shù)是微機(jī)控制，電子技術(shù)及質(zhì)量將直接決定 AMT的性能與運(yùn)行質(zhì)量。據(jù)悉我國(guó)今后的汽車自動(dòng)變速箱國(guó)產(chǎn)化將重點(diǎn)發(fā)展 AMT。近年來在歐洲流行一種雙離合器自動(dòng)變速器， 簡(jiǎn)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(diǎn)是換檔時(shí)間縮短，動(dòng)力不中斷。雙離合器自動(dòng)變速器將是未來變速箱的一種趨勢(shì)。2) 自動(dòng)換檔操縱機(jī)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)于 AT和 CVT的變速箱 , 換檔機(jī)構(gòu)的形式和控制策略是差不多的, 而 AMT的換檔操縱機(jī)構(gòu)則完全由電訊號(hào)驅(qū)動(dòng). 自動(dòng)換檔操縱機(jī)構(gòu)裝置行程及換檔力的設(shè)定方法可以參照手動(dòng)換檔機(jī)構(gòu) ; 但由于自動(dòng)換檔操縱機(jī)構(gòu)裝置涉及到電訊號(hào) , 因此首先

16、要有功能定義 , 是否需要 P 檔鎖止機(jī)構(gòu)、手動(dòng)解鎖機(jī)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(jì)開發(fā)自動(dòng)換檔操縱機(jī)構(gòu)的電訊號(hào)驅(qū)動(dòng)裝置.3 ) 自動(dòng)換檔機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)2.3 軟軸拉線的布置拉線在前倉(cāng)布置時(shí)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(cāng)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)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90 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-40 oC90oC 工作

17、溫度區(qū)間內(nèi)應(yīng)保證潤(rùn)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(xiàng)選換檔拉線及其附件（支架、卡箍等）因布置于前倉(cāng)，環(huán)境復(fù)雜惡劣，故對(duì)溫度，鹽霧，老化，臭氧均有嚴(yán)格要求；詳見企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2.5 設(shè)計(jì)基本限制因素1. 變速箱輸入主要包括： 檔位布置（前進(jìn)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(jì)算方法見手動(dòng)換檔操縱裝置的行程及杠桿比的設(shè)計(jì)和2.2 4 換檔操縱手柄的作用力Fc 和杠桿比 ic 的校核 .2.TCU

18、對(duì)輸入信號(hào)及控制策略的要求主要針對(duì) AT 或 CVT變速箱；隨著自動(dòng)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(dòng)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(jī)構(gòu)的輸入信號(hào)也都不同；較為簡(jiǎn)單的是采用開關(guān)觸發(fā)信號(hào)（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(guó)內(nèi)供應(yīng)商的開發(fā)實(shí)力，較為常規(guī)的做法是仿制原件進(jìn)行開發(fā)；對(duì)于自行研發(fā)或合作研發(fā)的自動(dòng)變速箱則統(tǒng)一了通訊信號(hào)的定義，如 CVT19及 4HP20等，都采取了 B11 的通訊信號(hào)系統(tǒng)；變速箱的控制策略決定了操縱機(jī)構(gòu)的電路系統(tǒng)；前

19、期的操縱機(jī)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(duì)操縱機(jī)構(gòu)的電路系統(tǒng)提出更高的要求：操縱機(jī)構(gòu)需提供“、”檔的操縱信號(hào)，檔位信號(hào)，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(hào)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(dòng)力總成抖動(dòng)時(shí)（按最大± 15mm）的可伸縮量；遠(yuǎn)離熱源和運(yùn)動(dòng)部件等；操縱手柄的布置：應(yīng)符合人機(jī)工程要求;4. 外觀要求取決于手柄和

20、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(jì)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(jī)構(gòu)為機(jī)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(diǎn)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(jī)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