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        手動(dòng)變速器的匹配設(shè)計(jì)方法

        2018-11-20 10:57:58韋文勝安徽星瑞齒輪傳動(dòng)有限公司
        安徽科技 2018年4期
        關(guān)鍵詞:發(fā)動(dòng)機(jī)汽車設(shè)計(jì)

        ◎文/韋文勝(安徽星瑞齒輪傳動(dòng)有限公司)

        變速器是汽車傳動(dòng)系的一部分,變速器與整車匹配包括:動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性匹配設(shè)計(jì),分離系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì),選換檔操縱匹配設(shè)計(jì),發(fā)動(dòng)機(jī)接口及懸置匹配設(shè)計(jì),變速器輸出接口匹配設(shè)計(jì),變速器輸出信號(hào)匹配設(shè)計(jì)等。

        一、變速器與整車匹配

        變速器與整車匹配的一項(xiàng)重要指標(biāo)是車輛動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性,車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配是否合理對(duì)車輛動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性有直接影響。動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化就是根據(jù)車輛的行駛條件及要求,將發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性、傳動(dòng)系的速比和車輪半徑等系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行合理匹配及優(yōu)化,使發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常運(yùn)行的工作區(qū)與理想工作區(qū)相接近,以獲得最佳的動(dòng)力性及燃油經(jīng)濟(jì)性。

        1.整箱邊界條件的設(shè)定

        變速器在xA,yA,zA三個(gè)方向上的尺寸要根據(jù)整車底盤空間布置來(lái)約束,保證變速器的最大外形與車身空隙大于經(jīng)驗(yàn)值25mm。

        2.傳動(dòng)系的匹配設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型

        汽車動(dòng)力匹配的核心問(wèn)題是傳動(dòng)系的速比如何確定。需要確定高檔總速比igh、低檔總速比igl、中間檔速比。

        式中,vp—最大功率車速,np—發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率轉(zhuǎn)速,r—車輪滾動(dòng)半徑。

        確定最低檔傳動(dòng)比iT1時(shí),要考慮汽車最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)輪與路面附著力、汽車最低穩(wěn)定車速及主傳動(dòng)比等。一般最低檔傳動(dòng)比越大越好,特別是越野汽車,但最低檔傳動(dòng)比大也會(huì)增加傳動(dòng)系零部件的負(fù)荷,增大汽車的總質(zhì)量。

        式中,iT1——變速器的一檔速比,idl——分動(dòng)器的低檔速比,i0——主傳動(dòng)器的速比。

        當(dāng)變速器的主減速器速比i0、車輪滾動(dòng)半徑r最大總負(fù)荷G等均已選定的情況下,變速器的檔數(shù)則是越多越好。具體取多少個(gè)檔位要因不同車種及不同的使用條件而定,特別是要考慮車輛比功率的大小,下式給出一種根據(jù)比功率大小計(jì)算變速器前進(jìn)檔數(shù)n的方法:

        式中,q——公比,q=0.025λP+1.15,λP——比功率,kW/t。

        確定一檔傳動(dòng)比iT1和檔數(shù)n后,可確定檔位數(shù)及中間各檔速比的分配,所確定速比的原則應(yīng)保證發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中保持良好的工作狀態(tài),保證加速時(shí)間最短、加速?gòu)?qiáng)度最大。理論上,汽車各檔傳動(dòng)比大體按等比級(jí)數(shù)和等差級(jí)數(shù)分配。

        等比級(jí)數(shù)法,相鄰兩個(gè)檔位速比之比是一個(gè)常數(shù),公比q=ik/ik+1。

        按等比級(jí)數(shù)法確定的變速比,其加速過(guò)程如圖1所示。

        圖1 等比級(jí)數(shù)法確定的變速比的加速過(guò)程圖

        由圖1可知,在忽略合理?yè)Q檔時(shí)機(jī)的情況下,其理想加速過(guò)程是折線abcdefg。然而,實(shí)際的加速過(guò)程則為粗折線所示。這是因?yàn)閾Q檔時(shí),車輛雖集其平動(dòng)質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量之動(dòng)能而滑行,但由于道路阻力、空氣阻力及發(fā)動(dòng)機(jī)以外的各傳動(dòng)部件的摩擦阻力影響,車速將降低一個(gè)△vk。

        所謂等差級(jí)數(shù)法,就是相鄰檔位加速終了的車速差恒等于一個(gè)常數(shù),即

        由此可解得中間檔位的速比為:

        按等差級(jí)數(shù)法確定的變速比idk值比按等比級(jí)數(shù)法確定的要小,越到高檔小得越多,其加速過(guò)程如圖2所示。在車輛加速過(guò)程中,發(fā)動(dòng)機(jī)在各檔的轉(zhuǎn)速區(qū)間從低檔到高檔變小,加速平均功率由小到大。因而,各檔平均加速度變化較小,有利于高檔加速及提高平均車速和燃油經(jīng)濟(jì)性,特別是可延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。如果高速檔平均功率過(guò)大,不利于低檔位加速。低檔位在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)快換檔時(shí),會(huì)有可能熄火。

        由上分析,中間檔速比按等差級(jí)數(shù)法確定的方案,適合惡劣環(huán)境駕駛,且比功率又較低的汽車。

        圖2 等差級(jí)數(shù)法加速過(guò)程圖

        二、變速離合分離系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)

        1.離合器殼孔位與發(fā)動(dòng)機(jī)孔位匹配

        變速器和發(fā)動(dòng)機(jī)的連接是通過(guò)變速器前端的離合器殼上的安裝孔進(jìn)行連接的,根據(jù)主機(jī)廠提供的發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器前箱體或離合器殼連接孔的結(jié)構(gòu)、大小以及孔位置尺寸。

        2.輸入軸花鍵與離合器從動(dòng)盤匹配

        依據(jù)離合器從動(dòng)盤轂花鍵參數(shù)、花鍵有效長(zhǎng)度、花鍵起始位置等條件設(shè)計(jì)輸入軸花鍵參數(shù)及軸前端的結(jié)構(gòu)。保證離合器從動(dòng)盤花鍵位置在輸入軸花鍵中部進(jìn)行尺寸匹配校核。

        3.分離軸承初始位置匹配

        非常接觸式分離軸承與分離杠桿之間的間隙為2mm±1mm較為合適,反映在離合器踏板上的自由行程為30~40mm,自由行程太小會(huì)使分離杠桿與分離軸承處于常接合狀態(tài)。分離行程一般5.5~8.5mm較為合適。同時(shí)還需校驗(yàn)分離撥叉的后備行程,一般保證4mm以上。

        4.離合器殼內(nèi)腔干涉校核

        離合器殼的口部?jī)?nèi)腔直徑、結(jié)構(gòu)、深度根據(jù)飛輪最大直徑、飛輪高度、離合器蓋最大直徑、離合器蓋高度、啟動(dòng)機(jī)大小直徑、啟動(dòng)機(jī)高度要求來(lái)匹配設(shè)計(jì)。

        三、選換檔操縱匹配設(shè)計(jì)

        變速器外換檔操縱機(jī)構(gòu)分桿式操縱和軟軸拉絲操縱,操縱機(jī)構(gòu)與變速的連接通過(guò)選換檔軸上銷進(jìn)行連接,匹配設(shè)計(jì)時(shí)軟裝拉絲與銷最好成垂直狀態(tài)。

        四、懸置點(diǎn)匹配設(shè)計(jì)

        由于發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)振動(dòng)源,車體也會(huì)受到路面等外在的各種干擾振動(dòng),合理設(shè)計(jì)懸置系統(tǒng)可以明顯改善動(dòng)力總成及車體振動(dòng),改善汽車乘坐舒適性,也可以延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)及其他部件的壽命。

        懸置點(diǎn)的數(shù)量根據(jù)動(dòng)力總成的長(zhǎng)度、質(zhì)量、用途和安裝方式等決定,懸置系統(tǒng)可以有三、四、五點(diǎn)懸置。一般在汽車上采用三點(diǎn)及四點(diǎn)懸置系統(tǒng),因?yàn)樵谡駝?dòng)比較大時(shí),如果懸置點(diǎn)增多,當(dāng)車體變形時(shí),有的懸置點(diǎn)會(huì)發(fā)生錯(cuò)位,使發(fā)動(dòng)機(jī)或懸置支架受力過(guò)大而造成損壞。

        發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)汽車懸置布置見(jiàn)圖3。A點(diǎn)懸置(左懸置)與變速器連接布置,起到動(dòng)力總成限位及支撐作用;B點(diǎn)懸置(右懸置)與發(fā)動(dòng)機(jī)連接布置,可隔離發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒激振、慣性力激振及路面激振等;C點(diǎn)懸置(后懸置)與變速器連接布置,具有縱向限位、承受扭矩、行駛狀況限位等;D點(diǎn)懸置(前懸置)與變速器連接布置,具有縱向限位、承受扭矩、行駛狀況限位等。三點(diǎn)懸置為布置ABC點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)是不論汽車如何顛簸、跳動(dòng),總能保證各支撐點(diǎn)在一平面上,改善了發(fā)動(dòng)機(jī)體的受力情況。四點(diǎn)懸置為布置ABCD點(diǎn),能克服大扭矩反作用力,但不利于隔離低頻振動(dòng)。

        圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)汽車懸置布置圖

        五、動(dòng)力輸出匹配設(shè)計(jì)

        變速器動(dòng)力輸出的連接類型有法蘭盤連接和花鍵連接。

        法蘭盤連接常用于縱置變速器,連接的零件是凸緣,如圖4所示。凸緣連接的匹配設(shè)計(jì)考慮,內(nèi)花鍵與輸出軸的匹配,一般采用小過(guò)盈配合,凸緣壓緊面需高于輸出軸上臺(tái)階,保證凸緣壓緊可靠。為了便于和傳動(dòng)軸的連接,凸緣螺栓裝配時(shí)需保證位置度。

        圖4 法蘭盤連接

        花鍵連接是將輸出軸花鍵和傳動(dòng)軸直接連到一起,傳動(dòng)軸外徑通過(guò)后殼體油封密封,如圖5所示。

        圖5 花鍵連接

        六、電器設(shè)備匹配設(shè)計(jì)

        變速器安裝電器元件包括里程表傳感器、倒車燈開(kāi)關(guān)、空檔開(kāi)關(guān)、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速傳感器。里程表傳感器分接觸式和非接觸式兩種,匹配設(shè)計(jì)時(shí)考慮插接件結(jié)構(gòu)和尺寸;倒車燈開(kāi)關(guān)、空檔開(kāi)關(guān)匹配設(shè)計(jì)時(shí)考慮開(kāi)關(guān)通斷位置點(diǎn)、倒車燈線長(zhǎng)、倒車燈插接件結(jié)構(gòu)和尺寸;發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速傳感器匹配設(shè)計(jì)時(shí)考慮傳感器在變速器上的安裝位置。

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