变速器换挡机构结构

安徽工业大学2013-2014学年

第一学期《汽车设计》课程作业

题目：桑塔纳轿车5挡手动变速器换挡机构结构分析改进姓名：

学号：

班级：车辆工程

指导老师：***

桑塔纳轿车5挡手动变速器换挡机构结构分析改进

目前驾校用车一般就是桑塔纳轿车，本人在学车的时候发现桑塔纳轿车5挡手动变速器挡换的平顺性和舒适性有待改进，变速器的换挡舒适性一般是用户对于汽车性能最初步也是最直观的评价。目前，桑塔纳轿车变速器的换挡性能以无法满足用户日益提高的对舒适性的要求，期望着桑塔纳变速器的操作舒适性不断提高。

概述：研究桑塔纳轿车5 挡手动变速器换挡机构结构，通过对换挡机构相关零件的力学分析和模拟整车状态下的换挡力测试数据材料，发现变速器定排销的定排力和同步器弹簧的弹力对桑塔纳变速器的换挡力有着明显的影响，为此对定排销定排力和同步器弹簧的弹力对变速器换挡力的影响进行了测试，验证在静态换档阶段同步器弹簧的弹力和定排销的定排力对整个换挡力有直接影响，进而提出了一种变速器同步器弹簧直径改进方案来降低变速器选换挡轴处的换挡力。

桑塔纳变速器是手动“二轴五速”变速器，其换挡结构和大部分手动变速器的换挡结构类似，即通过选换挡轴进行选挡，由拨叉轴、拨叉、同步器总成、挡位齿轮结合齿实现挂挡。在桑塔纳变速器换挡机构中，1／2 挡拨叉轴控制1挡和2挡，3／4挡拨叉轴控制3挡和4挡，5倒挡拨叉轴控制5挡和倒挡。本文通过对桑塔纳变速器3／4 挡换挡机构的结构剖析，进一步了解变速器的换挡过程。桑塔纳手动变速器换挡过程经过如下几个步骤(图1 和图2)：操作者通过操纵杆和外部连杆机构作用选换挡轴一选换挡轴推动拨叉轴一拨叉轴带动拨叉一拨叉推动同步器齿套一同步器齿套推动同步器滑块，同时压缩同步器弹簧一同步器滑块推动同步器齿环一同步器齿环受滑块的推力在齿轮的锥面上形成摩擦力矩，使得齿轮转速与同步器齿套转速等同(同步过程)一同步器齿套通过同步器齿环梅角和挡位齿轮梅角l的引导，滑人挡位齿轮结合齿实现挂档。

图1变速器换挡机构结构示意

1.选换挡轴

2.输入轴

3.挡主动齿轮

4. 3／4 挡同步器总成

5.4挡主动齿轮

6拨叉7拨叉轴8定排销

整个换挡过程中主要经历了两个阶段：第一阶段是从“选换挡轴受外部连杆机构作用”到“同步器齿套推动同步器滑块”，这一过程的作用力与输入轴转速无关，称它为静态换挡阶段；第二阶段是从“同步器齿环受滑块的推力在齿轮的锥面上形成摩擦力矩”到“同步器齿套滑人齿轮结合齿”，这一过程的作用力与输入轴的转速有关，称它为动态同步阶段。

图2同步器总成剖面示意

1.3 挡主动齿 2 .4．同步器齿环3．同步器齿套5．4 挡主动齿

6.输入轴

7.同步器齿毂

8.同步器滑块

9.同步器弹簧

静态换挡阶段换挡力力学分析

拨叉轴受力分析(将拨叉轴视为质点，未计人重力)如图3所示。图中，为拨又轴的移动方向，F为外部连杆机构的作用力 (选换挡产生的摩擦力所占比例较小，在此未计人)；P 为定排销的定排力f p为拨叉轴和定排销间的摩擦力；N 1为壳体对拨叉轴为拨叉轴和定排销间的摩擦力；N 1为壳体对拨叉轴的支持力为拨叉轴和壳体间的摩擦力；N 2 f N1 为轴承箱对拨又轴的支持力,f N2为拨又轴和轴承箱间的摩擦力，T 为同步器产生的阻力。T 、f p 、f N1 、f N2、是静态换挡阶段换挡力的重要组成部分，其关系式如下：

F p = μp*P (1) f N1=μ*N1(2 )

f N2=μ*N 2 (3 ) P=N I+N 2 (4 )

式中，u 、u 为摩擦系数。

图3拔叉轴受力分析

综上所述，影响静态换挡阶段换挡力的主要因素是定排销的定排力 P 、同步器弹簧的弹力、同步器滑块斜面角度。静态换挡阶段同步器齿套和同步器齿毂的相对摩擦力可忽略不计。

静态换挡阶段换挡力台架测试同步器弹簧直径改进方案

试验在换挡性能临时试验台架上进行试验设备包括拉压传感器(型号：JLBS ；规格：0～100 kg)波形分析仪等。针对同一台桑塔纳变速器总成.采用 2种状态连续换挡 ,采集20组数据,去掉 2个最大值和2个最小值所得平均值见表1所列。表中，状态1为静态、桑塔纳变速器中装入 3／4 挡同步器但去除了 3挡、4挡齿轮和3挡、4 挡同步器齿环的梅角 (排除静态换挡时梅角切人时产生的附加力)，状态2为静态、桑塔纳变速器中未装入3／4 挡同步器条件下所进行的测试。表中数据由换挡力曲线图谱的电压值换算得到。

表1静态阶段变速器换挡力台架测试结果数据

从表 1中

可看出静态换挡阶段同步器产生的作用力占整个静态换挡阶段换挡力 (进挡力 )的 45％。依据表中数据可以从下面环节进行改进。

同步器弹簧直径改进方案，同步器产生的作用力来自于同步器弹簧的弹力 。查阅相关资料可知 ，PO LO 和赛欧等车辆的手动 5 挡变速器同步器弹簧均采用直径为 1．5m m 的钢丝。考虑此种情况，本文分别对1．5 m m 的钢丝和1．6 m m 的钢丝所制成的同步器弹簧的换挡力进行了台架测试。测试结果如下表2

对试验数据进行分析可知，钢丝直径为 1．5 m m 的同步器弹簧比钢丝直径为 1．6 m m 的同步器弹簧动态同步阶段的同步力提高近 l0 N 左右。综上所述，使用钢丝直径为 1．5 m m 的同步器弹簧相比钢丝直径为 1．6 m m 的同步器弹簧可降低进挡力21 N 左右，并对整个换挡性能无附加影响。通过上述改进后，提高了变速器的换挡舒适性。 参考文献

1.余志生．汽车理论．北京 ：机械工业出版社。

2.《汽车技术》杂志。