ZK6850HG2型客车远程换档机构机械部分设计

ZK6850HG2型客车远程换档机构机械部分设计PAGE32PAGEIII1摘要当前，大多数公共汽车和城市公共汽车使用手动机械变速器。驾驶员在驾驶车辆时，必须频繁进行换档和换档操作，这不仅增加了驾驶员的工作强度，而且影响了驾驶员的安全驾驶，同时也会影响汽车的燃料经济。未解决存在的这些问题，本文设计一种电控气动式远程换档机构。本文首先，对远程换档机构国内外研究现状进行调研；接着，通过对比提出本次ZK6850HG2型客车远程换档机构方案，即：采用电控气动式远程换档机构；然后，对各主要构件进行设计及校核；最后，对气动控制系统进行设计。通过本次设计，得到了结构合理、工作可靠、性能优良的电控气动式远程换档机构，并且形成了一套通用的设计流程及方法，有利于今后电控气动式远程换档机构的设计与制造。关键词：电控；气动；远程；换挡机构AbstractCurrently,mostcitybusesusemanualmechanicalgearboxes,anddriversmustfrequentlyshiftgearswhiledriving,whichnotonlyincreasesthedriver'sworkintensity,affectsdrivingsafety,butalsoaffectseconomics.Vehiclefuel.Inordertosolvetheseproblems,anelectronicremote-controlpneumaticgearmechanismisdesignedinthispaper.Thisarticlefirststudiesthestatusoflong-distancesearchmechanismsathomeandabroad.then,throughcomparison,theremotegearshiftmechanismschemeofzk6850hg2busisproposed,thatis,theelectroniccontrolpneumaticremotegearshiftmechanismisadopted;then,themaincomponentsaredesignedandchecked;finally,thepneumaticcontrolsystemisdesigned.Throughthisdesign,theelectronicpneumaticremoteshiftmechanismwithreasonablestructure,reliableoperationandexcellentperformanceisobtained,andasetofgeneraldesignprocessandmethodisformed,whichisconducivetothedesignandmanufactureoftheelectronicpneumaticremoteshiftmechanisminthefuture.Keywords:ElectricControl;Pneumatic;Remote;ShiftMechanism目录摘要 IAbstract II第1章绪论 11.1研究背景及意义 11.2国内外研究现状 11.2.1国外的发展状况 11.2.2国内的发展现状 21.3远程换挡机构简介 2第2章总体方案设计 32.1设计要求 32.2总体方案设计 32.2.1方案选择 32.2.2原理说明 32.3总体结构 4第3章主要零件的设计 63.1换挡气缸的设计 63.1.1气缸主要尺寸的确定 63.1.2气缸的校核 73.2换挡操纵机构设计 93.2.1初选参数 93.2.2参数计算及相关机构的确定 113.3其他机构设计 163.3.1球形手柄 163.3.2变速杆 163.3.3锁定装置设计 17第4章气动系统设计 204.1气动回路设计 204.2气动元件的选择 21总结 26致谢 错误!未定义书签。参考文献 错误!未定义书签。PAGE26第1章绪论1.1研究背景及意义随着汽车工业的发展，人们对汽车的功能和使用性能，尤其是安全性和操纵舒适性提出了越来越高的要求。对于大型乘用车和货车，由于整体后置发动机调节的优势，因此越来越多地用于整体汽车的调校。但由于变速箱和发动机的原因，后排发动机被调整到了汽车的后部。由于变速箱远离驾驶员座椅，因此必须在变速箱控制手柄和拨叉之间安装一些辅助杆或变速箱机构，以进行长距离操作。这种换挡方法称为长距离换挡。远距离换挡应具有足够的刚度，连接部分之间的间隙不应太大，否则在变换挡位时手感不清晰；然而，当前的操作机构为了减轻驾驶员的工作强度而操作起来更加费力，为了使汽车驾驶人员具备更多的时间关注道路和车辆状况，提高驾驶时候的安全性，迫在眉睫的需要改进该挡位切换机构。当前，大多数后置发动机车辆的挡位切换操作是通过线缆或连杆的机械方法实现的。对于线缆牵引式挡位切换机构，长期的挡位切换操作将导致牵引线发生塑性变形并导致不正确的挡位切换。而对于牵引式挡位切换机构，挡位切换操作机构的质量和转动惯量是不能太大的，频繁的挡位切换操作会导致驾驶员过度疲劳。当前，大多数公共汽车和城市公共汽车使用手动机械变速器。驾驶员驾驶车辆时，必须频繁进行换档和挡位切换操作，这不仅增加了驾驶员的工作强度，影响了驾驶安全，而且还影响了汽车的燃油经济效率。因此，如果对现有的挡位切换机构进行改进以使其能够结合真实的行驶速度和发动机速度以做出最佳的挡位切换，同时为驾驶员提供挡位切换提醒，通过这种方式大大降低了驾驶员的工作强度，也改善汽车安全方面，也可改善车辆的燃油经济效率。1.2国内外研究现状1.2.1国外的发展状况在中国已经开始研究基于传统机械传动的自动控制电子控制挡位切换系统，但是它们基本上仅限于大学和相关研究机构的研究和实验。在市面上这种成熟的产品仍然相对稀少。在国外，以德国梅赛德斯·奔驰公司（Mercedes-Benz）推广的Actros重型卡车为代表，已经运行了基于机械传动装置控制的电气化挡位切换系统。它通过距离强制车辆的气动传输，并使用电子控制。保证最好的汽车挡位切换。Actros系列重型卡车配备先进的全速16速同步机械变速器，先进的变速器效率和较低的维护成本，并配备了智能自动挡位切换系统。它用现代的计算机控制系统代替了传统的利用手工方式的切换变速器挡位的方法。机械变速箱挡位切换操作是全自动的。智能自动挡位切换系统由四部分组成：挡位切换杆，车辆电气化控制模块，发动机控制集成化模块和变速器集成化控制模块一起构成。挡位切换手柄安装在驾驶员右臂的前部，并连接至车辆控制模块。扶手能够和手柄共同收放。1.2.2国内的发展现状当前在中国，综合经济成本考虑，大多数制造商选择纯机械电缆/杆式解决方案。尽管该机械变速机构结构相对简单，技术成熟并且成本低廉，但是它不能解决在驾驶汽车的过程中难以进行挡位切换操纵艰难的问题。尽管控制机制PARTTAREPRE-JOINT和COMPONENTS支持行业指令。变速箱控制模块安装在变速箱的右侧，并控制10个电磁阀的操作。在换档期间，驾驶员将右手放在手柄上以移动手指按钮来移动。变速旋钮将变速命令发送到车辆控制模块。车辆控制模块将变速手柄信号插入总线网络和变速箱总线中。控制模块控制更改。这种智能机械变速箱还具有动力模式，经济模式和滑行模式等配置。虽然变速箱是机械变速箱，但从驾驶员转向操作的角度来看，它可以与自动变速箱完全等同的。并且，它降低了维护成本和燃料消耗，并大大提高了承载的能力。1.3远程换挡机构简介由于传统机械变速器的简单结构，高传动效率和成熟技术，它们的使用非常普遍，目前市场上大多数后轮驱动客车都使用的是机械变速器。（1）杆/线操作机构所有可能升级的最简单，最经济的方法是简单地升级改造传统的杆/线机构。为了尽最大的可能性减小杠杆机构的惯性矩，可以在主要部件中使用新的高强度轻质材料。尽管该方法可以在一定程度上降低驾驶员换挡的功能，但是它基本上不能解决换挡的困难。（2）电气控制-气动操作机构这种改进的方法采用了电子控制的研究方法，并开发了用于后发动机客车的远程控制机制和气动控制方法，以开发出一套电子控制单元和气动执行器来代替汽车操纵拉杆/拉线这种长距离挡位切换机构。这种操作机构从根本上解决了挡位切换操作困难的问题。为避免过设计，这种机构使用传统的挡位切换手柄和机械传动装置，位置传感器安装在变速杆上，以接收驾驶员提供的变速信号。处理后的信号被送入电子控制单元并由电磁阀控制，连接到前叉的工作缸用于执行相应的换档操作。（3）电控液压控制机构与前述的电子气动操作机构相比，该改进方法的不同之处在于，用于执行转向换档命令的装置是由电子控制单元控制的液压系统。鉴于在传统汽车底盘中安装额外的液压传动机构的成本和复杂性高于气动机构，并且可靠性不如前者，因此该方法的总体效率改进的效果不如气动电气控制操作好。（4）电控式挡位切换机构除了执行器是一组电动机电缆和位移电缆之外，此升级方法与前两种方法类似。由于步进电机控制比电磁阀控制更为复杂，并且换档电缆在长时间工作后会影响换档精度，因此其整体效率也比电动气动机构控制差。第2章总体方案设计2.1设计要求通过电子控制和气动操作，已经创建了一套气动执行器控制和执行器单元，以替代当前的后置发动机拉杆/线型挡位切换机构，从根本上解决了操作难题。最终稿目的是使得驾驶员操纵疲劳得到缓解，并减少道路安全隐患。中国大部分地区的大型客车都是拉杆型传动，手柄带动拉杆，对驾驶员操纵压力过高使其远程操纵让驾驶简单化快捷化。2.2总体方案设计2.2.1方案选择通过比较上文第1.3节中的某些类型的挡位切换机构，可以知道在无需大规模重新设计的传统后置发动机汽车的远程挡位切换机构中，电动-气动方式挡位切换操作机构的运行效率能够结构更耐用，相对简单，成本较低。并且，由于在城市客车上广泛使用的变速器仍然是传统的手动机械变速器，因此驾驶员只能根据经验设置换档时间并选择合适的档位。对于技术水平较低的驾驶员，这不仅增加了驾驶员的工作强度，而且还影响了汽车的燃油经济效率。如果经过改进后的变速箱能够结合当前的车速和发动机转速以进行最佳的挡位切换选择并为驾驶员提供挡位切换的提示，这不仅会减轻驾驶员的工作强度，而且会提高驾驶安全性，也提高汽车的燃油经济性。2.2.2原理说明（1）工作原理当驾驶员选择了档位时，安装在驾驶员换档拉杆上的信号传感器将收集驾驶员选择的档位信号，并将详细的档位信号插入电子控制系统。控制程序控制安装在机器后部的气动电磁阀的打开和关闭。然后，电磁阀控制与变速箱挡位切换拨叉连接的工作缸，以完成最后的挡位切换操作。它的工作原理如图1所示。汽车的实际车速Va、发动机转速ua=0.377Vanrigi0其中，i0是主齿轮的减速比，ig是变速箱的挡位切换齿轮传动比，r是驱动轮的半径大小。当前的实际为Va车辆速度和发动机经济速度n都具有与之相应的传动比。电子控制系统将根据车速传感器和发动机速度传感器检测到的车速和发动机速度信号自动计算当前状态下的变速总成挡位切换的传动比例。然后再报告并提出最佳挡位切换技巧，并显示在驾驶员的仪表控制台上。（2）系统结构在不改变汽车整体原始布置的前提下，最终执行挡位切换功能的工作缸被调整到汽车的后部，并连接至变速器的换挡拨叉。整个系统结构示意图如下图2所示。图图2.3总体结构气动换档通过利用气压来控制气缸的工作，进而实现换档，只需要确定换档杆可以在两个方向上移动或者转动，就实现了档位的变换。经过测量换档杆所连接的变档轴在换档的时候，转过的角度为30-40度，而设计所采用的是只能直线往复运动的活塞式气缸，通过设计，将原来手动换档时换档杆走的圆弧轨迹改变成接近于直线的弧线轨迹，便于气缸工作。发动机变速箱内初始档位是空档，将换档杆上端连续向前推动所得到的档位变化是，0-1-3-4-3-2-0。若想得到0-1-2-3-4-3-0的档位需要的事先将换档杆向前推动，然后在向后推动（需要推动较大距离，否则将回到空档），最后在连续向前推动将得到连续档位（其中有的档位之间与档位之间会有其他档位所以其推动距离就会适当变长）。经过测量，换档杆上下两处推动距离基本一致，在12-18cm之间。在换档杆后边的车架上固定两个单向气缸，分别用以推动换档杆的上下两端，实现进退档（本文中进档定义为换档杆上端向前推动，变档轴逆时针转动；退档定义为换档杆下端向前运动，变档轴顺时针转动）。但是，当进档时，换档杆下端会向后移动；反之，退档亦是如此。那么，为了解决这一问题，需要将气缸活塞杆推动换档杆的螺帽与相应的推进孔之间保持一定的距离，形成一段空程，空程略大于换挡时换挡杆走过的距离即可。这样在进退档时就不会受到另外一个固定气缸的影响。换档杆上下两端所运动的路线仅仅是接近于直线，为此，换档杆上下的两个孔的横截面均为长条形状，而气缸的活塞杆，位于孔的中间，这样，在推动换档杆工作的时候，就不会因为换档杆上下两端走的弧线而与气缸活塞杆磕碰，产生爬行。具有换挡杆、气缸这一部分在前文中已经提到，本文中定义为执行机构。控制机构相对于执行机构而言要更容易设计。控制机构各器件线路图如下图所示。图2-3总体结构示意图本章小结本章根据设计要求，通过对几种类型换挡机构的比较确定了总体方案为电控-气动式换挡操纵机构，并对其结构原理进行分析，提出来总体结构方案。第3章主要零件的设计3.1换挡气缸的设计3.1.1气缸主要尺寸的确定（1）气缸内径和活塞杆直径的确定根据设计要求，结合变速器的尺寸，采用单活塞杆双作用气缸，初定内径为。由,可得活塞杆直径：圆整后，取活塞杆直径查表取气缸工作压力由公式：（3-1）（3-2）考虑到负载率可以在运行期间提供气缸的动态特性。如果要求气缸的动态参数较高且工作频率较高，则通常采用其负载率η=0.3~0.5，速度高时取小值，速度低时取大值。如果通常需要动态气缸参数并且工作频率较低，则它基本上是匀速运动，并且其负载率是可取。得F1（2）缸筒壁厚和外径的设计缸筒外壁直接承受压缩空气的压力，并且必须具有一定的厚度。通常，缸筒壁厚与内径之比小于或等于1/10，它的壁厚需要根据（3-5）来进行计算：设计的伸缩气缸缸筒材料为:铝合金ZL1060,[]=3MPa代入己知数据，则壁厚为：取，则缸筒外径为：。（3）活塞杆行程长确定按设计要求，X轴伸缩距离为10cm，即100mm。为防止活塞与缸壁碰撞，活塞行程留有一定的余量。故行程查有关手册圆整为。3.1.2气缸的校核（1）活塞杆稳定性的计算：在活塞杆的长度情况下，通常根据压杆的稳定性求取计算活塞杆的半径。在气缸承受的轴向力趋近于极限值情况下啊，即使很微小的干扰力都有可能导致活塞杆发生弯曲变形，产生不稳定的情况，以至于气缸无法常态化工作。活塞杆能够稳定工作的前提是：（3-3）式中：——气缸承受的轴向负载，即气缸的理论输出推力，；——气缸的压杆稳定极限力，；——气缸的压杆稳定性安全系数，一般取。气缸压力杆的耐用极限与气缸安装的形状，活塞杆的直径和减震有关[15]。当长细比时，（3-4）当长细比时，（3-5）上式中：——活塞杆计算长度；——活塞杆横截面回转半径；实心杆半径：（3-6）空心杆半径：（3-7）——活塞杆断面惯性矩；实心杆惯性矩：（3-8）空心杆惯性矩：（3-9）——空心活塞杆内孔直径；——活塞杆截面积；实心杆截面积：（3-10）空心杆截面积：（3-11）——系数，查手册；——材料弹性模量，对钢取；——材料强度实验值，对钢取；——系数，对钢取；查阅机械手册气缸设计章由表得安装方式为固定-自由式，取，代入公式（3-6）至（3-11）：实心杆半径：由于，用公式（3-5）：所以该活塞杆满足稳定性条件。（2）驱动力校核测定气缸质量为，估算为，设计加速度，则惯性力：（3-12）原式：。考虑活塞等的摩擦力，设定摩擦系数，总受力为：因为，因此，气缸的大小符合当前的驱动力要求。3.2换挡操纵机构设计3.2.1初选参数（1）力的传动比例减小手柄的操作力的最有效方法之一是增加力的传递比，但是负面影响是抓握行程会增加。至于车把的行驶范围，根据人体工程学的要求，汽车的移动杆布置在座椅中心，距坐垫为中心100mm，半径为600mm的牵引圈更方便。在每个位置，它都必须位于方向盘下方并在驾驶员座椅右侧。手柄的高度不得低于座椅前方100mm的座垫区域。如果在此范围内，驾驶员可能会很好地理解变速杆的操作原理，请参见图4-1。力传递比不仅影响手套力的大小，而且影响抓握行程。例如，K1000卡车采用M6变速箱，前进档行程为13毫米，变速杆动力传动比为7的直动式机构。忽略变形因素，手柄的前进行程仍为91毫米。图4-1变速杆手柄中心位置（2）变速器的静态换档力对于静态传输功率，这是国有标准要求。对于中型车辆，静态挡位切换力必须为500N。对于M6变速器，其静态挡位切换力为465N。无论防尘罩的摩擦和变形如何，手柄的操作力都必须为66N。不同类型的变速器具有不同的换挡力。变速箱的换档力是驾驶员必须克服的力，这是一个有用的阻力。（3）耗散力在变速操作中，不是全部利用手柄上的驱动力来克服变速力，并且存在这样的问题，即分配了一些或乃至大多数形式的能量，例如变形，热量和声音德国都死徒劳的浪费掉的能量。所谓的耗散力定义为驾驶员作用在手柄上的力，以及除去用于克服传动装置的挡位切换力后剩余的力。耗散力通常表现为杆和支撑件之间的摩擦，支撑件和杆的变形，防尘罩的变形，传输过程中的角度损失等，这些都是破坏力。对于设计师而言，设计的目标之一是最大程度地降低耗散力。通常，可以通过诸如合理布局，优化支撑结构和防尘罩以及选择合适的支撑材料之类的措施来减小耗散力。（4）操纵杆长度因为设计的是微型汽车换档操纵机构，通过对市场上相关产品的调查，结合本次设计的需要，选取操纵杆长度为：350mm。（5）操纵杆运动范围（°）据有关实验研究资料所确定的各种手控操纵器与人体尺度有关的尺寸参数，操纵杆的前后最大运动范围为：，左右最大运动范围为：。参照市场现有产品，结合本次设计的需要，选取：操纵杆前后运动范围为：；左右运动范围为：。（6）选、换档摇臂长度及选、换档所需力矩通过在实验室实地测量，并参照M6车型变速器设计参数，本次设计选取：换档摇臂长度：；换档力矩：；选档摇臂长度：；换档力矩：。（7）选、换档摇臂运动范围（°）参照相应车型变速器设计参数，本次设计选取：换档摇臂：前、后运动最大角度为：；选档摇臂：向前运动最大角度为：，向后运动最大角度为：。3.2.2参数计算及相关机构的确定（1）操纵杆支点的确定因为换档摇臂在完成换档任务时，操纵杆和摇臂之间的运动关系较操纵杆和选档摇臂的运动关系更简单明了，且易于计算，所以选择通过换档计算手柄支点，而不是通过选档来计算。B66N350-AOC图4-2已知：操纵力为：66N；换档摇臂长度为：80mm，所需力矩为:，如图4-2，设,则有：为了设计和制造方便，这里取。（2）操纵杆直径的确定在汽车行驶过程中，驾驶员通过操纵杆不断切换档位，达到汽车的理想性能。因此，操纵杆作为换档操纵机构的输入端，使用频率极高，和人的关系紧密，它的强度、刚度对操纵的可靠性有着很大影响。在进行设计的时候，除考虑材料自身的强度、刚度计算外，还需要充分考虑人为因素的影响。1)操纵杆材料考虑到制造成本，参考现有相关零件的材料，我们这里选A级Q235钢作为其制造材料。Q235钢是应用最广泛的一种碳素结构钢，多用于制作薄板、钢筋、各种型材和受力不大的机器零件，如拉杆、连杆、小轴等。2)确定操纵杆直径经比较，中型汽车换档杆直径一般均在以下，所以Q235钢的屈服极限选为（直径≤），。因为操纵杆布置在汽车驾驶室里，存在很多不确定因素，可能使操纵杆不能正确、有效地工作，所以为了确保其使用时的可靠性，需选择安全系数。考虑到操纵杆的实际工作情况，这里选。∵∴∵材料需满足剪切强度条件，即，∴,又∵，∴，即操纵杆的直径只要：即可。参考同类产品的尺寸，同时为了制造方便，我们选。3)操纵杆刚度校核在实际工程中，某些构件在工作中不仅需要满足强度条件，以防止构件破坏，还要求其有足够的刚度，以限制构件的变形。OA图4-3操纵杆的惯性矩（圆截面）：由图4-3可知，操纵杆的最大挠度在自由端截面，其值为：（钢的弹性模量）∵一般轴的许用挠度∴∵<，∴操纵杆满足刚度要求。4)操纵杆的稳定计算工程中有许多受压杆件，如厂房中的柱子、桁架结构中的压杆、内燃机的连杆、液压缸的活塞杆等都存在稳定性问题。压杆失稳是突然发生的，其后果，轻则导致构件失效，使构件不能正常工作；会对整个机器或结构造成严重损坏，并带来严重后果。因此，在设计构件时必须考虑稳定性方面的运算。压杆的失稳实际是指当轴向压力接近某个极限压值（该极限压值的上限即为理想压杆的临界力）时，其弯曲变形急剧加大而丧失承载能力的现象。解决稳定性问题的关键，在于确定压杆的临界力。由材料力学知，细杆在各种端部限制下的临界力公式可以表示为；，为长度方向的系数。因为操纵杆在使用中为一端固定，一端自由的结构形式，所以长度系数=2，则操纵杆的临界力：校核操纵杆稳定性：用于校验稳定性的稳定性条件通常以两种形式表示：以安全系数和允许应力表示。在这里，我们使用稳定的安全系数方法，也就是，为稳定安全系数。某些确实难以规避的方面，如如说荷载的偏心、材料的不均匀等，对杆件的稳定性的影响比对强度的影响要大，它们使临界力显著下降。所以，稳定安全系数通常规定得比强度安全系数高。因此，这里选=4，考虑到在一般的操作中，人手操纵操纵杆的力不会超过150，所以，我们这里将各种意外因素考虑其中，保守选取。∵∴因此，操纵杆满足稳定性要求。（3）操纵杆中间轴直径的确定如图4-4：OBA图4-41)确定操纵杆中间轴直径对中间轴受力进行分解可知，中间轴受到人手操纵力的分力力矩和变速器顶盖平衡弹簧（旋扭转弹簧）的回位力矩中，扭转弹簧的回位力矩为选档摇臂的工作时所需的力矩减去其自身的弹簧回位力矩。通过对相关变速器的测量，选档摇臂自身的弹簧回位力矩为左右。因为选档摇臂工作所需的力矩为，所以中间轴弹簧的力矩为，。参考相关产品尺寸，我们确定AO=，AB=BO=，则：在B点处的等效力：为的一个分力，其大小为：由图可知，点B处的力：中间轴的材料和操纵杆相同，为Q235钢，其许用剪应力，∵，∴,又∵，∴即，只要中间轴直径就满足强度条件。为了制造的方便，参考市场上销售的相关产品，这里选。2)中间轴刚度校核根据图4-4能够得到，在中间轴上的惯性力矩（圆截面）：点B处的挠度为：点A处的的挠度为：则中间轴的挠度为：∵轴的许用挠度∴∵<，∴中间轴满足刚度要求。因为中间轴不具有压杆特征，所以不对其进行稳定性计算。3.3其他机构设计3.3.1球形手柄由于球形手柄主要是橡胶和塑料产品，因此需要模制，因此当产量不大时，请尝试从现有形状中进行选择。手柄顶部的档位字母很大程度上取决于所选的变速箱。当前，没有统一的标准，通常根据调试原型车的结果来确定。在调试期间，请尝试调整转换器的安装方案，以使挡位排布序列与现有的模具挡位序列兼容，以减少开发成本和开发时间。3.3.2变速杆变速箱的挡位切换操纵杆称为变速杆，否则也称为排挡杆。它是变速箱挡位的控制机构，用于在变速箱中进行齿轮切换或断开齿轮，从而改变传递的转矩和转速及运转方向，使得汽车前进或倒退。变速杆中部具有球面，支承在变速器盖内，变速杆上部在驾驶室内。扳动变速杆时，变速杆以球面为支点，使变速杆下端作横向运动，伸入—个变速拨叉顶部凹槽中，然后变速杆再作纵向运动，通过变速拨叉移动挂档齿轮，与所挂档位的齿轮啮合，挂入档位。一般来说，操纵杆通常位于驾驶员座位的旁侧。然后，根据操纵杆的安装尺寸，内部球形把手孔的尺寸以及机械手安装孔和变速杆的尺寸来设计和制造操纵杆。设计必须考虑诸如小组规模，经济性，交货时间和生产过程等因素。为了防尘，应加防尘罩，但还应考虑在一定程度上隔绝车外的噪声、热量，甚至是溅水，必要时可加装两级防尘罩。3.3.3锁定装置设计（1）自锁装置

为了防止齿轮自动换挡并确保齿轮齿达到齿的整个长度，必须在操作机构中提供一个自锁装置。因为当变速箱处于挂档状态时，如果使用变速杆向前或向后推动拨叉，则滑动齿轮（破坏了一体式套筒）和相应的齿轮（或齿圈啮合）将不是齿的全长。从而影响齿轮的寿命，即使达到全长齿啮合，由于汽车振动或其他原因，滑动齿轮（或关节套筒）也可以自动轴向移动，通过减少齿轮相互间啮合的长度，甚至完全脱离啮合，也就是说自动脱离挡位。l)结构：市面常见的变速器的自动锁止装置由钢球l和弹簧2组成(图10-20)。在变速器盖6前端凸起部位钻有三个深孔，位于三根拨叉轴3的上方。每个拨叉轴在与钢珠l相对的一侧都有三个凹槽（凹槽深度小于钢珠的半径），中间的凹槽为空档定位，中间凹槽至两侧凹槽的距离等于滑动齿轮(或接合套)由空档换入相应档(保证全齿长啮合)的距离2)工作：自锁钢球被自锁弹簧压入拨叉轴的相应凹槽内，起到锁止档位的作用，防止自动换档和自动脱档。换档时，驾驶员施加于拨叉轴上的轴向力克服弹簧与钢球的自锁力时，钢球便克服弹簧的预压力而升起，拨叉轴移动，当钢球与另一凹槽处对正时，钢球又被压入凹槽内，此动作传到操纵杆上，使驾驶员具有“手感”。图3-4变速器的自锁及互锁装置l-定位钢球；（2）互锁装置变速器为防止同时挂入两个档位，锁定装置必须安装在操作机构中。因为如果变速杆同时按下两个拨叉，则它可以同时处于两个档位。因为两个齿轮的齿轮比不同，所以彼此连接的齿轮应引起彼此的机械干涉，变速器将无法工作。情况严重时还将使零件遭受破坏。本次选用锁球(销)式互锁装置。l)结构：图3-4所示属于这种型式。在三根拨叉轴所处的平面且垂直于拨叉轴的横向孔道内，装有互锁钢球5(图3-4a)或互锁销5(图3-4b)。互锁钢球(或互锁销)对着每根拨叉轴的侧面上都制有一个凹槽且深度相等。中叉轴的每一侧都有一个凹槽。当任何拨叉轴处于空档时，其侧槽仅衬有互锁的钢球（或互锁销）。两个钢球的直径之和（或联锁销的长度）等于两个相邻叉轴的圆柱面之间的距离加上凹槽的深度。中叉轴的两侧有一个孔。有一个可伸缩的横向螺柱，可将4移入孔中。顶针的长度等于前拨叉轴的直径减去凹槽的深度。2)互锁原理：当变速箱处于空档位置时，所有拨叉轴的侧槽与钢珠和拔出销在同一条直线上。当拨叉2的中间轴移动时（图3-5a），轴2两侧的钢球被侧面的凹槽挤压，两侧的钢外球4、6分别嵌入其中拨叉轴1和3的侧面。在凹槽中，轴1和3在中立位置关闭。如果要移动拨叉轴3，必须首先将拨叉轴2旋转到中间位置。当叉轴3移动时，钢球4从凹槽中挤出，另一侧的两个钢球从挤出机箱5中移出。，拨叉轴l、2均被锁止在空档位置上(图3-5b)。拨叉轴l工作情况与上述相同(图3-5c)。图3-5钢球式互锁装置工作原理图l、2、从上述互连装置的工作状况可以知道，当一个叉轴移动时，两个叉轴被锁定。但是，某些变速箱互锁设备没有拔针。当叉轴移动时，只要相邻叉轴被锁定，就可以防止两个档位同时移动。（3）倒档锁为防止倒档错误安装，必须在操作机构上安装倒档锁。在汽车行驶过程中，如果倒车档意外接合，将产生重大影响，从而损坏零件。如果汽车在启动时未正确地倒档，则容易发生安全事故。倒档锁定的功能是使驾驶员向换档杆施加很大的力，以便将其包括在倒档中，这可提醒您防止意外倒档，并且提高安全性。多数汽车变速器采用结构简单的弹簧锁销式倒档锁(图3-8)。由一、倒档从拨叉块2中的倒档锁销4及弹簧3组成。因此驾驶员要挂一档或倒档时，必须用较大的力使变速柠1曲下端压缩弹簧3，将锁销4推向右方后，才能使变速扦下端进入拨块2的凹槽内。以拨动一、倒档拨叉轴而挂入一档或倒档。图3-8锁销式倒档锁装置图3-9锁片式倒档锁装置l-变速杆；2-倒档拨块；3-倒档锁弹簧；4-倒档锁销1-手柄；2-本章小结本章根据总体结构方案，对各主要零部件进行设计，包括：换挡气缸、换挡操纵机构、球形手柄、变速杆、锁定装置等。第4章气动系统设计4.1气动回路设计根据气缸的工作情况，气动系统的回路设计如图4-1所示，主要由气源，电磁阀和气缸组成。图4-1气动系统原理图4.2气动元件的选择（1）后冷却器空气压缩机的压缩空气出口温度可以达到180°C。在此温度下，压缩空气中的水分完全是气态的。如果直接送至气罐和气动设备，将会产生有害后果。后面的冷却剂的作用是将空气泵中的高温空气向下冷却，将大量的水蒸气和变质的油雾冷却成液态水滴和油滴，从而去除它们。后冷却器分为风冷式（HAA系列）和水冷式（HAW系列）两种。空气冷却可降低风扇吹入带有翅片的热空气管道中的风扇所产生的冷空气所压缩的空气温度。占地面积小、重量轻、紧凑、运转成本低，适用于进口空气温度低于100，处理空气量较少的场合。风冷式的这些特点很适合本设计的要求，选用SMC公司的HAA22表4.1风冷式后冷却器（HAA22）的技术参数额定流量（L/min）最高使用压力（MPa）适用压缩机功率（kW）进口空气温度（）出口空气温度（）33001.0225～100<40（2）主管路过滤器气体经空气压缩机后，先经过主管道到各支管管道，在主管道中设置主管过滤器，在支管中再按工作需要装置各种除尘、除油和除臭的过滤器。主路过滤器的作用是清除压缩空气中的油污、水、粉尘等，以提高下游干燥器的工作效率，延长精密过滤器的使用寿。本设计选用SMC公司AFF系列中的AFF22B型号主路过滤器，主要参数见表4.2。表4.2AFF22B主路过滤器的主要参数额定流量（L/min）使用压力范围（MPa）额定流量下的压降（L/min）环境和介质温度（）35000.151.00.0125（3）空气干燥器压缩空气通过底管和主管过滤器进行预净化后，仍然包含一定量的水蒸气。当给气动回路充气和排气时，元件内有高速流动或绝热气流膨胀。如果温度下降，空气中的水蒸气将凝结成水滴，从而对气动组件的运行产生不利影响。烘干机进一步去除水蒸气。干燥机用于去除水蒸气。干燥机包括聚合物隔膜式，冷冻式和吸附式。为便于使用，此设计选择聚合物隔膜干燥机（IDG系列）。该干燥机的特点是：体积小，重量轻，不排水，无露点显示，无氟利昂，无动力，无振动，无散热，使用寿命长，安装方便，高度除水等符合本设计的要求，所以本设计所选用SMC公司的IDG系列中的IDG-H型号，主要参数见下表4.3。表4.3IDG-H的技术参数进口压力范围（MPa）环境和介质温度（）输出流量（L/min）分流流量（L/min）输出空气大气压露点（）0.31.0-5502510003110-40（4）气罐储气罐的作用主要是消除压力脉冲。依靠绝热膨胀和自然冷却，进一步分离压缩空气中的水分和油分；储存一定量的压缩空气，一方面可以解决短时间内使用的空气量大于压缩机输出量的问题。另一方面，在空气压缩机发生故障时保持空气供应不足，能够有效采取措施保证气动设备的安全稳定。通过估算气罐的容积V（4.4）式中：―气动系统的最大耗气量，单位：L/min；―气动系统允许的最低工作压力，单位：MPa；―突然停电时，气罐内的压力，单位：MPa；―大气压力，取MPa；―停电后，应维持气动系统正常工作时间，单位：s。式中=100L/min，=0.6MPa，=1MPa，t=20s，可得Vmin=10L。气罐选择了SMC公司的AT6C表4.4AT6C的技术参数适用空压机功率（kW）容积（L）最高使用压力（MPa）使用流体温度（）5.51001.00100（5）截止阀截止阀的作用是：在执行元件不需要工作时或气动系统出现问题时，用来切断通路，或是它后面的通路中出现问题需要维修时，用来切断该部分支路，不去影响其它支路的工作。截止阀选择扬中市华威电力设备厂YZJ-2AJ23W/H型外螺纹截止阀。（6）除油器除油器能够将主过滤器和空气过滤器分开。很难分离出0.35m的气溶胶油和铁锈颗粒以及大于0.3m的碳颗粒，这些颗粒会导致气动元件的加速衰弱。本设计中采用SMC公司的AM550的除油器，技术参数见表5.5。表4.5AM550主路过滤器的主要参数额定流量（L/min）使用压力范围（MPa）额定流量下的压降（L/min）环境和介质温度（）35