轿车机械式自动变速器操控机构设计.docVIP

河北工业大学2014届本科毕业论文河 北 工 业 大 学毕 业 论 文作 者： 杨永超 学 号： 100277 学 院： 机械工程学院 系(专业)： 车辆工程 题 目： 轿车机械式自动变速器的操控机构设计 指导者： 刘芳 副教授 (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务) 2014年 5 月 23 日毕业设计（论文）中文摘要题 目 轿车机械式自动变速器操纵机构设计摘要：汽车是当今世界最普及，最流行的交通工具之一，各式各样的汽车不断进入人们的视野，消费者对汽车各方面的品质要求越来越具体，越来越多样化。变速器作为汽车的核心部件，在其中起着举足轻重，甚至决定性的作用。变速器的品质对汽车的噪声，震动，行驶的的平稳性，驾驭性，速度的变化都有至关重要的影响，可以说变速器是整个汽车最关键的部件。而机械式自动变速器AMT是各种变速器中最流行的变速器，目前国外市场，尤其是欧洲汽车市场已经得到了相当大的普及。在未来相当长的一段时间内，AMT自动变速器将成为汽车变速器的主流，各个汽车企业将持续投入愈来愈多的资金进行研发，具有巨大的市场开发潜力。本次设计主要进行了轿车用机械式自动变速器操控机构的设计，主要涉及AMT变速器驱动方式的选择确定，离合器分离与接合操控机构方案的选择，选换档操控机构方案的选择，传动结构的选择，各执行构件外形参数的简单设计等。我们的设计还处于理论阶段，只是初步的概念设计，大部分性能参数的数据选择都是定性的，有些实际情况可能考虑的不是很全面周密，因此想成为产品投入使用还需要以后长时间其他详尽具体的设计来完善补充。关键词：AMT变速器 离合器操纵机构 选换档操纵机构 电动河北工业大学2014届本科毕业论文毕业设计（论文）外文摘要Title Design of Automatic Mechanical Transmission Mechanism of Sedan AbstractAutomobile has become one of the most widespread and popular vehicles in the world. With a variety of automobiles constantly coming into view, the qualities of automobiles is required to be more specified and diversified. As the key component of the whole automobile, transmission plays an important or even divisive role in the function. Its quality has significant effect on the automobiles noise, vibration, driving smoothness, maneuverability and changes in vehicle speed, thus making the transmission become the most essential part of automobile. Automated mechanical transmission (AMT) is the most popular variety of transmission. So far, it has gained great popularity in the overseas market, especially the European market. In quite a long time of the future, AMT automatic transmission will become the mainstream automotive transmissions and various automobile companies will continue to invest more and more money for research and development based on its huge market potential. The design focus on automated mechanical transmission car steering mechanism, primarily involving the determination of AMT transmission drive mode, the clutch and joint control scheme; the selection of optional shift control scheme, transmission structure, and the simple design of each executive member of shape parameters. Our design is still in the theoretical stage, and is only preliminary conceptual design. Most of the performance parameters of the data selection are qualitative and some actual situation may not be comprehensively considered, therefore the usage of the product requires other specific design in a long time to improve the supplement.Keywords：Automated mechanical transmission (AMT), clutch operation, optional shift control, electric目 录1 绪论11.1 课题背景11.2 自动变速器的分类21.3 AMT技术在国外的发展历史41.4 AMT的发展现状41.5 AMT发展趋势41.6 AMT控制原理、结构和分类51.7 国内比较新的AMT变速箱62 电动离合器操控机构的设计92.1 电动离合器执行机构的选择92.2 电机的选择102.3 离合器操控机构各部件的设计计算102.4 计算分离时间193 设计选换挡的执行机构203.1 确定选换挡机构的方案203.2 选档机构的设计203.3 换挡机构的设计233.4 计算选换挡时间283.5 AMT整个换挡过程时间294 AMT操纵机构的三维零件建模及装配304.1 离合器操纵机构的零件及装配304.2选换挡操纵机构的建模与装配34结 论38参 考 文 献39致 谢40河北工业大学2014届本科毕业论文 1 绪论1.1 课题背景当今世界科学技术的发展日新月异，汽车上各项技术的更新换代也变得更快。随着汽车产业发展，各种各样的电子技术在整个汽车产业的应用也越来越广泛。电动汽车，智能汽车等一大批新的汽车种类的出现，是汽车由最初的机械式汽车变成集电子技术等各种工业技术大成的现代科技产品5。电子技术在汽车上的应用主要解决汽车的自动化控制，无论是喷油泵的喷油，发动机的点火，还是CCS系统，ABS系统都和电子控制息息相关。自动变速器的控制是现代汽车研究的一项重要课题。对自动变速器控制的优化设计可以很大程度上提高驾驶员的舒适性，驾驭性，改善汽车的动力性，燃油经济性，甚至对汽车的排放性也有很大的影响。自动变速技术已成为制约当今汽车行业发展的关键技术之一。汽车自动变速器具有以下特点：1）操作简单省力：自动变速器取消了离合器踏板，简化驾驶操作，即使在繁忙的街道上也不许通过频繁换挡保持合适的车速，驾驶员只要通过加速踏板就能很好的控制车辆，大大减轻了驾驶员的操作疲劳强度。2）提高了行驶安全性：没有了离合器踏板和频繁的换挡操作，使换挡自动化，减轻了驾驶负担，是驾驶员可以集中精神观察路况和交通情况，掌握好行进方向和车速，大幅提高驾驶安全性。3）提高了乘坐舒适性：自动变速器使汽车的起步，加速更加平稳，降低引擎转速的急剧变化，降低了整车的振动与噪声，减轻换挡冲击，使汽车平稳性得到改善。4）动力性好：使汽车启动平稳，缩短加速时间，自动换挡时不会中断动力输出，试验资料显示自动变速器汽车岂不加速到20km/h所需时间比手动挡要少20%；加速到40km/h时少10%，且在较差路面行车时不会有停车现象。5）减少空气污染：手动挡换挡过程中供油量急剧变化，导致汽油燃烧不良，废气中有害成分增加，而自动挡中换挡平稳，燃油经济性好，产生的有害污染物少，降低大气污染。1.2 自动变速器的分类自动变速是现代汽车发展的关键性技术之一。根据控制方式和变速箱形式，自动变速器主要有下面几种类型：液压自动变速器（AT），无级变速器（CVT、ECVT、IVT），机械式自动变速器（AMT、DCT、DSG）。应用了电子控制的包括AT、AMT、ECVT、DSG，电控电动自动变速器越来越成为生产厂家青睐的变速器6。1）液力自动变速器液力自动变速器铜锅液力变矩器以及行星齿轮来传递发动机动力。具有操作容易，驾驶舒适，能减少驾驶者疲劳的优点，但其传动效率低下，经济性不好，结构复杂，维修成本高。图1.1 AT结构示意图2）无极自动变速器无极自动变速器采用两组齿轮和传送带传递动力，结构简单，体积小，可以自由改变传动比，使驾驶平顺性、加速性、经济性和排放性都较好，省油。但是目前技术还不完善，价格较高，维修成本高。图1.2 CVT结构示意图3）电控机械式自动变速器电控机械式自动变速器具有效率高、成本低、结构简单、易制造的长处，是非常适合我国国情的机电一体化自动变速器。AMT用先进的电子技术改造传统的手动变速器，不仅保留了原齿轮变速器效率高、成本低的长处，而且具备了液力自动变速器采用自动换挡所带来的所有优点。它以特有的经济、方便、安全、舒适性而备受所有驾驶者欢迎。驾驶员通过加速踏板和操纵杆向电子控制单元（ECU）传递控制信号，电子控制单元采集发动机转速传感器、车速传感器等信号，时刻掌握着车辆行驶状态；电控单元根据信号按预先存储好的最佳程序，最佳换挡规律等对发动机供油、离合器的分离与结合、变速器换挡的动作和时序进行最佳匹配。从而获得优良的燃油经济性与动力性能以及平稳起步与迅速的换挡能力，达到驾驶员期望的结果。图1.3 AMT结构示意图1.3 AMT技术在国外的发展历史AMT系统所具有继承性，经济性，适应性等各种优势使其迅速成为汽车行业炙手可热的变速器，越来越多的厂家开始投入资金研发，AMT在发展过程中大致经历了以下三个阶段：起初是半自动阶段。60年代起欧洲的制造商已开始这方面的研究，采用机械或者液压的方式控制离合器的自动化，但并没有取得很大的成效。70年代中出现了出现了电子控制的换挡功能，瑞典的Scania生产的CAG系统，戴姆勒公司生产的EPS系统都是此时的代表，同一时间拜尔罗斯工学院也研制出由2参数规律控制选换挡的控制系统。其次AMT步入了全自动化的发展阶段。20世纪80年代初期日本的五十铃公司和富士公司率先研制出了电控机械式有级全自动变速器NAVA-5并最先应用于轿车投放市场，紧随其后日本尼桑，美国福特，法国菲亚特等一大批老牌知名的汽车生产制造公司开始对AMT系统中离合器控制，换挡规律等技术大力研发，全自动变速器进入到使用阶段。最后是AMT的智能阶段。随着消费者对汽车驾驭的主观感受和舒适性的各方面要求的不断提高，制造商将神经网络控制法，模糊控制法等应用于AMT智能控制，使外界环境，人的主观操控意图和车辆的运行状态紧密结合，智能控制AMT的运行8。1.4 AMT的发展现状自从80年代首个AMT系统进入市场以来，到2008年欧洲市场已经有50%以上的商用车装配了AMT变速器11。我国对AMT自动变速器的研究起步较晚，九十年代拥有自动变速器的汽车才开始正式进入我国市场。目前国内的AMT正处于第二阶段，吉林大学，北京理工大学，上海交大，哈尔滨埃姆特公司对这方面的研究较早，处于领先水平。国内对AMT的研究大有可为，市场前景身份广阔。【7】1.5 AMT发展趋势目前，国内汽车制造商都在研发自动变速器，且一些技术已经产业化供给市场使用，但舒适性，可靠性，故障诊断还不是很完善。趋势主要有10：1）降低油耗：随着经济发展，能源问题越来越成为人类的首要问题，消费者越来越把经济适用，节油减排放在首位，降低油耗势在必行。2）智能化：科技在进步，计算机的应用日益广泛，人们更加追求驾驭的舒适性安全性，这就要就车辆越来越智能化，能够根据实际情况处理各种状况。3）操纵执行机构的优化设计：建立简单易行的执行机构，使车辆操控简单方便，反应迅速，精度高，安全性好。1.6 AMT控制原理、结构和分类1.6.1 AMT的原理AMT是为了让汽车能够实现自动选换挡，而将电子控制的操纵系统加装到机械式手动变速箱和离合器上的变速器，其主要结构仍然是手动变速器的齿轮组结构，具有齿轮传动原有的工作可靠、效率高等所有优点。系统能够综合驾驶时的各种因素，自动控制离合器的结合分离与最佳档位的选择，省略了离合器踏板，缩减了操作时间，尽量避免了驾驶中的错误操作，适合绝大多数人使用，即使新手也能很好的使用。AMT的整个工作过程实际上是模仿人的驾驶操控过程，电控中心TCU根据司机的操作意图，把车速，发动机转速，节气门开度，道路环境等信号输入计算机，电控中心再根据这些输入的信号，选择适合的预先设定好的程序，对整个选换挡过程进行有效地操作，实现最佳的控制策略9。图1.4 AMT的控制原理示意图1.6.2 AMT的结构AMT结构主要包括以下几部分：1）传感器系统：有各种各样的传感器组成，采集发动机转速，车速，油门位置，节气门开度等各种输入信号；2）离合器执行机构与选换挡执行机构：主要由电机，拉杆，齿轮，电磁阀等各种执行构件组成，控制离合器的结合分离，档位的选择；3）TCU控制决策系统：对传感器的各种输入信号进行分析处理，故障诊断等，然后根据设定好的换挡规律，控制变速器正常工作。1.6.3 AMT的分类AMT主要有电控液动，电控气动和由直流电动机控制的电控电动三类：1）电控液动：电控单元通过控制液压系统中电磁阀的开闭，液压缸的运动等控制离合器与选换挡。由于采用液压系统，有一定的缓冲吸振的作用，系统受温度影响较大，且对零件的强度，密封性，液压油的品质要求都较高，制造成本较高，而且油液的耗损可能会造成压力不足，不利于汽车运行。2）电控气动：离合器和选换挡执行机构由气动系统操控，目前，市场上采用这种系统的主要是大客车和重型汽车，应用范围不是很广。3）由直流电动机控制的电控电动：随着汽车电子技术的不断发展完善，电控电动AMT越来越成为研究的重点。系统中离合器和选换挡由电动机控制，与电控液动和电控气动相比，电控电动AMT变速器，体积小，质量轻，结构紧凑，零件数目少，操作更简便，执行构件精度高，更加准确，制造成本低，在原有变速器基础上进行开发，省时省力。1.7 国内比较新的AMT变速箱近些年来我国在AMT变速器的研究设计上的投入越来越大，也出现了一些比较优秀的设计。其中浙江吉利汽车研究院发明的一种六速AMT自动变速器比较优秀，申请了发明专利，专利申请号是201120265645.这种变速器由输入轴，输出轴，倒档轴和装配在轴上的各种传动齿轮组成，这项发明使三根轴连接在变速器壳体内，水平布置连接，轴端与客体之间装有双密封深沟球轴承，这项发明专利解决了现有AMT变速箱零件琐碎繁多，成本高，布置空间大等问题。图1.5 六速变速器结构示意图2011年广东省韶关宏大齿轮公司发明的汽车AMT专用机械式自动变速器申请专利，专利申请号为201110205193.0 。该变速器由常规汽车变速器箱，离合装置和一个与副箱输出轴、主箱中间轴连接的齿轮副组成的副箱组成。变速器主箱输出轴与副箱输出轴通过离合装置进行连接，使用一对齿轮副巧妙地把主箱中间轴和副箱输出轴连接，该发明专利解决了AMT机械式自动变速器换档过程中动力中断的问题同时，也不存在力学干涉。图1.6 单中间轴变速器结构示意图图1.7 双中间轴变速器结构示意图2 电动离合器操控机构的设计2.1 电动离合器执行机构的选择电动离合器是一种在原来离合器的基础上开发出来的由直流电机执行，且由TCU自动控制离合器的结合与分离智能离合器，它是一套独立的系统，简化了驾驶员的操作动作4。电动离合器的主要工作是将直流电动机的旋转运动通过构件变成离合器的直线运动，此外还需要考虑增加助力装置增大离合器执行机构驱动力的问题。电动离合器执行机构主要采用以下三种结构实现增大驱动力的驱动：1）齿轮传动：采用一级或多级的齿轮结构进行传动，可以使传动比在较大的范围内变化，具有结构紧凑，效率高，寿命长的特点。但是汽车在驾驶过程中在某些工况下需要保持离合器位置固定不变，这对于齿轮传动来说比较难以实现。2）涡轮蜗杆传动：使用蜗轮蜗杆可以得到较大的传动比，实现较大的增力作用，且蜗轮蜗杆结构紧凑，机械的自锁性使其能够实现反向自锁，但是由于其传动效率低，磨损率大，对零件的制造精度和材料都有较高的要求，成本较高。3）螺旋传动：将螺杆与电动机连接到一起，电动机的转动直接传递到螺杆，使装在螺杆上的螺母轴向运动，带动离合器拉锁的拉紧与放松，控制离合器运动。综上所述，我们将选择螺旋传动的驱动结构。通过查询有关资料得知捷达轿车离合器的部分数据资料。表2.1 捷达轿车离合器的部分数据资料离合器所需的最大分离力800N分离轴承的分离行程9mm分离轴承与离合器分离指间的自由行程3mm执行机构分离离合器时间0.12s执行机构工作过程：电控单元（TCU）根据车速等各种参数对执行机构的电机发出命令，直流电机带动螺杆转动，安装在螺杆上的螺母在螺杆的带动下沿螺杆做向右的轴向运动，拉杆随之右移，分离杠杆做逆时针转动，推动离合器分离轴承左移，离合器分离，电机反转离合器接合，这样就实现了将电动机的转动变为分离轴承的轴向运动。图2.1 离合器操纵机构示意图2.2 电机的选择离合器分离时最大需要750N的推力，分离的有效行程是，分离所需时间为，离合器分离所需的最大功率为：根据所求的数据选择合适的电机。选取5DM120A型直流电机。表2.2 5DM120A直流电机参数额定功率额定电压额定电流额定转矩额定转速120W12V13A0.8Nm2000rmp2.3 离合器操控机构各部件的设计计算2.3.1 螺杆的设计（1）计算螺杆的驱动力根据需求设计的螺杆需要具备既能实现自锁，又要求传动效率高且制造难度低的特点，为此我们初步选定能够双向传力的梯形螺纹。螺旋副采用转动的螺杆，螺母在螺杆上转动的结构，下图是结构的受力简图图2.2 螺旋副受力图螺杆驱动力计算中用到的计算或推导公式： （2-1） （2-2） 将2-1带入2-2得 （2-3） （2-4） （2-5）其中F是螺母受到的轴向力，是螺杆上的驱动力矩，是丝杠中径，是中径处的圆周力，螺纹升角用表示，是当量摩擦角，L表示螺纹导程，表示丝杠传动效率，是螺母的移动速度，n表示螺杆转速。设计时选取1:2作为分离杠杆的比值，2为拉杆一端，计算出作为分离离合器拉杆要求提供的最大拉力。设计时要求离合器的分离在0.12s内完成，且分离杠杆的比值，总行程。通过2-5式计算得螺母的移动速度（2）丝杆中径轴向载荷，采用梯形螺纹取，因为是整体式螺母取，根据求得的螺母速度查阅资料选用45钢作为螺旋副材料，材料的许用压强，通过式(2-6)；根据2-5计算出螺杆导程。根据以上数据初步选取螺纹标准数值表2.3 初选部分螺纹标准数值螺纹大径螺纹中径螺纹小径螺距p螺杆头数n螺纹导程L16mm14.5mm12.5mm3mm26mm计算螺母高度取；旋合圈数；工作高度；螺纹升角。通过公式 (2-7) 求得当量摩擦角，其中摩擦系数，梯形螺纹牙型角，计算得（3）验证螺旋副的自锁性能因为，即，满足自锁条件，能够实现自锁。（4）传动效率通过公式计算 （2-8）（5）螺杆最大轴向力公式计算 （2-9）（6）校核螺旋副的压强校核公式 （2-10） 代入数据计算得，螺杆采用45钢制造，螺母采用铸铁，查阅资料知许用压强，因为，所以符合要求。（7）校核螺杆和螺纹牙的强度1）第四强度理论对螺杆进行强度校核 (2-11)代入数据计算，查阅资料知，因为，螺杆强度符合要求。2）螺纹牙强度校核螺杆螺纹牙强度校核公式：抗剪强度 （2-12） 抗弯强度 （2-13）其中梯形螺纹牙的螺纹牙底宽，代入数据计算，查阅资料知，因为，所以螺杆的螺纹牙符合要求。同理计算螺母螺纹牙的强度，查资料知铸铁的，因为，螺母螺纹牙的强度符合要求。（8）校核螺杆的稳定性螺旋副采用一端固定一端滑动的支撑方式，当细长杆受到很大的轴向力时，会发生比较大的变形，产生失稳现象，破坏杆件的平衡，因此要对杆件的稳定性进行校核。下图为螺杆螺母的受力简图图2.3 螺杆的受力形式螺杆的最大工作长度为L，设计时初选，长度系数。螺杆危险截面惯性半径，截面面积，能够推导出。则，因为，所以，则螺杆具有较好的稳定性。2.3.2 螺杆的结构设计根据以上计算结果和电机输出轴尺寸设计出符合实际的螺杆结构，如下图所示图2.4 传力螺杆的结构示意图2.3.3 选择计算螺杆轴承因为作用在螺杆上的轴向力是双向的，应该选用双向推力球轴承，根据装载轴承处螺杆直径25mm，应该选择52206型号的轴承。（1）计算轴承载荷：轴向力；计算轴承当量动载荷，取载荷系数，当量动载荷；设计时轴承的预期寿命；计算轴承基本额定动载荷c： （2-14）指数，代入数值计算综上所述轴承的基本额定动载荷，额定静载荷，轴承符合要求。（2）对轴承寿命进行验算：所以，轴承寿命符合要求。2.3.4 螺母的结构设计操纵机构在工作中，拉杆的运动轨迹近似于平动，为了使拉杆的运动空间尽量小，螺母的结构应设计如下图2.6 螺母外形结构示意图对螺母进行简单的受力分析，如下图图2.7 螺母受力示意图我们可以看到，螺母在拉杆拉力，螺杆的力和助力弹簧的力下保持平衡，其中拉杆最大拉力，A，B都是危险截面。对A,B面进行校核，校核公式是，其中为杆受到的最大拉力，表示截面面积，；A截面：，所以A面符合条件。B截面：,B面也符合条件。2.3.5 助力弹簧的设计螺旋机构有减速作用，电机通过后产生推力，因此需要加装助理弹簧使其能顺利推动离合器。操纵机构控制离合器结合时，弹簧被压缩储能，随着离合器分离，弹簧释放能量，对机构产生助力作用，推动分离轴承推开离合器。下表是对弹簧的性能要求：表2.4 对弹簧的性能要求中径D形变量10mm时产生的推力形变量34mm时产生的推力30mm50N150N选取直径，旋绕比的碳素弹簧钢丝B级。(1)曲度系数通过查阅机械设计手册知抗拉强度，许用切应力；根据公式计算取，计算得； 查得切变模量。(2)弹簧圈数n的计算：选取，此时。（3）验算弹簧的静力强度：安全系数强度条件：其中是弹簧的疲劳强度的设计用安全系数，取；弹簧的剪切屈服极限；，取，则；因为，所以静应力强度符合。（4）设计计算弹簧尺寸通过计算得到弹簧外形尺寸如下表所示：表2.5 弹簧的外形尺寸中径30内径27外径33旋绕比10有效工作圈数7总圈数9节距9轴向间距6螺旋角5.45自由高度67.5展开长度851.62.3.6 拉杆结构和转臂结构的设计（1）下图为拉杆的示意图：图2.8 拉杆结构示意图作用在拉杆上的最大拉力，其抗拉强度极限；因为，拉杆符合强度要求。（2）根据离合器分离轴承的花键尺寸设计出转臂外形尺寸如下图图2.9 转臂的结构示意图2.4 计算分离时间螺母在螺杆上的移动时间和离合器分离时间相差不大，螺母速度，螺母行程；3 设计选换挡的执行机构3.1 确定选换挡机构的方案选换挡执行机构均采用电机驱动。由于齿轮齿条具有传动效率高，结构紧凑，装配方便，传动精确的优点，因此传动机构采用齿轮齿条传动。电控单元（ECU）根据车速，节气门开度等信号发出命令，选档电机工作，通过齿轮齿条机构将电机的旋转运动转化为轴向运动，进行选档，然后换挡电机直接驱动花键轴转动，使装配在换挡轴上的换挡块旋转一个角度进行挂档和摘挡，实现选换挡。1换挡电机 2联轴器 3轴承 4换挡块 5换挡轴 6齿条 7选档电机 8齿轮图3.1 选换挡原理图3.2 选档机构的设计下图是选档机构中齿轮齿条的传动原理：3.2 齿轮齿条传动原理图查阅捷达轿车的资料得知选档的有关数据如下表。表3.1 捷达轿车选挡参数选档力选档行程选档动作时间60N10mm 0.02S计算选档功率，初选齿轮分度圆直径；初选转矩；初步选定型号的电机作为选档电机，下表是其性能参数：表3.2 选档电机性能参数额定电压额定电流额定转速额定功率输出转矩减速比12V4.0A2000rpm36W0.277Nm3.63.2.1 选档齿轮的设计使用渐开线齿轮作为选档齿轮，根据所选减速电机，转矩经减速后变为，因此齿轮选用45号钢制造。（1）通过查阅资料初选齿轮的各个设计计算参数如下：表3.3 初选齿轮系数分度圆螺旋角齿宽系数齿轮齿数齿条齿数重合度系数00.5201520.74应力校正系数齿形系数安全系数1.552.80.9400Mpa1.3计算疲劳许用应力；根据齿根弯曲疲劳强度计算：通过公式对模数进行修正，其中，选取标准模数。齿轮的几何尺寸如下：表3.4 齿轮的几何尺寸齿数z分度圆直径d齿厚b齿顶高系数齿顶圆直径顶隙系数齿根圆直径2030mm15mm133mm0.2526.25mm（2）查资料知材料弹性影响系数，区域系数，齿轮比；对齿面接触疲劳强度进行校核其中，查资料知，；代入数值计算的经校核齿面的接触疲劳强度符合要求。3.2.2 齿条的设计齿轮齿条机构中齿轮和齿条是相互配合的，因此齿条的齿形应该和齿轮的一样，经计算，齿条的数据参数如下表：表3.5 齿条的参数模数齿宽齿数齿距齿条长度1.5mm15mm154.7mm70.5mm齿条的结构设计如下：图3.3 选档齿条的外形结构3.3 换挡机构的设计电控中心发出命令，换挡减速电机带动花键轴转动，安装在换挡轴上的换挡块随之转动，推动拨叉轴向移动，完成换挡。下面是换挡原理示意图：图3.4 换挡原理示意图查阅资料知捷达轿车的有关换挡参数如下表：表3.6 捷达轿车部分换挡参数换挡力选档行程选档时间200N15mm 0.06S换挡功率，初选换挡臂长；图3.5 换挡转矩分析示意图综上所述，应选择型直流减速电机。表3.7 换挡减速电机的数据额定电压额定电流额定功率输出转矩额定转速减速比12V5.4A60W0.411Nm2000rpm303.3.1 换挡轴的设计根据扭转强度条件设计轴的尺寸，使用45号钢制造：其中则此外，轴上应该设计键槽，因此轴颈应增大，；所以轴的最小截面直径初取。图3.6 换挡轴的外形尺寸（1）校核轴的弯扭强度下图对轴的受力进行分析：3.7 换挡轴的受力简图解得，轴受到的扭矩图3.8 轴的剪力、弯矩、扭矩图截面A为危险截面，尺寸是。图4.9换挡轴尺寸和截面A按照弯扭强度条件进行校核：其中，；代入数据的所以，轴的强度符合。3.3.2 换挡块的设计换挡块使用45钢制造，根据花键轴和换挡指确定换挡块外形尺寸：图3.10 换挡块结构尺寸示意图3.3.3 联轴器的设计联轴器是连接电动机与换挡轴的装置，需要参照电动机输出轴和换挡轴尺寸进行设计，采用45钢。图3.11 电机输出轴截面图3.12 换挡轴截面根据以上数据画出联轴器结构示意图：图3.13 联轴器结构示意图3.4 计算选换挡时间（1）计算选档时间小齿轮圆周速度，其中，所以；则（2）换挡时间换挡块转过角度，其中，；所以3.5 AMT整个换挡过程时间汽车行驶中先将离合器分离，然后换挡块将拨叉推到空档处，选档，换挡块将拨叉推入选定档位，离合器结合，选换挡完成，则综上所述，换挡时间符合要求。4 AMT操纵机构的三维零件建模及装配NX作为最为常见的建模软件，具有十分完备和全面的建模功能，本文通过NX6.0，根据前面章节计算设计出的各零件的外形及尺寸数据进行建模，画出操纵机构中涉及到的各个零件模型。此外，NX6.0还具有非常优秀的零件装配功能，能够把各个零件模型组装成机构，实现设计所要求的各项功能。4.1 离合器操纵机构的零件及装配离合器操纵机构中，螺杆螺母相互配合能够将电机的旋转运动转化为轴向移动，下面是螺杆螺母的结构图，以及螺杆螺母的装配图。图4.1 螺杆建模图图4.2 螺母建模图图4.3 螺杆螺母配合图螺杆通过轴承和轴套装配在壳体上，离合器的螺杆要受到轴向前后两方面的推力，为了满足要求选用双向推力轴承，根据螺杆安装部位的直径选定采用双向推力轴承52206，GB/T301-1995。下面是轴承建模和配合图。图4.4 双向推力轴承建模图4.5 轴承在螺杆上的装配轴承与螺杆等部件装在壳体上图4.6 轴承、螺杆、壳体的装配在离合器分离时由于电机提供的力不能充分满足要求，需要在螺母和前盖之间加装助力弹簧，保证操纵机构在工作过程中能够提供足够的力，下面是前盖、弹簧等建模图。4.7 前盖建模4.8 前盖，弹簧和螺母的装配爆炸示意图然后将拉杆，转臂，电机等零件装配上，建立爆炸图等，如下：图4.9 电机壳体等的装配图图4.10 离合器操纵机构装配图图4.11 离合器操纵机构爆炸图4.2选换挡操纵机构的建模与装配选换挡操纵机构主要使用齿轮齿条机构和花键轴与换挡块的配合来实现选换挡，其中齿轮齿条主要用来实现档位的选择，下面是齿轮齿条、换挡轴等建模及装配：图4.12 齿轮齿条的配合图4.13 换挡轴换挡块的配合图4.14 选换挡传动机构的配合其中，换挡轴通过深沟球轴承装配在壳体中，外面通过联轴器与换挡直流减速电机连接，下面是其装配爆炸图：图4.15 换挡轴等在壳体中的装配同时，齿轮与选档电机直接连接在一起，通过齿条带动换挡块轴向移动，齿轮齿条与上盖的装配爆炸图如下图：图4.16 齿轮齿条与电机上盖等的装配最后整个选换档操纵机构的装配图和爆炸图如下：图4.17 选换档操纵机构的装配图图4.18 选换挡操纵机构的装配爆炸图结 论本次设计主要做了离合器操纵机构方案的选择，动力输出的选择，传动机构的选择与设计，操纵机构各零件尺寸外形的设计与计算，离合器接合与分离时间的计算，选换档操纵机构方案的确定，选档电机的选择，选档传动机构的选择，换挡电机的选择，换档传动机构的选择，选换档操纵机构各