重型車AMT液壓驅動系統(tǒng)設計【法士特12JS200TA變速器】,法士特12JS200TA變速器,重型車AMT液壓驅動系統(tǒng)設計【法士特12JS200TA變速器】,重型車,amt,液壓,驅動,系統(tǒng),設計,法士特,12,十二,js200ta,變速器 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 摘 要 AMT是一種經濟型的自動變速器，在重型載貨車上具有廣闊的應用空間。目前，中國重型車輛裝用的都是手動機械式變速器，并且形成了相當規(guī)模的生產能力。與AT相比，AMT更適合中國汽車工業(yè)的現(xiàn)實，國內重型車采用AMT自動變速技術既可以保留原有的手動變速器生產線，又可大大節(jié)省用于重建專業(yè)生產線及設備的投資，具有重要的現(xiàn)實意義。 在電控機械式自動變速器設計開發(fā)中，離合器和選換檔執(zhí)行機構的設計及優(yōu)化是AMT設計的重點和難點之一，其性能直接影響AMT系統(tǒng)的性能，本文以法士特12JS200TA變速器為基礎，進行AMT系統(tǒng)液壓驅動執(zhí)行機構的設計。 本文的主要工作內容如下: 1.分析了國內外重型車自動變速技術的發(fā)展，對重型車AMT的關鍵技術問題及操縱系統(tǒng)結構進行了闡述。 2.分析了AMT液壓驅動系統(tǒng)的設計要求及結構，并針對法士特12JS200TA 12擋帶同步器的手動變速器，在原有離合器和變速器操縱機構的基礎上設計了新型的液壓驅動自動操縱機構。 3.進行了AMT液壓驅動機構的元件計算、選型及系統(tǒng)仿真、分析。對液壓回路重要元件進行了選型并對動態(tài)響應速度進行了動態(tài)分析。 關鍵詞：AMT；液壓驅動；換擋執(zhí)行機構；離合器執(zhí)行機構；節(jié)氣門執(zhí)行器 ABSTRACT AMT is an economical automatic transmission; therefore it has extensive，application space in the heavy truck. Currently, heavy vehicles are all equipped with manual transmission, and forms production capacity on a quite scale. AMT is more suitable for automotive industry reality in china than AT. The development and production of AMT may retain previous product line of manual transmission and greatly save the investment for reconstruction of professional production line and equipment, so it has important reality meaning. During the design and development of AMT, design and optimization of selection-shift actuator is one of key and special difficulties for AMT design. The performance will have direct effect on the whole performance of AMT system. In this paper, Taking focus on a manual transmission of heavy truck, combing with science and technology research plan of Chongqing, shift actuator with hydraulic drive for AMT system is developed and designed and its performance is researched. In this paper, the main contents are showed as follows: 1.The development of automatic transmission technique for heavy truck both home and abroad is introduced. The key technique of automatic transmission for heavy truck and operation system configuration are illustrated. 2. Analysis of the AMT hydraulic drive system and structural design requirements, and file for Fast 12JS200TA 12 manual transmission with a synchronizer, the original clutch and transmission control mechanism based on the design of a new type of hydraulic-driven auto-control mechanism. 3. For the AMT calculation of the hydraulic drive mechanism of the components, selection and system simulation and analysis. Important components of the hydraulic circuit and the dynamic response of the selection of the dynamic analysis. Keywords: Atotomatic manual transmission（AMT）；Hydraulic drive；Shift executing agency；Clutch executing agency；Air damper actuator I 目 錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 AMT發(fā)展及研究現(xiàn)狀 1 1.1.1 AMT技術國外研究 1 1.2 AMT自動變速系統(tǒng)的關鍵技術 3 1.3 AMT系統(tǒng)執(zhí)行機構 5 1.3.1 AMT的系統(tǒng)機構 5 1.3.2 AMT的液壓驅動操縱機構 5 1.4 主要研究內容 6 1.4.1研究意義 6 1.4.2 研究的主要工作 7 第2章 液壓驅動系統(tǒng)設計 8 2.1 擬訂液壓驅動系統(tǒng)圖 8 2.1.1 制訂液壓回路方案 8 2.1.2 液壓系統(tǒng)的組合設計 8 2.2 液壓元件的選取 9 2.2.1 液壓泵選型 9 2.2.2 電機選型 10 2.2.3輔助元件的選擇 10 2.3 液壓回路動態(tài)分析 11 2.3.1 液壓油粘度 11 2.4 液壓系統(tǒng)的影響 12 2.5 本章小結 12 第3章 離合器執(zhí)行機構設計 13 3.1 離合器執(zhí)行機構設計 13 3.2 液壓缸的設計 13 3.2.1 液壓缸桿的設計 14 3.2.2 活塞桿的強度計算 15 3.2.3 缸壁的計算與選取 15 3.2.4 電機選型 15 3.3 機構工作原理 16 3.4 離合器執(zhí)行機構仿真分析 16 3.5本章小結 17 第4章 換擋執(zhí)行機構設計 18 4.1換擋執(zhí)行機構設計要求 18 4.2 液壓缸設計 19 4.2.1液壓缸活塞桿的設計 20 4.2.2缸壁厚度設計 20 4.2.3活塞桿強度校核 21 4.2.4舉例說明 21 4.3機構工作原理 22 4.4 本章小結 23 第5章 節(jié)氣門執(zhí)行器設計 24 5.1 概述 24 5.1.1發(fā)展的制約因素 24 5.2 電液式節(jié)氣門執(zhí)行器的組成結構 27 5.2.1液壓缸設計 27 5.2.2液壓缸桿的設計 28 5.2.3活塞桿的強度計算 28 5.2.4缸壁的計算與選取 29 5.3本章小結 29 結論 30 參考文獻 31 致謝 32 附錄 33 第1章 緒 論 1.1 AMT發(fā)展及研究現(xiàn)狀 1.1.1 AMT技術國外研究 電控機械式自動變速器(AMT)是在原來干式離合器和定軸齒輪式有級機械變速器所組成的手動變速系統(tǒng)基礎上采用電子控制和液壓(電動、氣動)操縱裝置組成的系統(tǒng)。與液力機械自動變速器AT (AutomaticTransmission)相比，AMT具有如下一些特點：傳動效率髙，燃油經濟性好；結構簡單，成本相對低廉，適合各種車型。綜合比較，可以看到：AMT具有較高的性能價格比，代表了重型車自動變速技術新的發(fā)展方向，國外各大重型車廠商均把AMT技術列為研究的重點。 微機控制技術的飛速發(fā)展，成為傳統(tǒng)的手動變速器獲得新生的重要基礎?？v觀AMT的發(fā)展歷程，可分為三個階段：半自動階段、全自動階段及智能階段。西歐、美國在這一領域占有主導地位。 AMT發(fā)展的第一個階段是半自動階段(SAMT),這一階段主要是半自動變速器的發(fā)展和成熟階段。標志性的是瑞典Scannia公司的CAG系統(tǒng)和德國DaimlerBenz公司的EPS系統(tǒng)，以及美國Eaton公司開發(fā)的SAMT系統(tǒng)。 第二階段是全自動階段。主要有五十鈴公司于1984年首先投放市場NAVI-5,同時期出現(xiàn)的還有日本Nissan、Hino、美國的Ford、Eaton、意大利的FIAT、法國的 Renault 等。 第三階段是智能化階段（IAMT)。模糊推理、神經網絡方法及GPS等新技術新方法引入到AMT的檔位決策和控制中，極大地提高了 AMT的智能化水平。 重型車通常指裝載質量在8t以上(含8t)的各類汽車，其具有總質量大、品種多、使用工況復雜等特點。對于重型車變速器來說，要求具有足夠大的速比范圍，足夠多的檔位數(shù)。目前各種重型汽車機械變速器的檔位數(shù)一般為5?18檔，而且越來越多地釆用帶副變速器的多檔位變速器。 基于重型車變速器的結構特點，致使變速器負載大，選換檔操縱沉重，使駕駛員勞動強度大，容易疲勞，在行駛過程中帶來了不安全因素。自動變速技術的運用可保證發(fā)動機穩(wěn)定地在高扭矩的經濟轉速下工作，換檔操作容易，大大減輕了駕駛員的勞動強度，使駕駛變得更加輕便，而且使汽車零部件壽命延長，車輛使用率提高，動力性、經濟性均較好。 根據統(tǒng)計調查顯示重型車輛配置自動變速器的比例逐年增長，如美國的肯沃思公司和弗萊特林那公司生產的重型牽引車中釆用自動變速器的比例已達到15%以上。世界上主要生產自動變速箱的廠家在歐美，美國艾里遜和德國ZF兩家的市場占有率達95%以上。 綜合比較，AMT技術正在成為重型車輛自動變速發(fā)展的重要方向，其裝車率呈逐年上升趨勢，用戶的認同度也在不斷上升，同時復雜工況下工作的車輛的換擋品質和起步性能也在不斷得到提高。從20世紀90年代開始，美國、德國生產的重型車開始采用AMT自動變速器。 瑞典沃爾沃公司、美國伊頓公司、日本鈴木公司、德國奔馳公司等著名重型車輛生產商均生產了 AMT載重汽車，形成了自己的產品系列。目前各大公司正著手AMT的智能化研究以進一步提高AMT自動變速技術。 據歐洲用戶統(tǒng)計，使用AS-Tronic平均節(jié)約燃油3%,對駕駛員技術要求低，同時延長了傳動系統(tǒng)部件的壽命。該變速器主要由六部分組成：12速或16速機械變速器、氣動換檔操縱機構、氣動離合器操縱缸、檔位選擇器、顯示器和電控單元。離合器操縱安裝在變速器殼體上，以機械形式與離合器連接，氣動執(zhí)行器活塞推動離合器結合或分離，并由電子裝置控制。行程傳感器檢測離合器位置并向電控系統(tǒng)傳遞信號。氣動換檔操縱機構以很小的體積安裝在變速器殼體上部，包括氣動換檔to、電控氣壓閥、傳感器、限壓閥等，集成控制變速器所有功能。傳感器檢測檔位，變速器輸入、輸出軸轉速與油溫等參數(shù)。變速器電子控制單元與電控柴油機的電控單元通訊，完成發(fā)動機與離合器的協(xié)同動作，實現(xiàn)換檔的舒適性和換檔的高速度，具有手動和自動兩種操縱模式。 德國ZF公司在2004年推出了兩款新型自動變速器，As-Tronic系列中的mid和lite產品。其中As-Tronic mid的技術是基于重型汽車用帶有段位和插檔式副箱三級12速主變速器的結構原理,專為中重型貨車或者長途運輸車而設計。As-Troniclite用于最大扭矩500~1050NM的輕型貨車。該自動變速器的技術基礎是6S850手動換檔變速器。它同mid的根本區(qū)別是，它不是氣動操縱而是電液操縱。首先是在尺寸上，液壓控制的尺寸更加緊湊，因此它易于裝在一個結構空間有限的變速器之中，其次，液壓操縱不受制于壓縮空氣，因為并不是所有的輕型載貨車都裝備壓縮空氣供氣系統(tǒng)。 1.1.2 AMT技術國內研究 我國在AMT研究工作方面起步較晚，始于上世紀八十年代中期。已開展這方面研究工作的主要有吉林大學、北京理工大學、上海交通大學、重慶大學、哈爾濱埃姆特汽車電子有限公司以及煙臺欣源蔑有限公司等等，取得的研究成果多是把AMT換檔技術應用在轎車上。 國內重型車輛裝用的都是手動機械式變速器，自動變速傳動系統(tǒng)的幵發(fā)生產尚處于起步階段。綜合評估AT和AMT這兩種自動變速技術，在結構上,顯然AMT的結構比AT更簡單，其制造技術要求也低得多；在經濟性上，建一條AMT生產線所需資金是建一條液力自動變速器生產線1 / 25左右，顯然AMT具有更高的性價比。 目前，國內大型汽車企業(yè)及各高校都在開展重型車自動變速技術的研究工作。2004年8月配備自動變速器的重慶紅巖“新大康”閃亮登場，這意味著：重型汽車變速器產品升級換代的髙科技化趨勢已明顯，自動變速器產業(yè)化的進程已加快。北京理工大學適用于大功率柴油機為動力的重型車輛的電控機械式自動變速器技術已經形成了自己的特點。吉林省汽車產業(yè)2005-2010年發(fā)展規(guī)劃中已將AMT產品列為重點研發(fā)項目。2006年北京齒輪總廠自行研制幵發(fā)成功具有獨立知識產權的電控機械式自動變速器（AMT)。其具有手動換檔與自動換檔互換的優(yōu)點，可應用于卡車、公交車、大客車和其他車輛。目前裝配中青旅公司進行車輛試驗，己完成2萬公里的路試。 盡管國內在AMT研究方面投入了很多力量，也取得了不少成果，但到目前為止還沒有真正實現(xiàn)AMT技術的商品化。AMT的產業(yè)化進程并不順利，仍存在一些關鍵技術問題需要解決，尤其是系統(tǒng)的性能穩(wěn)定性和可靠性，一直是困擾AMT產業(yè)化的核心問題。 1.2 AMT自動變速系統(tǒng)的關鍵技術 與液力機械自動變速和無級自動變速相比，AMT控制參數(shù)多，系統(tǒng)控制難度大，其關鍵技術有以下幾個方面： ⒈離合器控制 AMT技術的核心問題之一就是離合器的最佳控制，它是保證汽車起步、換檔過程的品質，減少傳動系統(tǒng)零部件的沖擊，提高使用壽命和駕駛舒適性的關鍵。在結構上，AMT離合器操縱機構由于取消了離合器踏板，只能通過加速踏板反映駕駛員意圖。離合器起步和換檔過程中要保證其迅速分離、平穩(wěn)接合。起步工況變化多樣，受載荷、坡道、路面等因素的影響。分離、接合過程中需要與發(fā)動機油門幵度協(xié)調配合，同時離合器模型本身存在著非線性、時變、滯后等問題，離合器起步控制問題成為AMT技術的關鍵換擋過程中，離合器要自動分離和接合，最主要的還是接合速度控制問題。接合過快會造成嚴重沖擊，影響乘坐舒適性和傳動系壽命，甚至造成發(fā)動機熄火；接合過慢，導致離合器滑磨時間過長，溫度急劇上升，會加速摩擦副的磨損，也影響車輛的動力性，所有這些都使離合器控制問題復雜化。 ⒉換檔策略 AMT系統(tǒng)在換檔過程中，是由換檔執(zhí)行機構按預先制定的換檔控制策略，在電控單元的控制下實現(xiàn)檔位的自動變換的。換檔策略一般是指動力性和經濟性換檔規(guī)律，其優(yōu)劣是衡量車輛在釆用自動變速技術后能否充分發(fā)揮其動力性、經濟性及可駕駛性的關鍵。換檔規(guī)律應該是單值，即對輸入變量的每一組合，僅存在唯一的輸出狀態(tài)。制定換檔策略要綜合考慮各種因素，諸如道路環(huán)境、駕駛員、車輛的運行狀況等，力求設計出能夠盡量滿足不同的工作狀態(tài)需要，各方面綜合最優(yōu)的換檔策略，以提高車輛的動力性和燃油經濟性。 ⒊發(fā)動機轉速控制 在換檔過程中，離合器切斷動力再次接合時必然會產生沖擊，因此必須對發(fā)動機轉速進行自動控制。在起步過程中，為了使車輛具有良好的起步品質，就要減少車輛的沖擊和離合器的磨損，所以必須通過對離合器結合速度及發(fā)動機轉速的控制，保證在沖擊和離合器磨損最小的情況下，迅速平穩(wěn)地完成起步過程。所以發(fā)動機的轉速控制是提高電控機械自動變速換檔品質，改善車輛起步及行駛平穩(wěn)性和延長離合器使用壽命的關鍵。 ⒋執(zhí)行機構設計與優(yōu)化 AMT自動操縱動作是靠執(zhí)行機構來完成的。執(zhí)行機構包括選換檔執(zhí)行機構、離合器分離結合執(zhí)行機構，主要有電控液動（氣動）和電控電動兩種型式。執(zhí)行機構性能直接影響系統(tǒng)的性能，必須保證響應速度快，工作穩(wěn)定可靠?？梢哉f，其動態(tài)特性的好壞直接影響起步、換檔品質及整個系統(tǒng)的可靠性。在經濟成本上，應充分利用重型車輛帶有的液壓和氣動裝置，最大程度地節(jié)約開發(fā)成本。所以根據系統(tǒng)的工作特點和使用要求，對執(zhí)行機構的結構參數(shù)進行設計及優(yōu)化是AMT技術走向產品化過程中的一個重要環(huán)節(jié)。 ⒌電控單元開發(fā) 電控單元是AMT控制系統(tǒng)的核心，包括發(fā)動機控制單元、離合器控制單元、變速器控制單元。由于汽車工作環(huán)境的多樣性，必須保證電控單元能在各種復雜環(huán)境條件下可靠工作。這就對電控單元的設計提出了非常嚴格的要求。除考慮速度、精度、功能等控制性能外，還應著重考慮抗干擾、耐振動及溫度適應范圍等問題。電控單元的可靠性問題是AMT走向商品化的重要前提條件。目前重型車已部分采用電控發(fā)動機，AMT系統(tǒng)發(fā)動機的控制可釆用CAN總線與電控單元(ECU)通訊的方式，但電控發(fā)動機多為國外產品，其通訊協(xié)議不幵放，可以采用添加油門控制裝置實現(xiàn)發(fā)動機的目標控制。 1.3 AMT系統(tǒng)執(zhí)行機構 1.3.1 AMT的系統(tǒng)機構 AMT系統(tǒng)主要由四大部分組成：被控制系統(tǒng)、電子控制單元（ECU）、傳感器、執(zhí)行機構。根據電控機械自動變速系統(tǒng)選換擋和離合器的操縱方式不同可分為液壓驅動式、氣壓驅動式和電機驅動式3種。液壓驅動式電控機械自動變速器系統(tǒng)中選換擋和離合器的操縱靠油壓來實現(xiàn)，離合器和換擋執(zhí)行機構為高速開關電磁閥控制的液壓缸。液壓驅動式AMT系統(tǒng)具有容量大、操作簡便、易于實現(xiàn)安全保護、有一定的吸收振動與吸收沖擊的能力以及便于空間布置等優(yōu)點，現(xiàn)已被廣泛采用。 1.3.2 AMT的液壓驅動操縱機構 AMT的液壓驅動操縱機構主要包括離合器操縱機構、選換檔機構、發(fā)動機油門控制裝置及各類速度、位置、壓力傳感器等。 1)離合器執(zhí)行機構 對于離合器的自動操縱，其執(zhí)行機構要保證離合器的快速分離與緩慢結合，另外對響應速度，控制精度的要求也很高。目前，離合器執(zhí)行機構主要有兩種形式：髙速幵關電磁閥控制液壓紅結構和直流電機驅動離合器結構。為保證系統(tǒng)工作可靠且成本低廉，離合器控制油路一般采用性能可靠且經濟實用的數(shù)字控制髙速開關電磁閥進行控制。離合器接合速度的控制，可通過對不同的閥的開啟組合和對每個閥的開啟均釆用數(shù)字脈寬調制（PWM)的流量控制方法來實現(xiàn)。 2)選換檔執(zhí)行機構 變速器執(zhí)行機構有平行式和正交式兩種，后者又稱為X-Y型布置方式，即選檔液壓缸和換檔液壓紅正交布置。主要由選檔作動器和換檔作動器以及2個分別控制選檔和換檔的三位四通電磁閥組成，也可以采用4個二位三通闊進行控制。當釆用三位四通電磁闊時，其滑闊機構具有如下功能：當闊芯處于左或右位置（即左或右電磁鐵通電）時，能使液壓缸的左、右腔油液換向流動，而當闊芯處于中間位置（左右2個電磁鐵均斷電）時，能使主油道與油缸兩腔接通，以確保變速器在2個電磁鐵均斷電時保持處于空檔位置。選檔和換檔作動器具有相同的結構和工作原理，一般都是采用三位置油缸。 3) 發(fā)動機油門控制機構 發(fā)動機油門控制機構有2種方式：電液驅動式和電機驅動式。 對于釆用電控柴油發(fā)動機的重型車，AMT可與發(fā)動機電控單元共享資源，釆用CAN總線通訊的方式使其在起步與換檔時，按要求加油或收油，并使發(fā)動機點火延遲以提高換檔品質與降低污染。 4)傳感器與開關 AMT的傳感器包括速度傳感器（發(fā)動機轉速傳感器，輸入軸轉速傳感器，車速傳感器）、油門位置傳感器、檔位傳感器等。 A. 加速踏板傳感器與開關。這是一個與加速踏板軸相連的電阻式角位移傳感器，用來反映各種踏板位置，且有2個開關，它們分別反映加速踏板的極限位置：怠速狀態(tài)和全幵狀態(tài)。駕駛員的操縱意圖可通過加速踏板傳感器信號反映。 B. 油門傳感器與開關。油門傳感器與開關的關系和加速踏板傳感器與開關的關系完全相同，并一一對應。油門電位計式角位移傳感器反映了發(fā)動機的負荷狀況，并將油門實際開度信號反饋給電控單元。 C. 轉速傳感器。轉速傳感器通常釆用磁電式或霍爾轉速傳感器，相應軸的轉速由檢測頭測得脈沖頻率，經整形電路得到等脈寬方波后，輸入電控單元。通常需要檢測3個轉速參數(shù)，發(fā)動機轉速、變速器中間軸轉速和變速器輸出軸轉速。 D. 離合器行程傳感器。離合器行程傳感器是安裝在發(fā)動機飛輪殼上以分離杠桿比反映離合器的行程。 E. 檔位傳感器。選檔和換檔執(zhí)行油缸分別裝有微動行程開關，它把2個作動器的工作位置信號送給微處理機，反映變速器選檔與換檔動作的完成情況和工作狀態(tài)。 F. 液壓油壓力傳感器。液壓油壓力傳感器安裝在液壓油路的主油道上，以反映液壓源的壓力情況，油壓低于所要求的值時，微處理機發(fā)出信號。 1.4 主要研究內容 1.4.1研究意義 AMT是一項經濟實用的成熟技術，是中國重型車自動變速技術的必然選擇。具體來說，具有下面幾種優(yōu)勢： 1) 發(fā)展趨勢表明，AMT的裝車率在逐年上升，客戶的認同度在不斷增高，歐美各國都把AMT技術的研究放在了重要位置； 2) 國內變速器生產技術力量雄厚，建立了多種手動變速器生產線，已形了相當規(guī)模的生產能力，為國內重型車AMT的發(fā)展提供了物質基礎。在此基礎上裝備AMT非常符合中國的實際情況； 3) 國外AMT產品己經產業(yè)化、商品化，國內對于AMT應用在轎車上的技術研究也相對成熟，這為國內開發(fā)重型車輛AMT系統(tǒng)提供了成熟的范例； 4) 雖然AT技術已很成熟，并受到了廣泛的歡迎，但在產品易變型、多品種、批量小及汽車工業(yè)整體技術水平尚不高的情況下，使得AT的適用范圍受到了局限。因此AMT成為優(yōu)先考慮的重型車實用自動變速技術。 在對重型車AMT研究和開發(fā)的過程中，換擋執(zhí)行機構的研究與開發(fā)一直是AMT設計的重點和難點之一。對執(zhí)行機構的參數(shù)進行優(yōu)化設計，以使AMT機構實現(xiàn)良好的移植性是AMT產品化過程中的一個關鍵技術環(huán)節(jié)。該技術環(huán)節(jié)對發(fā)展國內重型車自動變速技術及推動國內重型車AMT產業(yè)化進程十分重要。 1.4.2 研究的主要工作 進行液壓驅動系統(tǒng)的方案確定、離合器執(zhí)行機構設計、換擋執(zhí)行機構設計、節(jié)氣門執(zhí)行器設計及液壓元件的選取。 1、帶傳動所需夾緊力的計算； 2、液壓元件的選用； 3、執(zhí)行元件的設計； 4、調壓閥的設計； 第2章 液壓驅動系統(tǒng)設計 2.1 擬訂液壓驅動系統(tǒng)圖 液壓系統(tǒng)圖從右路原理上具體體現(xiàn)了設計任務書的各項要求，因此液壓系統(tǒng)圖的擬訂是整個液壓系統(tǒng)設計中最重要的一環(huán)。在擬訂液壓系統(tǒng)圖的過程中，首先通過分析對比制訂出各種適合的液壓回路方案，然后將這些回路組合成完整的液壓系統(tǒng)。 2.1.1 制訂液壓回路方案 構成液壓系統(tǒng)的回路有主回路和輔助回路兩大類，每一類中按照具體功能還可進一步詳細分類，這些回路的具體結構形式可參閱相關手冊。通常根據系統(tǒng)的級數(shù)要求及工況圖，參考這些現(xiàn)有成熟的各種回路及同類主機的先進回路加以選擇和制訂。 在液壓執(zhí)行元件確定之后，其運動方向和運動速度的控制是擬訂液壓系統(tǒng)的核心問題。方向控制一般用換向閥或插裝閥來實現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多采用換向閥實現(xiàn)所要求的各動作。 液壓系統(tǒng)的右路循環(huán)方式有開式和閉式兩種，在此設計中，采用開式系統(tǒng)循環(huán)，其特征是液壓泵從郵箱西游，壓力油經系統(tǒng)釋放能量后，再排回油箱，結構簡單，而且造價低，一臺泵可向多個執(zhí)行元件供油。 液壓系統(tǒng)的工作介質完全由液壓源提供，液壓源的核心是液壓泵，液壓源型式與調速方案有關，當采用節(jié)流調速時，只能采用定量泵做動力源；當采用容積調速時，可采用定量泵或變量泵做動力源；動力源中泵的數(shù)量視執(zhí)行元件的工況圖而定，要考慮到系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定性、流量的均勻性、系統(tǒng)工作的可靠性、傳動介質的溫升、污染度及系統(tǒng)效率、可能的干擾等。 液壓系統(tǒng)的工作壓力必須與所承受的負載相適應，對于定量泵供油的節(jié)流調速系統(tǒng)，系統(tǒng)壓力采用溢流閥進行恒壓控制。如果各回路壓力要求不同，則可采用減壓閥來控制。對于調壓回路，壓力控制閥的調整壓力應根據負載大小來調整，一般比最大負載壓力高10%~20%即可，以避免過多的能量損失。對于采用減壓閥的減壓夾緊回路，可在減壓閥出口串接單向閥，以使高壓主油路的壓力因快速動作而低于減壓閥設定壓力時，起到短時保壓作用，使夾緊力在短時間內保持不變。 2.1.2 液壓系統(tǒng)的組合設計 在確定了滿足系統(tǒng)要求的主液壓回路和必要的輔助回路方案之后，即可將它們組合成一個完整的液壓系統(tǒng)并繪制出其原理圖，組合與繪制液壓系統(tǒng)圖時應注意下列事項： 力求系統(tǒng)簡單可靠，應避免和消除多余液壓元件和回路； 從實際出發(fā)，盡量采用具有互換性的標準液壓元件； 管路盡量要短，使系統(tǒng)發(fā)熱少、效率高； 保證工作循環(huán)中的每一個動作均安全可靠，且相互間無干擾； 組合而成的液壓系統(tǒng)應經濟合理，不可盲目追求先進，脫離實際； 先按所選定的方案繪制出液壓系統(tǒng)原理圖，待系統(tǒng)最終去確定后再按標準繪制出正式的液壓系統(tǒng)原理圖。 2.2 液壓元件的選取 液壓系統(tǒng)的組成元件包括標準元件和專用元件。在滿足系統(tǒng)性能要求的前提下，應盡量選用現(xiàn)有的標準液壓元件，不得已時菜自行設計液壓元件。選擇液壓元件時一般應考慮一下問題： 應用方面的問題，如主機的類型、原動機的特性、環(huán)境情況、安裝型式及外形連接尺寸、貨源情況及維修要求等。 系統(tǒng)要求，如壓力和流量的大小、工作介質的種類、循環(huán)周期、操作控制方式、沖擊振動情況等。 經濟性問題，如使用量，購置及更換成本，貨源情況及產品質量和信譽等。 應盡量采用標準化、通用化及貨源條件較好的元件，以縮短制造周期，便于互換和維護。 液壓元件產品及其技術規(guī)格等，可從設計手冊或生產廠的產品樣本中查取。 2.2.1 液壓泵選型 液壓泵最高壓力可由下式計算： 式中： P——執(zhí)行元件的工作壓力； ——執(zhí)行元件進油路中的總壓力損失，可估取為0.4Mpa。 根據前面表中的計算結果，并取系統(tǒng)泄漏修正因數(shù)k=1.1，快進過程中液壓泵所需流量： 同步過稱液壓泵所需流量： 根據所計算得到的液壓泵壓力和流量值，查液壓元件手冊，選取齒輪泵CBK1。排量設定為0.75ml/r，容積效率為0.9，總效率為0.75，額定工作壓力為16MPa，最髙工作壓力為21MPa，最高轉速為3000r/min。 2.2.2 電機選型 小型異步電動機可分為：基本系列、派生系列和專用系列。 基本系列----使用范圍廣、生產量大，是一種通用電機，如Y系列(IP44)小型三相異步電動機。 派生系列----按照不同的使用要求，在基本系列的基礎上做了部分改動，另部件與基本系列有較高的通用性和一定程度的統(tǒng)一性。派生系列有電氣派生(如高效電機，YX系列)、結構派生(如繞線轉子電動機YR系列)、特殊環(huán)境派生(隔爆型電動機，YB系列)等幾種。 專用系列-----與一般用途不同，具有特殊使用要求和特殊防護條件系列，如YZ、YZR冶金及起重用異步電動機。 驅動液壓泵所需的電動機功率可按下式確定： （2.1） 式中： -------------------泵的最大工作壓力； -------------------泵的額定流量； --------------------泵得效率； 經計算得電機功率：，選用功率為120W，轉速為900r/min的永磁直流電機，型號為90ZY74，最高轉速2400r/min，電壓24V。 2.2.3 輔助元件的選擇 據液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過系統(tǒng)以及輔助元件的實際流量，可以選定閥類元件 及輔助元件的型號及規(guī)格。參考標準見表2.1： 表2.1 液壓回路闊類元件及輔助元件型號規(guī)格一覽表 序號 元件名稱 估計通過流量 (L/min) 型號 規(guī)格 1 過濾器 3 WU-J6X80 10 (L/min) 2 油箱 一 開式油箱 2L 3 單向閥 3 DT8PI 21MPa.通徑 10mm 4 蓄能器 — ABZ10-L0.75A 0.75L, 2lMPa, 2.6Kg 5 溢流閥 3 YF3-10L 0.5~6,3MPa,通徑 10mm 6 電液先導減壓閥 3 BT-03-32 調壓范圍0.5?25MPa 7 二位二通電磁換向閥 3 DHF06-224 6 (L/min),通徑 6mm 8 三位四通電磁閥 4 34WE5P 8 (L/min), 1.4kg 9 二位三通電磁換向閥 4 LSV2-08-3 15 (L/min), 1.4kg 2.3 液壓回路動態(tài)分析 由于所設計的AMT車輛離合器及換檔執(zhí)行機構是釆用液壓操縱方式，所以液壓回路的動態(tài)響應是影響換檔品質的重要因素。下面將結合對液壓油粘度的特性進行分析，找到提高液壓系統(tǒng)動態(tài)響應的途徑。 2.3.1 液壓油粘度 AMT用液壓油粘度隨溫度變化較大，特別是夏季和冬季尤其明顯。粘度的變化，直接影響到換檔執(zhí)行機構的響應速度。液壓回路中的沿程阻力和局部阻力在總的壓力損失中所占的比例隨粘度的不同也有明顯的變化。粘度較小時，局部阻力所占比例較大，粘度較大時，沿程阻力所占比例較大。所以應根據不同的環(huán)境溫度變化，找到不同的措施來降低油液壓的阻力。 ①增加閥的通流面積。在油液粘度較小時，可以有效地提高執(zhí)行機構的速度，但隨著粘度的增大，效果將變得不顯著。這是因為沿程阻力的增大，導致了執(zhí)行速度的降低。 ②加大管路內徑。隨油液粘度變大，對提高執(zhí)行機構執(zhí)行速度的效果也更明顯，但管路內徑過大，也會對提高執(zhí)行速度造成不利影響。 ③增大系統(tǒng)工作壓力。無論油液粘度如何變化，均有明顯提高執(zhí)行速度的效果。換檔力與系統(tǒng)壓力成正比。系統(tǒng)壓力越大，液壓執(zhí)行機構的響應速度越快，同步器同步的時間越短。因此可以增大系統(tǒng)的工作壓力來減小液壓執(zhí)行機構的響應時間及同步器的同步時間。 2.4 液壓系統(tǒng)的影響 液壓系統(tǒng)在AMT中的作用是向執(zhí)行機構提供動力。它包括電機、泵、蓄能器、單向闊、減壓闊、方向閥等，以及油管、液壓油、油箱等。液壓系統(tǒng)在AMT體系中對換檔品質的影響除了正確提供執(zhí)行機構所需動力外，還要保證換檔的平順性和不產生額外的換檔噪音。依據實際情況，AMT液壓系統(tǒng)對換檔品質的主要影響：一是工作過程中出現(xiàn)液壓錄的頻繁啟停，其噪聲讓人有不舒服的感覺；二是在溫度變化時，AMT的換檔品質受液壓油粘溫特性的影響較大。 2.5 本章小結 本章詳細介紹了AMT液壓驅動系統(tǒng)的結構組成，選取了合理的液壓元件，并擬定了液壓驅動系統(tǒng)圖，對液壓回路作了初步的動態(tài)分析。 第3章 離合器執(zhí)行機構設計 在現(xiàn)有電控機械式自動變速技術中，離合器分離接合采用電控液壓式、電控氣動式和電控電動式三種驅動方式。其中電控液壓式驅動裝置具有容量大、響應快、便于空間布置、控制性能好等優(yōu)點，其特征是由單獨的液壓動力源裝置提供壓力油，釆用一個電磁換向闊控制進入離合器工作缸的壓力油實現(xiàn)離合器的分離動作，釆用兩至三個髙速開關電磁闊控制排出離合器工作缸的壓力油，實現(xiàn)離合器接合動作，以滿足車輛起步和換擋過程中對離合器接合速度的控制要求。離合器分離接合控制機構的設計要求應該滿足如下要求： ⑴滿足離合器分離、接合的工作行程，具有足夠大的驅動力并有自鎖性能； ⑵保證最大的分離速度，接合平穩(wěn)無沖擊，機構工作可靠，結構緊湊，便于總體布置； ⑶機構工作可靠，結構緊湊，便于總體布置。 3.1 離合器執(zhí)行機構設計 根據離合器手動操縱機構的結構特點，設計了電機驅動的離合器靜液壓驅動裝置，通過對電機的控制，實現(xiàn)離合器分離結合的自動控制，不僅保留了液壓驅動式離合器控制性能好的優(yōu)點，而且結構簡單，制造維護成本低，布置方便，控制可靠，由于釆用了助力彈賛，可減小所需的驅動電機的功率和力矩。 3.2 液壓缸的設計 AMT車輛在換擋過程中要求離合器盡可能快地分離，通常離合器徹底分離的時間應小于0.4S，機構必須滿足離合器最大分離速度要求。 根據離合器操縱機構，可知離合器分離杠桿端部分離力Fc可根據下式進行設計計算： （3.1） 式中： ―――膜片彈簧對壓盤的壓緊力； i―――分離杠桿比，型號離合器分離杠桿比為。 經實驗測得分離杠桿處的分離力為4940?5235N ，離合器助力氣壓為6?8 E+5Pa , 離合器分離氣缸直徑Di: ，離合器分離液壓缸直徑：,分離杠桿比。 氣動助力缸所產生的推力為： （3.2） —————液壓缸進口壓力，Pa； —————活塞的有效面積，； 由于液壓工作缸與氣壓缸為一體結構，所以氣動助力缸工作面積可以由下式計算： —————活塞直徑，mm； —————活塞桿直徑，mm； 經計算得： 液壓油產生的推力：； 則液壓油壓力：； 分離杠桿完全分離行程L :12~14mm,反映到液壓缸推桿的行程為：； 離合器徹底分離時間t為：0.4s； 絲桿線速度：V=L/t=63.75mm/s。 3.2.1 液壓缸桿的設計 活塞的材料：有導向環(huán)活塞，球墨鑄鐵 流量：； 液壓桿直徑； 導向長度取H=18mm； 活塞寬度B=（0.6~1.0）D=14mm； 導向套滑動面長度A=（0.6~1.0）D=16mm； 隔套k其寬度C=H-(A+B)/2=3mm； 活塞桿的材料和技術要求： 活塞桿材料：H8/h7； ,，15%； 熱處理：調質，表面處理20~30； 安裝活塞的輔肩與活塞桿軸線的垂直度不大于0.04mm/100mm； 活塞桿的外圓粗糙度Ra值一般為0.1~0.3。 3.2.2 活塞桿的強度計算 活塞桿在穩(wěn)定工況下： 當液壓缸工作時，活塞桿所承受的彎曲力矩： F————————活塞桿的作用力，N； d————————活塞桿的直徑，mm； ————————活塞桿斷面積，； M————————活塞桿所承受的彎曲力矩，； W————————活塞桿斷面模數(shù),； ————————材料的許用應力，無縫鋼管=100~110Mpa。 經以上計算，所設計的活塞桿可以使用。 3.2.3 缸壁的計算與選取 缸筒壁厚：； 缸筒材料：毛坯35號； 缸筒底部厚度：； 缸筒內徑D采用A7或H8級配合，表面粗糙度一般為0.16~0.32需進行研磨。 3.2.4 電機選型 步進電機本質上屬于連續(xù)運轉的同步電動機，其轉子的轉角位移量與輸入脈沖數(shù)嚴格成比例，沒有累計誤差，具有良好的跟隨性；速度和位置控制性能良好，動態(tài)響應快，自起動能力強；轉速與單位時間內的脈沖數(shù)成比例，控制方便。釆用細分控制，所開發(fā)的離合器行程位移控制精度可達到0.025mm。 離合器驅動電機功率：。 —————液壓缸的輸出推力，N； v—————液壓缸桿速度，； 根據計算電機功率，擬選功率50W，布距角為，最大靜轉矩38.9E-3。 3.3 機構工作原理 離合器處于結合位置時，回位彈黃將皮碗壓向活塞，并把活塞推向最右端位置，使皮碗位于補油孔與進油孔之間，兩孔都開放，液壓油從儲油縫流入并充滿整個油路。當需要分離離合器時，電機在控制單元驅動電流作用下正向旋轉，帶動螺母滑塊左移，推動活塞向左運動，回位彈簧9被壓縮。當皮碗將補償孔B關閉后，管路中油液受壓，壓力升高。在油壓作用下，氣動助力液壓虹開始工作，活塞桿推動離合器分離叉使離合器分離。當需要迅速結合離合器時，驅動單元向電機發(fā)出信號，使電機快速反轉，帶動螺母滑塊右移，回位彈簧使主虹活塞較快右移，而由于油液在管路中流動有一定阻力，流動較慢，使主缸活塞左側壓力腔內可能形成一定的真空度。在缸體腔與活塞上環(huán)形腔之間的壓力差作用下，少量油液經進油孔A推開皮碗形成單向闊，由皮碗間隙中流到虹體腔內彌補真空。當原先已由主缸壓到工作缸的油液重又流回到主缸時，由于己有少量補償油經單向闊流入，故總油量過多。這多余的油即從補償孔B流回儲液罐。當液壓系統(tǒng)中因漏油，或因溫度變化引起油液的容積變化時，則借補償孔B適時地使整個油路中油量得到適當?shù)脑鰷p，以保證正常油壓和液壓系統(tǒng)工作的可靠性。通過對電機轉向和轉速的控制，可實現(xiàn)離合器分離結合速度和行程的控制，滿足車輛對離合器控制的要求。 3.4 離合器執(zhí)行機構仿真分析 由液壓缸壓力模塊及活塞運動模塊組成液壓虹工作模塊，對其在Simulink中進行建模仿真，進而分接合過程中液壓缸位移及速度的關系。 仿真運行時的初始條件為：活塞位置X=0，速度v=0。輸入執(zhí)行機構基本參數(shù)，得到仿結果如圖1和圖2 。 圖1離合器執(zhí)行機構位移 從仿真結果可以清晰地看出在離合器接合過程中活塞桿位移及運動速度隨時間變化的關系，這與實際離合器的工作非常相似，證明所設計的執(zhí)行機構是可以滿足工作要求的。 圖2 離合器執(zhí)行機構速度 3.5本章小結 本章對離合器液壓自動操作機構的液壓缸及電機進行了設計，并對離合器結合工況中工作過程進行了建模仿真，仿真表明了機構的可行性。 第4章 換擋執(zhí)行機構設計 電控機械式自動變速器（AMT)是由傳統(tǒng)的手動變速器通過電控改進而得到的，在車輛上采用Add-on的方式。AMT系統(tǒng)基本不改變原車的結構和各總成的零部件，只是取消了配備手動變速器車輛的離合器操縱總成和換擋操縱總成等零部件，將其替換為必要的控制和執(zhí)行機構。AMT換檔操縱機構的設計及優(yōu)化是AMT設計的重點和難點之一，它的性能直接影響整個AMT系統(tǒng)的性能。 4.1換擋執(zhí)行機構設計要求 換檔執(zhí)行機構必須達到換檔過程平穩(wěn)、無沖擊，防止產生大的動載荷等要求。 為了減少執(zhí)行機構對換檔品質和同步器壽命的影響，液壓執(zhí)行機構設計時應滿足以下要求： ①液壓缸行程 液壓缸行程的設計要求通過尺寸鏈的換算，較精確地確定行程尺寸的公差，最終得到執(zhí)行機構的液壓缸行程。如果液壓虹行程過短，則可能出現(xiàn)掛不上檔或者脫檔的情況；行程過長時，對換檔品質的影響雖不是很大，但會造成換檔過程完成后同步器上仍然受到較大的軸向推力，從而影響同步器的壽命。 ②換檔速度 換檔速度影響換檔力的大小。換檔速度過快會產生較大的沖擊力，如果換檔速度過慢，則會影響整個掛檔時間，增加換檔過程的動力中斷時間，影響車輛的加速性能。因此換檔速度將直接影響換檔品質。根據實踐經驗，完成一次換檔的總時間一般為1.4s較為合適，而一次掛檔的時間最好不要超過400ms。 ③液壓缸推力 液壓缸推力大小直接影響換檔的可靠性和同步器的壽命，推力過小可能造成掛不進檔，嚙合齒與套之間打滑，產生較大噪音，導致同步器早期損壞；推力過大，同樣會導致同步器壽命減小。由同步器換檔力分析可知，不同檔位和不同換檔速度條件下所需的換檔推力不同，并且不同轉速時的換檔推力也不同，通常動態(tài)換檔力大于靜態(tài)換檔力。因此液壓缸的推力應以動態(tài)條件下最大換檔速度時各檔所需的最大換檔推力實測值為依據進行設計，并通過對不同工況下系統(tǒng)壓力的實時控制來調節(jié)液壓缸的推力，從而保證換檔品質和同步器壽命。 ④液壓缸內泄量 由于柱塞和缸孔、柱塞和滑套、滑套和缸孔之間存在配合間隙，就存在內泄。內泄量如果很大，將使換檔速度變慢，增加一次掛檔的時間。另外使整個液壓系統(tǒng)保不住油壓，能耗增加，使電動栗工作頻繁，產生噪音。經計算和反復實驗，配合間隙通常應控制在0.03mm以內，既能滿足內泄量的要求又滿足裝配的要求。 ⑤響應速度的控制 電控液壓驅動的換檔執(zhí)行機構結構比較復雜，包括各類電元件、閥類元件、輔助元件以及各類傳感器。這些元件的響應速度、遲滯時間將對總的換檔時間產生影晌，因此在執(zhí)行機構的設計及控制中要考慮這些因素。在執(zhí)行機構的控制中要注重提高元件的響應速度，節(jié)省作用時間，分析電控單元發(fā)出指令以及傳感器響應遲滯時間，液壓回路中重要元件速度的動態(tài)響應。重型車AMT換擋所需的時間是1.4s。 4.2 液壓缸設計 以法士特12JS200TA型號變速箱為研究對象，實測最大換檔力為400N,各檔換檔行程Z為13.5mm。設定換檔時間不大于0.4s，取液壓系統(tǒng)壓力，機構機械效率、液壓桿快進時速度同步過程速度。液壓缸在工作過程中，一般要經歷啟動、加速、恒速和減速制動等負載工況。液壓紅的負載由四部分組成：慣性負載、動摩擦力、靜摩擦力和工作負載換檔力F。換檔過程中各階段液壓缸的負載是不同的，啟動時，液壓缸負載:；加速時，恒速時，；換擋時，。 由最大負載力計算液壓缸作用面積，并得到柱塞直徑。 ————————————液壓缸進口壓力，Pa； ————————————液壓缸的機械效率； d————————————活塞桿直徑，mm。 經計算得：柱塞桿直徑d=19.81mm，選取合適的標準值圓整得：d=20mm。液壓紅內經由滑套外徑決定，并滿足退檔力和速度的要求。因退檔力較小，故滑套外徑可按其強度和加工要求得到，取為D=32mm?；组L度按滿足行程和導向長度要求確定。液壓虹工作行程由換檔行程決定，并通過變速器換檔機構限位。 當液壓缸進行差動連接時，兩腔壓力差值取0.5MPa,由液壓缸的工作速度以及設定和計算所得參數(shù)可以得到其在不同工作階段的壓力、流量及功率如表4.1： 表4.1 不同階段工作狀態(tài) 工況 負載（N） 工作腔壓力（Mpa） 輸入流量（L/min） 功率(W) 啟動 109 0.97 —— —— 加速 117 1.0 —— —— 快進 82 0.87 1.06 15.37 工進 582 1.23 1.27 26.04 4.2.1液壓缸活塞桿的設計 導向長度： ，取H=30mm； 活塞寬度B=(0.6~1.0)D，取B=24mm； 導向套滑動面長度A=（0.6~1.0）取A=24mm； 裝有隔套K，其寬度C=H-（A+B）/2=6mm； 活塞桿的材料和技術要求： 活塞桿材料：H8/h7； ,，15%； 熱處理：調質，表面處理20~30； 安裝活塞的輔肩與活塞桿軸線的垂直度不大于0.04mm/100mm； 活塞桿的外圓粗糙度Ra值一般為0.1~0.3。 4.2.2缸壁厚度設計 缸筒壁厚為=4mm 當時，； 當時， ； ————————————缸筒內最高工作壓力，Mpa； D————————————缸筒內徑，m； ————————————缸筒材料的許用應力，Mpa。 缸筒外景公差余量，腐蝕余量 缸筒材料：H8/h7； 毛坯：35號； 4.2.3活塞桿強度校核 活塞桿在穩(wěn)定工況下： ； 當液壓缸工作時，活塞桿所承受的彎曲力矩： F————————活塞桿的作用力，N； d————————活塞桿的直徑，m； ————————活塞桿斷面積，； M————————活塞桿所承受的彎曲力矩，； W————————活塞桿斷面模數(shù),； ————————材料的許用應力，無縫鋼管=100~110Mpa。 經計算，所設計的活塞桿可以使用 4.2.4 舉例說明 前進檔液壓執(zhí)行缸由三位四通電磁方向閥控制，倒檔液壓缸采用二位三通方向閥控制。 下面以一檔換入二檔為例說明換擋機構的工作過程。首先控制1、2檔液壓執(zhí)行缸的三位四通電磁閥左、右側電磁鐵通電，在電磁推力的作用下閥芯處于中間位置，此時執(zhí)行缸左右兩腔同時進油。 右腔的壓力作用面積及產生的軸向推力為： （4.1） 左腔的壓力作用面積及其產生的推力為： （4.2） 式中： --------------液壓缸活塞面積； --------------滑套面積； --------------左腔推力； --------------右腔推力； P--------------壓力油壓力。 顯然，，因此在差動力的作用下，活塞左移?；钊麚Q檔撥指插在1檔撥叉軸槽內帶動換檔撥叉撥動同步器嚙合套脫離嚙合齒輪。退檔動作完成后，當活塞到達中間位置，由于軸肩的作用，活塞桿左右兩側的壓力作用面積相等，此時，活塞桿停止運動，此時活塞桿停止運動，摘檔過程完成。 從空擋換入1擋過程：控制1擋液壓執(zhí)行缸的三位四通