换挡机械手毕业设计(编辑修改稿)

换挡机械手毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

效率低的问题 ,有关工程技术人员做了大 量的工作。 60年代的研究重点是采用多元件工作轮 ,提高液力变矩器的效率。 70 年代是使用闭锁离合器 ,提高液力自动变速器在高速时的效率。 80 年代则采取增加行星齿轮变速器挡位的方法以及使用电子控制。 90 年代 ,大量电子技术的应用 ,使液力自动变速器的发展进入了一个新的时期，为其注入了新的活力。 其燃油经济性大体上与手动机械式变速器相当，综合经济性长春工业大学学士论文 9 能也得到了提高。 液力自动变速器是目前市场上的主流产品，装车率逐年增加，以轿车为例：在美国液力自动变速器的装车率已达 95%左右，日本现在大、中型轿车已达 80%以上，欧洲发达国 家大体也达到 50%左右。 城市大客车的装车率，在美国大体上是 100%，西欧是 95%。 工程车辆的装车率，在美国是 70%，西欧是 30%。 由于液力自动变速器具有自动适应负载以及减振的特点，所以工程车辆一般都采用液力自动变速器。 （ 2） 机械式自动变速器 电控机械式自动变速器是一种由普通齿轮式机械变速器组成的有级式机械自动变速器。 它以其传动效率高、成本低和易于制造等优点在自动变速器家族中占有重要的位置。 它是在传统固定轴式变速器和干式离合器的基础上，应用电子技术和自动变速理论，以电子控制单元（ ECU）为核心，通过液压执行 系统控制离合器的分离与结合、选换挡操作以及柴油机节气门的调节，来实现起步、换挡的自动操纵。 这种自动变速器主要包括三个部分：自动离合器、齿轮式机械变速器和电子控制系统。 AMT 的发展可分为两个阶段。 首先是半自动的 SAMT 阶段。 机械式变速器 的电控自动化始于 70 年代中期，瑞典的 Scania 的 CAC 系统和德国 Damler Benz 的 EPS 系统均采用了半自动操作方式（ SAMT），使得换挡动作实现了自动化。 由电子控制的气动系统实现换挡，而换挡时刻由驾驶员 踩离合器踏板来确定，电子显示器可提示驾驶员何时为 最佳换挡时刻。 第 2 阶段是全自动阶段。 世界上第一种全自动电控机械式自动变速器是 1984年五十铃公司投放市场的NAVI5，同时期出现的还有日本 Nissan、 Hino 和美国 Eaton 的全自动变速系统。 1988 年德国 ZF 公司将其 Autoshift 系统装车使用。 在此领域开展研究的还有美国 Ford、意大利 Fiat、法国 Renault 和瑞典的申宝等其他大型车辆企业，使全自动 AMT 逐步进入实用阶段。 这种电控机械式自动变速器既具有液力自动变速器自动变速的优点，又保留了原手动变速器齿轮传动的效率高、成本低、 结构简单、易制造的长处。 在几种自动变速器中， AMT 的性能价格比最高。 在中低挡轿车、载货车等方面应用前景较广阔。 （ 3） 金属带无级自动变速器 金属带无级自动变速器克服了前面两种自动变速器固有的齿轮传动比不连续和零件数量过多的缺点，具有速比光滑变化，无级传递扭矩，乘坐舒适，加速性好，燃料经济性高等特点，真正实现了无级变速。 但它的启动性能差，故需另加启动装置，现在较多的 CVT 选择液力变矩器作为启动装置，又称双无级自动变速器。 早期的机械无级变速器是通过两个锥体改变接触半径来实现传动比连续变化的，但由于接触部分 挤压应力太高，难以进入实用化。 1955 年，荷兰 DAF公司在车辆上试装采用“ V”形橡胶带的 CVT，但因该传动机构的体积过大，传动比太小，又受皮带寿命的影响，无法满足车辆行驶的要求。 德国 PIV 公司从 1956 年起，开始研长春工业大学学士论文 10 究链传动的 CVT，德国大众车辆公司也曾在轿车上装用过这种变速器。 到 80 年代，出现了技术上的突破，橡胶皮带被由许多薄钢片穿成的钢带代替，使其与两个锥轮的槽在不同的半径上啮合来改变传动比。 这种结构使变速器的传动比得到了明显的提高，从而具备了在车辆上广泛使用的前提条件。 1987 年， VDT 公司 的金属带式无级变速器进入商品化阶段，这年，福特车辆公司首次在市场上推出装有这种金属带的 CVT。 日本富士重工也于同年研制成功装备于 Juste 车上（排量 1～ ）电子控制 CVT。 之后，菲亚特、福特、日产等车辆公司都在公司生产的一些 ～ 排量轿车上装备这种变速器。 九十年代， VDT 公司研制成功了传动力矩大、性能更佳的第二代 CVT变速器。 到 1995 年，装有 CVT 的车辆产量已达 100 多万辆。 目前主要有以下的 CVT 生产厂商 FHI Subaru Justy、 Ford、 Fiat、 Nissan 等。 其中欧洲 Ford公司 CVT 产量为 15 万 /年， FHI CVT 产量为 20/年。 特别指出的是：美国福特公司在1997 年有了历史性的突破，生产出可用于大扭矩、排量高达 3． 8L（扭矩为 ）V6 柴油机的 CVT，并成功安装于 Winstar minivan 车辆上。 这就结束了 CVT 只能应用于中型车辆上的历史，为大规模应用 CVT 于车辆开辟了道路。 自动变速器未来的发展趋势 （ 1） 有级自动变速器多挡位化 对于有级变速器，只有增加其挡位，才能使其在性能上接近无级变速的理想状态，从而提高动力性 并节约燃油。 目前，已经有液力变矩器 +6 挡位的产品化 AT 出现。 但是，从成本、制造的可行性等方面考虑，过多的挡位反而会使这种自动变速器的性能 /价格比下降。 所以，在目前的设计、制造技术水平下，液力变矩器 + 5/6 挡位的 AT 是比较适合的。 （ 2） 自动变速器控制单元的电子化、计算机化、智能化 自动变速技术的不断发展完善，在使车辆整体综合性能不断提高的同时，也促进了自动变速器的自动化、智能化。 以机械无级变速器（ CVT）为例，根据车辆工况，它需要随时调整液压系统压力，控制带轮两部分的相对滑移程度，从而改变变速器传动比。 在这种情况下，人工手动以及机械式的自动是不能胜任的，控制单元的电子化、计算机化是十分必要的。 （ 3） 换挡过渡过程的高品质化 待分离和待结合换挡的离合器压紧油压配合是否合理，对换挡品质具有显著的影响。 AT 的换挡品质控制的研究一直是一个热点。 换挡品质反映在换挡过渡过程的舒适性和零部件负载两个方面，其中过渡过程的平稳性和结合元件热负荷是两项最主要的指标。 目前，压紧油压通常采用响应速度快、调节精度高的电液比例阀或高速电磁阀进行调节。 换挡品质控制的智能化也是一个发展方向。 换挡过渡过程受柴油机工况、车况和道 路状况等行驶工况的影响。 通过对车辆行驶工况的识别，并长春工业大学学士论文 11 利用神经网络、模糊控制等现代控制手段来实现换挡过渡过程的高品质化。 实现车辆自动变速的意义 （ 1） 自动变速器消除了驾驶员换挡技术的差异性 车辆性能的优势除与其自身的结构有关外 ,还取决于正确的控制和操纵。 例如，有资料表明：熟练驾驶员与非熟练驾驶员之间的平均油耗相差达 10％以上。 自动变速是按某种预先设定的换挡策略自动完成换挡 ,以使整车获得最佳的燃油经济性、动力性和低的污染排放。 只要换挡策略设定正确就会取得好效果，而与驾驶员的技术水平无关。 （ 2） 自动变速提供了良好的传动比转换性能 无级自动变速可以消除或减弱动力传动中的动载；而有级自动变速，由于它能自动同步换挡、离合器可按最佳结合规律结合，也避免了手动换挡粗暴所产生的冲击与动载，这对于地形复杂、路面恶劣的现场作业或越野行驶时的工程车辆、自卸车辆以及军用车辆都特别重要。 试验表明：在最坏的路段行驶时，自动变速的车辆传动轴上，最大力矩峰值只相当于手动换挡的 20％～ 40％，原地起步时力矩峰值只相当于 50％～ 70％。 因此，可使柴油机寿命提高 倍，变速器寿命提高 2～ 3 倍，其它传动系统零部件寿命也将提高 ～ 倍。 （ 3） 自动变速可减轻驾驶员劳动强度、提高生产率 操纵车辆的任务在于：根据不断变化的道路、交通情况，对车辆的行驶方向和速度进行灵活的控制。 据统计：城市大客车平均每分钟换挡 3～ 5 次，驾驶员就要连续完成 20～ 30 个手脚协调动作。 而采用自动变速后，则从根本上简化了操纵，离合器踏板、变速杆都取消了，驾驶员只要控制油门，即控制了自动变速，极大地改善了驾驶员的劳动条件，从而提高劳动生产率。 对于工程车辆，由于其作业条件与作业工矿复杂、多变，负载变化的范围大、随机性强，导致其换挡也十分频繁，所以自动变 速对与工程车辆减轻驾驶员劳动强度、提高生产率意义尤其重大。 车辆自动换挡规律简介 所谓换挡规律是指变速器的换挡时刻随控制参数而变化的关系。 自动换挡规律是自动变速系统判断当前应处挡位或升、降挡的依据。 根据换挡规律控制参数的不同可分为：单参数换挡规律、两参数换挡规律和动态三参数换挡规律。 单参数换挡规律 单参数换挡规律的控制参数一般为车速，见图 ，当车速达到 V2 时，换入Ⅱ挡。 当车速小于 V1 时，换回Ⅰ挡。 其特点是：换挡控制系统结构最简单，但是不论油门开度如何，换挡点、换挡延迟的 大小都不变，不能实现驾驶员可干预的换挡控长春工业大学学士论文 12 制，也难于兼顾动力性与经济性的要求。 这种换挡规律应用范围比较有限，只有少数城市公共车辆、军用越野车有所应用，目的是减少换挡次数。 图 单参数换档规律 两参数换挡规律 如图 所示，两参数换挡规律的换挡参数一般为车速 Va 和油门开度 。 与应用单参数换挡规律相比，应用两参数换挡规律能使车辆得到更好的动力性和经济性。 因此，目前世界上的自动换挡操纵系统几乎都是采用两参数换挡规律。 两参数换挡规律根据换挡延迟的变化规律又可分为以下几种： （ 1）等延迟型：如图 (a)所示，其换挡延迟的大小不随油门开度而改变，但可实现驾驶员干预换挡，在小油门时可提前换高挡，既减小柴油机噪声，又可延迟换回低挡，改善了燃料经济性。 （ 2）发散型：如图 (b)所示，其换挡延迟随油门增大而增大，主要特点是大油门升挡时柴油机转速高，接近最大功率点，动力性好，换挡延迟大，减少了换挡次数，提高了舒适性。 驾驶员可以干预换挡，快松油门时可提前换入高挡，不仅降低噪声，而且改善了燃油经济性。 大油门降挡时的柴油机转速必须 降得很低，功率利用差。 长春工业大学学士论文 13 图 两参数换档规律 （ 3）收敛型：如图 (c)所示，其换挡延迟随油门的增大而减小，其特点是由于大油门时换挡延迟最小，因而在大油门升挡时能保证较好的功率利用，动力性好。 小油门时换挡延迟大，可减少换挡次数，而且柴油机可以在较低的转速下工作，燃料经济性好，噪音小，行驶平稳舒适。 （ 4）组合型：如图 (d)所示，它由两段或多段不同变化规律组成。 其特点是便于在不同油门下获得不同的车辆性能，小油门时舒适、稳定 、污染小；中油门时经济性好；大油门时动力性好。 组合型换挡规律适应性好，应用范围很广。 三参数换挡规律 上述换挡规律是以车辆稳定行驶为前提的，但实际上，车辆在起步、换挡过程中，均处于加速或减速的非稳态过程。 因此，有人提出了动态三参数（车速 Va、油门开度、和加速度 dV/dt）换挡规律，并且根据优化计算时所选取的目标函数不同又可分成最佳动力性换挡规律和最佳经济性换挡规律两种类型。 （ 1）最佳动力性换挡规律：所谓最佳动力性换挡是指在同一油门开度下两挡长春工业大学学士论文 14 加速度曲线的交点处换挡。 这样可以获得良好的换挡平顺性， 减小换挡冲击。 （ 2）最佳经济性换挡规律：它的目标函数是在某一油门开度下，车辆从原地起步连续升挡加速至某一要求车速 Va 时，总的油耗 Q 应最小。 经济性或动力性的换挡规律解决的是车辆行驶中一般性的、基本的问题。 其优点是如果当车辆的实际行驶环境和车辆行驶状态与求解最优换挡规律的实验条件相近时，传统的换挡规律给出的是某一指标最优的挡位，如最佳燃料经济性、最佳动力性等。 设计任务 设计变速器总成中同步器寿命试验台。 通过操作该试验台 ,可自动完成汽车变速器寿命及性能试验。 具体要求如下： (1）试验台可对 变速器试验样品进行寿命及性能试验。 (2）针对力及扭矩、转速、位移、等参数，试验台可分别对以上参数进行检测。 (3）换档行程 : 0～177。 200mm。 (4）选档行程： 0～177。 200mm。 (5）换档力测量范围及精度： 0～177。 250N (6）选档力测量范围及精度： 0～177。 250N 论文主要内容 针对以上课题研究的任务，本文在查阅大量资料的基础上，在大量调研的基础上，对以下内容进行了重点研究。 （ 1）机械系统设计 其中包括机械系统、驱动系统、步进电机及其它部分设计的制定。 （ 2）电气系统设计 计算机检测系统、 A/D 转换器、步进电机控制系统、换挡力及位移检测。 长春工业大学学士论文 15 2 机械系统设计 课题研究的系统要求可以对同步器进行性能和可靠性两种方式的试验。 通过手动操作可实现同步器的换档过程；也可利用驱动系统来自动换挡，模拟人手对同步器进行的换档过程。 同时利用计算机检测系统，采集各种传感器发来的信号，。