CN108869735A - 汽车变速器换挡轴抛物轮廓线滑槽设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种汽车变速器直轴抛物轮廓线滑槽设计方法，属于汽车变速器设计领域。直轴抛物线式滑槽换挡装置是一种利用抛物线滑槽曲面推动拨叉滑动轴实现变速器档位变换的机构。设计曲面滑槽换挡块滑槽驱动结构，确定滑槽结构的尺寸参数与形状，计算在不同设计参数情况下的换挡驱动齿轮作用于换挡驱动轴的驱动扭矩数值，确定滑槽的尺寸参数，设计滑槽形状。直轴抛物线轮廓线滑槽式换挡系统能有效降低驾驶员操作强度，提高驾驶的操控性和舒适性。

Description

汽车变速器换挡轴抛物轮廓线滑槽设计方法
技术领域
本发明涉及一种汽车变速器直轴滑槽设计方法，尤其是一种汽车变速器直轴抛物轮廓线滑槽设计方法，属于汽车变速器设计领域。
背景技术
在汽车产业中，变速器的好坏直接影响汽车的燃油经济性、换挡平顺性和乘坐舒适性等性能。传统机械式变速器需驾驶员频繁换挡以满足动力性要求，频繁换挡加重了驾驶员的劳动强度，并且驾驶员驾驶技术的好坏，对汽车的性能具有较大的影响。在现有汽车的变速器中，大多是机械式传动，效率低。在复杂路面行驶时，车速变化较大，换挡频繁，增大了驾驶人员操纵工作量。在紧急情况下，容易出现离合和油门踏板的误判，从而导致事故率上升。目前的机动车自动换挡可分为液力自动变速器和电控自动变速器。自动变速器主要是有液力变矩器、行星齿轮组、制动器、离合器、液压泵和电磁阀组成，结构复杂，而且大都属于高精密元件，成本高。直轴滑槽式换挡装置实现机械式换挡操作，减少驾驶人员的操纵工作量，提高燃油的经济性，还可广泛应用于车辆变速器的自动控制工作。换挡设计中，需要考虑换挡轴驱动力矩、拨叉滑动轴摩擦力、换挡轴直径、换挡轴向力等因素。合理设计直轴换挡结构，会减小换挡驱动力矩，提高换挡的流畅性。但是，滑槽结构对换挡平顺性有着直接的影响，设计适当的滑槽曲面可以减小驱动扭矩，提高换挡的平顺性。
发明内容
本发明提出一种直轴滑槽式换挡装置滑槽设计方法。直轴抛物线式滑槽换挡装置是一种利用抛物线滑槽曲面推动拨叉滑动轴实现变速器档位变换的机构。
直轴滑槽式换挡装置由拨叉系统和换挡驱动系统组成。拨叉系统由拨叉轴、拨叉和拨叉滑动轴组成，拨叉轴为等截面圆形直杆，两端与变速箱壳体固定连接，表面光滑，拨叉通过拨叉孔与拨叉轴连接，拨叉可以沿着拨叉轴轴向方向左右移动；拨叉滑动轴为等截面圆形直杆，表面光滑，一端与拨叉固定连接，另一端嵌入曲面滑槽换挡块滑槽并与曲面滑槽换挡块滑槽侧面接触。
换挡驱动系统由换挡驱动轴和换挡驱动轴驱动齿轮组成，换挡驱动轴两端通过轴承与变速箱壳体连接，曲面滑槽换挡块与换挡驱动轴固结，换挡驱动轴驱动齿轮与换挡驱动轴固结。
曲面滑槽换挡块滑槽由直线滑槽部分和曲线滑槽部分组成，当离合器断开，换挡驱动轴从空挡位置顺时针转动时，曲面滑槽换挡块随着换挡驱动轴旋转，曲面滑槽换挡块驱动拨叉滑动轴产生右向的轴向位移，拨叉滑动轴推动与其固结的拨叉产生右向的轴向位移，拨叉推动结合套产生右向的轴向位移，该位移等于换挡拨叉换挡间距与齿轮啮合间距和时，完成换挡动作，离合器闭合；
设计曲面滑槽换挡块滑槽驱动结构，确定滑槽结构的尺寸参数与形状。将曲面滑槽换挡块滑槽轨道设计为抛物线形状，换挡驱动轴旋转一周需要挂五个档位，分别是一至四挡和空挡档位，曲面滑槽换挡块的周长是2πr，每个档位曲面滑槽换挡块抛物线滑槽底边长度为曲面滑槽换挡块周长的五分之一，所以曲面滑槽换挡块抛物线滑槽底边长度为2πr/5，换挡驱动齿轮作用于换挡驱动轴的驱动扭矩为
式中，p是抛物线的焦参数，r是曲面滑槽换挡块的半径，μ是拨叉滑动轴与滑槽间的摩擦系数，Fy是拨叉对换挡驱动轴产生的轴向作用力。计算在不同设计参数情况下的换挡驱动齿轮作用于换挡驱动轴的驱动扭矩数值，确定滑槽的尺寸参数，设计滑槽形状。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.变速控制系统利用直轴滑槽和控制电极的自锁特性和控制器的互锁功能，有效锁定传动结构的位置，替代机械式互锁和自锁装置，减小了挡位切换过程的换挡作用力。
2.直轴抛物线滑槽式换挡系统能有效降低驾驶员操作强度，提高驾驶的操控性和舒适性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。
图1汽车变速器直轴滑槽式换挡结构示意图；
图2汽车变速器直轴滑槽式换挡轴与曲面滑槽换挡块结构示意图；
图3拨叉与拨叉滑动轴示意图；
图4曲面滑槽换挡块椭圆形滑槽形状图；
图5曲面滑槽换挡块椭圆形滑槽中心线平面展开示意图；
图6换挡驱动轴驱动扭矩与滑槽抛物线的焦参数关系图；
图7换挡轴驱动扭矩与滑槽抛物线的焦参数关系图。
1、拨叉轴，2、拨叉，3、拨叉滑动轴，4、换挡驱动齿轮，5、曲面滑槽换挡块，6、换挡驱动轴
具体实施方案
下面结合附图1至图4对本发明进一步说明：
直轴滑槽式换挡装置由拨叉系统和换挡驱动系统组成。拨叉系统由拨叉轴1、拨叉2和拨叉滑动轴3组成，拨叉轴1为等截面圆形直杆，两端与变速箱壳体固定连接，表面光滑，拨叉2通过拨叉孔与拨叉轴1连接，拨叉2可以沿着拨叉轴1轴向方向左右移动；拨叉滑动轴3为等截面圆形直杆，表面光滑，一端与拨叉固定连接，另一端嵌入曲面滑槽换挡块5滑槽并与曲面滑槽换挡块5滑槽侧面接触。换挡驱动系统由换挡驱动轴6和换挡驱动轴驱动齿轮4组成，换挡驱动轴6两端通过轴承与变速箱壳体连接，曲面滑槽换挡块5与换挡驱动轴6固结，换挡驱动轴驱动齿轮4与换挡驱动轴6固结。
曲面滑槽换挡块5滑槽由直线滑槽部分和曲线滑槽部分组成，当离合器断开，换挡驱动轴6从空挡位置顺时针转动时，曲面滑槽换挡块5随着换挡驱动轴6旋转，曲面滑槽换挡块5驱动拨叉2滑动轴产生右向的轴向位移，拨叉滑动轴3推动与其固结的拨叉2产生右向的轴向位移，拨叉2推动结合套产生右向的轴向位移，该位移等于换挡拨叉换挡间距与齿轮啮合间距和时，完成换挡动作，离合器闭合；
设计曲面滑槽换挡块5滑槽驱动结构，确定滑槽结构的尺寸参数与形状。将曲面滑槽换挡块5滑槽轨道设计为抛物线形状，换挡驱动轴6旋转一周需要挂五个档位，分别是一至四挡和空挡档位，曲面滑槽换挡块5的周长是2πr，每个档位曲面滑槽换挡块5抛物线滑槽底边长度为曲面滑槽换挡块周长的五分之一，所以曲面滑槽换挡块5抛物线滑槽底边的长度为2πr/5，换挡驱动齿轮4作用于换挡驱动轴6的驱动扭矩为
式中，P是抛物线的焦参数，r是曲面滑槽换挡块5的半径，μ是拨叉滑动轴3与滑槽间的摩擦系数，Fy是拨叉2对换挡驱动轴6产生轴向作用力。计算在不同设计参数情况下的换挡驱动轴驱动扭矩数值，确定滑槽的尺寸参数，设计滑槽形状。
算例1.摩擦系数为0.1，轴向力为50N，换挡驱动轴6驱动扭矩随着抛物线的焦参数增大而减小，但是两者并不是成线性关系，随着曲面滑槽换挡块5的半径的增大，换挡驱动轴6驱动扭矩也随之加速增大。适当减小曲面滑槽换挡块5的半径，可以减小换挡轴驱动扭矩。当滑槽高度一定时，换挡驱动轴6驱动扭矩随着拨叉滑动轴3与滑槽间的摩擦系数增大而增大，减小拨叉滑动轴3与滑槽间的摩擦系数可以减小换挡驱动轴6驱动扭矩。
算例2.曲面滑槽换挡块5半径为0.05m，轴向力为50N，换挡驱动轴6驱动扭矩随着曲面滑槽换挡块5滑槽抛物线的焦参数增大而减小。当曲面滑槽换挡块5半径一定时，换挡轴驱动扭矩随着拨叉滑动轴3与滑槽间的摩擦系数增大而增大，减小拨叉滑动轴3与滑槽间的摩擦系数可以减小换挡驱动轴6驱动扭矩。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则内，所作的任何修改、等同替换以及改进，均应包含在本发明所述的保护范围之内。

Claims (1)

1.提供一种曲面滑槽换挡块滑槽驱动结构设计方法，确定滑槽结构的尺寸参数与形状；将曲面滑槽换挡块(5)滑槽轨道设计为抛物线形状，换挡驱动轴(6)旋转一周需要挂五个档位，分别是一至四挡和空挡档位，曲面滑槽换挡块(5)的周长是2πr，每个档位曲面滑槽换挡块(5)抛物线滑槽底边长度为曲面滑槽换挡块周长的五分之一，所以曲面滑槽换挡块(5)抛物线滑槽底边的长度为2πr/5，换挡驱动齿轮(4)作用于换挡驱动轴(6)的驱动扭矩为
式中，P是抛物线的焦参数，r是曲面滑槽换挡块(5)的半径，μ是拨叉滑动轴(3)与滑槽间的摩擦系数，Fy是拨叉(2)对换挡驱动轴(6)产生轴向作用力；计算在不同设计参数情况下的换挡驱动轴驱动扭矩数值，确定滑槽的尺寸参数，设计滑槽形状。
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