CN109027220A - 汽车变速器换挡轴圆轮廓线滑槽设计方法 - Google Patents

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刘文晓
刘斌
吴宁
许凯
陆金晶
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Abstract

本发明提供了一种汽车变速器换挡轴圆轮廓线滑槽设计方法。该技术方案将曲面滑槽换挡块的滑槽轮廓线限定为圆弧形状，基于直轴滑槽式换挡装置的自身结构，以不同设计参数下换挡驱动轴的驱动扭矩、曲面滑槽换挡块半径、拨叉滑动轴与滑槽侧壁间摩擦系数等条件为变量，确定滑槽的尺寸参数，进而得到滑槽的设计构型。本发明所设计的直轴圆形轮廓线滑槽式换挡系统能有效降低驾驶员操作强度，提高驾驶操控性，更好的满足人们对对乘坐舒适性和汽车行驶安全性的要求。本发明以创新性的技术改进实现了突出的技术效果，具有良好的推广前景。

Description

汽车变速器换挡轴圆轮廓线滑槽设计方法
技术领域
本发明涉及汽车变速器技术领域，进一步涉及汽车变速器的结构设计，具体涉及一种汽车变速器换挡轴圆轮廓线滑槽设计方法。
背景技术
汽车在复杂路面行驶时，车速变化较大，换挡频繁，增大了驾驶人员的操纵动作。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。目前的电控机械式自动变速器由传统手动变速器和电控自动变速系统组成，具有操作简单、传动效率高、成本低和易于制造等优点，但也存在结构空间大、动力中断时间较长和换挡冲击较大等问题。
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，同时可以应用于无人驾驶车辆的变速系统。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，提高换挡的流畅性。
发明内容
本发明旨在针对现有技术的技术缺陷，提供一种汽车变速器换挡轴圆轮廓线滑槽设计方法，以解决现有技术的直轴滑槽式换挡装置中，滑槽结构设计不合理的技术问题。
为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：
汽车变速器换挡轴圆轮廓线滑槽设计方法，该方法满足以下条件：所述滑槽开设于曲面滑槽换挡块上，所述滑槽的截面边缘呈圆弧形状，所述圆弧的半径R满足以下条件：
式中，r是曲面滑槽换挡块的半径；μ是拨叉滑动轴与所述滑槽侧壁间的摩擦系数；Fy是拨叉对换挡驱动轴产生的轴向作用力；M是换挡驱动齿轮作用于换挡驱动轴的驱动扭矩，所述驱动扭矩由设计要求确定。
作为优选，还包括拨叉轴，其中拨叉轴为等径圆形直杆，所述拨叉轴两端分别与变速箱壳体固定连接，拨叉通过拨叉孔与拨叉轴连接；拨叉滑动轴为等径圆形直杆，所述拨叉滑动轴一端与拨叉固定连接，拨叉滑动轴的另一端嵌入所述滑槽中并与所述滑槽的侧壁接触；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定连接，换挡驱动齿轮与换挡驱动轴固定连接。
作为优选，换挡驱动轴旋转一周对应五个档位，曲面滑槽换挡块的周长是2πr，每个档位所对应的所述滑槽的底边长度为2πr/5。
作为优选，所述五个档位分别为空挡、一至四挡。
基于以上技术方案，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。
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.直轴圆形轮廓线滑槽式换挡系统能有效降低驾驶员操作强度，提高驾驶操控性。
附图说明
图1是汽车变速器直轴滑槽式换挡结构示意图；
图2是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是拨叉与拨叉滑动轴示意图；
图4是曲面滑槽换挡块圆形滑槽形状图；
图5是曲面滑槽换挡块圆形滑槽中心线平面展开示意图；
图6是换挡驱动轴驱动扭矩与滑槽半径关系图；
图7是换挡驱动轴驱动扭矩与半径关系图。
图中：
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。
具体实施方式
以下将对本发明的具体实施方式进行详细描述。为了避免过多不必要的细节，在以下实施例中对属于公知的结构或功能将不进行详细描述。以下实施例中所使用的近似性语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。除有定义外，以下实施例中所用的技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。
实施例1
下面结合附图1～7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滑槽轨道设计为圆形形状，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圆形滑槽底边长度为曲面滑槽换挡块5周长的五分之一，所以曲面滑槽换挡块5圆形滑槽底边的长度为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，R是圆形滑槽的半径，r是曲面滑槽换挡块5的半径，μ是拨叉滑动轴3与曲面滑槽换挡块5圆形滑槽侧面间的摩擦系数，Fy是拨叉2对换挡驱动轴6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轴6的驱动扭矩为数值，确定滑槽的尺寸参数，设计滑槽形状。
算例1.拨叉滑动轴3与滑槽间的摩擦系数为0.1和轴向力为50N，图6是换挡驱动轴驱动扭矩与滑槽半径关系曲线。由图可知，换挡驱动轴6驱动扭矩随着滑槽半径增大而减小，但是两者并不是成线性关系，适当增大滑槽半径，可以减小换挡轴驱动扭矩。当滑槽半径一定时，换挡驱动轴6驱动扭矩随着曲面滑槽换挡块的半径增大而减小，减小曲面滑槽换挡块的半径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0.04m和轴向力为50N，图7是换挡驱动轴驱动扭矩与半径关系曲线。换挡驱动轴6驱动扭矩随着曲面滑槽换挡块5滑槽半径的增大而减小。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。
实施例2
汽车变速器换挡轴圆轮廓线滑槽设计方法，该方法满足以下条件：所述滑槽开设于曲面滑槽换挡块5上，所述滑槽的截面边缘呈圆弧形状，所述圆弧的半径R满足以下条件：
式中，r是曲面滑槽换挡块5的半径；μ是拨叉滑动轴3与所述滑槽侧壁间的摩擦系数；Fy是拨叉2对换挡驱动轴6产生的轴向作用力；M是换挡驱动齿轮4作用于换挡驱动轴6的驱动扭矩，所述驱动扭矩由设计要求确定。
其中，还包括拨叉轴1，其中拨叉轴1为等径圆形直杆，所述拨叉轴1两端分别与变速箱壳体固定连接，拨叉2通过拨叉孔与拨叉轴1连接；拨叉滑动轴3为等径圆形直杆，所述拨叉滑动轴3一端与拨叉2固定连接，拨叉滑动轴3的另一端嵌入所述滑槽中并与所述滑槽的侧壁接触；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固定连接，换挡驱动齿轮4与换挡驱动轴6固定连接。
换挡驱动轴6旋转一周对应五个档位，曲面滑槽换挡块5的周长是2πr，每个档位所对应的所述滑槽的底边长度为2πr/5。所述五个档位分别为空挡、一至四挡。
实施例3
汽车变速器换挡轴圆轮廓线滑槽设计方法，该方法满足以下条件：所述滑槽开设于曲面滑槽换挡块5上，所述滑槽的截面边缘呈圆弧形状，所述圆弧的半径R满足以下条件：
式中，r是曲面滑槽换挡块5的半径；μ是拨叉滑动轴3与所述滑槽侧壁间的摩擦系数；Fy是拨叉2对换挡驱动轴6产生的轴向作用力；M是换挡驱动齿轮4作用于换挡驱动轴6的驱动扭矩，所述驱动扭矩由设计要求确定。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明。凡在本发明的申请范围内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.汽车变速器换挡轴圆轮廓线滑槽设计方法，其特征在于：所述滑槽开设于曲面滑槽换挡块(5)上，所述滑槽的截面边缘呈圆弧形状，所述圆弧的半径R满足以下条件：
式中，r是曲面滑槽换挡块(5)的半径；μ是拨叉滑动轴(3)与所述滑槽侧壁间的摩擦系数；Fy是拨叉(2)对换挡驱动轴(6)产生的轴向作用力；M是换挡驱动齿轮(4)作用于换挡驱动轴(6)的驱动扭矩，所述驱动扭矩由设计要求确定。
2.根据权利要求1所述的汽车变速器换挡轴圆轮廓线滑槽设计方法，其特征在于还包括拨叉轴(1)，其中拨叉轴(1)为等径圆形直杆，所述拨叉轴(1)两端分别与变速箱壳体固定连接，拨叉(2)通过拨叉孔与拨叉轴(1)连接；拨叉滑动轴(3)为等径圆形直杆，所述拨叉滑动轴(3)一端与拨叉(2)固定连接，拨叉滑动轴(3)的另一端嵌入所述滑槽中并与所述滑槽的侧壁接触；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)固定连接，换挡驱动齿轮(4)与换挡驱动轴(6)固定连接。
3.根据权利要求1所述的汽车变速器换挡轴圆轮廓线滑槽设计方法，其特征在于换挡驱动轴(6)旋转一周对应五个档位，曲面滑槽换挡块(5)的周长是2πr，每个档位所对应的所述滑槽的底边长度为2πr/5。
4.根据权利要求3所述的汽车变速器换挡轴圆轮廓线滑槽设计方法，其特征在于所述五个档位分别为空挡、一至四挡。
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