CN108869736A - 汽车变速器换挡轴椭圆轮廓线滑槽设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种汽车变速器直轴椭圆轮廓线滑槽设计方法，是为更好地满足人们对对乘坐舒适性和汽车行驶安全性要求而研发的。直轴椭圆形滑槽式换挡装置由拨叉***和换挡驱动***组成。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轴驱动齿轮的驱动扭矩数值，确定曲面滑槽换挡块椭圆形滑槽的尺寸参数，设计曲面滑槽换挡块滑槽的形状。直轴滑槽式换挡***能有效降低驾驶员操作强度，提高汽车驾驶操控性。

Description

汽车变速器换挡轴椭圆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椭圆轮廓线滑槽设计方法，属于汽车变速器设计领域。
背景技术
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。电控机械式自动变速器在手动机械式变速器和干式离合器的基础上利用先进的电子控制技术实现自动换挡，改装成本低、传动效率高，适用于手动变速器占据主导市场的变速技术现状，但是结构比较复杂，可靠性差，成本较高。直轴滑槽式换挡装置实现机械式换挡操作，具有体积小，结构简单，操作方便等特点，能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
本发明专利所要解决的技术问题是提供一种直轴滑槽式换挡装置椭圆轮廓线滑槽设计方法，其技术方案如下：
直轴椭圆形滑槽式换挡装置由拨叉***和换挡驱动***组成。拨叉***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***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椭圆形形状，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椭圆形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椭圆形滑槽底边的长度为2πr/5，换挡驱动齿轮作用于换挡驱动轴的驱动扭矩为
式中，a和b分别是椭圆的长半轴和短半轴，r是曲面滑槽换挡块的半径，μ是拨叉滑动轴与曲面滑槽换挡块滑槽侧面间的摩擦系数，Fy是拨叉对换挡驱动轴产生的轴向力。计算在不同设计参数情况下的换挡驱动轴驱动齿轮的驱动扭矩数值，确定曲面滑槽换挡块椭圆形滑槽的尺寸参数，设计曲面滑槽换挡块滑槽的形状。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.变速控制***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.直轴滑槽式换挡***能有效降低驾驶员操作强度，提高汽车驾驶操控性。
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短半轴关系图；
图7换挡轴驱动扭矩与滑槽长半轴关系图；
图8换挡驱动轴驱动扭矩与曲面滑槽换挡块半径关系图。
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***和换挡驱动***组成。拨叉***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***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滑槽轨道设计为椭圆形形状，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椭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椭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，a和b分别是椭圆的长半轴和短半轴，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产生的轴向力。计算在不同设计参数情况下的换挡驱动轴驱动齿轮4的驱动扭矩数值，确定曲面滑槽换挡块5椭圆形滑槽的尺寸参数，设计曲面滑槽换挡块5滑槽的形状。
算例1.曲面滑槽换挡块5半径为0.05m和轴向力为50N，椭圆形滑槽长半轴为0.065m，图6是换挡驱动轴驱动扭矩与滑槽短半轴关系曲线。通过分析图6可知，换挡驱动轴6驱动扭矩随着滑槽短半轴的增大而增大，但是两者并不是成线性关系，随着滑槽短半轴的增大，换挡驱动轴6驱动扭矩也随之加速增大。适当减小滑槽短半轴的大小，可以减小换挡轴驱动扭矩。当滑槽短半轴一定时，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.滑槽高度为0.05m和轴向力为50N时，椭圆形滑槽端半轴为0.03m，图7是换挡轴驱动扭矩与滑槽长半轴关系曲线。由图7可知，换挡驱动轴6驱动扭矩随着曲面滑槽换挡块5长半轴的减小而减小。当曲面滑槽换挡块5长半轴一定时，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。
算例3.轴向力为50N，椭圆形滑槽长半轴为0.065m，拨叉滑动轴3与滑槽间的摩擦系数为0.1，图8是换挡驱动轴驱动扭矩与曲面滑槽换挡块半径关系曲线。由图8可知，换挡驱动轴6驱动扭矩与曲面滑槽换挡块5短半轴关系如图所示，换挡驱动轴6驱动扭矩随着曲面滑槽换挡块5短半轴的增大而增大。当一定时，换挡驱动轴6驱动扭矩随着曲面滑槽换挡块5半径增大而增大，增大曲面滑槽换挡块5半径可以减小换挡驱动轴6驱动扭矩。
由图6-8可知，换挡驱动轴6驱动扭矩随着长半轴增大而减小，随着滑槽短半轴的增大而增大，减小短半轴和增大长半轴可以有效减小换挡驱动轴6驱动扭矩；换挡驱动轴6驱动扭矩随着拨叉滑动轴与滑槽间的摩擦系数增大而增大，减小拨叉滑动轴与滑槽间的摩擦系数可以有效减小换挡驱动轴6驱动扭矩的大小；换挡驱动轴6驱动扭矩随着曲面滑槽换挡块5半径增大而减小。
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.提供一种直轴滑槽式换挡装置椭圆形滑槽设计方法，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)滑槽轨道设计为椭圆形形状，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)椭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)椭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，a和b分别是椭圆的长半轴和短半轴，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)滑槽侧面间的摩擦系数，Fy是拨叉(2)对换挡驱动轴(6)产生的轴向力；计算在不同设计参数情况下的换挡驱动轴驱动齿轮(4)的驱动扭矩数值，确定曲面滑槽换挡块(5)椭圆形滑槽的尺寸参数，设计曲面滑槽换挡块(5)滑槽的形状。
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