【正文】 ................ 41 2021 屆機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第 1 章 緒論 自從 德國 工程師 卡爾 進入 80 年代以后，隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的使用和普及，先進電子技術(shù)在汽車上的使用極大地提高了汽車的動力性、經(jīng)濟性、舒適性和方便性，因而在汽車上得到了日益廣泛的應(yīng)用。汽車變速器的作用是傳遞動力，并在動力的傳遞過程中改變傳動比，以調(diào)節(jié)或變換發(fā)動機的特性，同時通過變速來適應(yīng)不同的駕駛要求。 采用自動變速器，實現(xiàn)自動換擋，不但可以使汽車的駕駛變得更簡單、省力，而且可以有效的提高汽車的舒適性、安全性并降低排放，因而長期以來，這一直是人們努力的目標?，F(xiàn)在，城市客車和公共汽車上自動變速器的裝車率，美國是 100%，歐洲發(fā)達國家也在 90%以上；在轎車上，日本中高級轎車上裝用自動變速器的車輛比例超過了 80%，美國則一直在 90%以上 【 1】 。隨著人民生活水平的提高，轎車的需求量將會大幅度增加，為了滿足家庭非職業(yè)駕駛者的需求，對自動化變速車輛的需求也會有很大的提高。在此情況下，立足國內(nèi)自主開發(fā)自動或半自動變速車輛都具有重大社會意義和經(jīng)濟效益。最為典型的 AMT 是 1984 年五十鈴公司生產(chǎn)的 NAVI5【 1】 。由圖可見， AMT 由電子控制單元（ ECU）通過執(zhí)行機構(gòu)分別控制發(fā)動機、離合器和變速器。 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；電子控制單元采集發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器等信號，時刻掌握著車輛的行駛狀態(tài)；電子控制單元（ ECU）根據(jù)這些信號按存儲于其中的最佳程序（最佳換檔規(guī)律、離合器最佳接合規(guī)律、發(fā)動機油門自適應(yīng)調(diào)節(jié)規(guī)律等），對發(fā)動機供油、離合器的分離與接合、變速器換檔三者的動作與時序?qū)崿F(xiàn)最佳匹配，從而獲得優(yōu)良的燃油經(jīng)濟性與動力性能 以及平穩(wěn)起步與迅速換檔的能力，以達到駕駛員所期望的結(jié)果。 （ 1） .半自動 AMT 階段，即 SAMT 階段（ 1975— 1984） 2021 屆機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 Fichtelamp。該裝置利用電子技術(shù)控制干摩擦離合器，當發(fā)動機轉(zhuǎn)速低于一個確定值時控制離合器分離；當駕駛員踩下油門時重新接合離合器。瑞典Scania 的 CAG 系統(tǒng)，德國 DaimlerBenz 公司的 EPS 系統(tǒng)，美國的 SMAT系統(tǒng)等均為這種形式 【 4】 。車輛起步時易使發(fā)動機熄火和失速，仍然存在接合沖擊，分離滯后等缺陷。 從 80 年代中期開始，人們從技術(shù)角度上考慮如何實現(xiàn)對離合器的自動控制。它采用了計算機控制系統(tǒng)微機，主要完成起步與換檔時離合器及檔位的控制。 隨后日本的 Nissan、美國的 FordEaton 等公司均開展此方面的研究，其整體結(jié)構(gòu)都與 NAVAI5 相似 【 5】【 6】 。 （ 3） .智能化 IAMT 階段（ 1990— 至今） 換檔規(guī)律和車輛起步時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行狀態(tài)的影響。設(shè)計重量輕、體積小、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、便于維修和拆裝的執(zhí)行機構(gòu)，實施精度高、響應(yīng)快、魯棒形強的控制策略是今后離合器自動操縱的發(fā)展方向。對于裝有傳統(tǒng)的機械式變速箱（ MT）的汽車，駕駛員在汽車起步或者換檔時需踩下離合器踏板，然后再慢慢松開踏板，完成離合器的接合過程。傳統(tǒng)意義上的自動離合器只對 離合器的分離與接合過程進行控制，如果同時對油門開度以及換檔操縱進行控制，就構(gòu)成一個完整的 AMT 了。離合器控制器 ECU 實時監(jiān)控各傳感器的狀態(tài)，當換檔手柄開關(guān)按下時， ECU 立刻發(fā)出信號驅(qū)動電機執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)離合器快速分離，并根據(jù)離合器位移傳感器的信號確定離合器的位置；松開換檔手柄， ECU 根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車速以及油門開度等信號進行判斷，按照一定的控制策略實現(xiàn)離合器的快速而平穩(wěn)的接合。根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)的不同主要分為氣動、液壓和電機三種。首先，控制系統(tǒng)的可靠性要求離合器與發(fā)動機相互協(xié)調(diào)2021 屆機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 和配合，以避免因發(fā)動機異常熄火導(dǎo)致起步失敗，否則將成為交通事故的重大隱患；其次，控制系統(tǒng)對環(huán)境要有自適應(yīng)性，這些環(huán)境包括：通過紅綠燈、進出車庫、坡道起步、冰雪路面起步等；再次，控制系統(tǒng)要能夠滿足不同駕駛員的主觀愿望，如平穩(wěn)起步愿望、急起步愿望等。所有這些都使得離合器控制問題復(fù)雜化。它既具有 AT 自動變速的優(yōu)點，又保留 MT 傳動效率高、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、容易制造的長處。因此，要研究 AMT，最重要的就是研究自動離合器。 畢業(yè)設(shè)計要求：開發(fā) AMT 項目中的離合器執(zhí)行機構(gòu)。 技術(shù)方法與路線： AMT 采用四電機方案，即執(zhí)行選檔、換檔、前后離合器分離與結(jié)合四個電 機，電機通過選檔、換檔、前后離合器執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)選檔、換檔、離合器分離與接合。其主要工作是對選定方案的結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制裝配圖和零件圖。即通過電機提供動力源，經(jīng)過減速傳動裝置，同時把回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，推動離合器總 泵桿，把壓力傳至分泵，最終把力和運動傳到離合器的分離叉和分離軸承，實現(xiàn)離合器的分離與結(jié)合。 （ 2）行程要求：前離合器總泵推桿行程為 35mm，后離合器總泵推桿行程為 30mm。后離合器分離撥叉處最大分離力 875N，總泵復(fù)位彈簧行程為 30mm，彈簧彈性系數(shù)為。 （ 5）鎖止要求：前后離合器都應(yīng)具有鎖止功能。其余無限制。 2）各傳動部分俄轉(zhuǎn)軸和套均采用不銹鋼材料。 （ 8）耐腐蝕要求：耐潤滑油、耐汽油柴油、耐電解液、鹽霧、制動液、防凍液腐蝕。離合器執(zhí)行機構(gòu)推動主泵推桿，推桿壓縮液壓油，把力傳到分泵推桿，分泵推桿使分離叉繞一固定點旋轉(zhuǎn)，撥動分離軸承，實現(xiàn)分離與接合。 圖 21 離合器液壓傳動部分 （ 2）液壓傳動傳動計算 設(shè)分離軸承所需的力為 2F ，分缸提供的力為 1F ，執(zhí)行機構(gòu)提供給主缸的力為 0F ；主泵截面直徑為 0d ，分泵截面直徑為 1d ；分離叉繞點旋轉(zhuǎn)分為兩段。 離合器執(zhí)行機構(gòu)傳動方案及其初步計算 為了實現(xiàn)主泵推桿的直線運動，對其執(zhí)行機構(gòu)提出了三種傳動方案，并進行了簡單的計算，以便比較、選取最佳傳動方案。動力有電機提供，通過諧波減速器減速，傳給轉(zhuǎn)盤，然后通過曲柄連接桿傳給總泵推桿，如圖 24。 設(shè)三角形 OAB 為等邊三角形，則角 AOB 為 60 度。 m a x300 3 4 6 . 4 2c o s 3 0 c o s 3 0 NFF?????泵 轉(zhuǎn)盤最大轉(zhuǎn)矩扭矩： m a x m a x 34 6. 42 0. 03 0 10 .3 93L N mTF ? ? ? ? ? ? 轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速： 6 0 6 0= = 2 5 r / m in0 .4 3 6 0n ???轉(zhuǎn) 盤 轉(zhuǎn)盤輸出功率： m a x 1 0 . 3 9 3 2 5= = = 2 7 . 2 0 6 W9 . 5 5 0 9 . 5 5 0TnP ? ?轉(zhuǎn) 盤轉(zhuǎn) 盤 去諧波減速器的傳遞效率為： =?諧 波 則諧波減速器的輸入功率為： in= = = 3 4 .0 0 7 5 W ? 轉(zhuǎn) 盤諧 波 諧 波 ， 即為電機的輸出功率 in= = 34 .0 07 5 WPP電 機 諧 波 設(shè)電機效率： =?電 機 ， 則電機的額定功率為： 2021 屆機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 3 4 .0 0 7 5= = = 4 0 .0 10 .8 5 WPP ? 電 機額 定電 機 取諧波減速器的減速比為： i=63 電機的最小轉(zhuǎn)速為： m in i= 25 63 = 15 75 / m innn r? ? ?電 機 轉(zhuǎn) 盤 則電機的轉(zhuǎn)矩最小為 : m i n m i n9 . 5 5 0 1 0 . 0 1 9 . 5 5 0= = = 0 . 2 4 3 N m1575T nP ? ? ?額 定電 機 電 機 諧波減速器輸入 轉(zhuǎn)矩： ininm i n9 . 5 5 0 3 4 . 0 0 7 5 9 . 5 5 0= = = 0 . 2 0 6 N m = 0 . 0 0 2 0 6 N m1575T nP ? ? ??諧 波諧 波 電 機 諧波減速器選擇（如圖 25，具體參數(shù)見《機械設(shè)計手冊 軟件版 第三版》）： 機型 : 25 柔輪內(nèi)徑 /mm: 25 模數(shù) /mm: 傳動比 i: 63 效率η (%): η =80 圖 25 諧波減速器結(jié)構(gòu) 2021 屆機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 （ 2）方案特點 該方案采用諧波減速器減速，減速器可以直接采購，減輕設(shè)計任務(wù)；但是諧波減速器價格較貴，提高了成本。所以，雖然結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計周期縮短，但是經(jīng)濟行不好 。第三種方案相對于前兩種方案，傳動效率要高出很多，但是經(jīng)濟型差，把減速部分用外購的諧波減速器，對公司來說相當于把減速器外包給其他廠家，不利于利潤的提高。第二種方案效率與第一方案差不多，但是精度較好。 綜上所述，前、后離合器執(zhí)行機構(gòu)采用第二種方案 —— 蝸桿傳動。 前離合器執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計計算 總體計算 （ 1） 前離合器：總泵推桿行程為 35mm，分離撥叉最大分離力為1310N。 前離合器總泵推力： 0 .3 1 3 1 0 3 9 3FN? ? ?泵 取 F泵 =400N 方案中使得： A、 B、 C、 D 在同一直線上，則 AB 之間的距離為總泵行程 35mm。取角 AOB 為 度（參見圖 23）。 根據(jù)上述計算，蝸桿的輸入功率 ，蝸桿轉(zhuǎn)速 2021r/min，轉(zhuǎn)矩。 2021 屆機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 電氣技術(shù)參數(shù) 額定功率： 額定電壓： 12VDC177。所以選擇阿基米德蝸桿，蝸桿頭數(shù)為 1，右旋，如圖 32。具體的參數(shù)如下報告： 傳動參數(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 2021 屆機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 理論傳動比： 62 蝸桿頭數(shù) z1： 1 蝸輪齒數(shù) z2： 62 實際傳動比 i： 62 蝸桿蝸輪材料： 蝸桿材料： 45 蝸桿熱處理類型：淬 火 蝸輪材料： ZCuZn25Al6Fe3Mn3 蝸輪鑄造方法：離心鑄造 疲勞接觸強度最小安全系數(shù) SHmin； 彎曲疲勞強度最小安全系數(shù) SFmin； 轉(zhuǎn)速系數(shù) Zn： 壽命系數(shù) Zh； 材料彈性系數(shù) Ze： 157N^蝸輪材料接觸疲勞極限應(yīng)力σ Hlim： 550N/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： 605N/mm^2 蝸輪材料許用彎曲應(yīng)力 [σ F]： ^2 蝸輪材料強度計算： 蝸輪軸轉(zhuǎn)矩 T2: 蝸輪軸接觸強度要求 :m^2d1≥ ^3 模數(shù) m: 蝸桿分度圓直徑 d1: 蝸輪材料強度校核： 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： 蝸輪動載系數(shù) Kv： 1 2021 屆機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 蝸輪動載系數(shù) Kv： 1 導(dǎo)程角系數(shù) Yβ： 蝸輪齒面接觸強度σ