第頁公交客車同步器和操縱機構(gòu)的設(shè)計選用分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u29002公交客車同步器和操縱機構(gòu)的設(shè)計選用分析案例 161131.1同步器的設(shè)計選用 1137341.1.1鎖環(huán)式同步器 230461.1.2鎖銷式同步器 335651.1.3鎖環(huán)式同步器主要尺寸的確定 3325651.1.4同步器主要參數(shù)的確定 4297461.2變速器操縱機構(gòu)的設(shè)計選用 7281441.2.1變速器操縱機構(gòu)的分類 774261.2.2變速器常用操縱機構(gòu)設(shè)計要求 1019461.3變速器箱體的設(shè)計 111.1同步器的設(shè)計選用同步器的存在使得變速器換擋更為容易、噪聲減小，齒輪使用壽命也得到延長1，汽車的加速性能也能得到提升并且汽車的燃油性能也得到明顯改善，所以一般情況下貨車除一擋、倒擋外，其他擋位大部分均采用同步器換擋裝用。同步器有常壓式、慣性式和慣性增力式三種，常壓式同步器不能保證嚙合件在同步狀態(tài)下?lián)Q擋的缺點，現(xiàn)在廣泛流行的是慣性式同步器[34]。慣性式同步器優(yōu)勢在于能夠保證同步嚙合時換擋時性能穩(wěn)定可靠，慣性式成為在現(xiàn)代車輛變速器的寵兒。應(yīng)用范圍最廣的是鎖環(huán)式、鎖銷式同步器，它們結(jié)構(gòu)上均所區(qū)別，但工作原理幾乎沒有差別，掛擋時，在軸向力作用下摩擦元件相互擠壓，在慣性轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生摩擦力矩；鎖止元件用于阻止同步器強行掛擋；彈性元件使嚙合套等在空擋時保持中間位置，又不妨礙整個結(jié)合和分離過程的進行[35]。1.1.1鎖環(huán)式同步器1、4-鎖環(huán)（同步錐環(huán)）；2-滑塊3-彈簧圈；5、8-齒輪；6-嚙合套座；7-嚙合套圖1.1鎖環(huán)式同步器如圖1.1所示，鎖環(huán)式同步器工作信得過并且耐用，但是，其轉(zhuǎn)矩容量因為其摩擦錐面半徑受到限制數(shù)值不會很大，比較適于輕型汽車，其廣泛應(yīng)用于輕型客車。在可沿槽移動的滑塊放置于其嚙合套外花鍵上的三個軸向槽中，換擋時，嚙合套帶動滑塊推動鎖環(huán)來和被接合齒輪的錐面相靠，由轉(zhuǎn)速差所產(chǎn)生的摩擦力矩使鎖環(huán)相對于嚙合套及滑塊轉(zhuǎn)過一個角度并由滑塊定位，恰使嚙合套齒端與鎖環(huán)齒端以鎖止斜面相抵[35]。如圖1.2a所示，這時候換擋力經(jīng)鎖止斜面使鎖環(huán)進一步被壓緊，錐面間的摩擦力矩進一步增大，在參數(shù)選擇合適的的情況下，使在換擋力作用下鎖止面上產(chǎn)生的迫使鎖環(huán)回正的脫鎖力矩小于錐面間的摩擦力矩，可有效阻止阻止同步前掛擋，如圖1.2b所示，鎖止斜面將會分離，因為嚙合套會克服滑塊的彈簧力而忽略鎖環(huán)與齒輪的接合齒同步嚙合，保證無沖擊掛擋[36]。(a)同步器鎖止位置(b)同步器換擋位置1-鎖環(huán)；2-嚙合套；3-嚙合套上接合齒；4-滑塊圖1.2鎖環(huán)式同步器工作原理1.1.2鎖銷式同步器1、4-同步錐環(huán)；2-鎖銷；3-嚙合套；5-嚙合齒座；6-定位銷圖1.3鎖銷式同步器如圖1.3所示，鎖銷式同步器的同步過程與鎖環(huán)式極其相似，區(qū)別只在于鎖止元件是三個鎖銷及相配的鎖銷孔倒角，另外三個以彈簧及鋼球定位的定位銷。其摩擦錐面徑向尺寸較之前者也更大大，轉(zhuǎn)矩容量大，是中、重型汽車的寵兒[37]。1.1.3鎖環(huán)式同步器主要尺寸的確定1、接近尺寸嚙合套接合齒與鎖環(huán)接合齒倒角之間的軸向距離，稱為接近尺寸，接近尺寸尺寸應(yīng)大于零，取=0.2～0.3mm[38]。2、分度尺寸滑塊側(cè)面與銷環(huán)的缺口側(cè)邊相互接觸時，嚙合套接合齒與鎖環(huán)接合齒中心線間的距離，稱為分度尺寸，尺寸應(yīng)等于1/4接合齒齒距，尺寸和是保證同步器處于正確嚙合鎖止位置的重要尺寸，應(yīng)予以控制[39]。3、滑塊轉(zhuǎn)動距離滑塊在鎖環(huán)缺口內(nèi)的轉(zhuǎn)動距離影響分度尺寸?；瑝K寬度、滑塊轉(zhuǎn)動距離與缺口寬度尺寸之間的數(shù)學(xué)關(guān)系如下=+2滑塊轉(zhuǎn)動距離與接合齒齒距的關(guān)系如下式中：－滑塊軸向移動后的外半徑（即摩擦錐環(huán)外半徑）；－接合齒分度圓半徑。4、滑塊端隙為指滑塊端面與鎖環(huán)缺口端面之間的間隙，同時滑動齒套端面與摩擦錐環(huán)端面之間的間隙為，要求＞。若＜，換擋時摩擦錐面沒有接觸時，滑動齒套接合齒鎖止面也已處于接觸位置，即接近尺寸＜0，此刻由于鎖環(huán)浮動，導(dǎo)致摩擦面無摩擦力矩作用，同步器鎖止作用丟失。保證＞0，應(yīng)使＞，通常取=0.5mm左右。摩擦錐環(huán)端面與齒輪接合齒端面應(yīng)留有間隙稱之為后備行程[39]。的原因是摩擦錐環(huán)的摩擦錐面會因摩擦的原因而逐漸磨損，并在下來的換擋過程摩擦錐環(huán)要向齒輪方向移動。這種移動量伴隨磨損的增多也逐漸增多，導(dǎo)致間隙逐漸減少；此后，兩摩擦錐面間出現(xiàn)間隙和失去摩擦力矩。而此刻，當(dāng)摩擦錐環(huán)上的摩擦錐面還未達(dá)到許用磨損的范圍，不能實現(xiàn)摩擦錐環(huán)等零件與齒輪同步后換擋，因為同步器會失去摩擦力矩，這就屬于因為設(shè)計問題導(dǎo)致同步器壽命縮短，一般應(yīng)取=1.2～2.0mm，當(dāng)處于空擋位置，摩擦錐環(huán)錐面的軸向間隙應(yīng)保持在0.2～0.5mm[40]。1.1.4同步器主要參數(shù)的確定1)摩擦因數(shù)汽車在高擋區(qū)換擋次數(shù)頻繁至極，同步器工作也會相應(yīng)的頻繁起來。同步環(huán)與連接齒輪之間存在角速度差的條件下同步器能夠正常的工作，這就要求同步環(huán)使用壽命足夠長，使用耐磨性能良好的材料使得使用壽命延長。另一方面，如果同步器處在潤滑油中工作，摩擦因數(shù)會相應(yīng)減小，這就為設(shè)計工作帶來了困難。摩擦因數(shù)與選用的材料、工作面的表面粗糙度、潤滑油種類和溫度等因數(shù)息息均有較大的聯(lián)系。要對錐面的表面粗糙度要求高，這樣可以用來保證在使用過程中摩擦因數(shù)變化范圍不會很大。要選用具有足夠高的強度和硬度、耐磨性能良好的黃銅合金制造同步環(huán)，例如錳黃銅、鋁黃銅。由黃銅合金與鋼材構(gòu)成的摩擦副，在潤滑油中工作的摩擦因數(shù)取為0.1。摩擦因數(shù)對換擋齒輪和軸的角速度能迅速達(dá)到一致有重要作用，摩擦因數(shù)大，不管是換擋省力或同步時間都會減小；摩擦因數(shù)小則反之，甚至失去同步作用，構(gòu)建泄油槽用來保證摩擦面之間有足夠的摩擦因數(shù)[40]。2)同步環(huán)主要尺寸的確定（1）同步環(huán)錐面上的螺紋槽。將螺紋槽螺線的頂部設(shè)計得窄些，刮去存在于摩擦錐面之間的油膜效果會更佳?？梢詫⒙菁y槽設(shè)計得大些，這樣可以讓被刮下來的油藏匿于螺紋之間的間隙中，通常軸向泄油槽為6～12個，槽寬3～4mm。（2）錐面半錐角。摩擦錐面半錐角與摩擦力矩呈反相關(guān)關(guān)系。但值小的話則會使得摩擦錐面將產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象，避免自鎖的條件是。一般取=6～8。當(dāng)=6時，摩擦力矩會較大，會出現(xiàn)粘著和咬住的傾向；但在=7。時就很少出現(xiàn)咬住現(xiàn)象。（3）摩擦錐面平均半徑。摩擦力矩也會隨著平均半徑的增大相應(yīng)越大。所以的大小往往會受結(jié)構(gòu)限制，其不僅包括變速器中心距還包括相關(guān)零件的尺寸和布置的限制。將盡可能取大些。（4）錐面工作長度?？s短錐面長度，這樣做會使得變速器的軸向長度縮短，錐面的工作面積也會相應(yīng)縮小，單位壓力增加，最終加速磨損[31]。設(shè)計時可根據(jù)下式計算確定式中：－摩擦面的許用壓力，對黃銅與鋼的摩擦副，=1.0～1.5MPa；Mm－摩擦力矩；－摩擦因數(shù)；－摩擦錐面的平均半徑。上式中面積是假定在沒有螺紋槽的條件下進行計算的。（5）同步環(huán)徑向厚度與前面摩擦錐面平均半徑一樣，同步環(huán)的徑向厚度同樣也會受到結(jié)構(gòu)布置上的限制，包括變速器中心距及錐面平均半徑和結(jié)構(gòu)布置上的限制，必須保證同步環(huán)有足夠的強度。貨車同步環(huán)可用壓鑄加工。鍛造時選用錳黃銅等材料，鑄造時選用鋁黃銅等材料。有的變速器采用在鋼質(zhì)同步環(huán)的錐面上噴一層鉬（厚約0.3～0.5mm），使其摩擦因數(shù)在鋼與銅合金的摩擦副范圍之內(nèi)，這就會使得耐磨性和強度有顯著提高。噴鉬環(huán)的壽命是銅環(huán)的2～3倍[40]。3)鎖止角鎖止角也是很重要的參數(shù)，保證只有在換擋的兩個部分之間角速度差達(dá)到零值才能進行換擋。摩擦因數(shù)、摩擦錐面平均半徑、鎖還有止面平均半徑和錐面半錐角都會影響鎖止角選取。目前結(jié)構(gòu)鎖止角在26-42°范圍內(nèi)變化。4)同步時間同步器工作時，要連接的兩個部分達(dá)到同步的時間越低越好。同步時間與車型有關(guān)，計算時可在下述范圍選?。簩Τ擞密囎兯倨鳎邠跞?.15～0.30s，低擋取0.50～0.80s；對貨車變速器，高擋取0.30～0.80s，低擋取1.00～0.50s。5)轉(zhuǎn)動慣量的計算輸入端零件，其包括第一軸及離合器的從動盤、中間軸及其上的齒輪，轉(zhuǎn)動慣量的計算方法：首先求得各零件的轉(zhuǎn)動慣量，然后按不同擋位轉(zhuǎn)換到被同步的零件上,對已經(jīng)存在的零件，其轉(zhuǎn)動慣量值通常用扭擺法測出；若零件未制成，按數(shù)學(xué)公式合成求出轉(zhuǎn)動慣量值[41]。綜上所述選用鎖銷式同步器1.2變速器操縱機構(gòu)的設(shè)計選用1.2.1變速器操縱機構(gòu)的分類司機使用操縱機構(gòu)完成選擋。對于變速器操縱機構(gòu)的要求為：換擋時只能允許掛入一個擋位，防止誤掛倒擋，換擋輕便，變速器操縱機構(gòu)操縱第二軸上的滑動齒輪、嚙合套或同步器得到所需不同擋位，機械式變速器的操縱機構(gòu)一般是由變速桿、撥塊、撥叉、變速叉軸及互鎖、自鎖和倒擋裝置組成，司機通過手動操縱完成選擋、換擋或推到空擋工作[42]。根據(jù)變速器操縱方式的不同，變速器可分為：1)直接操縱手動換擋變速器變速器布置在司機座椅附近時，可將變速桿直接安裝在變速器上，憑借司機手動操控變速桿直接完成換擋功能的手動換擋變速器，稱為直接操縱變速器。這種操縱方案結(jié)構(gòu)最簡單，并且已得到廣泛應(yīng)用。近些年來，單軌式操縱機構(gòu)應(yīng)用較多，其優(yōu)勢在于減少了變速叉軸，又因為各擋位同用一組自鎖裝置，會使操縱機構(gòu)簡化，但它要求各擋換擋行程相等[43]。圖1.4北京切普切諾基汽車直接操縱手動換擋變速器2)遠(yuǎn)距離操縱手動換擋變速器發(fā)動機后置后輪驅(qū)動汽車的變速器，會受總體布置限制，需要在變速桿與撥叉之間布置若干傳動件因為變速器距離司機作為較遠(yuǎn)，換擋時手部力量經(jīng)過這些轉(zhuǎn)換機構(gòu)才能完成換擋功能，稱為遠(yuǎn)距離操縱手動換擋變速器，這時對整套系統(tǒng)的剛性有較高的要求，且各連接件之間間隙要維持在一定范圍內(nèi)，否則會造成換擋手感不明顯，變速桿顫動的可能性也會明顯增加，變速器支座應(yīng)安裝在受車架變形、汽車振動影響較小的位置[43]。圖1.5桑塔納轎車中遠(yuǎn)距離操縱手動換擋變速器3)電控自動換擋變速器有級式機械變速器應(yīng)用范圍十分廣泛，他的缺點也很明顯比如換擋工作復(fù)雜、對司機的駕駛技術(shù)要求高，并且駕駛員易疲勞等，上個世紀(jì)80年代以來，在固定軸式機械變速器基前提上，采用了計算機和電子控制技術(shù)，使之實現(xiàn)自動換擋，并且取消了變速桿和離合器踏板。司機只需操作油門踏板，車輛就能在在行駛過程中完成換擋時刻的判斷，接著實現(xiàn)收油門、離合器分離、選擋、換擋、離合器接合以及回油門等列動作，這樣做可以使得汽車動力性、燃油經(jīng)濟性提高，對司機的操作技術(shù)要求也比較低[43]。圖1.6電控自動換擋變速器工作原理框圖綜上所述選用直接操縱手動換擋變速器1.2.2變速器常用操縱機構(gòu)設(shè)計要求變速器操縱機構(gòu)優(yōu)勢是為了保證各擋位齒輪、嚙合套以及同步器移動規(guī)定的距離，使車輛可以換到自己需要的擋位，在此前提也不會掛入兩個擋位，操縱機構(gòu)有以如下要求：要由鎖止裝置，包括互鎖、自鎖、倒擋鎖圖1.7變速器自鎖與互鎖得結(jié)構(gòu)要使得換擋輕便、省力來減少駕駛?cè)说闷趶姸纫沟民{駛?cè)藛T獲得必要的手感[6]1.3變速器箱體的設(shè)計變速器殼體要盡可能地小，并且要有足夠的剛度來保證軸和軸承工作時不會歪斜。變速器橫向斷面尺寸應(yīng)保證能布置下齒輪，而且設(shè)計時要注意的一點是殼體側(cè)面的內(nèi)壁與轉(zhuǎn)動齒輪齒頂之間要留有5～8mm的間隙，齒輪齒頂?shù)阶兯倨鞯撞恐g要留有不小于15mm的間隙[44]。在殼體上應(yīng)設(shè)計有加強肋，來保證變速器殼體的剛度。加強肋的方向與軸支承處的作用力方向密不可分。采用壓鑄鋁