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AMT换档轴校核及其上的齿轮和轴承的校核设计【9张CAD图纸+毕业论文】

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关键词：: AMT换档轴校核及其齿轮轴承设计 cad图纸毕业论文换档轴

资源描述：

AMT换档轴校核及其上的齿轮和轴承的校核设计

52页 23000字数+说明书+程序说明书+9张CAD图纸【详情如下】

AMT换档轴校核及其上的齿轮和轴承的校核设计说明书.doc

AMT装配图.dwg

下构件.dwg

传感器丝杠.dwg

扇形齿上件.dwg

换档大齿轮.dwg

换档小齿轮.dwg

程序说明书.doc

选档大齿轮.dwg

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中文摘要

介绍了AMT的发展历程，基本工作原理及不同的执行机构。内容主要包括对电动机械式选换档执行机构方案的设计论证，设计计算及参数选择，关键零部件的校核计算，换档轴的加工工艺，机器的装配工艺和英文翻译。

关键词 AMT 执行机构方案设计加工装配

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

1 引言1

1.1 什么是AMT？（Automated mechanical transmission）1

1.2 AMT的发展史1

1.3 研究开发AMT的意义2

1.4 AMT基本工作原理3

1.5 AMT 基本组成4

1.6 AMT的优缺点5

1.7 AMT换档控制策略6

1.8 AMT的不同执行机构8

2 方案设计（电动机械选换档执行机构）10

2.1 设计要求10

2.3 原动件选择11

2.4 传动方法及其简图的绘制12

3 设计计算及参数选择15

3.1 螺旋传动15

3.2 选挡轴Ⅲ的设计18

3.3 各级传动齿轮齿数的选择18

3.5 步进电机的选择计算21

4 校核计算22

4.1 换档轴的校核22

4.2 齿轮1和齿轮2的校核27

4.3 悬臂轴1上的深沟球轴承61802寿命计算29

5 加工工艺及装配工艺30

5.1 选档轴机械加工工艺的确定30

5.2 总成装配工艺过程34

6英文翻译37

结论46

致谢48

参考文献49

而AMT的特点是：1）实现了变速器选换挡的自动控制, 选换挡操纵杆的动作和离合器的结合与分离由气动、液动或电动执行机构完成, 使选换挡操作方便, 减轻了驾车者的劳动强度。2) 可通过ECU 进行最优化的换挡控制, 使汽车能在最理想的换挡点及时换挡, 并可避免手动换挡操作不当所造成的换挡冲击。因此,AMT 可使汽车的动力性和平顺性等有所提高。3) 采用传统的齿轮变速器传动, 传动效率优于液力变速器, 机械传动机构的维修也较为简单。4) 由AMT能在现有生产的手动变速器基础上进行改造,生产继承性好, 投入费用较低, 容易被生产厂接受。和国外“自动拨”（AT）相比可节油10％－15％。AMT换档的科学性、平顺性优于熟练驾驶员的手工操作，满足了人们对汽车多功能的需求愿望，保证了人们对汽车驾驶便捷、乘坐舒适的要求。国内现有的自动变速器（AT）来源除了靠直接进口，就是靠引进技术和生产线制造，后者周期长、费用高，专一性强、通用性差。AMT无须改变原变速箱和离合器，因而生产继承性好，投资不足AT的1/8，投资少，见效快。AMT价格仅为AT的1/3，特别适合中国国情。

1.4 AMT基本工作原理

汽车AMT系统工作过程主要是以各种传感器代替人的感知器官，以操纵控制机构代替人的手和脚，以ECU代替人的大脑，模拟熟练驾驶员的换档过程，来自动完成汽车的整个换档过程。

机械式自动变速器(AMT)在原有固定轴式齿轮变速箱的基础上，将选、换档、离合器及发动机油门的操纵控制自动化，不仅可模拟驾驶员的换挡动作，而且通过车辆行驶状况的准确监测和执行机构的快速动作，使换挡操作不受人的动作限制，使电控机械式自动变速车辆具有比熟练驾驶员驾驶手动变速车辆更好的换挡品质和燃油经济性，由于不改变手动变速器的主要结构，生产继承性好，产业化技术难度参考文献

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7 机械设计手册编委会编著. 机械设计手册.第2卷. 3版.北京：机械工业出版社，2004.8

8 机械设计手册编委会编著. 机械设计手册.第3卷. 3版.北京：机械工业出版社，2004.8

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内容简介：: 本科毕业设计说明书第 1 页共 50 页中文摘要介绍了AMT的发展历程，基本工作原理及不同的执行机构。内容主要包括对电动机械式选换档执行机构方案的设计论证，设计计算及参数选择，关键零部件的校核计算，换档轴的加工工艺，机器的装配工艺和英文翻译。关键词 AMT 执行机构方案设计加工装配外文摘要Title the design of the electromechanical selecting and shifting actuator for AMT AbstractIt 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 本科毕业设计说明书第 50 页共 50 页目次1 引言11.1 什么是AMT？（Automated mechanical transmission）11.2 AMT的发展史11.3 研究开发AMT的意义21.4 AMT基本工作原理31.5 AMT 基本组成41.6 AMT的优缺点51.7 AMT换档控制策略61.8 AMT的不同执行机构82 方案设计（电动机械选换档执行机构）102.1 设计要求102.3 原动件选择112.4 传动方法及其简图的绘制123 设计计算及参数选择153.1 螺旋传动153.2 选挡轴的设计183.3 各级传动齿轮齿数的选择183.5 步进电机的选择计算214 校核计算224.1 换档轴的校核224.2 齿轮1和齿轮2的校核274.3 悬臂轴1上的深沟球轴承61802寿命计算295 加工工艺及装配工艺305.1 选档轴机械加工工艺的确定305.2 总成装配工艺过程346英文翻译37结论46致谢48参考文献49 1 引言1.1 什么是AMT？（Automated mechanical transmission）AMT 是在传统固定轴式变速器和干式离合器基础上进行改造, 主要改变其手动换挡操纵部分。即在总体传动结构不变的情况下通过加装电控系统、传感器和相应执行机构, 将选换挡、离合器及发动机油门的操纵控制自动化。1.2 AMT的发展史汽车上普遍使用的发动机至今仍然是各种活塞式内燃机。内燃机的扁平动力特性决定了使用其作为动力源时, 必须配备变速装置, 以保证车辆能够适应行驶条件的变化和充分发挥内燃机性能。大多数变速器仍采用有级式变速器, 这就需要在行驶过程中通过换档来改变传动比, 这是驾驶员最为繁重的工作之一。为了充分利用发动机功率和改善车辆经济性, 变速器档位有日益增多的趋势。为减轻驾驶员的工作, 使其有更多时间注意到道路工况和车况, 提高行驶安全性, 迫切需要车辆变速实现自动化。电子控制技术和计算机技术的飞速发展为车辆变速自动化提供了强大的技术基础。最早实现换档自动化的是装有液力机械式自动变速器(AT) 的车辆。由于液力变矩器随着阻力矩的变化自动调整转速, 因而装有液力变矩器和行星齿轮的液力机械式变速器的档位就可以少一些,而且可以在不切断动力的情况下实现换档。在自动换档时,驾驶员只需操纵加速踏板,不必考虑选择哪一个档位进行换档操纵,有利于将注意力集中到行车安全性上来。但液力变矩器传递效率低, 行星齿轮变速器构造复杂, 制造工艺要求较高。AMT 技术源于法拉利、雷诺等赛车。1985 年, 日本五十铃公司率先研制成功NAVI- 5 型全自动机械式变速器, 并装于飞鸟(ASKA)轿车, 投放市场获得成功。机械式自动变速器的电控研究始于70 年代中期。目前,AMT 技术在美国和西欧等国家已经商品化。其发展经历了半自动化阶段、全自动化阶段, 现正向智能化方向迈进。 1.2.1半自动化阶段瑞典的斯堪尼亚( SCANIA) 的CGA 系统,德国奔驰(DAIML ERBENZ) 的电推动系统( EPS) ,使得换档实现了自动化。美国伊顿( EATON) 的半自动机械变速器(SAMT) 系统则更进一步将换档和发动机油门的控制纳入系统中,但它们不能取消离合器踏板,起步和换档时离合器的自动控制没有得到根本解决。1.2.2 全自动化阶段全自动阶段: 该阶段研发的重点是离合器的起步控制、换挡操纵规律。在1983 年, 日本五十铃公司将其研制成功的电子控制全机械式有级自动变速器NAVI- 5, 装于ASKA 轿车并投放市场。同年, 美国伊顿公司也宣布成功地将重型货车的手动变速器实现自动化, 并称之为“AMT”。电控机械式自动变速器进入实用化阶段。NAVI - 5 型全自动变速器是世界第1 台全自动AMT。此后, 美国的福特(FORD) 公司, 法国的雷诺(RENAUL T) 公司, 意大利的菲亚特(FI2AT) 都相继开发了这种变速器, 全自动AMT 已进入产品化和实用化阶段1.2.3 智能AMT 阶段由于自动换档规律和起步时都受到环境、驾驶员的驾驶水平和车况等因素的影响, 日本的五十铃( ISUZU) 、尼桑(NISSAN) 等开始采用模糊推理的智能化方法进行此方面的研究, 包括模糊换档策略和离合器接合速度的模糊控制。智能化使得车辆在复杂多变的工作条件下, 采用正确措施使换档规律、换档品质、起步及变速性能进一步提高。随着电子技术的不断发展和进步,特别是微机控制功能的进一步增强, 各种传感器和执行机构性能的改善, AMT 的性能有很大提高。变速器控制单元( TCU) 与发动机控制单元( ECU) 通过CAN 总线实现信息共享, 来增强协调控制能力, 实现整车控制系统网络化。1.3 研究开发AMT的意义汽车自诞生以来经历了动力革命、传动革命与控制革命三个阶段。先进国家目前正处于控制革命阶段，即自动控制阶段。从各总成的单独控制向动力传动系统一体化综合控制；从一般控制向智能化、网络化控制发展。我国目前使用的汽车绝大多数仍为手动变速，手动变速汽车由于频繁换挡的操作，易使驾驶员疲劳，影响行驶安全；而不同的驾驶技术水平对车辆的燃料经济性、动力性、乘坐舒适性造成极大差异，所以自动变速是人们长期追求的目标，是车辆向高级阶段发展的重要标志。我国汽车工业正处于发展和提高时期，随着技术进步和人民生活水平的提高，对自动变速的需求也越来越多。目前在国内已经形成年产700多万辆轿车的生产能力，轿车年产量已超过600万辆。随着轿车进入家庭，非职业驾驶员越来越多，他们对简化操作的要求日益迫切。因此目前我国自动变速器在轿车、城市客车、高级旅游客车、军用车、重型载货汽车及矿用车上已呈现越来越旺盛的需求。而AMT的特点是：1）实现了变速器选换挡的自动控制, 选换挡操纵杆的动作和离合器的结合与分离由气动、液动或电动执行机构完成, 使选换挡操作方便, 减轻了驾车者的劳动强度。2) 可通过ECU 进行最优化的换挡控制, 使汽车能在最理想的换挡点及时换挡, 并可避免手动换挡操作不当所造成的换挡冲击。因此,AMT 可使汽车的动力性和平顺性等有所提高。3) 采用传统的齿轮变速器传动, 传动效率优于液力变速器, 机械传动机构的维修也较为简单。4) 由AMT能在现有生产的手动变速器基础上进行改造,生产继承性好, 投入费用较低, 容易被生产厂接受。和国外“自动拨”（AT）相比可节油1015。AMT换档的科学性、平顺性优于熟练驾驶员的手工操作，满足了人们对汽车多功能的需求愿望，保证了人们对汽车驾驶便捷、乘坐舒适的要求。国内现有的自动变速器（AT）来源除了靠直接进口，就是靠引进技术和生产线制造，后者周期长、费用高，专一性强、通用性差。AMT无须改变原变速箱和离合器，因而生产继承性好，投资不足AT的1/8，投资少，见效快。AMT价格仅为AT的1/3，特别适合中国国情。1.4 AMT基本工作原理汽车AMT系统工作过程主要是以各种传感器代替人的感知器官，以操纵控制机构代替人的手和脚，以ECU代替人的大脑，模拟熟练驾驶员的换档过程，来自动完成汽车的整个换档过程。机械式自动变速器(AMT)在原有固定轴式齿轮变速箱的基础上，将选、换档、离合器及发动机油门的操纵控制自动化，不仅可模拟驾驶员的换挡动作，而且通过车辆行驶状况的准确监测和执行机构的快速动作，使换挡操作不受人的动作限制，使电控机械式自动变速车辆具有比熟练驾驶员驾驶手动变速车辆更好的换挡品质和燃油经济性，由于不改变手动变速器的主要结构，生产继承性好，产业化技术难度相对较小。图1为AMT的控制结构框图1.5 AMT 基本组成AMT主要由硬件系统和软件系统组成。1.5.1 AMT 硬件组成硬件主要包括: a. 被控对象: 被控对象包括发动机、离合器和变速器。b. 执行机构: 按驾驶员的意图实现车辆运行状态的改变。执行机构由选、换挡执行机构, 离合器分离结合执行机构, 油门执行机构组成。主要元件有高速电磁阀、液压缸、油泵、步进电动机、继电器等。c. 传感器: 传感器用于时时监测车辆运行状态、采集ECU 控制所需的各种信息, 同时将采集到的信号转换成ECU 能识别的信息, 便于ECU 进行处理, 并对车辆运行做出及时反应以调整行驶状态。主要有速度传感器、温度传感器、压力传感器、位移传感器、档位传感器、加速度传感器等d. 电控系统部分: 控制系统将传感器采集到的信号通过电控单元(ECU) 进行处理, 对相应的执行机构发出指令, 实现驾驶员的意图。电子控制系统充分实现车辆的良好性能并保证车辆的可靠运行。包括有各信号处理单元、CPU 单元、程序及数据存储器单元、驱动电路单元、显示单元、巡航控制单元、电源单元等1.5.2 AMT系统的软件硬件是AMT 控制系统的基础, 但是软件设计是整个控制系统的核心。AMT 系统的软件系统由实现控制策略的软件模块组成, 它按照一定的次序来处理各种信号。同时,结合智能控制技术能解决传统控制方法所不能解决的问题, 从而取得明显的、满足实际应用要求的效果, 有利于加快AMT 进入实用阶段的进程。1.6 AMT的优缺点1.6.1 优点既具有AT自动变速速器自动变速的优点，又保留了原手动变速器齿轮传动的效率高、成本低、结构简单、易制造的长处。它揉合了二者优点。它是在现在生产的机械变速器上进行改造的，保留了绝大部分原总成部件，只改变其中手动操作系统的换挡杆部分，生产继承性好，改造的投入费用少，非常容易被生产厂家接受。AMT和手动变速器的区别主要是AMT在变速器和换档手柄之间取消了机械连接，变速器完全实现线控。这种方式较传统的的换档手柄的机械传动方式提供了更多的换档手柄的设计方式。与AT相比，AMT系统的价格稍微便宜。至于附加的元件，变速器实现自动化要增加10%的质量。1.6.2 主要缺点由于AM T 是靠离合器的分离、结合来切断和传递动力的, 没有液力变矩器式自动变速器(A T ) 在起步、换档过程中能够通过液力变矩器缓和振动与冲击的优越条件,是换档舒适性不好，并且在换档过程中产生动力中断，使得在换档过程中加速性不好，特别是在驾驶员要求急加速的情况下更明显。而且目前市场上的AMT没有失效安全保护模式，系统失效将导致车辆不能行使。1.7 AMT换档控制策略制定换档控制策略主要是正确设计换档规律和换档时序。根据车辆的牵引特性和发动机万有特性确定动力性换档规律和经济性换档规律。系统的换档规律在中小油门开度下,采用经济性换档规律,保证汽车的经济性;在大油门下采用动力性换档规律,保证汽车的动力性。同时还考虑了避免转弯及坡道行驶时不必要的换档循环,制定的换档规律见图2。换档时序是发动机、离合器、变速器三者协调动作的时序。换档时序的重点是离合器的分合动作与发动机转速控制间的配合。要求在离合器分离时,控制节气门刚好使发动机转速下降,如果节气门动作过晚,由于负荷减小可能使发动机转速上升。反之可能造成离合器未完全分离,而发动机转速下降,造成车速下降,影响车辆的动力性。在离合器结合阶段恢复节气门开度,使发动机输出扭矩按一定速度回升,并保持在冲击度允许的范围内。若离合器结合过早会产生扭矩振荡,若节气门开度恢复指令发出过早,则会使发动机转速在未建立阻力之前回升,加剧离合器的滑磨。图2 换档时序图在整个AMT控制过程中，离合器的接合过程，一般需要在12 S内完成，对执行机构的特性和控制性能均有较严格的要求。根据车速传感器、加速传感器、发动机转速传感器以及变速箱输出轴转速等信息，控制离合器的半闭合和闭合时机。其目的是减少离合器在闭合过程中造成的冲击，提高离合器闭合的平稳性，减少离合器接合过程中的摩擦。AMT控制策略简图如图3所示。系统主要有信息输入与信息检测、信息输出以及调试系统。1.7.1 信息输入与检测把传感器和档位开关发的电平信号作为整个电动型AMT系统的信号输入，其中主要包括以下信息：档位操纵杆所处的档位(P，R，N，D，1，2，3)；刹车信息(点刹和急刹)；运行信息(加速信息、减速信息、经济型运行信息和动力型运行信息)；档位操纵手柄的位置；变速箱当前所处档位；离合器的位置；油门开度；汽车速度和加速度；汽车的有效负载；发动机转速等信息。1.7.2 信息输出信息输出提供控制信息。对于AMT其输出信号主要是控制电机转速的PWM 信号，主要包括油门控制、离合器控制和档位控制3种主要控制参量。步进电机的油门控制。利用步进电机控制油门开度的大小，通过速度信号对电机进行调速控制，调整离合器在分离和闭合时的油门。主要目的是减少空燃，防止在离合器分离状态下，发动机转速过高，从而节省燃油。直流无刷电机的离合器及档位控制。汽车ECU发出3组PWM 控制信号，通过3台无刷步进电机，分别控制离合器的分离、半闭合和闭合状态及档位操作杆的挂挡。1.7.3 调试及故障诊断软件调试及故障诊断软件具有2大功能：参数的调整和自动变速系统常见故障的检测。参数调试。主要用于调整输入信息，使输入信息的有效值能满足车辆运行最佳状态的要求，避免由于各种原因造成的冲击，提高车辆运行的平稳性。调试的参数主要包括变速箱参数、离合器参数、油门参数、加速踏板、选档器参数、动力型运行参数以及经济型运行参数。故障诊断。故障诊断主要针对自动变速系统常见故障进行分析，帮助维护人员判断故障可能发生的原因及故障点，提高车辆维护人员的维护水平，保障车辆的可靠性和安全性。常见故障主要包括电机故障、接线故障、传感器故障、离合器驱动结构故障、变速箱换档故障和油门故障等2O多种。故障诊断软件基本上是一个通用软件，可以适用不同车型。不同车型仅仅需要调整一些特定的参数即可。如变速箱各档位的传动比，离合器的分离距离，以及最佳换档参数等。该软件主要适用于4档或5档车型，不适用于6档车型图3 换档控制策略简图1.8 AMT的不同执行机构目前市场上的AMT有3种结构形式：电控液动、电控气动和直流电机操纵。其中电控液动和直流电机操纵是较常用的结构形式。1.8.1 液压操纵控制液压系统根据电控单元的指令控制电磁阀使执行机构自动地完成离合器分离、接合和变速器选换挡等动作。液压油源的工作：系统中工作油液压力不足时，由压力继电器发出信号，启动液压泵吸油并向系统提供压力油压力油存储在蓄能器巾。在压力升高至设定值后由压力继电器发信号使液压泵停止工作选、换挡和离合器操纵机构的液压油源南蓄能器提供。系统的工作情况：旋转电门钥匙通电后，系统首先给换挡和选挡油缸两端加压，确认变速器是在空挡位置，然后发动机方可起动；在驾驶员发前进或倒车指令后，离合器油缸首先进油，离合器分离，选挡油缸一端加压进行选挡，换挡油缸再加压进行换挡最后放油阀脉宽调制将离合器油缸内的液压油释放，离合器缓慢接合1.8.2 气动操纵控制气动系统也是根据电控单元的指令控制电磁阀使执行机构自动地完成离合器分离、接合和变速器选、换挡等动作的。气动能源的工作：因车上有现成的储气罐，气动能源可以直接由储气罐提供，不再需要额外的电机油泵等能源装置。系统的工作情况：这一部分工作情况与液压系统基本相同。1.8.3 电机操纵控制（电动机械式执行机构）用3个直流电机实现选换挡和离合器的操纵，电机根据电控单元的指令控制执行机构自动地完成离合器分离、接合和变速器选、换挡等动作电机的工作：ECU发出选换挡指令控制电机的动作，电机驱动执行机构实现选挡、换挡和离合器的分离与结合。用电机控制执行机构的特点是节约能量在系统不需要换挡时系统给电机断电只有当需要选换挡时才给电机供电，另外结构比较简单。缺点是：电机的执行动作没有液压系统精确而且选换挡的动作比较迟缓，对于选换挡速度不需要太快的情况下可以使用电机进行驱动，系统的调试对于批量生产有一定的难度。系统的工作情况：旋转电门钥匙通电后系统首先给换挡和选挡电机供电，确认变速箱是在空挡位置，然后发动机方可启动；在驾驶员发出前进或倒车指令后，首先控制离合器的电机动作使离合器分离并保持，选挡电机进行选挡换挡电机进行换挡最后，通过控制离合器的电机动作使离合器缓慢接合。2 方案设计（电动机械选换档执行机构）2.1 设计要求选档力40N，换档力400N，选换档时间t1.5s。选档时换档杆的转动角度为19，换档时选换档杆的轴向移动量l12mm。寿命为5h；要求选换档杆在空挡时，选挡时间0.5s，换档时间1s。2.2 设计思路装车车型为吉普车2012变速器，根据此变速箱的特点，在原有的机械式变速器的基础上加上一套电动机械选换档执行机构。此变速箱的档位设置如图4。所设计的选换档执行机构仍然保留中的拨叉轴和拨叉轴上的拨块。根据此变速箱的挡位设置和拨叉轴上的拨块布置，可以在2，3挡拨叉轴正上方布置一根选换档杆（如图5），通过操纵换档杆来实现选换档操作。选换档杆用螺钉固定着球头杆，球头杆两端均具有球头，一端深入拨块中，另一端与选换档执行机构相连接。选换档杆两端由变速器壳体上的轴承支撑，可以沿轴向滑动。通过电动执行机构给选换档杆一个选档力矩Ts，使得选换档杆沿平行于纸平面的轴线转动，实现选挡操作。通过电动执行机构给选换档杆一个轴向力Fc，使选换档杆轴向移动，通过拨块拨动拨叉轴，实现换档操作。综上所述，要实现选换档操作的自动化，就必须有两个动作进行协调执行。转动选换档杆实现选档操作，移动选换档杆实现换档操作。图4 档位布置图图5 拨叉轴与选换档执行机构的连接图1：拨叉轴 2：选换档杆 3：选换档杆的驱动构件 4：换档轴 5：变速器箱体 2.3 原动件选择本设计原动件选择步进电机。步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，通俗地说：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机具有自身的特色，（1）可以用数字信号直接进行开环控制，整个系统简单廉价。（2）位移与输入脉冲信号数相对应，步距差步长期积累，可以组成结构较为简单而又具有一定精度的开环控制系统，也可以在要求高精度时组成闭环控制系统。（3）无刷，电动机本体部件少，可靠性高。（4）易于起动，停止，正反转及变速，响应性也好。（5）停止时，可有自锁能力，不会因为汽车的振动等而引起控制失真。（6）步距角选择范围大，可在几十角分至180大范围内选择。在小步距情况下，通常可以在超低速下高转矩稳定运行，通常可以不经减速器直接驱动负载。（7）速度可在相当宽范围内平滑调节，同时用一台控制器控制几台步进电机，可以使它们完全同步运行。2.4 传动方法及其简图的绘制由于选用步进电机作为原动件，电机输出为转动输出，根据设计思路的分析，选档时需要的时转矩驱动，而换档时需要的是力的驱动，故换档时需要将转动改变为移动。能实现将转动改变为移动的的机构常用的有齿轮齿条传动和螺旋传动。考虑到为了从汽车各个零部件总成提高汽车的动力性和燃油经济性，达到汽车零部件设计轻量化的要求，齿轮齿条传动方案的尺寸和重量均比螺旋传动大。故此传动此执行机构的传动采用螺旋传动。换档传动的实现，只靠一个螺杆和螺母构成螺旋副在结构设计上实现很困难，故在螺杆与步进电机间再加一齿轮减速传动。为了使得选换档杆2（图6）旋转，故选换档杆的驱动构件3（见图6）必须在换档轴带动其移动前能够旋转，以进行选档。所以驱动构件3不能与换档轴直接构成螺旋副进行配合。故选择以螺母构件与换档轴上的梯形螺纹构成螺旋副的同时能够与驱动构件3进行配合，使得驱动构件3能够移动。而同时螺母构件与驱动构件3的配合又不阻碍驱动构件3的转动。这样的螺母构件可以自行设计实现。而驱动构件3可以做成剖分式的，装配时能够使得螺母构件嵌入其中。同时得具有限制螺母构件转动的移动副，因为在螺杆转动时，螺母由于摩擦也能够转动。为此在螺母构件上开槽以实现和导向钢的配合，限制螺母的转动。故选档传动，采用齿轮直接传动。选档轴上设计的齿轮与驱动构件3上部的扇形齿进行啮合，实现驱动构件3的转动。考虑到结构设计的需要，选档轴不能直接有电机驱动，故还需要一级齿轮传动，以实现选档电机的驱动。故方案设计传动图见图6：2.4.1 工作原理及传动路线（参照图6）传动图中换档步进电机12和选档步进电机13由控制器所控制，通过驱动电路驱动。控制器通过车速传感器，油门开度传感器，档位传感器，发动机转速传感器，加速度传感器，坡度传感器，离合器位置传感器等传来的电信号，通过存储在内的最佳动力性换档规律和最佳经济型换档规律，模拟熟练驾驶员的动作进行判断，确定升挡或者是减挡。选档过程首先发出选档控制信号给驱动器，由驱动器驱动选档步进电机13，带动与之相连的齿轮7转动，从而使得轴转动，通过轴上的齿轮6与扇形齿5的啮合，带动齿轮5转动，扇形齿轮5的下部通过螺钉与选换档杆的驱动构件4相连，从而使得驱动构件4转动，驱动选换档杆15转动，从而使的选换档杆下端的球头沿垂直纸面方向移动到相应的拨块槽中，完成选档操作。换档过程选档的同时，选档传感器连接轴通过螺旋副使得连接于螺母10移动，连接于螺母10上的选档位移传感器将位移信号转换成电信号，传递给控制器。选档完成后，控制器通过分析来自选档位移传感器的信号，从而发出换档控制信号给驱动器，从而驱动换档电机12，换档电机通过轴带动齿轮1转动，齿轮图6 AMT选换档传动简图1，2，5，6，7，8，9均为齿轮；3，10，11均为带有梯形内螺纹的螺母构件；换档电机输出轴；换档轴；选档轴；选档电机输出轴；选档位移传感器连接轴；12换档步进电机；13选档步进电机；14螺母构件导向杆；15选换档杆；16拨叉轴；17变速箱壳体换通过齿轮副使得齿轮2转动，齿轮2通过键连接带动换档轴旋转，换档轴的旋转通过螺旋副带动螺母3移动，因螺母构件上部开有槽与导向钢14构成移动副，故螺母构件3只能移动。螺母构件3中间带有凸缘，嵌入到选档杆驱动构件4和扇形齿5的槽中。从而使得选换档杆驱动构件4移动，从而使得选换档杆15轴向移动，通过选换档杆上的球头拨动拨块，使得拨叉轴16带动拨叉轴向移动，从而完成换档。3 设计计算及参数选择3.1 螺旋传动图7 螺旋传动简图螺旋传动有螺杆和螺母构成。此机构能将旋转运动转变为直线运动，当螺旋升角大于摩擦角时，也可将直线运动转变为螺旋运动，若小于则不能，即具有自锁功能；能用较小的转矩获得很大的推力；可获得很大的传动比；有较高的运动精度，且传动平稳。选换档执行机构传动中，传递的转矩小，速度也低，故选用滑动螺旋传动。此外滑动螺旋传动还具有结构简单，尺寸无限制，加工及安装精度要求较低，经济性好，抗冲击性较强，运转时噪声小等优点。其运动方式为，螺杆旋转，但轴向不能移动，螺母轴向移动，但不能转动，在选换档执行机构中，螺母通过驱动选换档杆的驱动件（图5中零件3）驱动选换档杆，使选换档杆轴向移动，完成换档。螺纹类型选择为梯形螺纹，因为此螺旋副需要双向传动。牙型半角15。螺旋副材料选择：由于选换档执行机构属于间歇运动，故选择螺杆材料为40Cr，热处理方法为淬火后回火，硬度达到5055HRC；由于滑动螺旋传动的主要失效形式是磨损，为此，在选择螺杆材料和热处理时，需要提高螺杆的表面硬度，并降低其粗糙度，这样可以提高耐磨性。由于锡青铜的抗胶合与耐磨性能最好，所有螺母材料选择为锡青铜。根据选择的螺旋副材料查得其摩擦系数为f=0.07。选择螺距P2mm，线数z=2，旋合长度为L10，螺杆大径d16mm，中径;小径；选用八级精度传动。此螺旋副的配合标注为Tr164（P2）8H/8e，3.1.1 螺杆传动及换挡轴的参数计算根据此变速器选换档时间的要求，换档时间1s，换档杆的移动距离最大为2l21224mm，估算此此螺旋传动中螺母的移动速度为v=24/1=0.024m/s，螺母的阻力400N。由公式v=zPn/60（其中z螺杆线数；P螺距，mm；n螺杆转速，r/min）得螺杆转速60v/(zP)=600.024/(22)360r/min。由公式T=Ftan求得施加在螺杆上的旋转转矩T/Nmm，式中F螺母作用载荷，N；螺旋升角，；当量摩擦角，；螺纹中径，mm。d0.5P=160.5215，=；据此估算所设计螺杆轴的最小直径d/mm 公式其中许用扭转切应力，MPa；T轴所受扭拒，Nmm换档轴材料选为40Cr，查表得50MPa;，考虑到结构设计的需要和轴上键槽及轴径变化引起的引力，使之有足够的安全系数，故初选轴径=10mm。与传感器连接构件10，11配合的螺杆螺距，大径，线数及配合公差的选择由于传感器连接构件受力很小，故配合均选择为Tr83（p1.5）8h/8e3.1.2 螺杆上梯形螺纹长度的设计与换档螺母构件3配合的螺纹长度：换档时选换档杆的轴向移动量l12mm。根据螺母宽度B14mm，螺母的移动量为l12mm，故2（712）38mm，选择40mm。与换档位移传感器连接构件11配合的螺纹长度：=3.2 选挡轴的设计由选档时换档杆的转动角度为19，选挡时间0.5s，得出齿轮5的转动速度；由选档力40N，根据选挡构件4的设计尺寸=32mm，得出构件4的阻力矩 =32401280传递的功率由于结构设计的需要选择选档轴上齿轮和扇形齿齿轮的传动比为。则选档轴的转速选档轴的转矩。(此处忽略了传感器连接构件齿轮轴所需要的转矩) 公式其中许用扭转切应力，MPa；T轴所受扭拒，Nmm选档轴材料选为40Cr,查表得50MPa；代入公式：，考虑到结构设计的需要和轴上键槽及轴径变化引起的引力，使之有足够的安全系数，故初选轴径=10mm。3.3 各级传动齿轮齿数的选择因是汽车底盘用齿轮，重要传动，对噪声和传动的平稳，准确性均有高的要求，故选择齿轮材料为40Cr，均需要淬火处理，硬度达到4855HRC，精度等级7级。又因为传动速度和转矩都很小，且是间歇运动，故均选择为直齿圆柱齿轮。初步选择齿轮6的齿数；扇形齿齿轮5的齿数81，模数1mm，由于齿轮5仅需要摆动19，扇形齿最少齿数取扇形齿设计角度为60。则扇形齿具有的齿数：，取13。由于475.2Nmm，=360r/min，转矩和转速均不高，故选择齿轮1和齿轮3的齿数分别为，模数=1mm。，由于选档轴的转速，选档轴的转矩选档轴的转矩，转矩和转速均很低，初步选择齿轮7和齿轮8的齿数为，；模数；则减速比为。由于齿轮9只起传递位移的作用，需要的力很小,又考虑到结构布置上的需要，故选择齿轮9的齿数，模数，所以。则，。综上所述所选各个齿轮参数及各轴传递的转矩和转速分别为:齿数模数/mm11110.80.80.8传动比i分度圆直径/(mm)各轴转矩/(Nmm)各轴转速/(r/min)3.4 轴承的选择由于轴的转速相对很高，需要的传递的力矩较大，故选择滚动轴承，深沟球轴承61802，既能承受径向力，又能承受一定的轴向力。轴，轴，轴，轴由于其工作转速较低，且汽车变速器换档属于间断进行，故各轴的运动都是间歇运动，要求的传动精度也不高，故它们的支撑都选择滑动轴承。且材料选择为粉末冶金含油轴承，其工作原理大致是：用多孔材料制成、孔隙中贮有润滑油的滑动轴承。多孔材料和润滑油的热膨胀系数不同，故工作时油从孔隙中被挤入摩擦面，停止工作时油又随温度下降被吸回孔隙。含油轴承具有成本低、能吸振、噪声小、在较长工作时间内不用加润滑油等特点，特别适用于不易润滑或不允许油脏污的工作环境。孔隙度是含油轴承的一个重要参数。在高速、轻载下工作的含油轴承要求含油量多，孔隙度宜高；在低速、载荷较大下工作的含油轴承要求强度高，孔隙度宜低。含油轴承的材料主要有多孔金属和多孔塑料两类。用多孔金属制成的含油轴承，按基体材料不同分为铁基和铜基。前者承载能力高，但容易与钢轴产生胶合；后者许用速度较高，但价格较贵。含油轴承使用的多孔塑料为热固塑料，如尼龙、酚醛树脂等。多孔塑料含油轴承表面很软，不易损伤轴颈，允许有较大的同轴度公差，但强度和刚度比多孔金属含油轴承低、承载能力小、热稳定性和导热性差。为改善多孔塑料的这一缺点，可将塑料层厚度尽量减薄，用金属背衬来支承塑料薄层。3.5 步进电机的选择计算3.5.1 换档步进电机（1）分辨率l：分辨率为每发出一个脉冲换档轴的移动距离，选定l0.05mm,；公式中 P螺距，mm，z线数，i传动比。选择，则分辨率,所以截面安全。（3）截面安全系数校核抗弯截面系数合成弯矩，转矩弯曲应力幅（按对称循环变应力计算）弯曲平均应力由，查机械设计附图得尺寸系数由轴表面螺纹传动查得其应力集中系数为，则综合影响系数轴材料为40Cr,查表取弯曲等效系数则弯矩作用的安全系数即计算安全系数取，显然,所以截面也安全。4.2 齿轮1和齿轮2的校核4.2.1 接触疲劳强度的校核接触应力其中，又，查表得，；齿宽系数：齿间载荷分配系数，由七级精度，表面淬火查表得弹性系数，查表得；端面重合度接触强度重合度系数；节点区域系数许用接触应力查表得，若，则接触强度满足。（此部分计算由程序完成）4.2.2 齿根弯曲疲劳强度校核弯曲应力其中许用弯曲应力，查表得根据根据若，则弯曲疲劳强度满足。（此部分计算由程序完成）4.3 悬臂轴1上的深沟球轴承61802寿命计算由本部分第节，求得转矩，则齿轮1所受的圆周力，其中则轴承所受的径向力由机械设计手册查得，基本额定动载荷当量动载荷；查机械设计课本表得则轴承的工作寿命，其中，若，则寿命满足使用要求4.4 换档轴两端滑动轴承的校核由换档轴的力学模型求得：，其中求得左端轴承1的径向载荷4.4.1 验算轴承的平均压强p为保证润滑油不被过大的压力挤出，从而避免轴套产生过度的磨损，须满足其中F轴承的径向载荷，N；B轴承的工作宽度,mm;d轴径直径，；轴瓦材料的许用压强，MPa；27MPa4.4.2 验算轴承的值为了限制轴承的摩擦功耗与温升，避免引起边界油膜破裂而产生胶合，须满足，查表得4.4.3 验算滑动速度为了防止剧烈磨损，须满足；其中许用滑动速度，；滑动速度满足要求5 加工工艺及装配工艺5.1 选档轴机械加工工艺的确定将选档轴上的设计尺寸标注改为最终加工工序的工序尺寸标注，即入体尺寸标注：图9 零件设计尺寸转为工序尺寸标注5.1.1毛坯的选择毛坯选择为型材，毛坯图为图10 选档轴毛坯图5.1.2 选择定位基准先选精基准，后选粗基准。精基准的选择：此换档轴的表面加工选用轴端的两个顶尖孔作为精基准。这样遵循统一基准的原则，可以用两个顶尖孔定位加工选档轴的所有外圆表面和端面，这样可以保证各外圆表面的同轴度和端面对轴心线的垂直度。此外采用统一基准还可以减少夹具种类，降低夹具设计制造费用的作用。粗基准的选择：根据粗基准一般不得重复使用的原则，选择14加工右端面的顶尖孔，选择16外圆面加工左端面顶尖孔5.1.3 加工工序的安排机械加工工序的安排，依照下列几个原则进行：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）分别以外圆面定位，加工出两顶尖孔，即加工出精基准。（2）加工齿轮段外圆面及其端面以两顶尖孔定位，加工齿轮段外圆面及其端面，采用粗车半精车的加工方案，使得外圆表面粗糙度达到，保证其端面和顶圆对轴线的圆跳动要求图11 选档轴加工齿轮段外圆面时的工序图（3）轴上齿的加工滚齿，剃齿，齿面表面淬火，磨齿。磨齿安排再淬火后是因为淬火后工件会有较大的变形产生，为了修正淬火处理产生的变形。以两顶尖孔定位加工，夹紧方式与1相同（4）加工12外圆面及其键槽加工12外圆面时两顶尖孔定位，加工键槽时以左顶尖孔和12外圆面定位。粗车，半精车外圆面，插键槽，磨外圆面以达到设计图样上的各项要求其中插键槽的尺寸的确定，需用尺寸链进行计算确定。a：粗车，半精车外圆面至A1=b：插键槽至尺寸Ac：磨外圆，同时保证尺寸图12 选档轴上键槽加工的尺寸链图尺寸A的计算方法为：关于尺寸A的尺寸链如图12所示在图所示的尺寸链中尺寸为封闭环，尺寸为减环；尺寸和A增环。根据机械制造技术基础课本上关于尺寸链计算的公式得：所以工序尺寸（5）加工出的轴环，分为粗车，半精车两个阶段（6）粗车，半精车加工出轴的两端端直径为与滑动轴承接触的轴径表面。然后车出的砂轮越程槽。接着用外圆磨床粗磨，精磨两轴径表面及轴环的端面。以两顶尖孔定位。（7）对轴的两端面及齿轮端面进行倒角。以两顶尖孔定位。5.2 总成装配工艺过程5.2.1 编排装配顺序的原则是：先下后上，先内后外，先难后易，先精密后一般。5.2.2 总成装配工艺系统图见图145.2.3 选档轴总成装配工艺系统图见图13图13 选档轴总成装配工艺系统图5.2.4 装配后的调整为了使得选换挡机构正常选换档，及使得传感器正常工作；装配后要求换档螺母的中心线距离壳体内壁的距离为31.5mm；要求换档传感器连接构件距离换档轴丝杠外端的距离为10mm；要求选档传感器连接构件距离选档丝杠外端的距离为5m；（以上距离在装配图中均有标注）图14 AMT选换档执行机构装配工艺系统图6 英文翻译 2004-01-1322改善变速器控制和效率的电控执行机构的回顾和发展特纳和拉姆齐里查多动力传动系统和变速器系统摘要随着燃料经济型车辆的推进，动力子系统的单个效率和总效率变得日益重要。选择的变速器形式（AMT,DCT,CVT）的发展由于传动比数目，传动比范围和装置效率的增加带来了很大的作用。然而，更大的潜力在于在所有形式的控制变速器中改善执行机构的技术，这是被认可了的。因为传统的液力装置的深入改善带来的经济利益好像是有限的，所以建议需要有其他可选择的技术。这个选择将寻求进一步减少由抽吸和相关联系统损失带来的寄生能量消耗，同时改善很差的工作循环的可控制性，同时使任何渐渐不适用的亚原理冷淡下来。报告研究的焦点在于提供有效的间歇执行机构的电控机械系统的开发和对液力及最近的电子液力系统的简化。这些改善包括整体的能量转换效率和怠速动力消耗，这些支持向电子车辆和42伏机构的发展趋势。然而，为了这些装置能够在给定的环境下成功的运转，有很多重要的问题需要解决。这篇论文呈现了对现在的电动机械执行技术进行回顾电动机械执行机构的设计例子及识别系统简化和当前技术的综合。引言车辆变速器的自动控制在传统上通过应用液力执行机构来实现，此机构由小的执行器提供高的输出力，执行器的压力油由远距离油泵供应。随同自动变速的方便性，自动变速器会在控制下为车辆行使条件选择合适的速比，这样使得发动机在最好的燃料经济区中最合适的范围运行。然而现在，液力损失导致很大的寄生动力消耗，这就减损了传动比选择带来的经济型的改善。自动手动变速器的最近的发展已经把手动变速器的高的机械效率和自动控制联合起来了。然而，据认可，应用于这些变速器的执行机构技术可以取得进一步的改善来进一步减少动力损失。因为液力技术被认为是在某些特定变速器中能量损失的重要的部分，本论文推出另一种可选择的电控机械执行机构方案，呈现了当前技术的综合审查陈述了优点，概括了对于执行机构任务的合适性，还包括改善性能的方法。这篇论文也涵盖了12和42伏系统对于执行机构设计，性能及重量和与工作环境尤其是温度相联系的问题的影响结果。然后，提出了马达驱动的离合器执行机构的设计评估。这包括系统的详细说明，技术选择，和与机械系统驱动相适应的电机规格，包括电机型号和效率。应用MATLAB/SIMULINK和EASY5建立执行机构模型评价其动力学性能。动力模型的建立是为了建立反映时间和评价电动机驱动的执行机构怎样实现离合器应用。变速器执行机构技术这里主要讨论三类变速器执行技术：液力，电动液压，电动机械系统。从里卡多进行的试验获取的数据显示液力系统可能占据变速器全部动力损失的50。但是在执行机构尺寸和重量方面具有优势，这是由于液压能源可以放在空间很重要的变速器的任何一个位置。电动液压执行器（即带有电力能源）试图在电动机械系统和液力技术之间提供一个折中的技术。例如，用电动机代替机械驱动的液压泵在工作循环控制中提供了一个很大的发展，允许对开环液压需求更好的跟踪。然而，通过各个部件的泄漏和流动造成的损失仍然存在。另外一种选择是闭环液力系统，在这个系统中一个电动机能够通过改变它的转速和方向来改变液压。电动机械装置效率能够很高，在某些情况下大于95，而且也提供很好的工作循环控制。然而，在高温下和在提供转拒能力方面它们的性能通常是差的。因此，电动机械装置可能需要安置在远离应用的地方，而且除非一些机械系统被用来以执行机构速度（执行机构速度在电子装置中通常是很高的）交换转矩能力，执行机构尺寸可能不会满足给定的规格要求。电动机械执行机构技术电动机械执行机构技术能被分为两个主要部分，传统电动机这类旋转装置，和线性装置例如电磁铁和线性电动机。旋转电机旋转发电机能够被进一步分成两部分，额定角度执行机构和电动机。电动机能够按照转矩，加速度，速度和位置被精确的控制，而且有大量的具有不同特性的已经确立的电动机技术。角度调整执行机构包括如旋转电磁铁的装置。旋转装置产生转拒的方法有两种；磁场的调整（励磁转矩）和铁磁材料的调整（磁阻转矩），而且所有的机器应用这些机械一个或两个都用。这篇论文涉及到三种不同的电动机拓扑，有刷DC,无刷永久磁铁和开关磁阻电动机。感应电动机不是传统上所认为的那样。此电动机被应用在高动力应用的装置上，这里重量是小问题或者应用永久磁铁机构的花费会因为电动机尺寸而太高。在动力要求相对低的汽车应用上，用感应电动机有很小的花费上的利益，而且它们较低的效率和转矩密度使得为了满足给定的转矩要求而选用更大的电动机。有刷直流电动机已经统治了应用在汽车上的电动机技术，而且这在很大程度上是因为成本。然而，随着电动机丰富程度和动力要求的增高，由于效率和转矩密度问题在某些领域远离有刷直流技术变得很必要。一般来说，电子机械产生的转矩是与机器里的转子体积，电负荷和磁负荷成比例的。电负荷由电动机的热力性质限制，带有强力冷却的电动机能够承受更高的电负荷。磁负荷由磁回路设计和应用在机械结构里的材料类型所决定。有刷直流电动机这个机器由或者定子绕组或者磁铁和通过换向器和电刷装置供应电流的转子绕组构成。低动力应用时，定子绕组通常被铁素体磁铁代替。有刷直流电机便宜，但是与其他的设计相比，有很多的缺点。尽管有刷电动机占汽车上应用的电动机的大多数，换向器和电刷是电机的限制特征因为它们不仅限制最大的电枢绕组电流（因此限制扭拒）而且限制电机最大速度。因此，为了达到高的动力，快的响应，有刷电机可能太大和太慢，所以可选择的其他技术需要被采用。无刷电机无刷电动机能被分为很多不同的种类但这里只讨论三种主要方案。这些是无刷永久磁铁交流和直流电机，和开关磁阻电动机。永久磁铁无刷直流和交流电机在构造上几乎相同但是两者设计的主要不同特点是反向电动势波形，无刷交流电机的波形是正弦曲线而无刷直流电机的波形是梯形的。尽管用于控制这两种电机的功率电子驱动器在设计方案上是相似的，但是它们的控制是有些不同的而且各自都需要不同角度的转子位置信息。因为交流电机需要正弦电流，精确的转子位置信息是必要的，其位置用译码器或者解算器测量。需要方形波电流的直流电机则需要经历线圈电流每六十度电的或旋度的转换，因此用霍尔效应传感器测得的粗略的转子位置信息是可以容许的。然而，如果电机应用于位置伺服，那么就像用在无刷交流电机里的位置传感器也必须装在直流电机壳里用于转子位置的反馈，用直流电机相对于用交流电机没有明显的优势。如果应用是速度管理，那么直流电机不需要精确的位置反馈就可以完成要求，而交流电机需要精确的位置反馈。电机的运行和控制驱动电子学伏特安倍的测定之间也有许多的微妙差别，电机的运行导致扭拒密度的变化，因此导致转矩惯量比率，速度范围的变化。无刷直流电机可能也被供应以有许多优点和缺点的单向电流。因为削减成本是非常重要的，还因为一个驱动系统的硅的成本能是全部材料和生产成本的重要的部分，所以用单极电流驱动器减少所需要的硅装置的数量是很重要的。然而，这个控制方案有许多典型的缺点。绕组应用情况很差因为它们可能只在存在的最大时间间隔的一半时被激发以产生转矩。一些单向驱动构造不允许在四象限运行（向前和反方向的回转和产生运动）。感应能量在电机绕组里被消散掉，不能像传统的双极驱动返回供应源，而且它们能比双极驱动电机展示出更高层次的转矩波纹。然而，双极驱动问题包括击穿的危险，即是同一相位的两个开关可能同时工作，导致直流电的短路，此情况不影响单极驱动。单极驱动的性能可以通过增加相位改善，但是会以成本的增加为代价，这是由于在驱动器里增加了硅装置，电机的线圈更大和更加复杂的迭片结构。永久磁铁电动机具有装在表面的磁铁或者具有嵌入在转子里的磁铁。有磁铁嵌入的转子显示出卓越的效果，能增加机器的最大转矩。开关磁阻电机被称为双凸角，单一激励的电机。凸角转子构造导致电机有高的转动惯量比率，因为转子的各部分被移除来产生转子齿。转矩的产生是由定子和转子齿的对齐导致的，而且各个相位经过整流产生连续的转矩，相位激励次序决定转子的转动方向。因为电机靠单极电流工作，所以更加简单的驱动可以被应用以控制电机，导致成本的减少和使错误更加容易。缺少永久激励电磁场使电机有更高程度的具有良性故障模式的容错，而且当电机在错误的状态下仍能够运行。然而，转矩产生的脉冲性质导致许多的不需要的特性，例如很高的转矩波纹，这种特性导致速度的波动，速动的波动由于转动惯量低而加剧。开关磁阻电机有80的次序上的转矩波动而且这种电机也造成听觉上的骚扰。电动机类型转矩密度转速范围效率成本有刷直流低低低低无刷直流交流高中等高高开关磁阻中等高中等中等表格1各类电机的相对比较线性驱动器与旋转电机产生转矩相似，直线驱动器产生力，而且线性驱动器有同样的缺点，特别是相对于液压装置它们的力容量很差。然而，如果力的要求不是太严格，它们的确能省去对机械连接装置的需要。它们能被分成如下的各组：螺线管（1）基本的螺线管只提供引力，电磁铁被一弹簧复位至不工作位置。然而，正确设计的这些装置产生双向运动是可能的。螺线管产生的力具有显著的非线性，这很大程度上取决于螺线管铁芯和绕圈壳之间的工作空气隙，线圈壳使得它们的控制非常苛刻。由于力或位移的特性，螺线管主要用在于双稳态运行模式。一些比例控制特性是有可能的，但是带来的困难是最大力的减少。对于第一级，螺线管产生的力能用方程式（1）描述。式中N是螺线管线圈的铁丝的缠绕圈数，I是线圈电流，A是螺线管的工作横截面，是自由空间的磁道率，是空气隙的长度。从方程式（1）可以看出当工作空气隙减小时，输出力变的很大，使得控制困难。移动线圈致动器移动线圈促动器包括如扬声器线圈的装置，非常快的响应是其特点。然而，输出力由于线圈在工作空气隙而受限制，因工作空气隙限制了冷却线圈的能力，耐用性也是一个问题。移动磁铁致动器通常来说，移动磁铁线性致动器是非常坚固耐用的，因为它们没有导致磁铁穿梭的飞行，而且布置在定子上的固定线圈使得任何损失都能有效的消除。磁铁的应用在热的环境中会成为问题，因为它们的很差的温度性能。线性电动机线性电动机可能被称作多相移动磁铁，线圈或者螺线管制动器，同时也存在与旋转电动机同样的变型。像在旋转电机里，各个相被整流以允许更高程度的运行。电源和电动执行器的伏特电源系统基本上，电子装置获取的电流水平由电池容量和电机运行电压控制。名义上的电流需求和电压也规定了需要的动力电子装置的类型。从这个方面看，更高的电压和较低的电流是更合适的因为从功率电子学的角度看它们较容易处理。相对于低电压高电流适应的装置在元件方面有很大程度的选择。在电动机设计各项条件中，一旦一个令人满意的磁回路设计完成和装置运行速度确定，工作电压决定绕组的形式：线圈匝数和铁丝直径。对于给定的电机功率，42伏电机需要的电流大小比14伏电机需要的电流3倍还要小。这样就使得绕组匝数必须改变来满足电机电流改变的需求，在磁回路设计中它是定值。对于正确设计的14和42伏电机来说，绕组损失应该是大致相同的。电压大小导致驱动损失和有效电压的不同。14伏电机要求的较高的电流导致驱动电子学上的更大的的能量损失。电压通过每个功率半导体装置下降而减小了外加的绕组电压，而且对于有刷电机，电刷电压下降也是一个因素。因这些电压下降对于14和42伏电机实际上是确定的，14伏电机具有有效电压的更大的比例损失，使得42伏电机在效率和性能方面占据上风。然而，如果工作循环足够短，倘若电机具有稳定状态（功率消耗较低或是零），这些损失应该相对的可以忽略。图1显示了14和42伏电动机驱动的各个损失部分的对比。图114和42伏电机驱动系统损失对比电动机械装置力和转矩的放大如先前所提出的，电子机械装置相对于传统的液力促动器产生的比力矩和力相对的小，因而与液力相比，电动机械装置需要一个系统放大力和力矩。机械装置的选择对于保证正确的系统动力学，系统效率（机械系统的损失和它是否具有自锁特性）和系统可靠性（磨损速度）是重要的。所有的这三条标准是联系着的而较好的设计应该是这三个因数达到很好的优化。变速器控制的机械系统的一些例子能够在参考【5】中找到。简单杠杆电动机械装置可能与离合器分离杠杆相连接，分离杠杆通常由绳索和人力操纵传动的离合器踏板相连接。然而，此类装置没有自锁特性，需要一个来自线性装置的常力操纵它。旋转装置也必须包括运动转换连接装置，转换过程可能被设计为自锁的。动力螺杆动力螺杆有许多的不同的设计，能够把旋转运动转换为直线运动。螺杆的主要类型能被分为滑动（方形或者梯形螺纹）和滚动（滚珠滚柱螺杆）接触的不同变形。仅仅一个动力螺杆不能提供必要的减速比来增加电动机转矩到可用的水平。在电机和动力螺杆之间可能也需要一个齿轮装置或者周转轮系，这由电机和动力螺杆导向部分存在的空间决定。蜗轮尽管蜗轮的效率低，但是它们提供了把一副齿轮装在一个小的容积里面的方法，齿轮减少很多。然而，蜗轮会带来间隙，而且较差的效率会由于增大的转矩要求而增大电动机的型号。需要一个进一步的连接装置把蜗轮装置的旋转输出转化为线性力。电动液压缸闭环液压系统可能被应用，以允许电动机械装置容易的放置在远离高温的地方或者放在空将较少被限制的地方。离合器执行机构设计和评价图2电动机驱动的动力螺杆的基本设计理念，（a）为螺杆外部布置，（b）为集成螺杆布置简单离合器执行机构的设计和评价是根据电机等级进行的，还进行仿真评价其性能。目的是设计这样一个执行机构，它的机械连接装置能够整合到力矩的机械系统，从而使得执行机构的体积最小化，输出力最大化和给出所要求的动态响应。执行机构基于动力螺杆和无刷直流电机的一体化，而图形2展示除这种设计的两个例子。选择无刷直流电机是因为它转矩密度高，力矩波动小和效率高。选择动力螺杆是因为它能够在一个装置中使得力放大和运动转换。对系统的基本要求应该是：高的动力重量比率，使得机构质量最小高的力矩惯量比值，使得加速度最好平滑的产生力矩，特别是在低速度下，使速度变化最小化和获得好的位置精确性在速度为零时控制力矩运行的最大速度大效率和功率系数高，使驱动电流最小化集成设计紧凑频率响应特性好频率牵引效应低成本低平衡这些特征需要优化一个特殊系统。许多因素影响设计考虑事项和永久磁铁电机的使用，然而，为了简单，选用的电机是传统的表面安装有永久磁铁的机器。转子外表安装磁铁应用的磁铁材料，例如NdFeB，很容易受到周围的高温环境和腐蚀性环境的影响而破坏，因为腐蚀性环境铁元素含量高。可能也会用于无刷电机的铁元素磁铁比NdFeB元素磁铁更加便宜，更加耐用和具有较好的温度适应特性，但是在磁铁各项中是很差的，导致需要的磁铁材料的增加。SmCo磁铁产生和NdFeB磁铁同样次序的磁场，而且温度特性更好，但是很贵而且非常易受损坏，使得操纵它们较困难。选择NdFeB磁铁是因为它们性能价格比是最好的，尽管温度性能仍是一个重要问题。图3展示了两种不同类型的NdFeB磁铁随着周围温度的作用，电动机效率是如何改变的。级别越高，磁铁越贵，在整个温度范围内效率就越高。图3两种不同类型的磁铁的电动机相对于环境温度的性能构造设计最初，需要所要求的输出力数值来建立对电动机的力矩要求，反过来这就能导出电机的大致体积。所要求的力矩取决于负载，系统摩擦，螺杆导向部分，螺杆直径和系统惯量。导程为L，摩擦系数为，螺杆直径为D的动力螺杆提供的力F，其转矩要求是：（2）为了满足在螺杆静止时功率消耗较低或为零的标准，螺杆设计成能够锁止的。当DL或者tan时，动力螺杆自锁。是动力螺杆的导程角。螺杆导程的选择目的是给出高的定位精度，高的可重复性，高的刚度和保持对电机的力矩要求为最小值。用一个行星滚筒类型的螺杆可以获得小导程的螺杆，滚筒内部和外部都被制成螺纹而且有一个行星保持架支撑许多带有螺纹的滚筒。这种类型的螺杆比滚球螺杆要好，在于它能获得较小的导程，承受更高的载荷和更大的速度，然而它们的摩擦系数有稍微的增加。基于直接促动离合器的所要求的力，螺杆的名义摩擦系数和通过确定导程，获得对电动机的转矩要求使可能的。因电机力矩与其体积成比例，能够估计出电机的空间包络线。机械设计首先，一个给定电机的力矩方程能用下式表示出：（3）式中B和Q是电机具体的参量，分别是磁载荷（T）和电载荷（Am）；D和L是转子直径和轴向长度。B和Q的变动范围分别是0.31T和1040 Am,取决于电机的设计和冷却。因为这个方程描述了转子体积，通过规定纵横比（）和分开比（），能够估算出电机尺寸。依据电机类型典型的分开比比值在0.50.7之间。这个方程式应用于具有合适的B和Q值的有刷直流电机和无刷永久磁铁电机。开关磁阻电机必须分别对待，因为它们以一个不同的方式产生转矩从而要求用另一种方法设计这些电机。一种方法是对于不同电机类型和应用，先前拥有每转子体积产生的电动机力矩的知识。转矩输出能从下式中算出；（4）式中是每单位转子体积的转矩。电机的全部体积用前面提到的同样方法确定，即通过规定纵长比和分开比率。对所需要的电机体积基本估算完成和被认为是可以接受的大小之后，就用由设菲而德发电机大学和名为ERINI（电子整流，放射磁场，内部转子，没有重叠，铁芯）的驱动集团开发的软件包进行具体的电动机设计。这个软件包基于输入的详细的电机数据提供对电机参数的估算，例如电机效率，支持的电动势波形，相阻抗和感应系数。结论为期三个多月的毕业设计很快就结束了，通过这紧张的三个月，我学习了很多，提高了很多。第一：对AMT有了更为深刻的认识。变速器是汽车上不可或缺的一个动力传动部件。它能够实现减速增矩，增大了发动机转矩和转速的范围，进而提高了发动机对行使工况的适应能力，从而提高汽车的动力性和燃油经济型。借助于变速器，汽车能够实现倒驶。借助于变速器的空挡，能够在必要时切断动力传递，实现发动机的怠速运转。而AMT作为一个现代的高科技产品，在实现上述功能的同时，还能够为驾驶员提供方便的驾驶操纵，因为它省去了离合器和换档杆。AMT集成了电子，机械，控制等学科的知识。通过精确的控制，能够按最佳经济型换档规律和最佳动力性换档规律进行准确的换档。与市场上普及的AT相比，它没有液力损失，从而传动效率更高。但是AMT为切断动力换档，故不可避免的有换档冲击，但是如果对离合器的分离结合

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