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AMT自動(dòng)變速器離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘 要
機(jī)械自動(dòng)變速器（AMT）與液力自動(dòng)變速器（AT）相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)；與傳統(tǒng)的機(jī)械變速器（MT）相比有能耗低、反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)；是一種具有廣闊前景的產(chǎn)品。
本文主要是AMT離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
首先介紹了AMT的原理和發(fā)展情況。接著，根據(jù)原有離合器的結(jié)構(gòu)和要求，提出了三種可行的設(shè)計(jì)方案：齒輪—螺旋傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)和諧波減速傳動(dòng)。通過(guò)比較，選擇較有優(yōu)勢(shì)的蝸桿傳動(dòng)方案作為設(shè)計(jì)的總體方案。然后計(jì)算相關(guān)參數(shù)，選取直流電機(jī)、傳感器等。最后對(duì)總體結(jié)構(gòu)和零部件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，完成總體裝配。
此自動(dòng)離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，加工方便，價(jià)格低廉等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：執(zhí)行機(jī)構(gòu)，AMT，離合器
DESIGN OF AMT CLUTCH ACTUATING MECHANISM
ABSTRACT
In comparison with hydraulic Automatic Transmission(AT), Automatic Mechanical Transmission(AMT) has advantages of simple structure, much lower cost and smaller size. Mean while it possesses characteristics of lower oil consumption and rapid response, superior than the traditional manual transmission(MT). And so it is a kind of promising product.
In the dissertation, much effort has been made on the mechanical structure design of clutch actuating mechanism.
First, introduce the principle and development of AMT. And next, three feasible designs are proposed according to the structure and requirement of the clutch. Those are gear-screw-driven, worm-driven, and Harmonic-driven. By comparison, the more competitive design was the worm-driven, which was determined as the last design of the clutch. Following, calculating and selecting DC-motor, sensor etc. The last, to design the overall structure and parts in detail., to complete the final assembly.
The design of the clutch actuating mechanism has the characters of simple-structure, compaction, simple-machining, low-price, and so on..
KEY WORDS：actuating mechanism AMT clutch
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 AMT自動(dòng)變速技術(shù)的發(fā)展與趨勢(shì) 1
1.1.1 AMT的控制原理 1
1.1.2 AMT自動(dòng)變速系統(tǒng)發(fā)展 2
1.2自動(dòng)離合器的研究與開發(fā)現(xiàn)狀 3
1.2.1 自動(dòng)離合器的構(gòu)成和基本原理 3
1.2.2自動(dòng)離合器研究的重點(diǎn)問(wèn)題 4
1.3本文研究的主要內(nèi)容 5
第2章 總體方案確定 7
2.1 離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 7
2.1.1 離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)要求 7
2.1.2 離合器終端傳動(dòng)要求 8
2.2 離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案及其初步計(jì)算 9
2.2.1 方案一：齒輪—螺旋傳動(dòng) 9
2.2.2 方案二：蝸桿傳動(dòng) 12
2.2.2 方案三：諧波減速器傳動(dòng) 14
2.3 方案的確定 16
第3章 計(jì)算及設(shè)計(jì) 18
3.1 前離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 18
3.1.1 總體計(jì)算 18
3.1.2 電機(jī)的選擇 19
3.1.3 蝸桿渦輪設(shè)計(jì) 21
3.1.4 渦輪軸的設(shè)計(jì) 27
3.1.5 曲柄 27
3.1.6 執(zhí)行桿 28
3.1.7 軸承的選擇 29
3.1.8 傳感器選擇 30
3.2 后離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 31
3.2.1 總體計(jì)算 31
3.2.2 電機(jī)的選擇 33
3.2.3 蝸桿渦輪設(shè)計(jì) 34
3.2.4 其他 37
第4章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 38
4.1 電機(jī)—蝸桿結(jié)構(gòu) 38
4.2 渦輪及渦輪軸 39
4.3 箱體及箱蓋 39
4.4 曲柄—執(zhí)行桿 40
第5章 全文結(jié)論 42
5.1總結(jié) 42
5.2展望 42
參 考 文 獻(xiàn) 43
致 謝 45
2008屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第1章 緒論
自從德國(guó)工程師卡爾·奔馳（KralBenz）發(fā)明汽車開始，在人類的不斷追求汽車先進(jìn)性能和功能下，汽車技術(shù)不斷向前發(fā)展著。進(jìn)入80年代以后，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的使用和普及，先進(jìn)電子技術(shù)在汽車上的使用極大地提高了汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性和方便性，因而在汽車上得到了日益廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在的汽車正在逐步電子化、自動(dòng)化。汽車變速器的作用是傳遞動(dòng)力，并在動(dòng)力的傳遞過(guò)程中改變傳動(dòng)比，以調(diào)節(jié)或變換發(fā)動(dòng)機(jī)的特性，同時(shí)通過(guò)變速來(lái)適應(yīng)不同的駕駛要求。汽車變速系統(tǒng)整體上是由手動(dòng)換檔向自動(dòng)換檔變速發(fā)展，尤其是高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于換檔變速系統(tǒng)，使汽車自動(dòng)變速技術(shù)得到了充分的發(fā)展，其理論與設(shè)計(jì)水平也達(dá)到了相對(duì)的完善。
采用自動(dòng)變速器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋，不但可以使汽車的駕駛變得更簡(jiǎn)單、省力，而且可以有效的提高汽車的舒適性、安全性并降低排放，因而長(zhǎng)期以來(lái)，這一直是人們努力的目標(biāo)。隨著電子控制技術(shù)的發(fā)展，電控自動(dòng)變速器的性能不斷完善，價(jià)格不斷降低，在汽車上的應(yīng)用日益廣泛?，F(xiàn)在，城市客車和公共汽車上自動(dòng)變速器的裝車率，美國(guó)是100%，歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家也在90%以上；在轎車上，日本中高級(jí)轎車上裝用自動(dòng)變速器的車輛比例超過(guò)了80%，美國(guó)則一直在90%以上【1】。就我國(guó)汽車行業(yè)現(xiàn)狀而言，汽車廠家生產(chǎn)的轎車和客車大多數(shù)是手動(dòng)操縱，與當(dāng)今汽車發(fā)展潮流極不相稱。隨著人民生活水平的提高，轎車的需求量將會(huì)大幅度增加，為了滿足家庭非職業(yè)駕駛者的需求，對(duì)自動(dòng)化變速車輛的需求也會(huì)有很大的提高。由于電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，高檔轎車生產(chǎn)成本降低，轎車正以加速的步伐進(jìn)入我國(guó)普通家庭。在此情況下，立足國(guó)內(nèi)自主開發(fā)自動(dòng)或半自動(dòng)變速車輛都具有重大社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)效益。
1.1 AMT自動(dòng)變速技術(shù)的發(fā)展與趨勢(shì)
1.1.1 AMT的控制原理
AMT保持原有的機(jī)械變速器結(jié)構(gòu)不變，通過(guò)加裝微機(jī)控制的自動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)，取代原來(lái)由駕駛員人工完成的離合器分離、接合、換檔以及發(fā)動(dòng)機(jī)相應(yīng)同步調(diào)節(jié)等操作，最終實(shí)現(xiàn)換檔全過(guò)程序列操縱的自動(dòng)化。最為典型的AMT是1984年五十鈴公司生產(chǎn)的NAVI-5【1】。其基本工作原理如圖1-1所示。由圖可見(jiàn)，AMT由電子控制單元（ECU）通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別控制發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器和變速器。自動(dòng)離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)、自動(dòng)換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)和自動(dòng)油門調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)相互獨(dú)立。
圖1-1 NAVI-5的整體控制策略【2】
駕駛員通過(guò)加速踏板和操縱桿向電子控制單元（ECU）傳遞控制信號(hào)；電子控制單元采集發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器等信號(hào)，時(shí)刻掌握著車輛的行駛狀態(tài)；電子控制單元（ECU）根據(jù)這些信號(hào)按存儲(chǔ)于其中的最佳程序（最佳換檔規(guī)律、離合器最佳接合規(guī)律、發(fā)動(dòng)機(jī)油門自適應(yīng)調(diào)節(jié)規(guī)律等），對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)供油、離合器的分離與接合、變速器換檔三者的動(dòng)作與時(shí)序?qū)崿F(xiàn)最佳匹配，從而獲得優(yōu)良的燃油經(jīng)濟(jì)性與動(dòng)力性能以及平穩(wěn)起步與迅速換檔的能力，以達(dá)到駕駛員所期望的結(jié)果。
1.1.2 AMT自動(dòng)變速系統(tǒng)發(fā)展
AMT的發(fā)展大致可分為以下三個(gè)階段【3】。
（1）.半自動(dòng)AMT階段，即SAMT階段（1975—1984）
Fichtel&Sachs公司的Saxomat便是基于這一思想的較為成熟的AMT產(chǎn)品。該裝置利用電子技術(shù)控制干摩擦離合器，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于一個(gè)確定值時(shí)控制離合器分離；當(dāng)駕駛員踩下油門時(shí)重新接合離合器。同時(shí)在換檔手柄上安裝開關(guān)傳感器，確保駕駛員換檔時(shí)分離和接合離合器。瑞典Scania的CAG系統(tǒng)，德國(guó)Daimler-Benz公司的EPS系統(tǒng)，美國(guó)的SMAT系統(tǒng)等均為這種形式【4】。但由于受當(dāng)時(shí)電子技術(shù)水平的限制其效果并不理想。車輛起步時(shí)易使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火和失速，仍然存在接合沖擊，分離滯后等缺陷。
（2）.全自動(dòng)AMT階段（1984—1990）。
從80年代中期開始，人們從技術(shù)角度上考慮如何實(shí)現(xiàn)對(duì)離合器的自動(dòng)控制。其標(biāo)志是1984年ISUZU投放于市場(chǎng)的NAVAI-5電控機(jī)械式自動(dòng)變速器。它采用了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)，主要完成起步與換檔時(shí)離合器及檔位的控制。它彌補(bǔ)了AT價(jià)格高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺陷，提供廉價(jià)的全自動(dòng)變速器產(chǎn)品。隨后日本的Nissan、美國(guó)的FordEaton等公司均開展此方面的研究，其整體結(jié)構(gòu)都與NAVAI-5相似【5】【6】。但是該時(shí)期的產(chǎn)品本身仍存在著明顯的缺點(diǎn)：如換檔規(guī)律仍不完善，在坡道彎道等特殊道路條件下出現(xiàn)頻繁和意外的換檔現(xiàn)象；離合器的控制也不完美，造成車輛起步與換檔時(shí)的沖擊現(xiàn)象，舒適性很差。
（3）.智能化IAMT階段（1990—至今）
換檔規(guī)律和車輛起步時(shí)離合器的控制問(wèn)題都受外界環(huán)境、駕駛員的主觀愿望和車輛客觀運(yùn)行狀態(tài)的影響。國(guó)內(nèi)外都采用智能方法進(jìn)行此方面的研究，智能化IAMT在復(fù)雜多變的外界條件下使車輛的換檔和起步性能有進(jìn)一步的提高。設(shè)計(jì)重量輕、體積小、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于維修和拆裝的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)施精度高、響應(yīng)快、魯棒形強(qiáng)的控制策略是今后離合器自動(dòng)操縱的發(fā)展方向。
1.2自動(dòng)離合器的研究與開發(fā)現(xiàn)狀
1.2.1 自動(dòng)離合器的構(gòu)成和基本原理
離合器作為傳動(dòng)系中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它起著傳遞或者中斷動(dòng)力的作用。對(duì)于裝有傳統(tǒng)的機(jī)械式變速箱（MT）的汽車，駕駛員在汽車起步或者換檔時(shí)需踩下離合器踏板，然后再慢慢松開踏板，完成離合器的接合過(guò)程。為了減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，自動(dòng)離合器應(yīng)運(yùn)而生。傳統(tǒng)意義上的自動(dòng)離合器只對(duì)離合器的分離與接合過(guò)程進(jìn)行控制，如果同時(shí)對(duì)油門開度以及換檔操縱進(jìn)行控制，就構(gòu)成一個(gè)完整的AMT了。
圖1-2 離合器控制組成原理【7】
自動(dòng)離合器工作原理如圖1-2所示。離合器控制器ECU實(shí)時(shí)監(jiān)控各傳感器的狀態(tài)，當(dāng)換檔手柄開關(guān)按下時(shí)，ECU立刻發(fā)出信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)離合器快速分離，并根據(jù)離合器位移傳感器的信號(hào)確定離合器的位置；松開換檔手柄，ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速以及油門開度等信號(hào)進(jìn)行判斷，按照一定的控制策略實(shí)現(xiàn)離合器的快速而平穩(wěn)的接合。自動(dòng)離合器主要由傳感器信號(hào)采集、ECU邏輯判斷及執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作三個(gè)部分組成。根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不同主要分為氣動(dòng)、液壓和電機(jī)三種。
1.2.2自動(dòng)離合器研究的重點(diǎn)問(wèn)題
起步控制一直是困擾自動(dòng)離合器的難題，也是AMT自動(dòng)變速的性能比AT差的主要原因。首先，控制系統(tǒng)的可靠性要求離合器與發(fā)動(dòng)機(jī)相互協(xié)調(diào)和配合，以避免因發(fā)動(dòng)機(jī)異常熄火導(dǎo)致起步失敗，否則將成為交通事故的重大隱患；其次，控制系統(tǒng)對(duì)環(huán)境要有自適應(yīng)性，這些環(huán)境包括：通過(guò)紅綠燈、進(jìn)出車庫(kù)、坡道起步、冰雪路面起步等；再次，控制系統(tǒng)要能夠滿足不同駕駛員的主觀愿望，如平穩(wěn)起步愿望、急起步愿望等。由于離合器工作過(guò)程的動(dòng)力學(xué)模型本身存在變結(jié)構(gòu)非線性、時(shí)變和滯后等特性，而且離合器接合過(guò)程存在互相矛盾的評(píng)價(jià)指標(biāo)，既要起步平穩(wěn)又要減少磨損【8】。所有這些都使得離合器控制問(wèn)題復(fù)雜化。
1.3本文研究的主要內(nèi)容
AMT是在原有的機(jī)械式手動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)不變的情況下，通過(guò)加裝微機(jī)控制的自動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)，取代原來(lái)由駕駛員人工完成的離合器分離、接合、換檔以及發(fā)動(dòng)機(jī)相應(yīng)同步調(diào)節(jié)等操作，最終實(shí)現(xiàn)換檔全過(guò)程操縱的自動(dòng)化。它既具有AT自動(dòng)變速的優(yōu)點(diǎn)，又保留MT傳動(dòng)效率高、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造的長(zhǎng)處。特別是在當(dāng)前電子技術(shù)比較成熟的情況下，如果能夠較好的解決AMT自控系統(tǒng)的技術(shù)問(wèn)題，使其性能與AT相當(dāng)，則可以取代AT，具有相當(dāng)廣闊的市場(chǎng)前景。因此，要研究AMT，最重要的就是研究自動(dòng)離合器。本文的工作僅為自動(dòng)離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)要求：開發(fā)AMT項(xiàng)目中的離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
內(nèi)容要求：在現(xiàn)有傳統(tǒng)手動(dòng)變速器的基礎(chǔ)上，不改動(dòng)160變速箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只改動(dòng)離合器操縱機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求與技術(shù)指標(biāo)，具體設(shè)計(jì)要求與技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)《AMT機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》。
技術(shù)方法與路線：AMT采用四電機(jī)方案，即執(zhí)行選檔、換檔、前后離合器分離與結(jié)合四個(gè)電機(jī)，電機(jī)通過(guò)選檔、換檔、前后離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)選檔、換檔、離合器分離與接合。
畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本思路是：首先了解自動(dòng)變速器特別是AMT技術(shù)的發(fā)展與趨勢(shì)，然后基于原離合器提出幾種可行AMT自動(dòng)離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方案，進(jìn)而通過(guò)對(duì)比確定其中的一種方案作為最終設(shè)計(jì)方案。其主要工作是對(duì)選定方案的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制裝配圖和零件圖。
第2章 總體方案確定
前、后離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是在原離合器上改裝的，其傳動(dòng)方式相同，結(jié)構(gòu)相似。即通過(guò)電機(jī)提供動(dòng)力源，經(jīng)過(guò)減速傳動(dòng)裝置，同時(shí)把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)離合器總泵桿，把壓力傳至分泵，最終把力和運(yùn)動(dòng)傳到離合器的分離叉和分離軸承，實(shí)現(xiàn)離合器的分離與結(jié)合。
2.1 離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求
2.1.1 離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)要求
離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)離合器分離與接合的動(dòng)力提供裝置，為了保證離合器的正常、持久地工作，需要滿足如下的要求：
（1）執(zhí)行時(shí)間要求，在電控部分符合要求情況下，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)要保證如下執(zhí)行時(shí)間要求：前離合器：0.4秒；后離合器：0.4秒。
（2）行程要求：前離合器總泵推桿行程為35mm，后離合器總泵推桿行程為30mm。
（3）負(fù)荷要求：前離合器膜片彈簧分離指處最大分離力為1310N, 總泵復(fù)位彈簧行程為30mm，彈簧彈性系數(shù)為1.11N/mm。后離合器分離撥叉處最大分離力875N，總泵復(fù)位彈簧行程為30mm，彈簧彈性系數(shù)為1.11N/mm。
（4）執(zhí)行精度要求：前后執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)力輸出點(diǎn)小于0.5mm。
（5）鎖止要求：前后離合器都應(yīng)具有鎖止功能。
（6）工作壽命：機(jī)械壽命取決于額定負(fù)荷條件下滾動(dòng)軸承和軸承套之間，以及內(nèi)部渦輪蝸桿的磨損（內(nèi)部耐久性試驗(yàn)：在額定負(fù)荷條件下工作次數(shù)大于20萬(wàn)次）。其余無(wú)限制。
（7）防護(hù)要求： 1）輸出軸與殼體之間應(yīng)設(shè)有防潛水機(jī)構(gòu)。2）各傳動(dòng)部分俄轉(zhuǎn)軸和套均采用不銹鋼材料。3）防護(hù)等級(jí)：防潛水。
（8）耐腐蝕要求：耐潤(rùn)滑油、耐汽油柴油、耐電解液、鹽霧、制動(dòng)液、防凍液腐蝕。
2.1.2 離合器終端傳動(dòng)要求
（1）離合器液壓傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)不做改變，其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)推動(dòng)主泵推桿，推桿壓縮液壓油，把力傳到分泵推桿，分泵推桿使分離叉繞一固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，撥動(dòng)分離軸承，實(shí)現(xiàn)分離與接合。液壓缸的液壓由汽車內(nèi)部的總泵提供。
圖2-1 離合器液壓傳動(dòng)部分
（2）液壓傳動(dòng)傳動(dòng)計(jì)算
設(shè)分離軸承所需的力為，分缸提供的力為，執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供給主缸的力為；主泵截面直徑為，分泵截面直徑為；分離叉繞點(diǎn)旋轉(zhuǎn)分為兩段。它們之間的力幾何關(guān)系如下：
其中，
則
即得出執(zhí)行機(jī)構(gòu)末端所需的力為分離軸承所需力的0.3倍。
2.2 離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案及其初步計(jì)算
為了實(shí)現(xiàn)主泵推桿的直線運(yùn)動(dòng)，對(duì)其執(zhí)行機(jī)構(gòu)提出了三種傳動(dòng)方案，并進(jìn)行了簡(jiǎn)單的計(jì)算，以便比較、選取最佳傳動(dòng)方案。
2.2.1 方案一：齒輪—螺旋傳動(dòng)
該方案是電機(jī)把動(dòng)力傳給齒輪，經(jīng)過(guò)一級(jí)齒輪減速，動(dòng)力傳給螺桿，螺旋傳動(dòng)把螺桿的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為螺母的直線運(yùn)動(dòng)。采用連桿與螺母固接方式，最終連桿推動(dòng)總泵推桿運(yùn)動(dòng)，如圖2-2。螺旋運(yùn)動(dòng)采用滑動(dòng)螺旋，作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行能量和力的傳遞。
圖2-2 齒輪—螺旋傳動(dòng)方案
(1)簡(jiǎn)單計(jì)算
由于前、后離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式相同，這里的計(jì)算按照后離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的參數(shù)計(jì)算。
總泵推力：
取
總泵推桿的速度：
總泵推桿所需的功率為：
螺母速度：
初選螺桿導(dǎo)程 ，公稱直徑
螺桿速度：
齒輪2速度：
螺母所需功率：
螺旋傳動(dòng)的效率：
齒輪2的功率：
齒輪2的轉(zhuǎn)矩：
齒輪傳動(dòng)效率：
齒輪1的功率：
取電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為：
齒輪傳動(dòng)比：
齒輪1轉(zhuǎn)速：
齒輪1的轉(zhuǎn)矩：
電機(jī)參數(shù)選擇：
直流無(wú)刷電機(jī)
功率：略大于66.276W，選擇70W或75W等，
額定轉(zhuǎn)矩于0.316Nm 左右，
額定轉(zhuǎn)速2000r/min
電壓：DC 12V
齒輪參數(shù)初步計(jì)算：
傳遞功率 P=0.07(kW)
傳遞轉(zhuǎn)矩 T=0.33(N·m)
齒輪1轉(zhuǎn)速 n1=2000(r/min)
齒輪2轉(zhuǎn)速 n2=1125(r/min)
傳動(dòng)比 i=1.78
模數(shù)Mn=1.25
齒輪1齒數(shù) Z1=19
齒輪2齒數(shù) Z2=34
齒輪1分度圓直徑 d1=23.75(mm)
齒輪2分度圓直徑 d2=42.50(mm)
螺桿導(dǎo)程 ，公稱直徑 。
(2) 方案特點(diǎn)
一級(jí)減速采用齒輪傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高，齒輪加工簡(jiǎn)單；二級(jí)減速采用滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、價(jià)格低廉；當(dāng)螺紋升角小于摩擦角時(shí)，實(shí)現(xiàn)自鎖；傳動(dòng)平穩(wěn)；但摩擦阻力大，效率低，僅0.35；螺紋間有側(cè)向間隙，方向是有空行程，定位精度及軸向剛度較差；磨損快；低速時(shí)可能出現(xiàn)爬行等。螺母受推桿的推力，產(chǎn)生力矩，使得螺旋傳動(dòng)不均勻，加速磨損，減短使用壽命，降低傳動(dòng)精度及和響應(yīng)的快速性。
2.2.2 方案二：蝸桿傳動(dòng)
該方案是電機(jī)通過(guò)渦輪蝸桿一級(jí)減速把動(dòng)力傳給蝸輪軸，然后通過(guò)曲柄—連桿把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為總泵推桿所需要的直線運(yùn)動(dòng)，如圖2-3。
圖2-3 蝸桿傳動(dòng)方案
(1) 初步計(jì)算（按后離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)參數(shù)）
方案中使得：A、B、C、D在同一直線上，則AB之間的距離為總泵行程30mm。
設(shè)三角形OAB為等邊三角形，則角AOB為60度。
最大負(fù)載出現(xiàn)在A和B處：
渦輪最大轉(zhuǎn)矩扭矩：
渦輪轉(zhuǎn)速：
渦輪輸出功率：
因?yàn)檫x取阿基米德螺線圓柱蝸桿，要實(shí)現(xiàn)自鎖，則取渦輪蝸桿的傳動(dòng)效率為：
則電機(jī)的輸出功率為：
初設(shè)渦輪蝸桿的減速比為：
那么電機(jī)的最小轉(zhuǎn)速為：
設(shè)電機(jī)效率：
則電機(jī)的額定功率為：
則電機(jī)的轉(zhuǎn)速最小為:
（2） 方案特點(diǎn)
該方案采用一級(jí)蝸桿減速，把電機(jī)動(dòng)力傳遞到曲柄，然后通過(guò)連桿傳遞給總泵推桿。渦輪減速能夠?qū)崿F(xiàn)大減速比，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖。降低了零件數(shù)目。
2.2.2 方案三：諧波減速器傳動(dòng)
該方案是把方案二中的蝸桿減速器換成諧波減速器，外部的曲柄連桿機(jī)構(gòu)不變。動(dòng)力有電機(jī)提供，通過(guò)諧波減速器減速，傳給轉(zhuǎn)盤，然后通過(guò)曲柄連接桿傳給總泵推桿，如圖2-4。
圖 2-4 諧波減速傳動(dòng)
（1） 初步計(jì)算（按后離合器參數(shù)）
總泵推力：
取=300N
總泵速度：
方案中使得：A、B、C、D在同一直線上，則AB之間的距離為總泵行程30mm。
設(shè)三角形OAB為等邊三角形，則角AOB為60度。
最大負(fù)載出現(xiàn)在A和B處。
轉(zhuǎn)盤最大轉(zhuǎn)矩扭矩：
轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速：
轉(zhuǎn)盤輸出功率：
去諧波減速器的傳遞效率為：
則諧波減速器的輸入功率為：
，
即為電機(jī)的輸出功率
設(shè)電機(jī)效率：
，
則電機(jī)的額定功率為：
取諧波減速器的減速比為：
電機(jī)的最小轉(zhuǎn)速為：
則電機(jī)的轉(zhuǎn)矩最小為:
諧波減速器輸入轉(zhuǎn)矩：
諧波減速器選擇（如圖 2-5，具體參數(shù)見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 軟件版 第三版》）：
機(jī)型: 25
柔輪內(nèi)徑/mm: 25
模數(shù)/mm: 0.2
傳動(dòng)比i: 63
效率η(%): η=80
圖 2-5 諧波減速器結(jié)構(gòu)
（2）方案特點(diǎn)
該方案采用諧波減速器減速，減速器可以直接采購(gòu)，減輕設(shè)計(jì)任務(wù)；但是諧波減速器價(jià)格較貴，提高了成本。電機(jī)選擇1575r/min，轉(zhuǎn)速較低，價(jià)格也稍貴。所以，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)周期縮短，但是經(jīng)濟(jì)行不好。
2.3 方案的確定
上述提出了三種方案，第一種方案是采用齒輪螺旋傳動(dòng)，第二種方案是采用蝸桿傳動(dòng)，第三種方案是采用諧波減速傳動(dòng)，各有各的特點(diǎn)。第三種方案相對(duì)于前兩種方案，傳動(dòng)效率要高出很多，但是經(jīng)濟(jì)型差，把減速部分用外購(gòu)的諧波減速器，對(duì)公司來(lái)說(shuō)相當(dāng)于把減速器外包給其他廠家，不利于利潤(rùn)的提高。第一種方案采用滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)，螺紋間有側(cè)向間隙，方向是有空行程，定位精度及軸向剛度較差，不容易滿足間隙要求。第二種方案效率與第一方案差不多，但是精度較好。當(dāng)前渦輪蝸桿已經(jīng)系列化，應(yīng)用廣泛，加工方便，價(jià)格低廉，容易實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。
綜上所述，前、后離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用第二種方案——蝸桿傳動(dòng)。
第3章 計(jì)算及設(shè)計(jì)
前、后離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)均采用蝸桿—曲柄連桿傳動(dòng)，這一章將進(jìn)行電機(jī)的選擇、渦輪蝸桿參數(shù)計(jì)算、曲柄連桿計(jì)算等工作。
3.1 前離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1.1 總體計(jì)算
（1） 前離合器：總泵推桿行程為35mm，分離撥叉最大分離力為1310N。
（2）根據(jù)上述條件設(shè)計(jì)及計(jì)算功率、扭矩。
前離合器總泵推力：
取=400N
方案中使得：A、B、C、D在同一直線上，則AB之間的距離為總泵行程35mm。最大負(fù)載出現(xiàn)在A和B處。取角AOB為77.42度（參見(jiàn)圖2-3）。
渦輪轉(zhuǎn)速：
曲柄的半徑為：
渦輪提供最大的力為：
渦輪最大轉(zhuǎn)矩扭矩：
渦輪輸出功率：
選取阿基米德螺線圓柱蝸桿，要實(shí)現(xiàn)自鎖，則傳動(dòng)效率為取四個(gè)軸承效率為0.99，則總效率為
則蝸桿的輸入功率為：
初設(shè)渦輪蝸桿的減速比為
蝸桿轉(zhuǎn)速：
；
渦輪轉(zhuǎn)速：
蝸桿轉(zhuǎn)矩：
3.1.2 電機(jī)的選擇
直流有刷電機(jī)壽命太短，僅一兩年左右，故無(wú)刷電機(jī)，并且汽車提供的電壓，一般為直流12V。
根據(jù)上述計(jì)算，蝸桿的輸入功率246.15W，蝸桿轉(zhuǎn)速2000r/min，轉(zhuǎn)矩1.175Nm。
電機(jī)的選擇80BLM3A80-01-12V-2000R-250W直流無(wú)刷電機(jī)。
電氣技術(shù)參數(shù)
額定功率：0.25KW
額定電壓：12VDC±40%
額定電流：13.5A（不大于）
峰值電流：22.8A
額定力矩：1.2 N.M
峰值力矩：1.85 N.M
額定轉(zhuǎn)速：2000RPM
空載轉(zhuǎn)速：2400RPM
空載電流：0.32A（不大于）
極對(duì)數(shù)： 8 POLES
絕緣等級(jí): B級(jí)
常態(tài)絕緣電阻：100兆歐
絕緣介電強(qiáng)度：AC/1500V/1分鐘，泄漏電流不大于10mA
防護(hù)方式：IP55
冷卻方式：機(jī)體自冷
出線長(zhǎng)度：0.6米
溫升50K
機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)（如圖3-1）
安裝方式：法蘭安裝
出力軸直徑： 10mm
電機(jī)外徑：80mm*80mm
端面尺寸：見(jiàn)下圖
電機(jī)高度：80mm
凸緣支口：62mm
如圖3-1 電機(jī)尺寸
電氣接口標(biāo)準(zhǔn)
PA：電樞A相 黃粗線
0V：HALL電源- 黑細(xì)線
PB：電樞B相 綠粗線
SA：HALL A相 黃細(xì)線
PC：電樞C相 藍(lán)粗線
SB：HALL B相 綠細(xì)線
5V：HALL電源+ 紅細(xì)線
SC：HALL C相 藍(lán)細(xì)線
電機(jī)設(shè)計(jì)及制造標(biāo)準(zhǔn)
GB/T17626.2-1998、GB/T17626.4-1998、GB/T17626.5-1999
GJB 1621.6－93 技術(shù)設(shè)備通用技術(shù)條件 設(shè)計(jì)制造要求
GJB 1621.7－93 技術(shù)設(shè)備通用技術(shù)條件 環(huán)境適應(yīng)性要求
GJB 1621.10－93 技術(shù)設(shè)備通用技術(shù)條件 檢驗(yàn)規(guī)則
GJB 1621.11－93 技術(shù)設(shè)備通用技術(shù)條件 包裝、運(yùn)輸、儲(chǔ)存
Q/WQ910.11－97 產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)程序
Q/WQ910.12－97 產(chǎn)品老化和可靠性試驗(yàn)控制程序
3.1.3 蝸桿渦輪設(shè)計(jì)
（1）蝸桿類型的選擇：
蝸桿要實(shí)現(xiàn)自鎖，低轉(zhuǎn)數(shù)、輕載荷，同時(shí)要加工方便，價(jià)格低廉等。所以選擇阿基米德蝸桿，蝸桿頭數(shù)為1，右旋，如圖3-2。
圖 3-2 阿基米德蝸桿
（2）參數(shù)計(jì)算及其校核
從圓柱蝸桿、渦輪參數(shù)的匹配（GB 10085—85）中選擇推薦的參數(shù)，選擇傳動(dòng)比62，中心距50mm，模數(shù)1.25mm，蝸桿頭數(shù)1，渦輪齒數(shù)62，能夠自鎖。具體的參數(shù)如下報(bào)告：
傳動(dòng)參數(shù)：
蝸桿輸入功率：0.25kW
蝸桿類型：阿基米德蝸桿(ZA型)
蝸桿轉(zhuǎn)速n1：2000r/min
蝸輪轉(zhuǎn)速n2：32.258r/min
使用壽命：100000小時(shí)
理論傳動(dòng)比：62
蝸桿頭數(shù)z1：1
蝸輪齒數(shù)z2：62
實(shí)際傳動(dòng)比i：62
蝸桿蝸輪材料：
蝸桿材料：45
蝸桿熱處理類型：淬火
蝸輪材料：ZCuZn25Al6Fe3Mn3
蝸輪鑄造方法：離心鑄造
疲勞接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)SHmin；1.1
彎曲疲勞強(qiáng)度最小安全系數(shù)SFmin；1.2
轉(zhuǎn)速系數(shù)Zn：0.817
壽命系數(shù)Zh；0.793
材料彈性系數(shù)Ze：157N^0.5/mm
蝸輪材料接觸疲勞極限應(yīng)力σHlim：550N/mm^2
蝸輪材料許用接觸應(yīng)力[σH]：324.12N/mm^2
蝸輪材料彎曲疲勞極限應(yīng)力σFlim：605N/mm^2
蝸輪材料許用彎曲應(yīng)力[σF]：504.167N/mm^2
蝸輪材料強(qiáng)度計(jì)算：
蝸輪軸轉(zhuǎn)矩T2:55.509N.m
蝸輪軸接觸強(qiáng)度要求:m^2d1≥37.114mm^3
模數(shù)m:1.25mm
蝸桿分度圓直徑d1:22.4mm
蝸輪材料強(qiáng)度校核：
蝸輪使用環(huán)境：平穩(wěn)
蝸輪載荷分布情況：平穩(wěn)載荷
蝸輪使用系數(shù)Ka：1.1
蝸輪動(dòng)載系數(shù)Kv：1
蝸輪動(dòng)載系數(shù)Kv：1
導(dǎo)程角系數(shù)Yβ：0.973
蝸輪齒面接觸強(qiáng)度σH:309.187N/mm^2，通過(guò)接觸強(qiáng)度驗(yàn)算！
蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度σF:70.644N/mm^2，通過(guò)彎曲強(qiáng)度計(jì)算！
幾何尺寸計(jì)算結(jié)果：
實(shí)際中心距a：50mm
齒根高系數(shù)ha*:1
齒根高系數(shù)c*:0.2
蝸桿分度圓直徑d1：22.4mm
蝸桿齒頂圓直徑da1：24.9mm
蝸桿齒根圓直徑df1：19.4mm
蝸輪分度圓直徑d2：77.5mm
蝸輪變位系數(shù)x2：0.04
法面模數(shù)mn：1.248mm
蝸輪喉圓直徑da2：80.1mm
蝸輪齒根圓直徑df2：74.6mm
蝸輪齒頂圓弧半徑Ra2：9.95mm
蝸輪齒根圓弧半徑Rf2：12.7mm
蝸輪頂圓直徑de2：82.6mm
蝸桿導(dǎo)程角γ：3.194°
軸向齒形角αx：20°
法向齒形角αn：19.971°
蝸桿軸向齒厚sx1：1.963mm
蝸桿法向齒厚sn1：1.96mm
蝸桿分度圓齒厚s2：2mm
蝸桿螺紋長(zhǎng)b1≥：18.4mm， 取30mm
蝸輪齒寬b2≤：18.675mm， 取15mm
齒面滑動(dòng)速度vs：2.349m/s
蝸桿軸向齒距：Pa1=π*1.25=3.925mm
導(dǎo)程：pz=3.925mm
（3）蝸桿受力分析
對(duì)蝸桿和渦輪進(jìn)行受力分析如圖3-3所示。當(dāng)不計(jì)摩擦力的影響時(shí)，各力可以按一下公司進(jìn)行計(jì)算，力的單位為N。
圖 3-3 蝸桿傳動(dòng)的受力分析
式中：Fn為集中于P點(diǎn)的法向載荷，單位N；
Ft1、Fa1、Fr1分別為蝸桿的圓周力、軸向力、徑向力，單位N；
Ft2、Fa2、Fr2分別為渦輪的圓周力、軸向力、徑向力，單位N；
T1、T2分別為蝸桿及渦輪上的公稱轉(zhuǎn)矩，單位Nmm；
γ：導(dǎo)程角3.194°
α：軸向壓力角20°
αn：法向壓力角19.971°
計(jì)算結(jié)果：
（3）零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
為了節(jié)省材料，減輕重量，渦輪采用扇形結(jié)構(gòu)，由于所需的角度為77.42度，這里為了保證強(qiáng)度與剛度，取中心角為90度。
蝸桿、渦輪結(jié)構(gòu)如圖3-4、3-5。
圖 3-4 蝸桿結(jié)構(gòu)
圖 3-5 蝸桿結(jié)構(gòu)
詳細(xì)參數(shù)及技術(shù)要求見(jiàn)零件圖。
3.1.4 渦輪軸的設(shè)計(jì)
渦輪軸是與渦輪和曲柄固接的，把渦輪的轉(zhuǎn)矩傳給曲柄，其部分在箱體內(nèi)部，部分在箱體外部。
其結(jié)構(gòu)如圖3-6，詳細(xì)參數(shù)及技術(shù)要求見(jiàn)零件圖。
圖 3-5 渦輪軸結(jié)構(gòu)
3.1.5 曲柄
曲柄一端與渦輪軸固接，另一端與執(zhí)行連桿鉸接，隨著渦輪的正反轉(zhuǎn)而左右搖擺，推動(dòng)連桿做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
其結(jié)構(gòu)如圖3-7，詳細(xì)參數(shù)及技術(shù)要求見(jiàn)零件圖。
圖 3-7 曲柄
3.1.6 執(zhí)行桿
執(zhí)行桿是推動(dòng)總泵推桿運(yùn)動(dòng)的最終執(zhí)行件，兩端皆采用鉸接聯(lián)接，在平面內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
其結(jié)構(gòu)如圖3-8，詳細(xì)參數(shù)及技術(shù)要求見(jiàn)零件圖。
圖 3-8 執(zhí)行桿
3.1.7 軸承的選擇
根據(jù)蝸桿及渦輪軸的結(jié)構(gòu)以及所受的力來(lái)選擇軸承。
蝸桿軸向受力較大，同時(shí)圓周力較小，渦輪恰好相反；徑向受力兩者相同。蝸桿兩端的軸承選擇圓錐滾子軸承30204（GB/T 297-94），渦輪軸兩端的軸承選擇角接觸軸承7004C（GB/T 292-94）。
例如：用于蝸桿的圓錐滾子軸承30204的報(bào)告如下，
蝸桿軸承設(shè)計(jì)報(bào)告
設(shè)計(jì)參數(shù)
徑向力 Fr=133.475 (N)
軸向力 Fa=733.44 (N)
軸頸直徑 d1=20 (mm)
轉(zhuǎn)速 n=2000 (r/min)
要求壽命 Lh'=100000 (h)
溫度系數(shù) ft=1
潤(rùn)滑方式 Grease=脂潤(rùn)滑
被選軸承信息
軸承類型 BType=圓錐滾子軸承
軸承型號(hào) BCode=30204
軸承內(nèi)徑 d=20 (mm)
軸承外徑 D=47 (mm)
軸承寬度B(T)=15
基本額定動(dòng)載荷 C=28200 (N)
基本額定靜載荷 Co=30500 (N)
極限轉(zhuǎn)速(脂) nlimz=8000 (r/min)
當(dāng)量動(dòng)載荷
接觸角 a=10 (度)
負(fù)荷系數(shù) fp=1.2
判斷系數(shù) e=0.973
徑向載荷系數(shù) X=0.4
軸向載荷系數(shù) Y=0.617
當(dāng)量動(dòng)載荷 P=607.107 (N)
額定動(dòng)載荷計(jì)算值 C'=10165.81 (N)
校核軸承壽命
軸承壽命 Lh=2998306 (h)
驗(yàn)算結(jié)果 Test=合格
其余軸承的選取類似，這里不做詳細(xì)闡述。
3.1.8 傳感器選擇
傳感器是用來(lái)檢測(cè)曲柄旋轉(zhuǎn)角度的，在控制程序中設(shè)定參數(shù)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)到位時(shí)，由傳感器檢測(cè)到信息，反饋到控制中心，然后控制中心發(fā)出電信號(hào)，使得電機(jī)停止。
選擇北京泰澤科技開發(fā)有限公司型號(hào)為DWQ-BZ-A-90-G傳感器。
具體參數(shù)如表3-1。
表3-1
外形尺寸如圖3-9
圖 3-9 傳感器外形尺寸
3.2 后離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
后離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和前離合器結(jié)構(gòu)相同，不同的是參數(shù)。具體來(lái)說(shuō)，電機(jī)、渦輪蝸桿、曲柄的參數(shù)有差別，其余同前離合器。設(shè)計(jì)思路與方法同上一節(jié)，這一節(jié)只在不同之處給出結(jié)果，其他與上一節(jié)相同的內(nèi)容不再作具體說(shuō)明，可參考上節(jié)。
3.2.1 總體計(jì)算
（1） 后離合器：總泵推桿行程為30mm，分離撥叉最大分離力為875N。
（2）根據(jù)上述條件設(shè)計(jì)及計(jì)算功率、扭矩。
后離合器總泵推力：
取
方案中使得：A、B、C、D在同一直線上，則AB之間的距離為總泵行程30mm。最大負(fù)載出現(xiàn)在A和B處。取角AOB為58.5度（參見(jiàn)圖2-3）。
渦輪轉(zhuǎn)速：
曲柄的半徑為：
渦輪提供最大的力為：
渦輪最大轉(zhuǎn)矩扭矩：
渦輪輸出功率：
選取阿基米德螺線圓柱蝸桿，要實(shí)現(xiàn)自鎖，則傳動(dòng)效率為取四個(gè)軸承效率為0.99，則總效率為
則蝸桿的輸入功率為：
初設(shè)渦輪蝸桿的減速比為
蝸桿轉(zhuǎn)速：
；
渦輪轉(zhuǎn)速：
蝸桿轉(zhuǎn)矩：
3.2.2 電機(jī)的選擇
根據(jù)上述，蝸桿的輸入功率116.27W，蝸桿轉(zhuǎn)速2000r/min，轉(zhuǎn)矩0.555Nm。
電機(jī)的選擇80BLM3A80-01-12V-2000R-120W直流無(wú)刷電機(jī)。
電氣技術(shù)參數(shù)
額定功率：0.12KW
額定電壓：12VDC±40%
額定電流：13.5A（不大于）
峰值電流：22.8A
額定力矩：0.6 N.M
峰值力矩：1.85 N.M
額定轉(zhuǎn)速：2000RPM
空載轉(zhuǎn)速：2400RPM
空載電流：0.32A（不大于）
極對(duì)數(shù)： 8 POLES
絕緣等級(jí): B級(jí)
常態(tài)絕緣電阻：100兆歐
絕緣介電強(qiáng)度：AC/1500V/1分鐘，泄漏電流不大于10mA
防護(hù)方式：IP55
冷卻方式：機(jī)體自冷
出線長(zhǎng)度：0.6米
溫升50K
電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)同機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)同直流無(wú)刷電機(jī)
80BLM3A80-01-12V-2000R-250W，圖參見(jiàn)3-1。
3.2.3 蝸桿渦輪設(shè)計(jì)
（1）蝸桿類型的選擇：
蝸桿要實(shí)現(xiàn)自鎖，低轉(zhuǎn)數(shù)、輕載荷，同時(shí)要加工方便，價(jià)格低廉等。所以選擇阿基米德蝸桿，蝸桿頭數(shù)為1，右旋，如圖3-2。
（2）參數(shù)計(jì)算及其校核
從圓柱蝸桿、渦輪參數(shù)的匹配（GB 10085—85）中選擇推薦的參數(shù)，選擇傳動(dòng)比82，中心距50mm，模數(shù)1mm，蝸桿頭數(shù)1，渦輪齒數(shù)82，能夠自鎖。具體的參數(shù)如下報(bào)告：
傳動(dòng)參數(shù)
蝸桿輸入功率：0.11627kW
蝸桿類型：阿基米德蝸桿(ZA型)
蝸桿轉(zhuǎn)速n1：2000r/min
蝸輪轉(zhuǎn)速n2：24.375r/min
使用壽命：100000小時(shí)
理論傳動(dòng)比：82.051
蝸桿頭數(shù)z1：1
蝸輪齒數(shù)z2：82
實(shí)際傳動(dòng)比i：82
蝸桿蝸輪材料
蝸桿材料：45
蝸桿熱處理類型：淬火
蝸輪材料：ZCuSn10P1
蝸輪鑄造方法：離心鑄造
疲勞接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)SHmin；1.1
彎曲疲勞強(qiáng)度最小安全系數(shù)SFmin；1.2
轉(zhuǎn)速系數(shù)Zn：0.84
壽命系數(shù)Zh；0.793
材料彈性系數(shù)Ze：147N^0.5/mm
蝸輪材料接觸疲勞極限應(yīng)力σHlim：425N/mm^2
蝸輪材料許用接觸應(yīng)力[σH]：257.373N/mm^2
蝸輪材料彎曲疲勞極限應(yīng)力σFlim：190N/mm^2
蝸輪材料許用彎曲應(yīng)力[σF]：158.333N/mm^2
蝸輪材料強(qiáng)度計(jì)算
蝸輪軸轉(zhuǎn)矩T2:34.165N.m
蝸輪軸接觸強(qiáng)度要求:m^2d1≥20.711mm^3
模數(shù)m:1mm
蝸桿分度圓直徑d1:18mm
蝸輪材料強(qiáng)度校核
蝸輪使用環(huán)境：平穩(wěn)
蝸輪載荷分布情況：平穩(wěn)載荷
蝸輪使用系數(shù)Ka：1
蝸輪動(dòng)載系數(shù)Kv：1
蝸輪動(dòng)載系數(shù)Kv：1
導(dǎo)程角系數(shù)Yβ：0.974
蝸輪齒面接觸強(qiáng)度σH:239.456N/mm^2，通過(guò)接觸強(qiáng)度驗(yàn)算！
蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度σF:63.933N/mm^2，通過(guò)彎曲強(qiáng)度計(jì)算！
幾何尺寸計(jì)算結(jié)果
實(shí)際中心距a：50mm
齒根高系數(shù)ha*:1
齒根高系數(shù)c*:0.2
蝸桿分度圓直徑d1：18mm
蝸桿齒頂圓直徑da1：20mm
蝸桿齒根圓直徑df1：15.6mm
蝸輪分度圓直徑d2：82mm
蝸輪變位系數(shù)x2：0
法面模數(shù)mn：0.998mm
蝸輪喉圓直徑da2：84mm
蝸輪齒根圓直徑df2：79.6mm
蝸輪齒頂圓弧半徑Ra2：8mm
蝸輪齒根圓弧半徑Rf2：10.2mm
蝸輪頂圓直徑de2：86mm
蝸桿導(dǎo)程角γ：3.18°
軸向齒形角αx：20°
法向齒形角αn：19.972°
蝸桿軸向齒厚sx1：1.571mm
蝸桿法向齒厚sn1：1.568mm
蝸桿分度圓齒厚s2：1.571mm
蝸桿螺紋長(zhǎng)b1≥：15.92mm
蝸輪齒寬b2≤：15mm
齒面滑動(dòng)速度vs：1.888m/s
蝸桿軸向齒距：Pa1=π*1=3.14mm
導(dǎo)程：pz=3.14mm
（3）蝸桿受力分析
計(jì)算結(jié)果：
（3）零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
渦輪蝸桿零件形式同前離合器，詳細(xì)參數(shù)及技術(shù)要求見(jiàn)零件圖。
3.2.4 其他
渦輪軸、曲柄和執(zhí)行桿的詳細(xì)參數(shù)及技術(shù)要求見(jiàn)零件圖。軸承選擇同前離合器。
第4章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本章進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)第三章的計(jì)算的結(jié)果和零件的設(shè)計(jì)，進(jìn)行箱體的設(shè)計(jì)，各個(gè)零件的組裝以及各種技術(shù)要求等。前、后離合器的結(jié)構(gòu)相同，以下的結(jié)構(gòu)說(shuō)明均適用。
4.1 電機(jī)—蝸桿結(jié)構(gòu)
電機(jī)由轉(zhuǎn)換蓋定位，電機(jī)軸同蝸桿的聯(lián)接采用鉤頭楔鍵，在蝸桿軸端部鉆孔，同電機(jī)軸配合，這樣就不需要聯(lián)軸器，結(jié)構(gòu)變得緊湊，同時(shí)節(jié)省成本。
轉(zhuǎn)換蓋既定位了電機(jī)，同時(shí)對(duì)軸承的外圈也起軸向定位作用，其結(jié)構(gòu)如圖4-1。
圖4-1 轉(zhuǎn)換蓋
軸承內(nèi)圈軸向定位由蝸桿的軸肩定位，外圈軸向定位由箱體和轉(zhuǎn)換蓋（端蓋）共同定位。
圓錐滾子軸承采用面對(duì)面形式。軸與軸承的配合采用基孔制過(guò)渡配合，軸承與箱體的配合采用基孔制配合，保證工作時(shí)軸承既不會(huì)隨著蝸桿的旋轉(zhuǎn)而松動(dòng)，又不因溫升而是軸承滾珠變形。
端蓋及轉(zhuǎn)換蓋采用軟質(zhì)鋼片密封。
蝸桿裝配如圖4-2所示，具體裝配要求見(jiàn)裝配圖。
圖 4-2 渦輪裝配
4.2 渦輪及渦輪軸
渦輪與軸周向采用鍵傳遞扭矩，軸向用軸肩和擋圈定位。軸承采用面對(duì)面形式，以承受蝸桿的軸向載荷。傳感器聯(lián)接與電機(jī)的鏈接形式相同。端蓋采用軟紙鋼片密封，軸的密封分別采用旋轉(zhuǎn)軸唇形密封和氈圈密封。結(jié)構(gòu)如圖4-3。
圖 4-3 渦輪及軸結(jié)構(gòu)
4.3 箱體及箱蓋
箱體是渦輪蝸桿的支撐件，蝸桿穿過(guò)箱體，渦輪軸方向采用箱蓋結(jié)合，材料采用不銹鋼，其結(jié)構(gòu)如圖4-4、4-5。
圖4-4 箱體
圖4-5 箱蓋
4.4 曲柄—執(zhí)行桿
曲柄與蝸輪軸固接，采用擋圈和鍵定位；執(zhí)行桿與曲柄用螺栓鉸接，間隙配合。執(zhí)行桿與總泵推桿鉸接，總泵推桿同時(shí)起導(dǎo)向作用，如圖4-4。
圖4-4 曲柄連桿
第5章 全文結(jié)論
5.1總結(jié)
在“八五”期間，“電控機(jī)械式變速箱”被列入國(guó)家火炬預(yù)備計(jì)劃，“九五”期間，A M T的開發(fā)研制和產(chǎn)品化被列入國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目，本文是在這樣的背景下設(shè)計(jì)的。所做工作主要圍繞AMT自動(dòng)離合器操縱系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)展開的。
1. 首先介紹AMT的發(fā)展，然后介紹了自動(dòng)離合器的發(fā)展，指出本文的研究對(duì)象是AMT自動(dòng)離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并指出了畢業(yè)設(shè)計(jì)的意義。
2. 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體要求，提出了電控離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路及方案，通過(guò)對(duì)比，確定方案為蝸桿曲柄傳動(dòng)方案。
3. 對(duì)已經(jīng)確定的方案經(jīng)行計(jì)算，設(shè)計(jì)其中的零件，畫出主要零件圖。
4. 對(duì)設(shè)計(jì)及計(jì)算完成的零部件進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)。
5.2展望
汽車自動(dòng)變速系統(tǒng)中，AMT是自動(dòng)變速發(fā)展有前景的一個(gè)方向。本文是自動(dòng)變速系統(tǒng)的一部分，為了進(jìn)一步提高AMT的性能和實(shí)用性，仍需要進(jìn)行以下后續(xù)研究。
1.本文基本完成了AMT自動(dòng)離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，距離產(chǎn)品的實(shí)用化和市場(chǎng)化還有較大的差距。
2.由于時(shí)間關(guān)系，尚未將設(shè)計(jì)出的控制器進(jìn)行編程并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這將是以后的工作的重點(diǎn)之一。
3.在完成AMT自動(dòng)離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)之后還需與變速器的自動(dòng)換檔系統(tǒng)和電控油門聯(lián)合進(jìn)行整車試驗(yàn)，并在調(diào)試試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行整車性能的改進(jìn)。
總之，本文對(duì)自動(dòng)離合器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了比較全面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，零部件詳細(xì)設(shè)計(jì)基本完成，大部分零件可以生產(chǎn)。本文所做的工作對(duì)AMT的開發(fā)和產(chǎn)品化有一定的實(shí)際意義。
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致 謝
本此畢業(yè)設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)老師李德信副教授的精心指導(dǎo)下完成的。李老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，認(rèn)真負(fù)責(zé)，在他的耐心教導(dǎo)和親切關(guān)懷下，我順利完成了本期間的學(xué)業(yè)，在此表示衷心的感謝！
通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我積累了很多系統(tǒng)地完成一項(xiàng)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)。在此非常感謝系里其他各位老師的支持，沒(méi)有他們的督促和鼓勵(lì)，我是很難完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中我也體會(huì)到，設(shè)計(jì)是一個(gè)團(tuán)體性、合作性很強(qiáng)的工作，因此也謝謝各位同學(xué)在硬件和軟件方面給我提供的幫助，在生活中給予我的支持，使我順利地完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。
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