【正文】 志是 1984 年 ISUZU 投放于市場(chǎng)的 NAVAI5 電控機(jī)械式自動(dòng)變速器。 自動(dòng)離合器的研究與開發(fā)現(xiàn)狀 自動(dòng)離合器的構(gòu)成和基本原理 離合器作為傳動(dòng)系中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它起著傳遞或者中斷動(dòng)力的作2021 屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 用。 自動(dòng)離合器研究的重點(diǎn)問題 起步控制一直是困擾自動(dòng)離合器的難題，也是 AMT 自動(dòng)變速的性能比AT 差的主要原因。本文的工作僅為自動(dòng)離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)要求 離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)是用來實(shí)現(xiàn)離合器分離與接合的動(dòng)力提供裝置，為了保證離合器的正常、持久地工作，需要滿足如下的要求： （ 1）執(zhí)行時(shí)間要求，在電控部分符合要求情況下，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)要保證如下執(zhí)行時(shí)間要求：前離合器： 秒；后離合器： 秒。 （ 7）防護(hù)要求： 1）輸出軸與殼體之間應(yīng)設(shè)有防潛水機(jī) 構(gòu)。它們之間的力幾何關(guān)系如下： 2121LFFL? 110FFAA? 220 20 1 1 21 1 11A LddF F F FA d L d? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ? 其中 21 LL ? ， 21 dd??????? 則 ? 2021 屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 即得出執(zhí)行機(jī)構(gòu)末端所需的力為分離軸承所需力的 倍。電機(jī)選擇 1575r/min，轉(zhuǎn)速較低，價(jià)格也稍貴。 2021 屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第 3 章 計(jì)算及設(shè)計(jì) 前、后離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)均采用蝸桿 — 曲柄連桿傳動(dòng)，這一章將進(jìn)行電機(jī)的選擇、渦輪蝸桿參數(shù)計(jì)算、曲柄連桿計(jì)算等工作。 電機(jī)的選擇 80BLM3A800112V2021R250W 直流無刷電機(jī)。 蝸桿軸向齒厚 sx1： 蝸桿法向齒厚 sn1： 蝸桿分度圓齒厚 s2： 2mm 蝸桿螺紋長(zhǎng) b1≥： ， 取 30mm 蝸輪齒寬 b2≤： ， 取 15mm 齒面滑動(dòng)速度 vs： 2021 屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 蝸桿軸向齒距： Pa1=π*= 導(dǎo)程： pz= （ 3）蝸桿受力分析 對(duì)蝸桿和渦輪進(jìn)行受力分析如圖 33 所示。 渦輪軸的設(shè)計(jì) 渦輪軸是與渦輪和曲柄固接的，把渦輪的轉(zhuǎn)矩傳給曲柄，其部分在箱體內(nèi)部，部分在箱體外部。蝸桿兩端的軸承選擇圓錐滾子軸承 30204（ GB/T 29794），渦輪軸兩端的軸承選擇角接觸軸承 7004C（ GB/T 29294）。具體來說，電機(jī)、渦輪蝸桿、曲柄的參數(shù)有差別，其余同前離合器。 電機(jī)的選擇 80BLM3A800112V2021R120W 直流無刷電機(jī)。 法向齒形角α n： 176。 圖 41 轉(zhuǎn)換蓋 軸承內(nèi)圈軸向定位由蝸桿的軸肩定位，外圈軸向定位由箱體和轉(zhuǎn)換蓋（端蓋）共同定位。端蓋采用軟紙鋼片密封，軸的密封分別采用旋轉(zhuǎn)軸唇形密封和氈圈密封。 2. 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體要求，提出了電控離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路及方案，通過對(duì)比，確定方案為蝸桿曲柄傳動(dòng)方案。 總之，本文對(duì)自動(dòng)離合器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了比較全面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，零部件詳細(xì)設(shè)計(jì)基本完成，大部分零件可以生產(chǎn)。 在設(shè)計(jì)過程中我也體會(huì)到，設(shè)計(jì)是一個(gè)團(tuán)體性、合作性很強(qiáng)的工作，因此也謝謝各位同學(xué)在硬件和軟件方面給我提供的幫助，在生活中給予我的支持，使我順利地完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。 ，尚未將設(shè)計(jì)出的控制器進(jìn)行編程并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這將是以后的工作的重點(diǎn)之一。所做工作主要圍繞 AMT 自動(dòng)離合器操縱系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)展開的。軸承采用面對(duì)面形式，以承受蝸桿的軸向載荷。 電機(jī) — 蝸桿結(jié)構(gòu) 電機(jī)由轉(zhuǎn)換蓋定位，電機(jī)軸同蝸桿的聯(lián)接采用鉤頭楔鍵，在蝸桿軸端部鉆孔， 同電機(jī)軸配合，這樣就不需要聯(lián)軸器，結(jié)構(gòu)變得緊湊，同時(shí)節(jié)省成本。具體的參數(shù)如下報(bào)告： 傳動(dòng)參數(shù) 蝸桿輸入功率： 蝸桿類型：阿基米德蝸桿 (ZA 型 ) 蝸桿轉(zhuǎn)速 n1： 2021r/min 蝸輪轉(zhuǎn)速 n2： 使用壽命： 100000 小時(shí) 理論傳動(dòng)比： 蝸桿頭數(shù) z1： 1 蝸輪齒數(shù) z2： 82 實(shí)際傳動(dòng)比 i： 82 蝸 桿蝸輪材料 蝸桿材料： 45 蝸桿熱處理類型：淬火 蝸輪材料： ZCuSn10P1 蝸輪鑄造方法：離心鑄造 疲勞接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù) SHmin； 彎曲疲勞強(qiáng)度最小安全系數(shù) SFmin； 轉(zhuǎn)速系數(shù) Zn： 2021 屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 壽命系數(shù) Zh； 材料彈性系數(shù) Ze： 147N^蝸輪材料接觸疲勞極限應(yīng)力σ Hlim： 425N/mm^2 蝸輪材料許用接觸應(yīng)力 [σ H]： ^2 蝸輪材料彎曲疲勞極限應(yīng)力σ Flim： 190N/mm^2 蝸輪材料許用彎曲應(yīng)力 [σ F]： ^2 蝸輪材料強(qiáng)度計(jì)算 蝸輪軸轉(zhuǎn)矩 T2: 蝸輪軸接觸強(qiáng)度要求 :m^2d1≥ ^3 模數(shù) m:1mm 蝸桿分度圓直徑 d1:18mm 蝸輪材料強(qiáng)度校核 蝸輪使用環(huán)境：平穩(wěn) 蝸輪載荷分布情況：平穩(wěn)載荷 蝸輪使用系數(shù) Ka： 1 蝸輪動(dòng)載系數(shù) Kv： 1 蝸輪動(dòng)載系數(shù) Kv： 1 導(dǎo)程角系數(shù) Yβ： 蝸輪齒面接觸強(qiáng)度σ H:^2，通過接觸強(qiáng)度驗(yàn)算！ 蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度σ F:^2，通過彎曲強(qiáng)度計(jì)算！ 幾何尺寸計(jì)算結(jié)果 實(shí)際中心距 a： 50mm 齒根高系數(shù) ha*:1 齒根高系數(shù) c*: 蝸桿分度圓直徑 d1： 18mm 蝸桿齒頂圓直徑 da1： 20mm 蝸桿齒根圓直徑 df1： 蝸輪分度圓直徑 d2： 82mm 2021 屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 蝸輪變位系數(shù) x2： 0 法面模數(shù) mn： 蝸輪喉圓直徑 da2： 84mm 蝸輪齒根圓直徑 df2： 蝸輪齒頂圓弧半徑 Ra2： 8mm 蝸輪齒根圓弧半徑 Rf2： 蝸輪頂圓直徑 de2： 86mm 蝸桿導(dǎo)程角γ： 176。取角 AOB 為 度（參見圖 23）。 具體參數(shù)如表 31。 圖 38 執(zhí)行桿 2021 屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 軸承的選擇 根據(jù)蝸桿及渦輪軸的結(jié)構(gòu)以及所受的力來選擇軸承。 蝸桿、渦輪結(jié)構(gòu)如圖 3 35。 軸向齒形角α x： 20176。 渦輪轉(zhuǎn)速： 7 7 .4 2 6 0= = 3 2 .2 5 8 r / m in0 .4 3 6 0n ? ??渦 輪 曲柄的半徑為： 35 5 6 .0s i n ( 7 7 .4 2 / 2 )l mmr ?? 渦輪提供最大的力為： m a x 400 5 1 2 . 6 1c o s 3 8 . 7 1 c o s 3 8 . 7 1 NFF ?????泵 渦輪最大轉(zhuǎn)矩扭矩： 2021 屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 m a x 5 1 2 .6 1 0 .0 5 5 9 7 2 8 .6 9l NmT F r? ? ? ? ? ?渦 輪 出 渦輪輸出功率： 2 8 . 6 9 3 2 . 2 5 8= = = 9 6 . 9 1 W9 . 5 5 0 9 . 5 5 0nTP ? ?渦 輪 出 渦 輪渦 輪 出 選取阿基米德螺線圓柱蝸桿，要實(shí)現(xiàn)自鎖，則傳動(dòng)效率為 =?渦 取四個(gè)軸承效率為 ，則總效率為 4= = ? ?總 則蝸桿的輸入功率為： = = = 2 4 6 .1 5 ?渦 輪 出蝸 桿總 初設(shè)渦輪蝸桿的減速比為 62i? 蝸桿轉(zhuǎn)速： 1 2021rpmn ? ； 渦輪轉(zhuǎn)速： 2 ? 蝸桿轉(zhuǎn)矩： 29 . 5 5 0 2 4 6 . 1 5 9 . 5 5 0= = = 1 . 1 7 5 N m2021T nP ? ? ?蝸 桿蝸 桿 電機(jī)的選擇 直流有刷電機(jī)壽命太短，僅一兩年左右，故無刷電機(jī)，并且汽車提供的電壓，一般為直流 12V。當(dāng)前渦輪蝸桿已經(jīng)系列化，應(yīng)用廣泛，加工方便，價(jià)格低廉，容易實(shí)現(xiàn)大批 量生產(chǎn)。 最大負(fù)載出現(xiàn)在 A 和 B 處。液壓缸的液壓由汽車內(nèi)部的總泵提供。 （ 6）工作壽命：機(jī)械壽命取決于額定負(fù)荷條件下滾動(dòng)軸承和軸承套之間，以及內(nèi)部渦輪蝸桿的磨損（內(nèi)部耐久性試驗(yàn)：在額定負(fù)荷條件下工作次數(shù)大于 20 萬次）。 2021 屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 2021 屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 2 章 總體方案確定 前、后離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是在原離合器上改裝的，其傳動(dòng)方式相同，結(jié)構(gòu)相似。特別是在當(dāng)前電子技術(shù)比較成熟的情況下，如果能夠較好的解決 AMT 自控系統(tǒng)的技術(shù)問題，使其性能與 AT 相當(dāng)，則可以取代 AT，具有相當(dāng)廣闊的市場(chǎng)前景。自動(dòng)離合器主要由傳感器信號(hào)采集、 ECU 邏輯判斷及執(zhí)行機(jī)構(gòu) 動(dòng)作三個(gè)部分組成。國(guó)內(nèi)外都采用智能方法進(jìn)行此方面的研究，智能化 IAMT 在復(fù)雜多變的外界條件下 使車輛的換檔和起步性能有進(jìn)一步的提高。 （ 2） .全自動(dòng) AMT 階段（ 1984— 1990）。 AMT 自動(dòng)變速系統(tǒng)發(fā)展 AMT 的發(fā)展大致可分為以下三個(gè)階段 【 3】 。由于電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，高檔轎車生產(chǎn)成本降低，轎車正以加速 的步伐進(jìn)入我國(guó)普通家庭?，F(xiàn)在的汽車正 在逐步電子化、自動(dòng)化。通過比較，選擇較有優(yōu)勢(shì)的蝸桿傳動(dòng)方案作為設(shè)計(jì)的總體方案。接著，根據(jù)原有離合器的結(jié)構(gòu)和要求，提出了三種可行的設(shè)計(jì)方案：齒輪 — 螺旋傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)和諧波減速傳動(dòng)。進(jìn)入 80 年代以后，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的使用和普及，先進(jìn)電子技術(shù)在汽車上的使用極大地提高了汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性和方便性，因而在汽車上得到了日益廣泛的應(yīng)用。隨著人民生活水平的提高，轎車的需求量將會(huì)大幅度增加，為了滿足家庭非職業(yè)駕駛者的需求，對(duì)自動(dòng)化變速車輛的需求也會(huì)有很大的提高。 圖 11 NAVI5 的整體控制策略 【 2】 駕駛員通過加速踏板和操縱桿向電子控制單元（ ECU）傳遞控制信號(hào)；電子控制單元采集發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器等信號(hào)，時(shí)刻掌握著車輛的行駛狀態(tài)；電子控制單元（ ECU）根據(jù)這些信號(hào)按存儲(chǔ)于其中的最佳程序（最佳換檔規(guī)律、離合器最佳接合規(guī)律、發(fā)動(dòng)機(jī)油門自適應(yīng)調(diào)節(jié)規(guī)律等），對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)供油、離合器的分離與接合、變速器換檔三者的動(dòng)作與時(shí)序?qū)崿F(xiàn)最佳匹配，從而獲得優(yōu)良的燃油經(jīng)濟(jì)性與動(dòng)力性能 以及平穩(wěn)起步與迅速換檔的能力，以達(dá)到駕駛員所期望的結(jié)果。車輛起步時(shí)易使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火和失速，仍然存在接合沖擊，分離滯后等缺陷。 （ 3） .智能化 IAMT 階段（ 1990— 至今） 換檔規(guī)律和車輛起步時(shí)離合器的控制問題都受外界環(huán)境、駕駛員的主觀愿望和車輛客觀運(yùn)行狀態(tài)的影響。離合器控制器 ECU 實(shí)時(shí)監(jiān)控各傳感器的狀態(tài)，當(dāng)換檔手柄開關(guān)按下時(shí)， ECU 立刻發(fā)出信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)離合器快速分離，并根據(jù)離合器位移傳感器的信號(hào)確定離合器的位置；松開換檔手柄， ECU 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速以及油門開度等信號(hào)進(jìn)行判斷，按照一定的控制策略實(shí)現(xiàn)離合器的快速而平穩(wěn)的接合。它既具有 AT 自動(dòng)變速的優(yōu)點(diǎn)，又保留 MT 傳動(dòng)效率高、成本低