純電動(dòng)車變速箱換檔機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u26537純電動(dòng)車變速箱換檔機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)案例 19181.1對(duì)變速器操縱機(jī)構(gòu)的要求 1226721.2變速器的選擇及布置 1311191.3鎖止裝置 2103001.3.1自鎖裝置 2212311.3.2互鎖裝置 3111581.4鎖環(huán)慣性式同步器 3247201.4.1鎖環(huán)慣性式同步器結(jié)構(gòu) 3269511.4.2鎖環(huán)慣性式同步器工作原理 3273631.4.3鎖環(huán)慣性式同步器主參數(shù)確定 41.1對(duì)變速器操縱機(jī)構(gòu)的要求變速箱操縱機(jī)構(gòu)就是可以依據(jù)駕駛要求實(shí)現(xiàn)控制檔位的變換，實(shí)現(xiàn)變速箱換擋功能。根據(jù)路況的不同以及駕駛目的要求，可以通過(guò)操作機(jī)構(gòu)來(lái)控制變速器的換擋。變速器操縱機(jī)構(gòu)分為數(shù)直接操縱式和遠(yuǎn)距離操縱式。手動(dòng)擋變速器是通過(guò)人工操作的方式實(shí)現(xiàn)換擋的變速器，主要由變速桿\叉、撥塊\叉、互\自鎖等主要零部件組成[14]。為了通過(guò)操縱機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)變速箱換擋功能，該裝置必須滿足以下條件：（1）操縱桿正常情況下只能選擇一個(gè)檔位，這樣才不會(huì)發(fā)生檔位沖突給駕駛帶來(lái)危險(xiǎn)。（2）正常換擋后的相互嚙合的齒輪要在軸向上全部嚙合，這樣是為了避免不是非人為的操作而發(fā)生換擋減少事故的發(fā)生。1.2變速器的選擇及布置直接操縱手動(dòng)換擋變速器是我們用得最多的一種變速器，這類變速箱的優(yōu)點(diǎn)使變速箱離駕駛員很近方便駕駛員的操作，駕駛?cè)藛T可以直接通過(guò)手中的操作桿來(lái)控制變速箱的換擋。所以通過(guò)我們上文對(duì)變速器的計(jì)算與分析，再結(jié)合本課題下設(shè)計(jì)汽車的變速器的結(jié)構(gòu)要求，我選擇采用直接操縱手動(dòng)換擋變速器。手動(dòng)換擋變速器更加符合我們所設(shè)計(jì)的課題標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)的純電動(dòng)汽車變速箱選用的直接操縱手動(dòng)換擋方式進(jìn)行設(shè)計(jì)的，所以變速桿是安裝在變速箱蓋上的，布置在操作員的座椅右側(cè)處。變速桿的安裝方式主要從蓋上和蓋下裝進(jìn)去，兩種安裝方式都是通過(guò)定位彈簧進(jìn)行定位來(lái)防止變速桿抖動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，在變速箱蓋的球支承處設(shè)置有因定銷，并且在變速桿球頭上銑有直槽，用于實(shí)現(xiàn)變速桿前后擺動(dòng)以及左右搖動(dòng)，如圖6-1所示。圖6-1變速桿結(jié)構(gòu)1.3鎖止裝置1.3.1自鎖裝置通過(guò)上述對(duì)變速箱操縱結(jié)構(gòu)的要求分析可知，我們要保證變速箱中相互嚙合的齒輪在軸向上全部嚙合，從而避免非人為的脫擋與掛擋情況的出現(xiàn)[15]。我們?yōu)榱吮苊膺@樣的現(xiàn)象產(chǎn)生，我們采用自鎖裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。自鎖裝置是用鋼球阻止撥叉桿對(duì)變速箱鎖死，他的工作原理為：在變速器撥叉軸的端蓋上含挖有3個(gè)一樣大小和深度的小孔，每一個(gè)孔中的組成包括鋼球和彈簧。當(dāng)鋼球正對(duì)中間凹槽時(shí)，變速箱應(yīng)該正好處于控?fù)鯛顟B(tài)下。當(dāng)鋼球正對(duì)應(yīng)兩邊緣的凹槽時(shí)，移動(dòng)撥叉會(huì)使撥叉不能移動(dòng)處于鎖死的狀態(tài)，當(dāng)凹槽在鋼球的上方時(shí)，小孔內(nèi)的彈簧的彈性作用力會(huì)阻止相對(duì)應(yīng)的鋼球進(jìn)入小孔中，這樣就會(huì)使撥叉桿被擋住無(wú)法移動(dòng)從而處于鎖死的狀態(tài)，這樣就可以阻止不是人為因素下導(dǎo)致的脫檔和不正常掛擋的情況發(fā)生。這樣可以避免駕駛事故的發(fā)生。當(dāng)駕駛員主動(dòng)意愿下?lián)Q擋，我們只要用力推一下變速桿，這樣變速桿上的力就能把鋼球再一次推會(huì)之前對(duì)應(yīng)的小孔中，這樣我們就可以解除撥叉軸軸向方向的自鎖，解除撥叉軸的鎖死就又可以繼續(xù)移動(dòng)，這樣我們就可以實(shí)現(xiàn)在人們主動(dòng)意愿下的換擋操作，當(dāng)撥叉軸在一個(gè)凹槽移動(dòng)到鋼球正上方時(shí)，鋼球又會(huì)被我們?cè)僖淮雾斎胄】字校@樣我們就可以實(shí)現(xiàn)換擋后的自鎖。1.3.2互鎖裝置根據(jù)上面論文對(duì)變速箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能的分析，我們得到一個(gè)結(jié)論，就是在正常的換擋情況中，要確保操縱桿在正常情況下只能選擇一個(gè)檔位。為了避免在換擋時(shí)換擋機(jī)構(gòu)選擇不止一個(gè)擋位，通常采用互鎖裝置。1.4鎖環(huán)慣性式同步器1.4.1鎖環(huán)慣性式同步器結(jié)構(gòu)鎖環(huán)慣性式同步器結(jié)構(gòu)如圖6-2所示，該同步器的鎖止元件位于鎖環(huán)5（9）的齒輪和嚙合套8的齒端部處，當(dāng)需要進(jìn)行換擋時(shí)，是同軸向?qū)Q擋力作用到嚙合套上，再帶動(dòng)鎖環(huán)和滑塊一起移動(dòng)，使得齒輪的錐面與鎖環(huán)錐面以及被接合接觸為止。1.接合齒圈2.滑塊3.撥叉4.二軸齒輪5、9.鎖環(huán)6彈簧圈7.花鍵轂8.嚙合套圖6-2鎖環(huán)慣性式同步器1.4.2鎖環(huán)慣性式同步器工作原理同步器其作用是讓換擋時(shí)齒輪的速度接近相同從而使齒輪避免打齒。同步器可以分為常壓式、慣性式和慣性增力式三類。通常情況下我們使用最多的是鎖環(huán)慣性式同步器。同步器工作流程為：（1）工作前期，同步器沿著軸的軸向方向滑動(dòng)。此時(shí)同步器上產(chǎn)生摩擦力矩，同步器中的鎖銷旋轉(zhuǎn)到鎖止的位置，實(shí)現(xiàn)鎖止。（2）工作中期，首先通過(guò)換擋手柄帶動(dòng)換擋撥叉進(jìn)行換擋，換擋撥叉又將換擋力傳遞到同步器中的滑動(dòng)齒套上，并且通過(guò)工作前期的鎖止元件最終傳遞到摩擦面上。實(shí)現(xiàn)速度的同步變換[12]。（3）工作后期，在實(shí)現(xiàn)速度的同步變換時(shí)，齒輪的角速度與同步器上滑動(dòng)齒套的角速度相等，因此摩擦面上的摩擦力消失，鎖止元件還是會(huì)收到換擋的力，這個(gè)作用力會(huì)解除鎖止的狀態(tài)。1.4.3鎖環(huán)慣性式同步器主參數(shù)確定(1)摩擦系數(shù)由我們所學(xué)習(xí)的物理知識(shí)可以知道，物體表面的摩擦系數(shù)的大小是受該物體的材料、表面的粗糙程度等條件的影響。在一般情況下，同步作用的齒輪與接觸錐面是作為一個(gè)整體，所以他們的材料是相同。而且為了保證在同步器在使用有限日期內(nèi)的摩擦系數(shù)是幾乎不變的，我們需要對(duì)錐面的設(shè)計(jì)非常的嚴(yán)格和標(biāo)準(zhǔn)。（2）錐面半錐角口α摩擦轉(zhuǎn)矩與錐面的半錐角成反比關(guān)系，但是當(dāng)半錐角小于某一值時(shí)裝置將出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象。因此選擇角度值時(shí)需要避免出現(xiàn)自鎖（tanα≥f），其角度值一般取α=6°～8°。角度值取為α=6°時(shí)，摩擦力矩較大，但是很容易造成咬住或粘著的現(xiàn)象；根據(jù)目前其他車輛的設(shè)計(jì)一般取值為α=7°，因?yàn)樵谶@個(gè)值時(shí)候很少出現(xiàn)咬住現(xiàn)象，因此本文設(shè)計(jì)的錐面半錐角取值為α=7°。（3）同步環(huán)錐面上的螺紋槽該參數(shù)設(shè)計(jì)的合理與否直接影響了同步器的使用效果以及使用壽命。該參數(shù)過(guò)小時(shí)磨損嚴(yán)重，過(guò)大時(shí)摩擦系數(shù)變小同步困難。所以齒頂一般不宜過(guò)大，螺紋槽參數(shù)相對(duì)設(shè)計(jì)略大（4）摩擦錐面平均半徑R鎖環(huán)慣性式同步器摩擦錐面平均半徑R如果設(shè)計(jì)的過(guò)大，將會(huì)導(dǎo)致摩擦力矩變大，慣性同步器摩擦錐面平均半徑R的取值還直接受到變速箱的中心距和其他相關(guān)零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及布局的限制，因此不能取得過(guò)大，一般是在我們要保證在條件允許和不影響其他結(jié)構(gòu)的使用性能的情況下使半徑越大越好。（5）鎖止角β鎖止角的作用是讓它們?cè)谙嗤慕撬俣炔趴梢园l(fā)生偏向移動(dòng)，同時(shí)鎖止角β的選取會(huì)受到錐面半