電動(dòng)機(jī)械式選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)【AMT】,AMT,電動(dòng)機(jī)械式選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)【AMT】,電動(dòng),機(jī)械式,換檔,執(zhí)行機(jī)構(gòu),方案,設(shè)計(jì) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書　 第 1 頁 共 50 頁 中文摘要 介紹了AMT的發(fā)展歷程，基本工作原理及不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。內(nèi)容主要包括對(duì)電動(dòng)機(jī)械式選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)論證，設(shè)計(jì)計(jì)算及參數(shù)選擇，關(guān)鍵零部件的校核計(jì)算，換檔軸的加工工藝，機(jī)器的裝配工藝和英文翻譯。 關(guān)鍵詞 AMT 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 方案設(shè)計(jì) 加工 裝配 外文摘要 Title the design of the electromechanical selecting and shifting actuator for AMT Abstract It introduces the developing history of AMT and its basic working principles. It also analyzes the current different actuators. This paper mainly covers the following items: designs and demonstrates the scheme of the electromechanical selecting and shifting mechanism; calculating and the selection of parameters; checking calculation of the key parts; the machining technics of the shifting shaft; the assembling process of this products and the English to Chinese translation. Keywords AMT actuator scheme design machining assembling 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書　 第 41 頁 共 50 頁 目次 1 引言 1 1.1 什么是AMT？（Automated mechanical transmission） 1 1.2 AMT的發(fā)展史 1 1.3 研究開發(fā)AMT的意義 2 1.4 AMT基本工作原理 3 1.5 AMT 基本組成 4 1.6 AMT的優(yōu)缺點(diǎn) 5 1.7 AMT換檔控制策略 6 1.8 AMT的不同執(zhí)行機(jī)構(gòu) 8 2 方案設(shè)計(jì)（電動(dòng)機(jī)械選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)） 10 2.1 設(shè)計(jì)要求 10 2.3 原動(dòng)件選擇 11 2.4 傳動(dòng)方法及其簡圖的繪制 12 3 設(shè)計(jì)計(jì)算及參數(shù)選擇 15 3.1 螺旋傳動(dòng) 15 3.2 選擋軸Ⅲ的設(shè)計(jì) 18 3.3 各級(jí)傳動(dòng)齒輪齒數(shù)的選擇 18 3.5 步進(jìn)電機(jī)的選擇計(jì)算 21 4 校核計(jì)算 22 4.1 換檔軸的校核 22 4.2 齒輪1和齒輪2的校核 27 4.3 懸臂軸1上的深溝球軸承61802壽命計(jì)算 29 5 加工工藝及裝配工藝 30 5.1 選檔軸機(jī)械加工工藝的確定 30 5.2 總成裝配工藝過程 34 結(jié)論 46 致謝 48 參考文獻(xiàn) 49 1 引言 1.1 什么是AMT？（Automated mechanical transmission） AMT 是在傳統(tǒng)固定軸式變速器和干式離合器基礎(chǔ)上進(jìn)行改造, 主要改變其手動(dòng)換擋操縱部分。即在總體傳動(dòng)結(jié)構(gòu)不變的情況下通過加裝電控系統(tǒng)、傳感器和相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu), 將選換擋、離合器及發(fā)動(dòng)機(jī)油門的操縱控制自動(dòng)化。 1.2 AMT的發(fā)展史 汽車上普遍使用的發(fā)動(dòng)機(jī)至今仍然是各種活塞式內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)的扁平動(dòng)力特性決定了使用其作為動(dòng)力源時(shí), 必須配備變速裝置, 以保證車輛能夠適應(yīng)行駛條件的變化和充分發(fā)揮內(nèi)燃機(jī)性能。大多數(shù)變速器仍采用有級(jí)式變速器, 這就需要在行駛過程中通過換檔來改變傳動(dòng)比, 這是駕駛員最為繁重的工作之一。為了充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率和改善車輛經(jīng)濟(jì)性, 變速器檔位有日益增多的趨勢(shì)。為減輕駕駛員的工作, 使其有更多時(shí)間注意到道路工況和車況, 提高行駛安全性, 迫切需要車輛變速實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。電子控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展為車輛變速自動(dòng)化提供了強(qiáng)大的技術(shù)基礎(chǔ)。最早實(shí)現(xiàn)換檔自動(dòng)化的是裝有液力機(jī)械式自動(dòng)變速器(AT) 的車輛。由于液力變矩器隨著阻力矩的變化自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)速, 因而裝有液力變矩器和行星齒輪的液力機(jī)械式變速器的檔位就可以少一些,而且可以在不切斷動(dòng)力的情況下實(shí)現(xiàn)換檔。在自動(dòng)換檔時(shí),駕駛員只需操縱加速踏板,不必考慮選擇哪一個(gè)檔位進(jìn)行換檔操縱,有利于將注意力集中到行車安全性上來。但液力變矩器傳遞效率低, 行星齒輪變速器構(gòu)造復(fù)雜, 制造工藝要求較高。 AMT 技術(shù)源于法拉利、雷諾等賽車。1985 年, 日本五十鈴公司率先研制成功NAVI- 5 型全自動(dòng)機(jī)械式變速器, 并裝于飛鳥(ASKA)轎車, 投放市場(chǎng)獲得成功。機(jī)械式自動(dòng)變速器的電控研究始于70 年代中期。目前,AMT 技術(shù)在美國和西歐等國家已經(jīng)商品化。其發(fā)展經(jīng)歷了半自動(dòng)化階段、全自動(dòng)化階段, 現(xiàn)正向智能化方向邁進(jìn)。 1.2.1半自動(dòng)化階段 瑞典的斯堪尼亞( SCANIA) 的CGA 系統(tǒng),德國奔馳(DAIML ERBENZ) 的電推動(dòng)系統(tǒng)( EPS) ,使得換檔實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。美國伊頓( EATON) 的半自動(dòng)機(jī)械變速器(SAMT) 系統(tǒng)則更進(jìn)一步將換檔和發(fā)動(dòng)機(jī)油門的控制納入系統(tǒng)中,但它們不能取消離合器踏板,起步和換檔時(shí)離合器的自動(dòng)控制沒有得到根本解決。 1.2.2 全自動(dòng)化階段 全自動(dòng)階段: 該階段研發(fā)的重點(diǎn)是離合器的起步控制、換擋操縱規(guī)律。在1983 年, 日本五十鈴公司將其研制成功的電子控制全機(jī)械式有級(jí)自動(dòng)變速器NAVI- 5, 裝于ASKA 轎車并投放市場(chǎng)。同年, 美國伊頓公司也宣布成功地將重型貨車的手動(dòng)變速器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化, 并稱之為“AMT”。電控機(jī)械式自動(dòng)變速器進(jìn)入實(shí)用化階段。NAVI - 5 型全自動(dòng)變速器是世界第1 臺(tái)全自動(dòng)AMT。此后, 美國的福特(FORD) 公司, 法國的雷諾(RENAUL T) 公司, 意大利的菲亞特(FI2AT) 都相繼開發(fā)了這種變速器, 全自動(dòng)AMT 已進(jìn)入產(chǎn)品化和實(shí)用化階段 1.2.3 智能AMT 階段 由于自動(dòng)換檔規(guī)律和起步時(shí)都受到環(huán)境、駕駛員的駕駛水平和車況等因素的影響, 日本的五十鈴( ISUZU) 、尼桑(NISSAN) 等開始采用模糊推理的智能化方法進(jìn)行此方面的研究, 包括模糊換檔策略和離合器接合速度的模糊控制。智能化使得車輛在復(fù)雜多變的工作條件下, 采用正確措施使換檔規(guī)律、換檔品質(zhì)、起步及變速性能進(jìn)一步提高。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,特別是微機(jī)控制功能的進(jìn)一步增強(qiáng), 各種傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)性能的改善, AMT 的性能有很大提高。變速器控制單元( TCU) 與發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元( ECU) 通過CAN 總線實(shí)現(xiàn)信息共享, 來增強(qiáng)協(xié)調(diào)控制能力, 實(shí)現(xiàn)整車控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化。 1.3 研究開發(fā)AMT的意義 汽車自誕生以來經(jīng)歷了動(dòng)力革命、傳動(dòng)革命與控制革命三個(gè)階段。先進(jìn)國家目前正處于控制革命階段，即自動(dòng)控制階段。從各總成的單獨(dú)控制向動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)一體化綜合控制；從一般控制向智能化、網(wǎng)絡(luò)化控制發(fā)展。我國目前使用的汽車絕大多數(shù)仍為手動(dòng)變速，手動(dòng)變速汽車由于頻繁換擋的操作，易使駕駛員疲勞，影響行駛安全；而不同的駕駛技術(shù)水平對(duì)車輛的燃料經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、乘坐舒適性造成極大差異，所以自動(dòng)變速是人們長期追求的目標(biāo)，是車輛向高級(jí)階段發(fā)展的重要標(biāo)志。 我國汽車工業(yè)正處于發(fā)展和提高時(shí)期，隨著技術(shù)進(jìn)步和人民生活水平的提高，對(duì)自動(dòng)變速的需求也越來越多。目前在國內(nèi)已經(jīng)形成年產(chǎn)700多萬輛轎車的生產(chǎn)能力，轎車年產(chǎn)量已超過600萬輛。隨著轎車進(jìn)入家庭，非職業(yè)駕駛員越來越多，他們對(duì)簡化操作的要求日益迫切。因此目前我國自動(dòng)變速器在轎車、城市客車、高級(jí)旅游客車、軍用車、重型載貨汽車及礦用車上已呈現(xiàn)越來越旺盛的需求。 而AMT的特點(diǎn)是：1）實(shí)現(xiàn)了變速器選換擋的自動(dòng)控制, 選換擋操縱桿的動(dòng)作和離合器的結(jié)合與分離由氣動(dòng)、液動(dòng)或電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成, 使選換擋操作方便, 減輕了駕車者的勞動(dòng)強(qiáng)度。2) 可通過ECU 進(jìn)行最優(yōu)化的換擋控制, 使汽車能在最理想的換擋點(diǎn)及時(shí)換擋, 并可避免手動(dòng)換擋操作不當(dāng)所造成的換擋沖擊。因此,AMT 可使汽車的動(dòng)力性和平順性等有所提高。3) 采用傳統(tǒng)的齒輪變速器傳動(dòng), 傳動(dòng)效率優(yōu)于液力變速器, 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的維修也較為簡單。4) 由AMT能在現(xiàn)有生產(chǎn)的手動(dòng)變速器基礎(chǔ)上進(jìn)行改造,生產(chǎn)繼承性好, 投入費(fèi)用較低, 容易被生產(chǎn)廠接受。和國外“自動(dòng)撥”（AT）相比可節(jié)油10％－15％。AMT換檔的科學(xué)性、平順性優(yōu)于熟練駕駛員的手工操作，滿足了人們對(duì)汽車多功能的需求愿望，保證了人們對(duì)汽車駕駛便捷、乘坐舒適的要求。國內(nèi)現(xiàn)有的自動(dòng)變速器（AT）來源除了靠直接進(jìn)口，就是靠引進(jìn)技術(shù)和生產(chǎn)線制造，后者周期長、費(fèi)用高，專一性強(qiáng)、通用性差。AMT無須改變?cè)兯傧浜碗x合器，因而生產(chǎn)繼承性好，投資不足AT的1/8，投資少，見效快。AMT價(jià)格僅為AT的1/3，特別適合中國國情。 1.4 AMT基本工作原理 汽車AMT系統(tǒng)工作過程主要是以各種傳感器代替人的感知器官，以操縱控制機(jī)構(gòu)代替人的手和腳，以ECU代替人的大腦，模擬熟練駕駛員的換檔過程，來自動(dòng)完成汽車的整個(gè)換檔過程。 機(jī)械式自動(dòng)變速器(AMT)在原有固定軸式齒輪變速箱的基礎(chǔ)上，將選、換檔、離合器及發(fā)動(dòng)機(jī)油門的操縱控制自動(dòng)化，不僅可模擬駕駛員的換擋動(dòng)作，而且通過車輛行駛狀況的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的快速動(dòng)作，使換擋操作不受人的動(dòng)作限制，使電控機(jī)械式自動(dòng)變速車輛具有比熟練駕駛員駕駛手動(dòng)變速車輛更好的換擋品質(zhì)和燃油經(jīng)濟(jì)性，由于不改變手動(dòng)變速器的主要結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)繼承性好，產(chǎn)業(yè)化技術(shù)難度 相對(duì)較小 。圖1為AMT的控制結(jié)構(gòu)框圖 1.5 AMT 基本組成 AMT主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。 1.5.1 AMT 硬件組成 硬件主要包括: a. 被控對(duì)象: 被控對(duì)象包括發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器和變速器。b. 執(zhí)行機(jī)構(gòu): 按駕駛員的意圖實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)行狀態(tài)的改變。執(zhí)行機(jī)構(gòu)由選、換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu), 離合器分離結(jié)合執(zhí)行機(jī)構(gòu), 油門執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。主要元件有高速電磁閥、液壓缸、油泵、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器等。c. 傳感器: 傳感器用于時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛運(yùn)行狀態(tài)、采集ECU 控制所需的各種信息, 同時(shí)將采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成ECU 能識(shí)別的信息, 便于ECU 進(jìn)行處理, 并對(duì)車輛運(yùn)行做出及時(shí)反應(yīng)以調(diào)整行駛狀態(tài)。主要有速度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、檔位傳感器、加速度傳感器等d. 電控系統(tǒng)部分: 控制系統(tǒng)將傳感器采集到的信號(hào)通過電控單元(ECU) 進(jìn)行處理, 對(duì)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令, 實(shí)現(xiàn)駕駛員的意圖。電子控制系統(tǒng)充分實(shí)現(xiàn)車輛的良好性能并保證車輛的可靠運(yùn)行。包括有各信號(hào)處理單元、CPU 單元、程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元、驅(qū)動(dòng)電路單元、顯示單元、巡航控制單元、電源單元等 1.5.2 AMT系統(tǒng)的軟件 硬件是AMT 控制系統(tǒng)的基礎(chǔ), 但是軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。AMT 系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)由實(shí)現(xiàn)控制策略的軟件模塊組成, 它按照一定的次序來處理各種信號(hào)。同時(shí),結(jié)合智能控制技術(shù)能解決傳統(tǒng)控制方法所不能解決的問題, 從而取得明顯的、滿足實(shí)際應(yīng)用要求的效果, 有利于加快AMT 進(jìn)入實(shí)用階段的進(jìn)程。 1.6 AMT的優(yōu)缺點(diǎn) 1.6.1 優(yōu)點(diǎn) 既具有AT自動(dòng)變速速器自動(dòng)變速的優(yōu)點(diǎn)，又保留了原手動(dòng)變速器齒輪傳動(dòng)的效率高、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、易制造的長處。它揉合了二者優(yōu)點(diǎn)。它是在現(xiàn)在生產(chǎn)的機(jī)械變速器上進(jìn)行改造的，保留了絕大部分原總成部件，只改變其中手動(dòng)操作系統(tǒng)的換擋桿部分，生產(chǎn)繼承性好，改造的投入費(fèi)用少，非常容易被生產(chǎn)廠家接受。 AMT和手動(dòng)變速器的區(qū)別主要是AMT在變速器和換檔手柄之間取消了機(jī)械連接，變速器完全實(shí)現(xiàn)線控。這種方式較傳統(tǒng)的的換檔手柄的機(jī)械傳動(dòng)方式提供了更多的換檔手柄的設(shè)計(jì)方式。與AT相比，AMT系統(tǒng)的價(jià)格稍微便宜。至于附加的元件，變速器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化要增加10%的質(zhì)量。 1.6.2 主要缺點(diǎn) 由于AM T 是靠離合器的分離、結(jié)合來切斷和傳遞動(dòng)力的, 沒有液力變矩器式自動(dòng)變速器(A T ) 在起步、換檔過程中能夠通過液力變矩器緩和振動(dòng)與沖擊的優(yōu)越條件,是換檔舒適性不好，并且在換檔過程中產(chǎn)生動(dòng)力中斷，使得在換檔過程中加速性不好，特別是在駕駛員要求急加速的情況下更明顯。而且目前市場(chǎng)上的AMT沒有失效安全保護(hù)模式，系統(tǒng)失效將導(dǎo)致車輛不能行使。 1.7 AMT換檔控制策略 制定換檔控制策略主要是正確設(shè)計(jì)換檔規(guī)律和換檔時(shí)序。根據(jù)車輛的牽引特性和發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性確定動(dòng)力性換檔規(guī)律和經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律。系統(tǒng)的換檔規(guī)律在中小油門開度下,采用經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律,保證汽車的經(jīng)濟(jì)性;在大油門下采用動(dòng)力性換檔規(guī)律,保證汽車的動(dòng)力性。同時(shí)還考慮了避免轉(zhuǎn)彎及坡道行駛時(shí)不必要的換檔循環(huán),制定的換檔規(guī)律見圖2。換檔時(shí)序是發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器三者協(xié)調(diào)動(dòng)作的時(shí)序。換檔時(shí)序的重點(diǎn)是離合器的分合動(dòng)作與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制間的配合。要求在離合器分離時(shí),控制節(jié)氣門剛好使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降,如果節(jié)氣門動(dòng)作過晚,由于負(fù)荷減小可能使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升。反之可能造成離合器未完全分離,而發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降,造成車速下降,影響車輛的動(dòng)力性。在離合器結(jié)合階段恢復(fù)節(jié)氣門開度,使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩按一定速度回升,并保持在沖擊度允許的范圍內(nèi)。若離合器結(jié)合過早會(huì)產(chǎn)生扭矩振蕩,若節(jié)氣門開度恢復(fù)指令發(fā)出過早,則會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在未建立阻力之前回升,加劇離合器的滑磨。 圖2 換檔時(shí)序圖 在整個(gè)AMT控制過程中，離合器的接合過程，一般需要在1～2 S內(nèi)完成，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特性和控制性能均有較嚴(yán)格的要求。根據(jù)車速傳感器、加速傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器以及變速箱輸出軸轉(zhuǎn)速等信息，控制離合器的半閉合和閉合時(shí)機(jī)。其目的是減少離合器在閉合過程中造成的沖擊，提高離合器閉合的平穩(wěn)性，減少離合器接合過程中的摩擦。AMT控制策略簡圖如圖3所示。系統(tǒng)主要有信息輸入與信息檢測(cè)、信息輸出以及調(diào)試系統(tǒng)。 1.7.1 信息輸入與檢測(cè) 把傳感器和檔位開關(guān)發(fā)的電平信號(hào)作為整個(gè)電動(dòng)型AMT系統(tǒng)的信號(hào)輸入，其中主要包括以下信息：檔位操縱桿所處的檔位(P，R，N，D，1，2，3)；剎車信息(點(diǎn)剎和急剎)；運(yùn)行信息(加速信息、減速信息、經(jīng)濟(jì)型運(yùn)行信息和動(dòng)力型運(yùn)行信息)；檔位操縱手柄的位置；變速箱當(dāng)前所處檔位；離合器的位置；油門開度；汽車速度和加速度；汽車的有效負(fù)載；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等信息。 1.7.2 信息輸出 信息輸出提供控制信息。對(duì)于AMT其輸出信號(hào)主要是控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的PWM 信號(hào)，主要包括油門控制、離合器控制和檔位控制3種主要控制參量。 ① 步進(jìn)電機(jī)的油門控制。利用步進(jìn)電機(jī)控制油門開度的大小，通過速度信號(hào)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，調(diào)整離合器在分離和閉合時(shí)的油門。主要目的是減少空燃，防止在離合器分離狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過高，從而節(jié)省燃油。 ② 直流無刷電機(jī)的離合器及檔位控制。汽車ECU發(fā)出3組PWM 控制信號(hào)，通過3臺(tái)無刷步進(jìn)電機(jī)，分別控制離合器的分離、半閉合和閉合狀態(tài)及檔位操作桿的掛擋。 1.7.3 調(diào)試及故障診斷軟件 調(diào)試及故障診斷軟件具有2大功能：參數(shù)的調(diào)整和自動(dòng)變速系統(tǒng)常見故障的檢測(cè)。 ① 參數(shù)調(diào)試。主要用于調(diào)整輸入信息，使輸入信息的有效值能滿足車輛運(yùn)行最佳狀態(tài)的要求，避免由于各種原因造成的沖擊，提高車輛運(yùn)行的平穩(wěn)性。調(diào)試的參數(shù)主要包括變速箱參數(shù)、離合器參數(shù)、油門參數(shù)、加速踏板、選檔器參數(shù)、動(dòng)力型運(yùn)行參數(shù)以及經(jīng)濟(jì)型運(yùn)行參數(shù)。 ② 故障診斷。故障診斷主要針對(duì)自動(dòng)變速系統(tǒng)常見故障進(jìn)行分析，幫助維護(hù)人員判斷故障可能發(fā)生的原因及故障點(diǎn)，提高車輛維護(hù)人員的維護(hù)水平，保障車輛的可靠性和安全性。常見故障主要包括電機(jī)故障、接線故障、傳感器故障、離合器驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)故障、變速箱換檔故障和油門故障等2O多種。 故障診斷軟件基本上是一個(gè)通用軟件，可以適用不同車型。不同車型僅僅需要調(diào)整一些特定的參數(shù)即可。如變速箱各檔位的傳動(dòng)比，離合器的分離距離，以及最佳換檔參數(shù)等。該軟件主要適用于4檔或5檔車型，不適用于6檔車型 圖3 換檔控制策略簡圖 1.8 AMT的不同執(zhí)行機(jī)構(gòu) 目前市場(chǎng)上的AMT有3種結(jié)構(gòu)形式：電控液動(dòng)、電控氣動(dòng)和直流電機(jī)操縱。其中電控液動(dòng)和直流電機(jī)操縱是較常用的結(jié)構(gòu)形式。 1.8.1 液壓操縱控制 液壓系統(tǒng)根據(jù)電控單元的指令控制電磁閥．使執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)地完成離合器分離、接合和變速器選換擋等動(dòng)作。 液壓油源的工作：系統(tǒng)中工作油液壓力不足時(shí)，由壓力繼電器發(fā)出信號(hào)，啟動(dòng)液壓泵吸油并向系統(tǒng)提供壓力油．壓力油存儲(chǔ)在蓄能器巾。在壓力升高至設(shè)定值后．由壓力繼電器發(fā)信號(hào)使液壓泵停止工作 選、換擋和離合器操縱機(jī)構(gòu)的液壓油源南蓄能器提供。 系統(tǒng)的工作情況：旋轉(zhuǎn)電門鑰匙通電后，系統(tǒng)首先給換擋和選擋油缸兩端加壓，確認(rèn)變速器是在空擋位置，然后發(fā)動(dòng)機(jī)方可起動(dòng)；在駕駛員發(fā) 前進(jìn)或倒車指令后，離合器油缸首先進(jìn)油，離合器分離，選擋油缸一端加壓進(jìn)行選擋，換擋油缸再加壓進(jìn)行換擋．最后放油閥脈寬調(diào)制將離合器油缸內(nèi)的液壓油釋放，離合器緩慢接合 1.8.2 氣動(dòng)操縱控制 氣動(dòng)系統(tǒng)也是根據(jù)電控單元的指令控制電磁閥．使執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)地完成離合器分離、接合和變速器選、換擋等動(dòng)作的。 氣動(dòng)能源的工作：因車上有現(xiàn)成的儲(chǔ)氣罐，氣動(dòng)能源可以直接由儲(chǔ)氣罐提供，不再需要額外的電機(jī)油泵等能源裝置。 系統(tǒng)的工作情況：這一部分工作情況與液壓系統(tǒng)基本相同。 1.8.3 電機(jī)操縱控制（電動(dòng)機(jī)械式執(zhí)行機(jī)構(gòu)） 用3個(gè)直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)選換擋和離合器的操縱，電機(jī)根據(jù)電控單元的指令控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)．自動(dòng)地完成離合器分離、接合和變速器選、換擋等動(dòng)作 電機(jī)的工作：ECU發(fā)出選換擋指令控制電機(jī)的動(dòng)作，電機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)選擋、換擋和離合器的分離與結(jié)合。用電機(jī)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是節(jié)約能量．在系統(tǒng)不需要換擋時(shí)系統(tǒng)給電機(jī)斷電．只有當(dāng)需要選換擋時(shí)才給電機(jī)供電，另外結(jié)構(gòu)比較簡單。缺點(diǎn)是：電機(jī)的執(zhí)行動(dòng)作沒有液壓系統(tǒng)精確．而且選換擋的動(dòng)作比較遲緩，對(duì)于選換擋速度不需要太快的情況下可以使用電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)的調(diào)試對(duì)于批量生產(chǎn)有一定的難度。 系統(tǒng)的工作情況：旋轉(zhuǎn)電門鑰匙通電后．系統(tǒng)首先給換擋和選擋電機(jī)供電，確認(rèn)變速箱是在空擋位置，然后發(fā)動(dòng)機(jī)方可啟動(dòng)；在駕駛員發(fā)出前進(jìn)或倒車指令后，首先控制離合器的電機(jī)動(dòng)作使離合器分離并保持，選擋電機(jī)進(jìn)行選擋．換擋電機(jī)進(jìn)行換擋．最后，通過控制離合器的電機(jī)動(dòng)作使離合器緩慢接合。 2 方案設(shè)計(jì)（電動(dòng)機(jī)械選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)） 2.1 設(shè)計(jì)要求 選檔力＝40N，換檔力＝400N，選換檔時(shí)間t≤1.5s。選檔時(shí)換檔桿的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為α＝±19°，換檔時(shí)選換檔桿的軸向移動(dòng)量l＝±12mm。壽命為5×h；要求選換檔桿在空擋時(shí)，選擋時(shí)間≤0.5s，換檔時(shí)間≤1s。 2.2 設(shè)計(jì)思路 裝車車型為吉普車2012變速器，根據(jù)此變速箱的特點(diǎn)，在原有的機(jī)械式變速器的基礎(chǔ)上加上一套電動(dòng)機(jī)械選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)。此變速箱的檔位設(shè)置如圖4。 所設(shè)計(jì)的選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍然保留ＭＴ中的撥叉軸和撥叉軸上的撥塊。根據(jù)此變速箱的擋位設(shè)置和撥叉軸上的撥塊布置，可以在2，3擋撥叉軸正上方布置一根選換檔桿（如圖5），通過操縱換檔桿來實(shí)現(xiàn)選換檔操作。選換檔桿用螺釘固定著球頭桿，球頭桿兩端均具有球頭，一端深入撥塊中，另一端與選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連接。選換檔桿兩端由變速器殼體上的軸承支撐，可以沿軸向滑動(dòng)。通過電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)給選換檔桿一個(gè)選檔力矩Ts，使得選換檔桿沿平行于紙平面的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)選擋操作。通過電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)給選換檔桿一個(gè)軸向力Fc，使選換檔桿軸向移動(dòng)，通過撥塊撥動(dòng)撥叉軸，實(shí)現(xiàn)換檔操作。 綜上所述，要實(shí)現(xiàn)選換檔操作的自動(dòng)化，就必須有兩個(gè)動(dòng)作進(jìn)行協(xié)調(diào)執(zhí)行。轉(zhuǎn)動(dòng)選換檔桿實(shí)現(xiàn)選檔操作，移動(dòng)選換檔桿實(shí)現(xiàn)換檔操作。 圖4 檔位布置圖 圖5 撥叉軸與選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)的連接圖 1：撥叉軸 2：選換檔桿 3：選換檔桿的驅(qū)動(dòng)構(gòu)件 4：換檔軸 5：變速器箱體 2.3 原動(dòng)件選擇 本設(shè)計(jì)原動(dòng)件選擇步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電控制中一種常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的用途是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移，通俗地說：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角）。通過控制脈沖個(gè)數(shù)即可以控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。?步進(jìn)電機(jī)具有自身的特色，（1）可以用數(shù)字信號(hào)直接進(jìn)行開環(huán)控制，整個(gè)系統(tǒng)簡單廉價(jià)。（2）位移與輸入脈沖信號(hào)數(shù)相對(duì)應(yīng)，步距差步長期積累，可以組成結(jié)構(gòu)較為簡單而又具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可以在要求高精度時(shí)組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。（3）無刷，電動(dòng)機(jī)本體部件少，可靠性高。（4）易于起動(dòng)，停止，正反轉(zhuǎn)及變速，響應(yīng)性也好。（5）停止時(shí)，可有自鎖能力，不會(huì)因?yàn)槠嚨恼駝?dòng)等而引起控制失真。（6）步距角選擇范圍大，可在幾十角分至180°大范圍內(nèi)選擇。在小步距情況下，通常可以在超低速下高轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定運(yùn)行，通常可以不經(jīng)減速器直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。（7）速度可在相當(dāng)寬范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，同時(shí)用一臺(tái)控制器控制幾臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，可以使它們完全同步運(yùn)行。 2.4 傳動(dòng)方法及其簡圖的繪制 由于選用步進(jìn)電機(jī)作為原動(dòng)件，電機(jī)輸出為轉(zhuǎn)動(dòng)輸出，根據(jù)設(shè)計(jì)思路的分析，選檔時(shí)需要的時(shí)轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)，而換檔時(shí)需要的是力的驅(qū)動(dòng)，故換檔時(shí)需要將轉(zhuǎn)動(dòng)改變?yōu)橐苿?dòng)。能實(shí)現(xiàn)將轉(zhuǎn)動(dòng)改變?yōu)橐苿?dòng)的的機(jī)構(gòu)常用的有齒輪齒條傳動(dòng)和螺旋傳動(dòng)。考慮到為了從汽車各個(gè)零部件總成提高汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，達(dá)到汽車零部件設(shè)計(jì)輕量化的要求，齒輪齒條傳動(dòng)方案的尺寸和重量均比螺旋傳動(dòng)大。故此傳動(dòng)此執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)采用螺旋傳動(dòng)。 換檔傳動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，只靠一個(gè)螺桿和螺母構(gòu)成螺旋副在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)很困難，故在螺桿與步進(jìn)電機(jī)間再加一齒輪減速傳動(dòng)。 為了使得選換檔桿2（圖6）旋轉(zhuǎn)，故選換檔桿的驅(qū)動(dòng)構(gòu)件3（見圖6）必須在換檔軸帶動(dòng)其移動(dòng)前能夠旋轉(zhuǎn)，以進(jìn)行選檔。所以驅(qū)動(dòng)構(gòu)件3不能與換檔軸直接構(gòu)成螺旋副進(jìn)行配合。故選擇以螺母構(gòu)件與換檔軸上的梯形螺紋構(gòu)成螺旋副的同時(shí)能夠與驅(qū)動(dòng)構(gòu)件3進(jìn)行配合，使得驅(qū)動(dòng)構(gòu)件3能夠移動(dòng)。而同時(shí)螺母構(gòu)件與驅(qū)動(dòng)構(gòu)件3的配合又不阻礙驅(qū)動(dòng)構(gòu)件3的轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣的螺母構(gòu)件可以自行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。而驅(qū)動(dòng)構(gòu)件3可以做成剖分式的，裝配時(shí)能夠使得螺母構(gòu)件嵌入其中。 同時(shí)得具有限制螺母構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)的移動(dòng)副，因?yàn)樵诼輻U轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺母由于摩擦也能夠轉(zhuǎn)動(dòng)。為此在螺母構(gòu)件上開槽以實(shí)現(xiàn)和導(dǎo)向鋼的配合，限制螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)。 故選檔傳動(dòng)，采用齒輪直接傳動(dòng)。選檔軸上設(shè)計(jì)的齒輪與驅(qū)動(dòng)構(gòu)件3上部的扇形齒進(jìn)行嚙合，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)構(gòu)件3的轉(zhuǎn)動(dòng)?？紤]到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要，選檔軸不能直接有電機(jī)驅(qū)動(dòng)，故還需要一級(jí)齒輪傳動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)選檔電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。故方案設(shè)計(jì)傳動(dòng)圖見圖6： 2.4.1 工作原理及傳動(dòng)路線 （參照?qǐng)D6）傳動(dòng)圖中換檔步進(jìn)電機(jī)12和選檔步進(jìn)電機(jī)13由控制器所控制，通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)。控制器通過車速傳感器，油門開度傳感器，檔位傳感器，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器，加速度傳感器，坡度傳感器，離合器位置傳感器等傳來的電信號(hào)，通過存儲(chǔ)在內(nèi)的最佳動(dòng)力性換檔規(guī)律和最佳經(jīng)濟(jì)型換檔規(guī)律，模擬熟練駕駛員的動(dòng)作進(jìn)行判斷，確定升擋或者是減擋。 選檔過程 首先發(fā)出選檔控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，由驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)選檔步進(jìn)電機(jī)13，帶動(dòng)與之相連的齒輪7轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得軸Ⅲ轉(zhuǎn)動(dòng)，通過軸Ⅲ上的齒輪6與扇形齒5的嚙合，帶動(dòng)齒輪5轉(zhuǎn)動(dòng)，扇形齒輪5的下部通過螺釘與選換檔桿的驅(qū)動(dòng)構(gòu)件4相連，從而使得驅(qū)動(dòng)構(gòu)件4轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)選換檔桿15轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使的選換檔桿下端的球頭沿垂直紙面方向移動(dòng)到相應(yīng)的撥塊槽中，完成選檔操作。 換檔過程 選檔的同時(shí)，選檔傳感器連接軸Ⅴ通過螺旋副使得連接于螺母10移動(dòng)，連接于螺母10上的選檔位移傳感器將位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，傳遞給控制器。選檔完成后，控制器通過分析來自選檔位移傳感器的信號(hào)，從而發(fā)出換檔控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，從而驅(qū)動(dòng)換檔電機(jī)12，換檔電機(jī)通過軸Ⅰ帶動(dòng)齒輪1轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪 圖6 AMT選換檔傳動(dòng)簡圖 1，2，5，6，7，8，9均為齒輪；3，10，11均為帶有梯形內(nèi)螺紋的螺母構(gòu)件；Ⅰ－換檔電機(jī)輸出軸；Ⅱ－換檔軸；Ⅲ－選檔軸；Ⅳ－選檔電機(jī)輸出軸；Ⅴ－選檔位移傳感器連接軸；12－換檔步進(jìn)電機(jī)；13－選檔步進(jìn)電機(jī)；14－螺母構(gòu)件導(dǎo)向桿；15－選換檔桿；16－撥叉軸；17－變速箱殼體 換通過齒輪副使得齒輪2轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪2通過鍵連接帶動(dòng)換檔軸Ⅱ旋轉(zhuǎn)，換檔軸Ⅱ的旋轉(zhuǎn)通過螺旋副帶動(dòng)螺母3移動(dòng)，因螺母構(gòu)件上部開有槽與導(dǎo)向鋼14構(gòu)成移動(dòng)副，故螺母構(gòu)件3只能移動(dòng)。螺母構(gòu)件3中間帶有凸緣，嵌入到選 檔桿驅(qū)動(dòng)構(gòu)件4和扇形齒5的槽中。從而使得選換檔桿驅(qū)動(dòng)構(gòu)件4移動(dòng)，從而使得選換檔桿15軸向移動(dòng)，通過選換檔桿上的球頭撥動(dòng)撥塊，使得撥叉軸16帶動(dòng)撥叉軸向移動(dòng)，從而完成換檔。 3 設(shè)計(jì)計(jì)算及參數(shù)選擇 3.1 螺旋傳動(dòng) 圖7 螺旋傳動(dòng)簡圖 螺旋傳動(dòng)有螺桿和螺母構(gòu)成。此機(jī)構(gòu)能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，當(dāng)螺旋升角大于摩擦角時(shí)，也可將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槁菪\(yùn)動(dòng)，若小于則不能，即具有自鎖功能；能用較小的轉(zhuǎn)矩獲得很大的推力；可獲得很大的傳動(dòng)比；有較高的運(yùn)動(dòng)精度，且傳動(dòng)平穩(wěn)。 選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)中，傳遞的轉(zhuǎn)矩小，速度也低，故選用滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)。此外滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)還具有結(jié)構(gòu)簡單，尺寸無限制，加工及安裝精度要求較低，經(jīng)濟(jì)性好，抗沖擊性較強(qiáng)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪聲小等優(yōu)點(diǎn)。 其運(yùn)動(dòng)方式為，螺桿旋轉(zhuǎn)，但軸向不能移動(dòng)，螺母軸向移動(dòng)，但不能轉(zhuǎn)動(dòng)，在選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，螺母通過驅(qū)動(dòng)選換檔桿的驅(qū)動(dòng)件（圖5中零件3）驅(qū)動(dòng)選換檔桿，使選換檔桿軸向移動(dòng)，完成換檔。 螺紋類型選擇為梯形螺紋，因?yàn)榇寺菪毙枰p向傳動(dòng)。牙型半角β＝15°。 螺旋副材料選擇：由于選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)屬于間歇運(yùn)動(dòng)，故選擇螺桿材料為40Cr，熱處理方法為淬火后回火，硬度達(dá)到50～55HRC；由于滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的主要失效形式是磨損，為此，在選擇螺桿材料和熱處理時(shí)，需要提高螺桿的表面硬度，并降低其粗糙度，這樣可以提高耐磨性。由于錫青銅的抗膠合與耐磨性能最好，所有螺母材料選擇為錫青銅。 根據(jù)選擇的螺旋副材料查得其摩擦系數(shù)為f=0.07。 選擇螺距P＝2mm，線數(shù)z=2，旋合長度為L＝10，螺桿大徑d＝16mm，中徑;小徑；選用八級(jí)精度傳動(dòng)。此螺旋副的配合標(biāo)注為Tr16×4（P2）－8H/8e， 3.1.1 螺桿傳動(dòng)及換擋軸Ⅱ的參數(shù)計(jì)算 根據(jù)此變速器選換檔時(shí)間的要求，換檔時(shí)間≤1s，換檔桿的移動(dòng)距離最大為 2l＝2×12＝24mm，估算此此螺旋傳動(dòng)中螺母的移動(dòng)速度為v=24×/1=0.024m/s，螺母的阻力＝400N。 由公式v=zPn×/60（其中z－螺桿線數(shù)；P－螺距，mm；n－螺桿轉(zhuǎn)速，r/min）得螺桿轉(zhuǎn)速＝60v/(zP×)=60×0.024/(2×2×)＝360r/min。 由公式T=Ftan求得施加在螺桿上的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩T/Nmm， 式中F－螺母作用載荷，N； λ－螺旋升角，°； －當(dāng)量摩擦角，°； －螺紋中徑，mm。 ＝d－0.5P=16－0.5×2＝15， =； 據(jù)此估算所設(shè)計(jì)螺桿軸的最小直徑d/mm 公式 其中[]－許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa；T－軸所受扭拒，Nmm 換檔軸材料選為40Cr，查表得[]＝50MPa; ，考慮到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要和軸上鍵槽及軸徑變化引起的引力，使之有足夠的安全系數(shù)，故初選軸徑=10mm。 與傳感器連接構(gòu)件10，11配合的螺桿螺距，大徑，線數(shù)及配合公差的選擇 由于傳感器連接構(gòu)件受力很小，故配合均選擇為Tr8×3（p1.5）－8h/8e 3.1.2 螺桿Ⅱ上梯形螺紋長度的設(shè)計(jì) 與換檔螺母構(gòu)件3配合的螺紋長度：換檔時(shí)選換檔桿的軸向移動(dòng)量l＝±12mm。根據(jù)螺母寬度B＝14mm，螺母的移動(dòng)量為l＝±12mm，故＝2×（7＋12）＝38mm，選擇＝40mm。 與換檔位移傳感器連接構(gòu)件11配合的螺紋長度：= 3.2 選擋軸Ⅲ的設(shè)計(jì) 由選檔時(shí)換檔桿的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為α＝±19°，選擋時(shí)間≤0.5s，得出齒輪5的轉(zhuǎn)動(dòng)速度；由選檔力＝40N，根據(jù)選擋構(gòu)件4的設(shè)計(jì)尺寸=32mm，得出構(gòu)件4的阻力矩 =×＝32×40＝1280 傳遞的功率 由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要選擇選檔軸上齒輪和扇形齒齒輪的傳動(dòng)比為。 則選檔軸的轉(zhuǎn)速 選檔軸的轉(zhuǎn)矩。(此處忽略了傳感器連接構(gòu)件齒輪軸Ⅴ所需要的轉(zhuǎn)矩) 公式 其中[]－許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa；T－軸所受扭拒，Nmm 選檔軸材料選為40Cr,查表得[]＝50MPa； 代入公式：，考慮到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要和軸上鍵槽及軸徑變化引起的引力，使之有足夠的安全系數(shù)，故初選軸徑=10mm。 3.3 各級(jí)傳動(dòng)齒輪齒數(shù)的選擇 因是汽車底盤用齒輪，重要傳動(dòng)，對(duì)噪聲和傳動(dòng)的平穩(wěn)，準(zhǔn)確性均有高的要求，故選擇齒輪材料為40Cr，均需要淬火處理，硬度達(dá)到48～55HRC，精度等級(jí)7級(jí)。又因?yàn)閭鲃?dòng)速度和轉(zhuǎn)矩都很小，且是間歇運(yùn)動(dòng)，故均選擇為直齒圓柱齒輪。 初步選擇齒輪6的齒數(shù)；扇形齒齒輪5的齒數(shù)＝81，模數(shù)＝1mm，由于齒輪5僅需要擺動(dòng)α＝±19°，扇形齒最少齒數(shù) 取扇形齒設(shè)計(jì)角度為θ＝60°。則扇形齒具有的齒數(shù)： ，取13。 由于＝475.2Nmm，=360r/min，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速均不高，故選擇齒輪1和齒輪3的齒數(shù)分別為 ，模數(shù)=1mm。 ， 由于選檔軸的轉(zhuǎn)速，選檔軸的轉(zhuǎn)矩選檔軸的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速均很低，初步選擇齒輪7和齒輪8的齒數(shù)為，；模數(shù)；則減速比為。由于齒輪9只起傳遞位移的作用，需要的力很小,又考慮到結(jié)構(gòu)布置上的需要，故選擇齒輪9的齒數(shù)，模數(shù)，所以。 則，。 綜上所述所選各個(gè)齒輪參數(shù)及各軸傳遞的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速分別為: 齒數(shù) 模數(shù)/mm 1 1 1 1 0.8 0.8 0.8 傳動(dòng)比i 分度圓直徑/(mm) 各軸轉(zhuǎn)矩/(Nmm) 各軸轉(zhuǎn)速/(r/min) 3.4 軸承的選擇 由于軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速相對(duì)很高，需要的傳遞的力矩較大，故選擇滾動(dòng)軸承，深溝球軸承61802，既能承受徑向力，又能承受一定的軸向力。 軸Ⅱ，軸Ⅲ，軸Ⅳ，軸Ⅴ由于其工作轉(zhuǎn)速較低，且汽車變速器換檔屬于間斷進(jìn)行，故各軸的運(yùn)動(dòng)都是間歇運(yùn)動(dòng)，要求的傳動(dòng)精度也不高，故它們的支撐都選擇滑動(dòng)軸承。且材料選擇為粉末冶金含油軸承，其工作原理大致是：用多孔材料制成、孔隙中貯有潤滑油的滑動(dòng)軸承。多孔材料和潤滑油的熱膨脹系數(shù)不同，故工作時(shí)油從孔隙中被擠入摩擦面，停止工作時(shí)油又隨溫度下降被吸回孔隙。含油軸承具有成本低、能吸振、噪聲小、在較長工作時(shí)間內(nèi)不用加潤滑油等特點(diǎn)，特別適用于不易潤滑或不允許油臟污的工作環(huán)境。孔隙度是含油軸承的一個(gè)重要參數(shù)。在高速、輕載下工作的含油軸承要求含油量多，孔隙度宜高；在低速、載荷較大下工作的含油軸承要求強(qiáng)度高，孔隙度宜低。含油軸承的材料主要有多孔金屬和多孔塑料兩類。用多孔金屬制成的含油軸承，按基體材料不同分為鐵基和銅基。前者承載能力高，但容易與鋼軸產(chǎn)生膠合；后者許用速度較高，但價(jià)格較貴。含油軸承使用的多孔塑料為熱固塑料，如尼龍、酚醛樹脂等。多孔塑料含油軸承表面很軟，不易損傷軸頸，允許有較大的同軸度公差，但強(qiáng)度和剛度比多孔金屬含油軸承低、承載能力小、熱穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性差。為改善多孔塑料的這一缺點(diǎn)，可將塑料層厚度盡量減薄，用金屬背襯來支承塑料薄層。 3.5 步進(jìn)電機(jī)的選擇計(jì)算 3.5.1 換檔步進(jìn)電機(jī) （1）分辨率l：分辨率為每發(fā)出一個(gè)脈沖換檔軸的移動(dòng)距離，選定l＝0.05mm, ；公式中 P－螺距，mm，z－線數(shù)，i－傳動(dòng)比。選擇，則分辨率<0.05mm，滿足精度要求 初步選擇型號(hào)為75BYG4501的混合式步進(jìn)電機(jī)。步距角，相數(shù)2，靜轉(zhuǎn)矩1.5Nm，空載起動(dòng)頻率1200Hz，空載運(yùn)行頻率 ≥15KＨz，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.9Kg·,m=1.5Kg. （2）脈沖頻率f： 由公式，小于空載起動(dòng)頻率1200Hz，故可以在自起動(dòng)區(qū)域驅(qū)動(dòng)，不需要加減速運(yùn)動(dòng)。 （3）輸入脈沖數(shù)N： 起步時(shí)換檔軸上螺母移動(dòng)量=12mm，需要脈沖數(shù) 起步后換檔時(shí)螺母移動(dòng)量=24mm，需要脈沖數(shù) 3.5.2 選檔步進(jìn)電機(jī) （1） 步進(jìn)角的選擇： 若選擇，則分辨率則精度不夠，分辨率定為，則步進(jìn)角，選擇步進(jìn)角為，則分辨率 初步選擇型號(hào)為75BYG4501的混合式步進(jìn)電機(jī)。步距角，相數(shù)2，靜轉(zhuǎn)矩1.5Nm，空載起動(dòng)頻率1200Hz，空載運(yùn)行頻率 ≥15KＨz，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.9Kg,m=1.5Kg. （2）脈沖頻率f：，小于空載起動(dòng)頻率1200Hz，故電機(jī)可以在自起動(dòng)區(qū)域驅(qū)動(dòng)。 （3）輸入脈沖數(shù)N：選檔一次需要的轉(zhuǎn)動(dòng)角度量，則 4 校核計(jì)算 4.1 換檔軸的校核 4.1.1 按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算 換檔軸力學(xué)模型的建立：（螺桿驅(qū)動(dòng)螺母構(gòu)件移動(dòng)到最右端時(shí)的受力圖） 圖8換檔軸受力模型 (1) 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩T的計(jì)算 止推轉(zhuǎn)矩，其中＝20mm，＝11mm，f=0.15,F=400N 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩. ， 其中，n＝2，P＝2，＝d－0.5P，d=16mm, 則驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩； ，其中 ，（24為力Fa的作用點(diǎn)到換檔軸的距離/mm） （2）求支反力及畫彎矩圖 水平面內(nèi)支反力： 則：水平面彎矩 豎直面內(nèi)支反力： （3）則合成彎矩： 取 程序計(jì)算后證實(shí)軸的強(qiáng)度滿足要求。 4.1.2 安全系數(shù)法校核 由程序計(jì)算得＝8.64MPa; （1）判斷危險(xiǎn)截面：危險(xiǎn)截面的位置應(yīng)是彎矩和轉(zhuǎn)矩較大及應(yīng)力集中較嚴(yán)重處。根據(jù)軸的各個(gè)截面尺寸及考慮到應(yīng)力集中的影響，選取截面Ⅰ和截面Ⅱ作為危險(xiǎn)截面，進(jìn)行安全系數(shù)校核。因?yàn)榻孛姊袼苻D(zhuǎn)矩較大，且軸徑過渡，鍵槽端部而且還是齒輪與軸的過盈配合處。選取截面Ⅱ是因?yàn)榻孛娑纤軓澗刈畲?，且是螺紋處，應(yīng)力集中嚴(yán)重。 （2）Ⅰ截面處安全系數(shù)校核 抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 合成彎矩，轉(zhuǎn)矩 彎曲應(yīng)力幅（按對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力計(jì)算） 彎曲平均應(yīng)力 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力幅（按脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力計(jì)算） 扭轉(zhuǎn)平均切應(yīng)力 （a）軸肩圓角引起的有效應(yīng)力集中系數(shù)， 由，查機(jī)械設(shè)計(jì)附圖得 由，查機(jī)械設(shè)計(jì)附圖得尺寸系數(shù) 由軸表面 綜合影響系數(shù) （b）截面Ⅰ附近鍵槽引起的有效應(yīng)力集中系數(shù) 則綜合影響系數(shù)為 （c）截面Ⅰ右側(cè)由于和齒輪的配合H7/m6引起的有效應(yīng)力集中系數(shù) 綜合影響系數(shù) 取上面的中的較大值，故?。?.94。軸材料為40Cr,查表取彎曲等效系數(shù) 則只考慮彎矩作用的安全系數(shù)， 只考慮轉(zhuǎn)矩作用的安全系數(shù)， 計(jì)算安全系數(shù)為，， 取，顯然>,所以截面Ⅰ安全。 （3）截面Ⅱ安全系數(shù)校核 抗彎截面系數(shù) 合成彎矩，轉(zhuǎn)矩 彎曲應(yīng)力幅（按對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力計(jì)算） 彎曲平均應(yīng)力 由，查機(jī)械設(shè)計(jì)附圖得尺寸系數(shù) 由軸表面 螺紋傳動(dòng)查得其應(yīng)力集中系數(shù)為， 則綜合影響系數(shù)軸材料為40Cr,查表取彎曲等效系數(shù) 則彎矩作用的安全系數(shù)即計(jì)算安全系數(shù) 取，顯然>,所以截面Ⅱ也安全。 4.2 齒輪1和齒輪2的校核 4.2.1 接觸疲勞強(qiáng)度的校核 接觸應(yīng)力 其中，， 又，查表得，； 齒寬系數(shù)： 齒間載荷分配系數(shù)，由七級(jí)精度，表面淬火查表得 彈性系數(shù)，查表得； 端面重合度 接觸強(qiáng)度重合度系數(shù)；節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 許用接觸應(yīng)力 查表得，， 若，則接觸強(qiáng)度滿足。（此部分計(jì)算由程序完成） 4.2.2 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 彎曲應(yīng)力 其中 許用彎曲應(yīng)力， 查表得 根據(jù) 根據(jù) 若，則彎曲疲勞強(qiáng)度滿足。（此部分計(jì)算由程序完成） 4.3 懸臂軸1上的深溝球軸承61802壽命計(jì)算 由本部分第Ⅰ節(jié)，求得轉(zhuǎn)矩， 則齒輪1所受的圓周力，其中 則軸承所受的徑向力 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得，基本額定動(dòng)載荷 當(dāng)量動(dòng)載荷；查機(jī)械設(shè)計(jì)課本表得 則軸承的工作壽命，其中， 若，則壽命滿足使用要求 4.4 換檔軸兩端滑動(dòng)軸承的校核 由換檔軸的力學(xué)模型求得： ， 其中 求得左端軸承1的徑向載荷 4.4.1 驗(yàn)算軸承的平均壓強(qiáng)p 為保證潤滑油不被過大的壓力擠出，從而避免軸套產(chǎn)生過度的磨損，須滿足 其中F－軸承的徑向載荷，N；B－軸承的工作寬度,mm; d－軸徑直徑，；－軸瓦材料的許用壓強(qiáng)，MPa；＝27MPa 4.4.2 驗(yàn)算軸承的值 為了限制軸承的摩擦功耗與溫升，避免引起邊界油膜破裂而產(chǎn)生膠合，須滿足 ，查表得 4.4.3 驗(yàn)算滑動(dòng)速度 為了防止劇烈磨損，須滿足；其中－許用滑動(dòng)速度，； ；滑動(dòng)速度滿足要求 5 加工工藝及裝配工藝 5.1 選檔軸機(jī)械加工工藝的確定 將選檔軸上的設(shè)計(jì)尺寸標(biāo)注改為最終加工工序的工序尺寸標(biāo)注，即入體尺寸標(biāo)注： 圖9 零件設(shè)計(jì)尺寸轉(zhuǎn)為工序尺寸標(biāo)注 5.1.1毛坯的選擇 毛坯選擇為型材，毛坯圖為 圖10 選檔軸毛坯圖 5.1.2 選擇定位基準(zhǔn) 先選精基準(zhǔn)，后選粗基準(zhǔn)。 精基準(zhǔn)的選擇：此換檔軸的表面加工選用軸端的兩個(gè)頂尖孔作為精基準(zhǔn)。這樣遵循統(tǒng)一基準(zhǔn)的原則，可以用兩個(gè)頂尖孔定位加工選檔軸的所有外圓表面和端面，這樣可以保證各外圓表面的同軸度和端面對(duì)軸心線的垂直度。此外采用統(tǒng)一基準(zhǔn)還可以減少夾具種類，降低夾具設(shè)計(jì)制造費(fèi)用的作用。 粗基準(zhǔn)的選擇：根據(jù)粗基準(zhǔn)一般不得重復(fù)使用的原則，選擇φ14加工右端面的頂尖孔，選擇φ16外圓面加工左端面頂尖孔 5.1.3 加工工序的安排 機(jī)械加工工序的安排，依照下列幾個(gè)原則進(jìn)行： a：先加工定位基面，再加工其他表面。 b：先加工主要表面，后加工次要表面。 c：先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 d：先加工平面，后加工孔。 （1）分別以外圓面定位，加工出兩頂尖孔，即加工出精基準(zhǔn)。 （2）加工齒輪段外圓面及其端面 以兩頂尖孔定位，加工齒輪段外圓面及其端面，采用粗車－半精車的加工方案，使得外圓表面粗糙度達(dá)到，保證其端面和頂圓對(duì)軸線的圓跳動(dòng)要求 圖11 選檔軸加工齒輪段外圓面時(shí)的工序圖 （3）軸上齒的加工 滾齒，剃齒，齒面表面淬火，磨齒。磨齒安排再淬火后是因?yàn)榇慊鸷蠊ぜ?huì)有較大的變形產(chǎn)生，為了修正淬火處理產(chǎn)生的變形。 以兩頂尖孔定位加工，夾緊方式與1相同 （4）加工φ12外圓面及其鍵槽 加工φ12外圓面時(shí)兩頂尖孔定位，加工鍵槽時(shí)以左頂尖孔和φ12外圓面定位。 粗車，半精車外圓面，插鍵槽，磨外圓面以達(dá)到設(shè)計(jì)圖樣上的各項(xiàng)要求 其中插鍵槽的尺寸的確定，需用尺寸鏈進(jìn)行計(jì)算確定。 a：粗車，半精車外圓面至A1= b：插鍵槽至尺寸A c：磨外圓，同時(shí)保證尺寸 圖12 選檔軸上鍵槽加工的尺寸鏈圖 尺寸A的計(jì)算方法為： 關(guān)于尺寸A的尺寸鏈如圖12所示 在圖所示的尺寸鏈中尺寸為封閉環(huán)，尺寸為減環(huán)； 尺寸和A增環(huán)。 根據(jù)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課本上關(guān)于尺寸鏈計(jì)算的公式得： 所以工序尺寸 （5）加工出的軸環(huán)，分為粗車，半精車兩個(gè)階段 （6）粗車，半精車加工出軸的兩端端直徑為與滑動(dòng)軸承接觸的軸徑表面。然后車出的砂輪越程槽。接著用外圓磨床粗磨，精磨兩軸徑表面及軸環(huán)的端面。以兩頂尖孔定位。 （7）對(duì)軸的兩端面及齒輪端面進(jìn)行倒角。以兩頂尖孔定位。 5.2 總成裝配工藝過程 5.2.1 編排裝配順序的原則是： 先下后上，先內(nèi)后外，先難后易，先精密后一般。 5.2.2 總成裝配工藝系統(tǒng)圖見圖14 5.2.3 選檔軸總成裝配工藝系統(tǒng)圖見圖13 圖13 選檔軸總成裝配工藝系統(tǒng)圖 5.2.4 裝配后的調(diào)整 為了使得選換擋機(jī)構(gòu)正常選換檔，及使得傳感器正常工作；裝配后要求換檔螺母的中心線距離殼體內(nèi)壁的距離為31.5mm；要求換檔傳感器連接構(gòu)件距離換檔軸絲杠外端的距離為10mm；要求選檔傳感器連接構(gòu)件距離選檔絲杠外端的距離為5m；（以上距離在裝配圖中均有標(biāo)注） 圖14 AMT選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)裝配工藝系統(tǒng)圖 結(jié)論 為期三個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)很快就結(jié)束了，通過這緊張的三個(gè)月，我學(xué)習(xí)了很多，提高了很多。 第一：對(duì)AMT有了更為深刻的認(rèn)識(shí)。變速器是汽車上不可或缺的一個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)部件。它能夠?qū)崿F(xiàn)減速增矩，增大了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的范圍，進(jìn)而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)行使工況的適應(yīng)能力，從而提高汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)型。借助于變速器，汽車能夠?qū)崿F(xiàn)倒駛。借助于變速器的空擋，能夠在必要時(shí)切斷動(dòng)力傳遞，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。而AMT作為一個(gè)現(xiàn)代的高科技產(chǎn)品，在實(shí)現(xiàn)上述功能的同時(shí)，還能夠?yàn)轳{駛員提供方便的駕駛操縱，因?yàn)樗∪チ穗x合器和換檔桿。AMT集成了電子，機(jī)械，控制等學(xué)科的知識(shí)。通過精確的控制，能夠按最佳經(jīng)濟(jì)型換檔規(guī)律和最佳動(dòng)力性換檔規(guī)律進(jìn)行準(zhǔn)確的換檔。與市場(chǎng)上普及的AT相比，它沒有液力損失，從而傳動(dòng)效率更高。但是AMT為切斷動(dòng)力換檔，故不可避免的有換檔沖擊，但是如果對(duì)離合器的分離結(jié)合規(guī)律加以深刻的認(rèn)識(shí)和研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)離合器的精確控制的話，可以大大減小換檔沖擊。成本上來說AMT更具有競爭力。 AMT的發(fā)展前景：我國制造的各類車輛絕大多數(shù)采用傳統(tǒng)定軸機(jī)械式變速器，而自動(dòng)變速器在國內(nèi)有著廣泛的市場(chǎng)需求，AMT可以實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)車輛的自動(dòng)化改造，提高國產(chǎn)車的市場(chǎng)競爭力。AMT比較適合我國國情，八五期間，電控機(jī)械式自動(dòng)變速器被列為國家火炬預(yù)備計(jì)劃，九五期間，它的研究開發(fā)被列為國家九五科技攻關(guān)項(xiàng)目；去年，國家發(fā)改委把它列入汽車電子“十一五”產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目。 今后AMT產(chǎn)品的發(fā)展方向?yàn)椋海?）先進(jìn)的電子元器件將被越來越多的應(yīng)用倒自動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)中電動(dòng)執(zhí)行器將被越來越多的采用。（2）在控制方法和策略中，越來越多的應(yīng)用了模糊控制技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。（3）傳動(dòng)與發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合控制技術(shù)將是發(fā)展方向，實(shí)施動(dòng)力傳動(dòng)一體化可有效控制發(fā)動(dòng)機(jī)輸出力矩，并實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的無離合器換檔。（4）通過改進(jìn)軟件降低對(duì)電控系統(tǒng)硬件的需求，利用總線技術(shù)降低系統(tǒng)連線數(shù)目，從而提供系統(tǒng)可靠性、降低系統(tǒng)成本。 第二：整合了大學(xué)四年來學(xué)習(xí)的各科知識(shí)，并初步運(yùn)用于實(shí)踐。通過AMT選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)產(chǎn)品所需要的一些基本思想，即在保證產(chǎn)品使用性能的前提下，盡量使產(chǎn)品簡單化，零部件標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，容易制造，裝配，調(diào)整，維修方便。深刻的體會(huì)到一個(gè)好的設(shè)計(jì)師首先必須是一個(gè)好的工藝師，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)產(chǎn)品的同時(shí)要考慮到產(chǎn)品的加工方法的實(shí)現(xiàn)，和裝配方法的實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)的過程中，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)，機(jī)械制造有了更為深刻的感受。通過四張A0圖的繪制，系統(tǒng)掌握了工程制圖的相關(guān)知識(shí)，補(bǔ)充了極限與配合等的關(guān)于機(jī)械精度設(shè)計(jì)的知識(shí)，掌握了CAD制圖的基本技能。通過編程計(jì)算和校核，對(duì)C程序設(shè)計(jì)的內(nèi)容有了進(jìn)一步的實(shí)踐運(yùn)用，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到程序設(shè)計(jì)對(duì)于工程計(jì)算有著很大的作用。通過對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)的查閱等，掌握了關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法，初步認(rèn)識(shí)到機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)龐大而復(fù)雜的工程，需要工程技術(shù)人員的耐心和細(xì)心。通過選擇各個(gè)零件的材料，提高了對(duì)工程材料的掌握程度。通過力學(xué)模型的建立，復(fù)習(xí)了理論力學(xué)，材料力學(xué)等學(xué)科的知識(shí)，并且認(rèn)識(shí)到其重要性。 第三：提高了個(gè)人機(jī)械設(shè)計(jì)的能力。設(shè)計(jì)產(chǎn)品是一個(gè)綜合各個(gè)學(xué)科，發(fā)揮想象力的一個(gè)復(fù)雜的工程。通過設(shè)計(jì)，頭腦中的機(jī)械思維能力有了很大的提高。 第四：提高了專業(yè)英語的翻譯能力。通過五千多字的外文翻譯，初步認(rèn)識(shí)到英語知識(shí)的重要性，初步掌握了翻譯汽車方面外文的專業(yè)術(shù)語。是對(duì)英語能力和專業(yè)能力的一次提高。 致謝 在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中陳偉老師給予了最大的幫助，在此表示真誠的感謝。為期三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，陳老師耐心細(xì)致的講解，給了我很大的幫助，特別是關(guān)于一些機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，機(jī)械設(shè)計(jì)簡單化，實(shí)用化的思想，使我在以后的工作學(xué)習(xí)中將不斷的深化和運(yùn)用。 同時(shí)感謝汽車工程系給予的幫助。汽車系的老師們給予安排此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，使我對(duì)四年的知識(shí)有了一個(gè)系統(tǒng)化的過程，是對(duì)以后學(xué)習(xí)和工作的一個(gè)很好的銜接過渡階段。 此外，還要感謝我的同學(xué)及室友給我的支持和鼓勵(lì)。設(shè)計(jì)期間是他們給我了設(shè)計(jì)的環(huán)境和精神上的支持。 此次設(shè)計(jì)時(shí)間有限，個(gè)人能力有限，不免有疏漏之處，請(qǐng)各位老師和朋友給予批評(píng)指正，我將十分感激。 參考文獻(xiàn) 1 譚慶昌，趙洪志主編. 機(jī)械設(shè)計(jì). 北京：高等教育出版社，2004.7 2 于駿一，鄒青主編. 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.1 3 候洪生主編. 機(jī)械工程圖學(xué). 北京：科學(xué)出版社，2001 4 秦榮榮，崔可維主編. 機(jī)械原理. 長春：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，2000.5 5 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