關(guān)麗麗

海馬轎車有限公司，河南 鄭州 450016

0 引言

目前，我國(guó)許多汽車零部件公司都會(huì)生產(chǎn)各種類型的車用拉索，應(yīng)用于各種汽車和摩托車。對(duì)于這樣一個(gè)應(yīng)用廣泛且相當(dāng)重要的零件總成，能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和通用化是很有必要的，因此中華人民共和國(guó)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/'r 29101一1992中規(guī)定了汽車用操縱拉索總成的標(biāo)準(zhǔn)。在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了汽車用操縱拉索總成(以下簡(jiǎn)稱拉索總成)的技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則等等。其中關(guān)于拉索總成的負(fù)載效率試驗(yàn)和行程效率試驗(yàn)，講述的是在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)下，用人工方法使用量規(guī)測(cè)量拉索的尺寸并且按照規(guī)定安裝，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用測(cè)力計(jì)測(cè)量并且記錄數(shù)據(jù)。這種測(cè)量方法已經(jīng)不能滿足人們的精度要求，并且效率比較低。基于這種情況，非常有必要設(shè)計(jì)一個(gè)針對(duì)拉索總成效率試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架。

1 拉索總成簡(jiǎn)介

1.1 拉索總成的產(chǎn)品形式

汽車上有多種類型的拉索，對(duì)于不同的汽車來(lái)說(shuō)，它所承受的拉力，適應(yīng)于汽車連接的結(jié)構(gòu)是不同的，因此不同拉索總成存在著一定的差異，但是拉索的基本結(jié)構(gòu)是相差無(wú)幾的，以下介紹了常見的拉索結(jié)構(gòu)形式。

圖1 拉索型式1

圖2 拉索型式2

圖3 拉索型式3

圖4 拉索型式4

1.2 拉索總成的技術(shù)要求

自拉索總成長(zhǎng)度見圖5，極限偏差見表1。

圖5 拉索的基本尺寸

表1 拉索尺寸的極限偏差

2 拉索效率試驗(yàn)臺(tái)架的設(shè)計(jì)

在汽車中分布著各式各樣的拉索，有離合器拉索，選換擋拉索，加速油門拉索，以及停車制動(dòng)拉索和車尾行李箱開閉拉索等等，在此不能將每一種拉索都進(jìn)行模擬測(cè)試效率，這個(gè)是不能實(shí)現(xiàn)的。在這次的設(shè)計(jì)中，我的設(shè)計(jì)任務(wù)是鎖定在五菱榮光選換擋操縱總成上的。這樣就比較有目的性，只需在設(shè)計(jì)過(guò)程中盡量以五菱榮光的參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，模擬它的選換擋操作過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程測(cè)量出拉索總成的主動(dòng)端和被動(dòng)端的力的大小和位移大小，按照以上介紹的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，得出選換擋拉索總成的負(fù)載和行程效率。

2.1 臺(tái)架設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)任務(wù)內(nèi)容，臺(tái)架設(shè)計(jì)應(yīng)包括以下四個(gè)部分:

1）主動(dòng)端

這個(gè)部分是將選換擋機(jī)構(gòu)中的操縱桿部分固定在臺(tái)架上，用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，來(lái)推動(dòng)選換擋桿，從而拉動(dòng)拉索。在這部分中，用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，要求能夠在兩個(gè)方向推動(dòng)推桿，即是換擋和選檔。于是我最初用了一個(gè)十字形的槽，在互相垂直的方向分布著兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)，從而能夠在兩個(gè)方向上推動(dòng)推桿，但是這樣存在一個(gè)問(wèn)題，即在一個(gè)方向推動(dòng)后推桿必須復(fù)位才能再推動(dòng)另外一個(gè)方向，這不符合正常的選換擋的過(guò)程。改動(dòng)方案是用兩個(gè)能夠移動(dòng)的活動(dòng)槽塊來(lái)組成一個(gè)十字槽，這樣兩個(gè)活動(dòng)槽的軌跡就不受限制。整個(gè)過(guò)程總要保證推動(dòng)的時(shí)候能夠走直線，于是活動(dòng)槽要安裝在導(dǎo)軌上，能夠直線運(yùn)動(dòng)，而且為了讓兩個(gè)活動(dòng)槽塊運(yùn)動(dòng)不干涉，它們不在一個(gè)平面上。

2）被動(dòng)端

這個(gè)部分是將選換擋機(jī)構(gòu)中的活動(dòng)端與一個(gè)模擬阻力機(jī)構(gòu)連接，從而來(lái)模擬選換擋過(guò)程中的阻力。在這部分中，我選用氣缸來(lái)模擬阻力，因?yàn)闅飧淄庑涡∏杀阌诎惭b，并且能夠很好的模擬阻力。在選換擋過(guò)程中力的大小是由小變大又變小的，力的變化用壓力比例閥（帶泄壓功能的）控制壓縮氣體輸入端的輸入壓力即可。

3）中間支承

我們知道，拉索本身是具有柔軟性的，在汽車中的安裝一般是需要彎曲成某一不確定的形狀，是為了更好的利用汽車的安裝空間。在安裝時(shí)候往往在中間會(huì)有支承來(lái)將拉索固定住，不然拉索就會(huì)不穩(wěn)定晃動(dòng)。這就需要中間支承了，并且能夠很方便快捷地裝卸。本次設(shè)計(jì)中，我可以在主動(dòng)端和被動(dòng)端之間安裝一個(gè)固定臺(tái)來(lái)固定換擋機(jī)構(gòu)，并且在固定臺(tái)上安裝一個(gè)支撐來(lái)固定拉索中間端。

4）數(shù)據(jù)測(cè)量和分析裝置

一個(gè)試驗(yàn)臺(tái)的研制最核心的是數(shù)據(jù)。在我們的試驗(yàn)方案解決后，我們要想好怎么來(lái)采集數(shù)據(jù)。當(dāng)然我們首先必須要測(cè)量下最基本的參數(shù)，即是我們?cè)囼?yàn)的五菱榮光的選換擋拉索的主要尺寸。這些都是固定參數(shù)數(shù)據(jù)，還需要的是試驗(yàn)參數(shù)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們需要測(cè)量的參數(shù)有四個(gè)，主動(dòng)端的力的大小和位移大小，被動(dòng)端的力的大小和位移大小。這里我選用兩種不同量程的拉壓力傳感器和兩種不同量程的直線位移傳感器，分別安裝在主動(dòng)端和被動(dòng)端。

值得注意的是，由于被動(dòng)端是直接測(cè)量拉索端的數(shù)據(jù)而主動(dòng)端是通過(guò)推桿來(lái)測(cè)量的數(shù)據(jù)，所以主動(dòng)端測(cè)量的數(shù)據(jù)要通過(guò)比例系數(shù)來(lái)轉(zhuǎn)換，這個(gè)比例系數(shù)取決于我們硬件安裝的數(shù)據(jù)，試驗(yàn)臺(tái)確定后我們就可以測(cè)量出來(lái)。最后計(jì)算時(shí)候要換算一下代入效率測(cè)試的公式中。

在數(shù)據(jù)測(cè)量完成后，通過(guò)傳感器得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，我們可以設(shè)計(jì)相關(guān)適用于本次臺(tái)架試驗(yàn)的軟件，在這個(gè)軟件開發(fā)中，盡量使所得的結(jié)果通過(guò)圖表的形式表達(dá)直觀清晰。

2.2 試驗(yàn)臺(tái)架設(shè)計(jì)的布置

由以上的方案設(shè)計(jì)可以得出臺(tái)架的整體方案和結(jié)構(gòu)，其中所需要的主要零件分別有:

1）步進(jìn)電機(jī)兩個(gè)。分別用于主動(dòng)端推動(dòng)推桿的兩個(gè)方向，它們分別是換擋方向和選檔方向；

2）直線位移傳感器三個(gè)。分別用于主動(dòng)端推動(dòng)推桿的兩個(gè)方向和被動(dòng)端拉索處一個(gè)；

3）拉壓力傳感器三個(gè)。分別用于主動(dòng)端推動(dòng)推桿的兩個(gè)方向和被動(dòng)端拉索處一個(gè)；

4）直線導(dǎo)軌五個(gè)。分別用于主動(dòng)端十字活動(dòng)槽的四個(gè)，以及在被動(dòng)端用于拉壓力傳感器導(dǎo)向的一個(gè)；

5）氣缸一個(gè)。用于被動(dòng)端模擬拉索總成中按照要求的曲線變化的阻力；

6）試驗(yàn)臺(tái)零件連接件若干。用于將所需的部件產(chǎn)品連接為一個(gè)整體的測(cè)試系統(tǒng)。

綜上所述，測(cè)試臺(tái)架布置如下圖6所示:

圖6 整體方案示意圖

2.3 產(chǎn)品選型

在汽車?yán)髟囼?yàn)臺(tái)架的設(shè)計(jì)方案出來(lái)后，要圍繞這個(gè)設(shè)計(jì)方案中所涉及到的各個(gè)零件進(jìn)行硬件選擇，根據(jù)已知的五菱榮光拉索的數(shù)據(jù)，確定各個(gè)產(chǎn)品所要求的技術(shù)參數(shù)，找到符合要求的產(chǎn)品。本次拉索效率測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)架所用的主要產(chǎn)品選型如表2。

2.4 連接件的設(shè)計(jì)

在方案成立并且各種主要零件產(chǎn)品選型確定之后，主要是將零件產(chǎn)品和拉索連接起來(lái)固定安裝，這就需要相對(duì)應(yīng)的連接件和固定平臺(tái)。

主動(dòng)端是由步進(jìn)電機(jī)連接拉壓力傳感器，再連接推動(dòng)十字槽。因?yàn)槭植鄣拈_口和推桿的直徑尺寸一樣，從而推動(dòng)推桿拉動(dòng)拉索。其中，拉壓力傳感器是要固定在導(dǎo)軌的滑動(dòng)塊上導(dǎo)向的，十字槽也是固定在導(dǎo)軌的滑動(dòng)塊上滑動(dòng)，導(dǎo)軌與固定在平臺(tái)上，位移傳感器可以固定在平臺(tái)上，其測(cè)量的移動(dòng)端連接在步進(jìn)電機(jī)的活動(dòng)端。并且在主動(dòng)端有兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，在安裝的時(shí)候要保證兩個(gè)方向的垂直度。

被動(dòng)端是拉索被拉動(dòng)后，拉索的活動(dòng)端連接拉壓力傳感器，再拉動(dòng)模擬阻力的氣缸，其中，氣缸是固定在平臺(tái)上的，位移傳感器也固定在平臺(tái)上，其測(cè)量的移動(dòng)端連接在氣缸被拉端。

在這些連接件設(shè)計(jì)中，主要是根據(jù)已選型零件中的零件的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，做成所需要的連接結(jié)構(gòu)形狀，用螺栓螺釘連接，相應(yīng)尺寸的螺釘螺栓都選用GB。其中需要注意的是車用選換擋拉索中的兩個(gè)拉索活動(dòng)端的接頭不是同一個(gè)方向的，它們一個(gè)是換擋一個(gè)是選檔。因此在被動(dòng)端拉索與拉壓力傳感器的連接需要一個(gè)能夠在互相垂直的兩個(gè)方向連接，在此，可以使用彈簧螺栓結(jié)構(gòu)。

表2 臺(tái)架試驗(yàn)產(chǎn)品選型

各產(chǎn)品和零件選擇好之后，就可以連接好并固定在平臺(tái)上，圖7顯示了整體方案的效果。

圖7 整體方案初步效果圖

3 試驗(yàn)方法與步驟

3.1 試驗(yàn)原理

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上，模擬拉索的控制過(guò)程，并且在這個(gè)過(guò)程中測(cè)量出主動(dòng)端的拉壓力值和位移值以及被動(dòng)端的拉壓力值和位移值，通過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的拉索的效率計(jì)算我們知道:

3.2 試驗(yàn)步驟

1）在進(jìn)行試驗(yàn)前

試驗(yàn)前需要要測(cè)量下被動(dòng)端推桿和拉索的力和位移的轉(zhuǎn)換系數(shù)，換擋時(shí)候系數(shù)為M，選檔時(shí)系數(shù)為N。

2）拉索不工作時(shí)

當(dāng)拉索不工作時(shí)，通過(guò)電路控制電磁閥工作使得氣缸中的活塞處于中間狀態(tài)，此時(shí)拉索不受力，步進(jìn)電機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，位移傳感器和力傳感器的值均為0。

3）推動(dòng)拉索的換擋推桿時(shí)

當(dāng)換擋的步進(jìn)電機(jī)推動(dòng)推桿時(shí)，此時(shí)通過(guò)電磁閥工作排除氣缸一側(cè)腔室的空氣使得氣缸的活塞可以運(yùn)動(dòng)，然后通過(guò)控制程序控制步進(jìn)電機(jī)按照所需的步進(jìn)速率推動(dòng)推桿，在規(guī)定的氣缸阻力的作用下，完成整個(gè)拉索工作的過(guò)程，此時(shí)的拉壓力傳感器和位移傳感器都會(huì)記錄下數(shù)據(jù)，主動(dòng)端為F0，S0， 被動(dòng)端為 F1，S1。

4）推動(dòng)拉索的選檔推桿時(shí):

將被動(dòng)端與換擋拉索連接的接頭變換下，與選檔拉索連接，當(dāng)選檔的步進(jìn)電機(jī)推動(dòng)推桿時(shí)，通過(guò)電磁閥工作排除氣缸一側(cè)腔室的空氣使得氣缸的活塞可以運(yùn)動(dòng)，在規(guī)定氣缸阻力的作用下，完成整個(gè)拉索工作的過(guò)程，此時(shí)的拉壓力傳感器和位移傳感器會(huì)記錄下另一組數(shù)據(jù)，主動(dòng)端為F0，S0，被動(dòng)端為F1，S1。

5）重復(fù)試驗(yàn)

以上是推動(dòng)拉索，之后再拉動(dòng)拉索進(jìn)行試驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)。為了使試驗(yàn)更準(zhǔn)確可靠，在進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，對(duì)比分析得到的數(shù)據(jù)。

[1]唐增寶，何用然，劉安俊.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社，2005.

[2]陶寄明，機(jī)械連接設(shè)計(jì)實(shí)例與分析[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[3]田勇，高長(zhǎng)銀.液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社，2011.

[4]周曲珠.圖解也要與氣動(dòng)技術(shù)[M].北京:中國(guó)電力出版社，2010.

[5]Dennis Graham .The Hidden Cause of Control Cable Failure[J]

[6]Youichi hyodo，Okazaki.Cable-type clutch release device for usually contacting-type clutch.