汽车换挡机构设计指引

1、底盘系统设计指南目录第二章换档机构1简要说明31.1变速操纵机构综述31.2设计目的31.3适用范围 41.4装置的零部件构成图 42设计构想62.1设计原则62.2设计参数62.3软轴拉线的布置112.4环境条件112.5设计基本限制因素 122.6零件装配设计134.1通过什么样的标识进行识别 错误！未定义书签。机密文件严禁外传51简要说明1.1变速操纵机构综述1汽车变速操纵机构分为手动变速操纵机构(MT、自动变速操纵机构 (AT&CVT&AMT2按传递行程和力的方式可分为拉索式换档操纵装置、杆系换档操纵装置及电讯号直接驱动换档装置；如图2,杆系换档操纵装置它是由一根或者两

2、根细长的(空心)刚 性杆件组成的。因为是空间运动杆系，其运动分析和自由度的确定，无论是用作图法， 或用解析法都是比较复杂的；运动件本身的干涉，及其与相邻件干涉的校核也是相当繁 琐的；还好，现在可以借助丁 CAE®设计分析工作简化和可靠。同时，这种结构还有一 个很难克服的问题，就是由丁其运动链长，杆件刚度弱，皎接处存在间隙，且润滑不便 等原因，容易产生振动、噪声、档位不活晰、换档操纵手感不良等现象。丁是，一种拉 索式换档操纵装置应运而生，并将逐渐取代杆系换档操纵装置.如图1,为拉索式换档操纵装置.所谓拉索式换档操纵装置，是用一种柔性的推拉软 轴替代空间运动的刚性的杆件。这种换档操纵装置

3、克服了上述刚性空间杆系存在的那些 问题。同时柔性推拉软轴的走向“自如”，给汽车的总体布置和变速器操纵装置的安排 带来诸多方便。而且柔性软轴具有吸振的作用，能够消除动力总成和车身传至换档操纵 手柄的振动，因此能得到活晰的档位和舒适的手感。拉索式操纵因其易丁布置，传递效 率高，成本低廉，目前是最常用的结构.以上两类都届丁手动换档操纵机构；自动换档操纵机构中也用到拉索式操纵装置， 如图1.4-3,同时也用到电讯号驱动装置以实现特殊的换档要求 ；在电控机械自动变速箱 (AMT)上则完全使用电讯号驱动装置完成换档.1.2设计目的1. 在任何情况下能够可靠地实现换档，并保证换档平顺；2. 在任何行驶条件下

4、须保证操纵机构总成可靠的操纵力及操纵行程输出；3. 布置上，应充分考虑到人机工程因素，确保最适宜的行程、力及操作位置，保证 拉线在前舱的走向应平顺，避开相关干涉，远离热源等；4. 涉及到电子通讯部分，须保证对输入信号的准确识别、可靠的信号处理及精确输 出，并具备相应的抗干扰能力；5. 满足在不同工作温度下，保证足够的传递效率及操作手感；6. 使用寿命的要求;7. 对外观有要求的件（如换档手柄、防尘罩、换档面板等），应与整车内饰相匹配, 并满足整车定位对料质、做工、性能等因素的要求；8. 结构简单、紧凑、质量小、工艺性好、维修方便及适合大批量生产，充分体现平 台共用最大化的原则.1.3适用范围适

5、用丁各车型通用手动及自动变速操纵机构装置;1.4装置的零部件构成图图1拉索式换档操纵装置1.变速操纵机构总成2.螺栓3.过渡支架总成4. 选换档拉线总成5.螺栓6.软轴卡箍 7 .软轴支架 8.螺栓 9. 开口销10.换档手柄及护罩总成图2杆系换档操纵装置1.换档操纵机构总成 2,螺栓3.选档臂总成4,换档轴及支架总成5.螺栓6.选档拉杆I总成7.选档摇臂总成8.衬套9.螺栓10.选档拉杆H11.开口销12,螺母13.摇臂总成14,螺母15.螺栓16.换档手柄及护套总成图3自动换档操纵机构带拉索装置1.螺母2.自动换档操纵机构总成3.卡箍4.软轴拉线总成5.螺栓6.螺栓7.软轴支架8.组合螺母

6、底盘系统设计指南2设计构想2.1设计原则1. 该零件的功能要求1）能够可靠地实现换档；2）保证操纵机构总成可靠的操纵力及操纵行程输出；3）涉及到电子通讯部分，须保证对输入信号的准确识别、可靠处理及精确输出，并具备相应的抗干扰能力；4）寿命要求；2. 该零件的顾客要求1）操纵须轻便、准确、换档平顺；2）外观应与内饰搭配协调，做工较精细，手感应较好；3. 该零件的性能要求1）通过性能试验及整车可靠性试验要求；2）工作性能应稳定、可靠，使用寿命长；3）应保证在一40° C至90° C温度区间内，可靠的实现功能；4）力求做到结构简单、紧凑、重量轻、制造工艺性好及拆装维修调整方便等。

7、2.2设计参数1. 决定尺寸的因素1）布置因素：总成周边的边界空间是决定总成外廓尺寸和软轴走向的直接因素；2）变速箱对输入的要求：主要涉及换档行程和换档力的输入要求；3）结合人机工程的布置及总体杠杆比调校，即可确定总成的运动尺寸；2. 决定重量的因素1）零部件外廓尺寸；2）加工工艺及材质：目前广泛采用的是整体注塑成型工艺，一般为工业塑料；部分高档产品也采用铸铝件；机密文件严禁外传63）冲压焊接件因其重量大，工艺复杂，质量过程控制困难等因素，已渐有减少的 趋势。3. 手动换档操纵装置的行程及杠杆比的设计1）换档操纵手柄的行程Lc换档操纵装置手柄的行程Lc是影响换档操纵手感的主要技术性能指标之一，

8、在 选取换档操纵装置手柄的行程时要符合以下原则：a. 轿车手动变速器操纵装置手柄的换档行程 Lc , 一般为100150 （mm；b. 选档行程（多数用换档操纵杆的摆角控制）要小丁换档行程；c. 倒档换档行程要等丁或大丁前进档的换档行程。d. 选取操纵装置手柄行程时要注意以下两点：第一，手柄位置应适应整车布置的要 求，接近性好，便丁操纵；第二，手柄向前换档时不能碰到仪表板，选档和向后换 档时不能碰到座椅垫和手制动手柄等。2）换档操纵装置的杠杆比ic首先根据同步器换档（或移动齿轮换档）所需的行程，设计换档拨义轴上的档位锁止槽的距离Ls ,然后用下式计算出操纵装置所需的杠杆比ic：Lc ic =

9、:Ls is D式中：is 变速器换档机构的杠杆比。L FF变速器换档操纵装置多采用软操纵装置，因此在计算时要考虑软换 档操纵装置的位移效率。4. 换档操纵手柄的作用力Fc和杠杆比"的校核换档操纵装置杠杆比ic的另一个约束条件是作用在手柄上的换档力，推荐轿车操纵手柄的换档力Fc=2CH40（N ）7。在“摘档T同步效应T挂档”的全过程中，同步效应时的作用力Fs最大，因此用Fs校核换档操纵装置杠杆比 皓。校核表达式如下：机密文件严禁外传7底盘系统设计指南Fc = Fs/ic is ?牛=2CH40 N式中：Fs 同步效应时作用力； 现代变速器换档操纵装置多采用软操纵装置，因此在计算时要

10、考虑软换档 操纵装置的传动效率。当操纵手柄的换档力Fc不在推荐范围内时，可适当的调整换档操纵装置的杠杆比ic,同时也应兼顾换档操纵手柄的行程 Lc是否理想。换档操纵装置的杠杆比ic最终确定以后，还要根据换档操纵装置的结构特点，把计算的总杠杆比ic合理的分解到各个杆件，并确定各个杆件的最终设计长度。5. 换档操纵装置的杆系运动学分析换档操纵装置是三维空间运动杆系。当换档操纵手柄的运动轨迹确定以后，需要 对换档操纵装置的各个杆件和皎接点的自由度、约束、运动干涉等作机构运动学分 析。通常情况下，可用简便可靠的“作图法”进行定性的分析；当需要作定量的分析 时，则可用比较麻烦的“解析法”求解。不过，现在

11、一般的三维软件都有机构运动 学分析的功能，这为换档操纵装置的设计和分析提供了极大的方便。Fh6. 拉线式变速操纵机构的校核计算换档杆选档臂Fhi h成xb图4拉线式换档机构的简化模型b11Fh =b X 1 X 1 X Fhi(N)af:H = x x hl(mm)bx_ ce11_Fx =-X-X X-X Fx1(N)adf:x1-选档力，变速箱选档所需力（N）;Y x 一拉线位移效率T f 一拉线载荷效率« 换档机构传动效率X = x d x x X1 (mm) c e xFh1-换档力，变速箱换档所需力(N); Fh1-换档位移量，变速箱换档所需行程（mm）;X1-选档位移量，

12、变速箱选档所需行程（mm）;Fh-驾驶员操纵换档机构所需换档力（N）;Fx-驾驶员操纵换档机构所需选档力（N）;h-驾驶员操纵换档机构所需换档行程（mm）;X-驾驶员操纵换档机构所需选档行程（mm）;7. 自动换档操纵机构的参数设计1）自动变速箱的类型及特点汽车自动变速箱常见的有三种型式，分别是液力自动变速箱（简称 AD、机 械无级自动变速箱（简称CVT、电控机械自动变速箱（简称 AMT。目前轿车普遍 使用的是AT, AT几乎成为自动变速箱的代名词。与手动变速箱相比，液力自动变速箱（AT）在结构和使用上有很大的不同。手动变速箱主要由齿轮和轴组成， 通过不同的齿轮组合产生变速变矩； 而AT是由

13、液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来 达到变速变矩。其中液力变扭器是 AT最具特点的部件，它由泵轮、涡轮和导轮等 构件组成，直接输入发动机动力传递扭矩和离合作用。CVT采用传动带和可变槽宽的棘轮进行动力传递，即当棘轮变化槽宽肘，相应改变驱动轮与从动轮上传动带的接触半径进行变速，传动带一般用橡胶带、金 届带和金届链等。CV世真正无级化了，它的优点是重量轻，体积小，零件少， 与AT比较具有较高的运行效率，油耗较低。但 CVT的缺点也是明显的，就是传动 带很容易损坏，不能承受较大的载荷，因此在自动变速器占有率约4恕下。AMTS机械变速器（手动变速箱）原有基础上进行改

14、造，主要改变手动换档操 纵部分。即在总体传动结构不变的情况下通过加装微机控制的自动操纵系统来实 现换挡的自动化。因此AMT实际上是由一个 机器人系统来完成操作离合器和选档 的两个动作。其优点是效率高，成本低，由丁 AMTte在现生产的手动变速箱基础 上进行改造，生产继承性好，投入的责用也较低，容易被生产厂接受。其缺陷是 换档过程中动力中断，有负加速。 AMT勺核心技术是微机控制，电子技术及质量 将直接决定AMT勺性能与运行质量。据悉我国今后的汽车自动变速箱国产化将重 点发展AMT近年来在欧洲流行一种双离合器自动变速器，简称DCT DCT单数档和双数档的齿轮分给两组离合器控制，变速箱由双中间轴。

15、其优点是换档时间缩短，动力 不中断。双离合器自动变速器将是未来变速箱的一种趋势。2）自动换档操纵机构的参数设计对丁 AT和CVT勺变速箱，换档机构的形式和控制策略是差不多的，而AMT勺换档操 纵机构则完全由电讯号驱动.自动换档操纵机构装置行程及换档力的设定方法可以 参照手动换档机构；但由丁自动换档操纵机构装置涉及到电讯号，因此首先要有功能 定义，是否需要P档锁止机构、手动解锁机构、档位显示等功能，根据变速箱TCU以 及整电器提供的输入来设计开发自动换档操纵机构的电讯号驱动装置.3）自动换档机构的设计标准铜牛判定基卒1.换档手柄操作力分别在温度30G 常温、80。1）自动模式方向1 ) 7.5+

16、25N2）运动模式方向2) 225+2.5Nr 3）选档方向3) 13+2N2,换档杆的游隙温度；常im利定力栏-3N±2.5mm1) AT mode mhi仿向2) Sport mode shifty向3) Select/,向3.手动解锁按钿操作力位置=N位置.温度：常遍30N以下4.换档操作噪声高换档杆500 mm的地方靴I*60dB-A以下5.软轴拉线的摩擦力常温、煞荷8.8N以下6.软轴拉线倒向管最大提角无负重+10M2.3软轴拉线的布置拉线在前仓布置时走向应平顺（最小曲率半径为 R16。，过渡的圆弧越大越好；避 免和前仓内的运动件干涉，远离热源；为降低力在拉线上的损失 ，通

17、过软轴支架软轴 拉线（如图5）应与变速箱选档（换档）臂行程范围中心线成90。,如下图所示。图5软轴布置角度示意图2.4环境条件1）零件的工作温度范围在-40oC9GbC工作温度区间内应保证润滑充分，橡胶部件其特性无变异，档 位操纵顺畅准确；电子器件工作特性正常，外观件不得有不可回复的变形；在 120oC温度区间放置10分钟，不得有零件自燃及可燃成分滴下；2）其他注意事项选换档拉线及其附件（支架、卡箍等）因布置丁前仓，环境复杂恶劣，故对温度, 盐雾，老化，臭氧均有严格要求；详见企业标准SQR.04.285.2.5设计基本限制因素1. 变速箱输入主要包括： 档位布置（前进档位数及各档位分布情况）行

18、程，选换档力 （或换 档冲量），空行程量，同步器冲击力等；具体计算方法见 2.2.3手动换档操纵装置 的行程及杠杆比的设计和2.2 4换档操纵手柄的作用力Fc和杠杆比ic的校核.2. TC U对输入信号及控制策略的要求主要针对AT或CVT变速箱；随着自动变速箱技术的日益成熟，控制策略也越加 复杂；因我公司目前尚未具备变速箱的完全开发能力，故目前自动档车型均大量 引进欧美日成熟变速箱；其控制策略多种多样，要求操纵机构的输入信号也都不 同；较为简单的是采用开关触发信号（如B111504010）;复杂的有采用霍尔电磁感应式传感器（A15-1504010）等；鉴丁国内供应商的开发实力，较为常规的做 法

19、是仿制原件进行开发；对丁自行研发或合作研发的自动变速箱则统一了通讯信 号的定义，如CVT19及4HP20，都采取了 B11的通讯信号系统；变速箱的控制策略决定了操纵机构的电路系统；前期的操纵机构只是起着传递行 程和力的基本用途，其研发难度与MT相当；但随着汽车电子技术和变速箱技术飞速发展， 特别是手自一体 式变速箱和CVT的出现，对操纵机构的电路系统提出更高的要求：操纵机构需提 供“ +、一 ”档的操纵信号，档位信号，仪表显示；提供P档锁止的输入端子；某些特殊功能如“ WINTER模式、“SPORT模式、“OVERDRIVE模式的操纵触发信号等;3. 布置因素包括软轴拉线的布置：曲率应大丁等丁

20、 R20Q走向应留有弯曲余量，以确保动力总 成抖动时（按最大土 15mm的可伸缩量；远离热源和运动部件等；操纵手柄的布置：应符合人机工程要求；4. 外观要求取决丁手柄和面板（防尘罩）的 A面造型及整车的内饰定义；常见的表面处理有 仿桃木、镀铭（锐）、包裹真皮等；2.6零件装配设计1. 组成该系统的的零部件参见装置图1、2和3.2. 该部件在该零件上的定位、装配模式/组装若机构为机构为冲压焊接件，则其安装、定位靠主要靠焊接夹具予以保证；产品一致性较差；如 B11-1504010、S11-1703010 等；如图 6;图6目前广泛应用的为注塑成形；其主体部分为一次注塑成形，部件连接多采用过盈 配合

21、压装，辅以卡箍、钏钉等多种连接方式；虽然模具的一次性投入较大，但重量 轻，质量稳定，生产成本低，更适宜大批量生产；此种结构的主要缺点是模具修整 困难，不易返工；拆装不便等；如 A15-1504010等；拉线与操纵机构，拉线与车身、拉线与软轴支架、手柄与操纵杆等的装配，均采 用自锁式卡接结构，且连接处多采用橡胶阻尼，以增强缓冲，改善振动与操作手感； 详见图1和图3.3. 各部件的装配要求装置内部各部件之间的连接要求定位准确，连接可靠；最好为“软连接”，以抵 消动力总成振动引起的冲击；尤其是拉线与操纵机构之间的连接通常要求拉线为长 度可调的，以确保拉线的行程可以均匀分配；4. 系统内的部件材料说明因各种操纵机构的结构、制造方式不同，下面以 A21变速操纵机构装置为例说明；零件号A21-1703010零件名称换档操纵机构总成供应商材料定义阶段厂家名称吉林通同P部件名称变速杆材料名称¥15球销Y15J氐崖支架D3AL选档臂橇胶垫EPDM大球碗