【正文】 21 屆本科畢業(yè)論文 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要 Title Design of Automatic Mechanical Transmission Mechanism of Sedan Abstract Automobile has bee one of the most widespread and popular vehicles in the world. With a variety of automobiles constantly ing into view, the qualities of automobiles is required to be more specified and diversified. As the key ponent of the whole automobile, transmission plays an important or even divisive role in the function. Its quality has significant effect on the automobile’s noise, vibration, driving smoothness, maneuverability and changes in vehicle speed, thus making the transmission bee the most essential part of automobile. Automated mechanical transmission (AMT) is the most popular variety of transmission. So far, it has gained great popularity in the overseas market, especially the European market. In quite a long time of the future, AMT automatic transmission will bee the mainstream automotive transmissions and various automobile panies will continue to invest more and more money for research and development based on its huge market potential. The design focus on automated mechanical transmission car steering mechanism, primarily involving the determination of AMT transmission drive mode, the clutch and joint control scheme。隨著汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，各種各樣的電子技術(shù)在整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè) 的應(yīng)用也越來越廣泛。電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用主要解決汽車的自動(dòng)化控制，無論是噴油泵的噴油，發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火，還是CCS 系統(tǒng)， ABS 系統(tǒng)都和電子控制息息相關(guān)。對自動(dòng)變速器控制的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以很大程度上提高駕駛員的舒適性，駕馭性，改善汽車的動(dòng)力性，燃油經(jīng)濟(jì)性，甚至對汽車的排放性也有很大的影響。 汽 車自動(dòng)變速器具有以下特點(diǎn)： 1）操作簡單省力：自動(dòng)變速器取消了離合器踏板，簡化駕駛操作，即使在繁忙的街道上也不許通過頻繁換擋保持合適的車速，駕駛員只要通過加速踏板就能很好的控制車輛，大大減輕了駕駛員的操作疲勞強(qiáng)度。 3）提高了乘坐舒適性：自動(dòng)變速器使汽車的起步，加速更加平穩(wěn)，降低引擎轉(zhuǎn)速的急劇變化，降低了整車的振動(dòng)與噪聲，減輕換擋沖擊，使汽 車平穩(wěn)性得到改善。 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 5）減少空氣污染：手動(dòng)擋換擋過程中供油量急劇變化，導(dǎo)致汽油燃燒不良，廢氣中有害成分增加，而自動(dòng)擋中換擋平穩(wěn)，燃油經(jīng)濟(jì)性好，產(chǎn)生的有害污染物少，降低大氣污染。根據(jù)控制方式和變速箱形式，自動(dòng)變速器主要有下面幾種類型 ：液壓自動(dòng)變速器（ AT），無級變速器（ CVT、ECVT、 IVT），機(jī)械式自動(dòng)變速器（ AMT、 DCT、 DSG）。 1）液力自動(dòng)變速器 液力自動(dòng)變速器銅鍋液力變矩器以及行星齒輪來傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力。 圖 AT 結(jié)構(gòu)示意圖 2）無極自動(dòng)變速器 無極自動(dòng)變速器采用兩組齒輪和傳送帶傳遞動(dòng)力，結(jié)構(gòu)簡單，體積小， 可以自由改變傳動(dòng)比，使駕駛平順性、加速性、經(jīng)濟(jì)性和排放性都較好，省油。 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 圖 CVT 結(jié)構(gòu)示意圖 3）電控機(jī)械式自動(dòng)變速器 電控機(jī)械式自動(dòng)變速器具有效率高、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、易制造的長處，是非常適合我國國情的機(jī)電一體化自動(dòng)變速器。它以特有的經(jīng)濟(jì)、方便、安全、舒適性而備受所有駕駛者歡迎。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)起步與迅速的換擋能力，達(dá)到駕駛員期望的結(jié)果。 60 年代起歐洲的制造商已開始這方面的研究，采用機(jī)械或者液壓的方式控制離合器的自動(dòng)化，但并沒有取得很大的成效。 其次 AMT 步入了全自動(dòng)化的發(fā)展階段。 最后是 AMT 的智能階段。 AMT 的發(fā)展現(xiàn)狀 自從 80 年代首個(gè) AMT 系統(tǒng)進(jìn)入市場以來，到 2021 年歐洲市場已經(jīng)有 50%以上的商用車裝配了 AMT 變速器 [11]。目前國內(nèi)的 AMT 正處于第二階段，吉林大學(xué)，北京理工大學(xué)，上海交大，哈爾濱埃姆特公司對這方面的研究較早，處于領(lǐng)先水平。 【 7】 AMT 發(fā)展趨勢 目前，國內(nèi)汽車制造商都在研發(fā)自動(dòng)變速器，且一些技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化供給市 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 場使用，但舒適性，可靠性，故障診斷還不是很完善。 2）智能化：科技在進(jìn)步，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，人們更加追求駕馭的舒適性安全性，這就要就車輛越來越智能化，能夠根據(jù)實(shí)際情況處理各種狀況。 AMT 控制原理、結(jié)構(gòu)和分類 AMT 的原理 AMT 是為了讓汽車能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)選換擋，而將電子控制的操縱系統(tǒng)加裝到機(jī)械式手動(dòng)變速箱和離合器上的變速器，其主要結(jié)構(gòu)仍然是手動(dòng)變速器的齒輪組結(jié)構(gòu)，具有齒輪傳動(dòng)原有的工作可靠、效率高 等所有優(yōu)點(diǎn)。 AMT 的整個(gè)工作過程實(shí)際上是模仿人的駕駛操控過程，電控中心 TCU根據(jù)司機(jī)的操作意圖，把車速，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，節(jié)氣門開度，道路環(huán)境等信號輸入計(jì)算機(jī)，電控中心再根據(jù)這些輸入的信號，選擇適合的預(yù)先設(shè)定好 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 的程序，對整個(gè)選換擋過程進(jìn)行有效地操作，實(shí)現(xiàn)最佳的控制策略 [9]。 AMT 的分類 AMT 主要有電控液動(dòng)，電控氣動(dòng)和由直流電動(dòng)機(jī)控制的電控電動(dòng)三類： 1）電控液動(dòng)：電控單元通過控制液壓系統(tǒng)中電磁 閥的開閉，液壓缸的運(yùn)動(dòng)等控制離合器與選換擋。 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 2）電控氣動(dòng)：離合器和選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)由氣動(dòng)系統(tǒng)操控，目前，市場上采用這種系統(tǒng)的主要是大客車和重型汽車，應(yīng)用范圍不是很廣。系統(tǒng)中離合器和選換擋由電動(dòng)機(jī)控制，與電控液動(dòng)和電控氣動(dòng)相比，電控電動(dòng) AMT 變速器，體積小，質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，零件數(shù)目少，操作更簡便，執(zhí)行構(gòu)件精度高，更加準(zhǔn)確，制造成本低，在原有變速器基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)，省時(shí)省力。其中浙江吉利汽車研究院發(fā)明的一種六速 AMT 自動(dòng)變速器比較優(yōu)秀，申請了發(fā)明專利，專利申請?zhí)柺?，輸出軸，倒檔軸和裝配在軸上的各種傳動(dòng)齒輪組成，這項(xiàng)發(fā)明使三根軸連接在變速器殼體內(nèi)，水平布置連接，軸端與客體之間裝有雙密封 深溝球軸承，這項(xiàng)發(fā)明專利解決了現(xiàn)有 AMT 變速箱零件瑣碎繁多，成本高，布置空間大等問題。該變速器由常規(guī)汽車變速器箱，離合裝 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 置和一個(gè)與副箱輸出軸、主箱中間軸連接的齒輪副組成的副箱組成。 圖 單中間軸變速器結(jié)構(gòu)示意圖 圖 雙中間軸變速器結(jié)構(gòu)示意圖 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 2 電動(dòng)離合器操控機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 電動(dòng)離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 電動(dòng)離合器是一種在原來離合器的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的由直流電機(jī)執(zhí)行，且由TCU自動(dòng)控制離合器的結(jié)合與分離智能離合器，它是一套獨(dú)立的系統(tǒng)，簡化了駕駛員的操作動(dòng)作 [4]。電動(dòng)離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要采用以下 三種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)增大驅(qū)動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)： 1）齒輪傳動(dòng)：采用一級或多級的齒輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳動(dòng)，可以使傳動(dòng)比在較大的范圍內(nèi)變化，具有結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，壽命長的特點(diǎn)。 2）渦輪蝸桿傳動(dòng)：使用蝸輪蝸桿可以得到較大的傳動(dòng)比，實(shí)現(xiàn)較大的增力作用，且蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)械的自鎖性使其能夠?qū)崿F(xiàn)反向自鎖，但是由于其傳動(dòng)效率低，磨損率大，對零件的制造精度和材料都有較高的要求，成本較高。 綜上所述，我們將選擇螺旋傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。 表 捷達(dá)轎車離合器的部分?jǐn)?shù)據(jù)資料 離合器所需的最大分離力 800N 分離軸承的分離行程 9mm 分離軸承與離合器分離指間的自由行程 3mm 執(zhí)行機(jī)構(gòu)分離離合器時(shí)間 執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作過程：電控單元（ TCU）根據(jù)車速等各種參數(shù)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)發(fā)出命令，直流電機(jī)帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，安裝在螺桿上的螺母在螺桿的帶動(dòng)下沿螺桿做向右的軸 向運(yùn)動(dòng)，拉桿隨之右移，分離杠桿做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)離合器分離軸承左移，離合器分離，電機(jī)反轉(zhuǎn)離合器接合，這樣就實(shí)現(xiàn)了將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)榉蛛x軸承的軸向運(yùn)動(dòng)。選取 5DM120A 型直流電機(jī)。螺旋副采用轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿， 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 螺母在螺桿上轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，下圖是結(jié)構(gòu)的受力簡圖 圖 螺旋副受力圖 螺桿驅(qū)動(dòng)力計(jì)算中用到的計(jì)算或推導(dǎo)公式： ? ? 2tan2 22 dρψFdFF dt ??? （ 21） 2arctanπdLψ ? （ 22） 將 21 帶入 22 得 ? ?πηFLψ ρψπFLM dt 2tantan2 ???? （ 23） LπηMF t2? （ 24） nLν ?? （ 25） 其中 F 是螺母受到的軸向力， tM 是螺桿上的驅(qū)動(dòng)力矩， 2d 是絲杠中徑， tF 是中徑處的圓周力，螺紋升角用 ? 表示， d? 是當(dāng)量摩擦角， L 表示螺紋導(dǎo)程， ? 表示絲杠傳動(dòng)效率， ? 是螺母的移動(dòng)速度， n 表示螺桿轉(zhuǎn)速。 設(shè)計(jì)時(shí)要求離合器的分離在 內(nèi)完成，且分離杠桿的比值 2i? ，總行程mmmmSSS 123921 ????? 。 根據(jù)以上數(shù)據(jù)初步選取螺紋標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值 表 初選部分螺紋標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值 螺紋大徑d 螺紋中徑2d 螺紋小徑1d 螺距 p 螺桿頭數(shù) n 螺紋導(dǎo)程L 16mm 3mm 2 6mm 計(jì)算螺母高度 ..dH 8518514312 ???? ? 取 mm21H? ；旋合圈數(shù)7321 ??? pHz ；工作高度 5135050 ???? ； 螺 紋 升 角?? 057514143 6a rc t a na rc t a n2...πdL ??????? ???? 。 （ 4）傳動(dòng)效率通過公式計(jì)算 ? ? ? ? 430410t a n t a n990950 .—.ρψ ψ.—.η d ??? （ 28） （ 5）螺桿最大軸向力公式計(jì)算 t 583512 ?? （ 29） （ 6）校核螺旋副的壓強(qiáng) 校核公式 ? ?phzπdFp ?? 2 （ 210） 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得 ? ，螺桿采用 45 鋼制造，螺 母采用鑄鐵，查閱資 河北工業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 料知許用壓強(qiáng) ? ? Mpa74p —? ，因?yàn)???pp? ，所以符合要求。 2）螺紋牙強(qiáng)度校核 螺 桿 螺 紋 牙 強(qiáng) 度 校 核 公 式 ： 抗 剪 強(qiáng) 度 ? ?τbzπdFτ ?? 1 （ 212） 抗彎強(qiáng)度 ??b211 3 σzbπd Fhσ b ?? （ 213） 其 中 梯形 螺紋 牙的 螺紋 牙底 寬 ?? ， 代 入數(shù) 據(jù)計(jì) 算 ?? ， ?? ， 查閱資料知 ? ? ? ? M 23460 ?? ， ? ? Mpaσ b 57? ，因?yàn)?? ? ? ?b1b1 ???? ?? ， ，所以螺桿的螺紋牙符合要求。 （ 8）校核螺桿的穩(wěn)定性 螺旋副采用一端固定一端滑動(dòng)的支撐方式，當(dāng)細(xì)長桿受到很大的軸向力時(shí)，會(huì)發(fā)生比較大的變形，產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，破壞桿件的平衡，因此