溫巧玲 梁必忠

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

某新車型汽車換檔器設計校核

溫巧玲 梁必忠

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

某新車型配1.8L汽油發(fā)動機，選裝五檔手動換檔器，由于其產(chǎn)品目標為城市貨運及鄉(xiāng)村客運兩用，對操控舒適性有較高要求，文章針對其換擋機構(gòu)的強度、選換檔力及行程進行設計校核。

換檔器；設計；校核

此新款汽車為自主獨立研發(fā)并對整車性能要求較高的新產(chǎn)品，所匹配的換檔器為全新結(jié)構(gòu)的換檔器。隨著人們對汽車換檔性能舒適性要求的不斷提升，本文對在新車型上首次采用的全新結(jié)構(gòu)換檔器的各方面的設計要求進行校核，為后續(xù)開發(fā)此類結(jié)構(gòu)換檔器的設計校核提供了借鑒經(jīng)驗和參考數(shù)據(jù)。

1 換檔器強度校核

1.1結(jié)構(gòu)模型分析

換檔器結(jié)構(gòu)見圖1，換檔桿材料為45#鋁合金，座體及其他部件材料為 PA66-GF30。換檔器座體與車身連接支撐整個換檔器的工作，是整個換檔器所受應力最集中的地方，因此選擇換檔器座體進行強度分析。選擇換檔器座體的6個固定點作為6個方向的自由度約束條件（見圖2），運行Hypermesh、Abaqus軟件處理和計算換檔器座體結(jié)構(gòu)，分別對換檔器的選檔受力工況和換檔受力工況進行分析。

圖1　換檔器結(jié)構(gòu)

圖2　換檔器座體

1.2結(jié)果分析

選檔方向受力300N工況分析結(jié)果件如圖3所示。換檔方向受力600N工況分析結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3　換檔方向受力300N工況分析

圖4　換檔方向受力600N工況分析

由上可見，選檔方向受力300N工況換檔器座體所受最大應力處的材料屈服強度為35Mpa，換檔方向受力600N工況換檔器座體所受最大應力處的材料屈服強度為6.7 Mpa，而換檔器座體的材料屈服強度極限為70～80 Mpa。因此，換檔器在選檔和換檔方向均滿足強度要求。

2 換檔器檔位布置和選換擋杠桿比的選擇

2.1換檔器檔位布置

由于此新車型匹配的變速器為常規(guī)五檔變速器，其中四檔為直接檔。因此換檔器為常見的 5個前進檔和一個倒檔的結(jié)構(gòu)設計，檔位布置形式見圖5。

圖5　檔位布置

2.2換檔器選換擋杠桿比的選擇

影響駕駛員選換檔操縱力一個很重要的因素為手動換檔器上杠桿比，在變速器內(nèi)部杠桿比確定的前提下，手動換檔器上的杠桿比越大，駕駛員選換檔越省力但負面影響為換檔手柄的行程將加長，選換檔行程越長如果駕駛員長時間進行選換檔操作越容易疲勞。因此選換檔杠桿比的確定要綜合考量換檔力和換檔行程。

圖6　杠桿比計算示意圖（①換檔手柄；②轉(zhuǎn)動球；③聯(lián)動臂；④選檔臂）

公式中L1為換檔桿轉(zhuǎn)動球中心至駕駛員握手柄的力作用點，H為換檔桿下端的力臂，L2為換檔桿轉(zhuǎn)動球中心到聯(lián)動臂的長度，L3為聯(lián)動臂的長度，L4為選檔臂轉(zhuǎn)動中心到選檔臂與選檔拉索鉸接點的距離。

如何取得換檔力和換檔行程的平衡點，選擇換檔器杠桿比是關鍵。根據(jù)經(jīng)驗，確定各個參數(shù)選擇見表1所示。

表1　換檔器杠桿比相關參數(shù)

最終確定初始換檔器的換檔器換檔杠桿比為K1=3.92，選檔杠桿比為K2=3.86。

3 選換擋力及行程校核

3.1設計所需的技術參數(shù)

3.1.1變速器相關參數(shù)

表2　變速器相關參數(shù)

表3　各檔位選檔擺角

表4　各檔位擇軸位移

表5　各檔位換檔擺角

表6　各檔位變速器端選檔力

表7　各檔位變速器端換檔力

3.1.2換檔器相關參數(shù)

表8　換檔器相關參數(shù)

3.2換檔器選換擋力設計校核

3.2.1換檔器選檔力設計校核

換檔器換檔手柄端選檔力Fs計算公式為：

式中：Fc為換檔器選檔回位彈簧力，取Fc=9N；η為負載效率，按0.85計算。

得出各檔位換檔手柄端選檔力如表9所示。

表9　各檔位換檔器端選檔力

1/2檔、5/倒檔符合企業(yè)內(nèi)部標準選換擋力小于25N的要求，3/4檔不需選檔，因此沒有選檔力。

3.2.2換檔器換檔力設計校核

換檔器換檔手柄端換檔力Ft計算公式為：

得出各檔位換檔手柄端換檔力如表10所示。

表10　各檔位變速器端換檔力

符合企業(yè)內(nèi)部標準選換擋力小于25N的要求。

3.3換檔器選換擋行程設計校核

換檔手柄處行程計算公式為：

換檔桿選檔或換檔擺角α按三角函數(shù)計算。

3.3.1換檔器選檔行程設計校核

換檔桿選檔擺角α1計算公式為：

選檔臂擺角θ計算公式為：

公式（5）中：n為選檔拉索符號系數(shù)，選檔拉索受推時n=1，選檔拉索受拉時n=2；△S1為換檔器端的選檔拉索行程，△S1計算公式為：

公式（6）中，η為行程效率，取η=0.85；β1為選檔拉索導向管擺角，β1計算公式為：

由（3）～（7）可計算出各檔位換檔手柄處選檔行程如表11所示。

表11　各檔位換檔換檔手柄處選檔行程

1/2檔、5/倒檔符合企業(yè)內(nèi)部標準選檔行程30mm～50mm之間的要求，3/4檔不需選檔，因此沒有選檔行程。

3.3.2換檔器換檔行程設計校核

換檔桿換檔擺角α2計算公式為：

公式（8）中：n為換檔拉索符號系數(shù)，換檔拉索受推時n=1，換檔拉索受拉時n=2；L為換檔桿與換檔拉索鉸接點相對于轉(zhuǎn)動球心的偏心距離，基于換檔器的結(jié)構(gòu)，L=68mm；△S2為換檔器端的換檔拉索行程，△S2計算公式為：

公式（9）中，β2為換檔拉索導向管擺角，β2計算公式為：

由（3）～（10）可計算出各檔位換檔手柄處換檔行程如表12所示。

表12　各檔位換檔手柄處換檔行程

符合企業(yè)內(nèi)部標準換檔行程55mm～75mm之間的要求。

4 結(jié)束語

經(jīng)過以上校核計算結(jié)果可知，新匹配的換檔器完全符合設計要求。而在隨后的換檔器臺架試驗和整車耐久性道路試驗中，我們?nèi)〉昧肆己玫念A期效果，從零件實物和裝配到實車上的測試結(jié)果也表明了按照該校核方法得出的計算結(jié)果和趨勢是吻合的。為以后換檔器的設計起到引導作用。

[1] 張棟杰.乘用車機械式變速器遠距離操縱系統(tǒng)的設計[J].北京汽車,2011,(2):6-8.

[2] 康展權.汽車工程手冊設計篇[M].北京:人民交通出版社, 2001.

[3] 李伯岳.客車變速操縱系統(tǒng)的設計[J].客車技術與研究,2005,27(1):24-26.

[4] 鄒林峰.N200車型換擋操縱系統(tǒng)設計[J].企業(yè)科技與發(fā)展,2009,(24):51-54.

[5] 陳培哲.基于人機工程學的客車變速操縱系統(tǒng)設計[J].客車技術與研究,2010,32(5):15-17.

Design and check to one new vehicle shifter

The new models feature a 1.8L petrol engine, optional five-speed manual shifter.Because of its product goals for urban freight and passenger dual village of handling comfort have higher requirements. This article is designed for checking the strength of its shift mechanism, gearshift force and stroke.

Shifter; design; check

U461

A

1008-1151(2015)07-0056-03

2015-06-11

溫巧玲（1986－），女，廣西河池人，上汽通用五菱汽車股份有限公司助理工程師，研究方向為變速系統(tǒng)