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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）
設(shè)計(jì)(論文)題目：一種轎車用變速器的設(shè)計(jì)（操縱機(jī)構(gòu)
設(shè)計(jì)）
學(xué)生姓名：
二級(jí)學(xué)院：
班 級(jí)：
提交日期：
IV
目 錄
摘 要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
第一章 緒 論 1
1.1?引言 1
1.2變速器概述 1
1.3本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容? 4
第二章 變速器操縱機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)與原理 6
2.1變速器操縱機(jī)構(gòu)功用 6
2.2變速器操縱機(jī)構(gòu)的類型 6
2.3操縱機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)? 6
2.4變速器鎖止原理 7
第三章 變速器操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
3.1初步選定參數(shù) 10
3.2具體參數(shù)的計(jì)算校核及相關(guān)機(jī)構(gòu)的確定 12
第四章 變速器操縱機(jī)構(gòu)零件三維建模 18
4.1. 一二擋換擋總成的建模 18
4.2其他零件建模 23
4.3 本章小結(jié) 27
第五章 論文總結(jié) 28
參考文獻(xiàn) 29
致 謝 30
一種轎車用變速器的設(shè)計(jì)（操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)）
摘 要
隨著人們生活水平的提高，汽車已經(jīng)入千家萬戶。而變速器作為汽車上的一個(gè)重要裝置，自然為人們所關(guān)注。本次設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)5擋的變速器操縱機(jī)構(gòu)，并進(jìn)行部分零件的計(jì)算校核。利用Pro/E三維軟件對其進(jìn)行虛擬建模，繪制出包括各擋撥叉、撥叉軸等的零件圖，然后進(jìn)行裝配并繪制出二維和三維的裝配圖。變速器操縱機(jī)構(gòu)作為變速器控制裝置，與汽車能否正常行駛關(guān)系密切，其設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)、復(fù)雜的過程。
關(guān)鍵詞：變速器、操縱機(jī)構(gòu)、虛擬建模
The design of the transmission (operating mechanism design)
Abstract
With living standard rising, the car has been into the thousands. As an important device on the motor and transmission, natural for people to concern.The design task is to design a 5 block transmission of operating mechanism, and parts of the calculation and checking. Using Pro/E 3 d software for the virtual modeling, map out including the shift fork, fork shaft parts diagram, and then are assembled and draw 2 d and 3 d assembly drawing. Transmission control mechanism as a transmission control unit, and is close to the car can run normally, its design is a system,complex process.
Keywords：transmission、control mechanism、virtual modeling
V
第一章 緒論
第一章 緒 論
1.1?引言
隨著工業(yè)和科技水平的提高，各式各樣的汽車被制造出來，進(jìn)入人們的生活中。轎車以其優(yōu)美的造型，合理的價(jià)格，在我國廣受人們歡迎。目前來說，轎車已經(jīng)是人們生活著必不可少的交通工具，在我國有很大的市場以及廣闊的發(fā)展前景。消費(fèi)者對汽車的需求越來越高，對汽車各方面要求也是越來越具體，越來越多樣。
汽車被關(guān)注的熱度不斷升高，人們對于汽車的結(jié)構(gòu)原理自然也開始去了解。變速器是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)重要部件，能用來改變來自發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞出的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)速度與動(dòng)力輸出的轉(zhuǎn)變。駕駛員可根據(jù)路況、時(shí)間以及汽車使用條件的需要，利用變速器的操縱機(jī)構(gòu)控制變速器，以達(dá)到掛擋、換擋或者退到空擋的目的。變速器由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成，其操縱機(jī)構(gòu)是車輛所有操縱系統(tǒng)中用的最多的裝置，所以操縱機(jī)構(gòu)也成了人們常常關(guān)注的一個(gè)點(diǎn)。操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和裝配能直接影響汽車行駛時(shí)的噪音、震動(dòng)、平穩(wěn)性和駕駛性，從而影響整車的質(zhì)量。
轎車是生活中最普遍的一類車，故本次設(shè)計(jì)內(nèi)容主要設(shè)計(jì)一個(gè)轎車用變速器的操縱機(jī)構(gòu)。
1.2?變速器概述
1.2.1選題及意義
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，汽車從以往的奢侈品變成人們能負(fù)擔(dān)的起的代步工具，愛車之人也日益增多，汽車成為了人們茶余飯后的談資。變速器作為汽車上一個(gè)重要部件，也受到人們越來越多的關(guān)注。因此我想進(jìn)一步了解變速器的結(jié)構(gòu)以及功能等，尤其是其操縱機(jī)構(gòu)，所以本次設(shè)計(jì)選擇了這個(gè)題目。
通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以讓我更好的鞏固自己所學(xué)過的理論知識(shí)，同時(shí)讓我加深了對轎車變速器結(jié)構(gòu)及其工作原理的了解。在設(shè)計(jì)過程中可以鍛煉自己的構(gòu)思能力以及作圖能力，是一次很好的提升自己能力的機(jī)會(huì)。
32
第一章 緒論
1.2.2變速器的分類
現(xiàn)在市場上普遍應(yīng)用的變速器無外乎四種，配置于不同車型，他們分別是：手動(dòng)變速器、自動(dòng)變速器、手動(dòng)/自動(dòng)一體變速器、無級(jí)變速器，下面將分別進(jìn)行論述。
1.手動(dòng)變速器
手動(dòng)變速器又被稱為有級(jí)變速器，它是采用齒輪組，每組齒輪組都有著固定的傳動(dòng)比，比如一擋傳動(dòng)比是3：1，二擋傳動(dòng)比是2.5：1。因?yàn)檫@些變速比都是固定的，所以這些變速比也被稱為“級(jí)”，用這些變速比乘以減速比就得出了總傳動(dòng)比。
隨著自動(dòng)變速器的出現(xiàn)，便隨之出現(xiàn)了手動(dòng)變速器即將被取代的說法。確實(shí)，自動(dòng)變速器有著操作簡單方便的優(yōu)勢，憑著這個(gè)優(yōu)勢，自動(dòng)擋的車越來越多的出現(xiàn)在人們的生活中。但是手動(dòng)變速器也有其獨(dú)特的優(yōu)勢。下面將從三個(gè)方面講解。
（1）手動(dòng)變速器能幫助提供更強(qiáng)大的動(dòng)力。例如載貨的卡車，通常需要裝載很重的貨物，因此需要強(qiáng)大的牽引力。除了需要發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)勁之外，變速器也可以起到一定的作用。通常掛在一擋時(shí)，車子能產(chǎn)生巨大的牽引力，來克服阻力，使汽車能前進(jìn)，在爬坡時(shí)這項(xiàng)優(yōu)勢就更為明顯。
（2）手動(dòng)變速器有良好的操作性。雖然相比于自動(dòng)變速器來說較為繁瑣，但是對于開慣了手動(dòng)擋的老司機(jī)來說，自動(dòng)擋會(huì)很不適應(yīng)，而且沒有了換擋的操作，跑起來難免會(huì)有些乏味。而且學(xué)習(xí)操作手動(dòng)變速器是每個(gè)學(xué)駕照的人必備的素質(zhì)，是學(xué)習(xí)駕駛的基礎(chǔ)，就像只有先學(xué)會(huì)走才能學(xué)會(huì)跑。因此，手動(dòng)變速器從這方面講還有其特定的存在價(jià)值。
（3）手動(dòng)變速器還有最大的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是省油?，F(xiàn)在世界石油資源緊張，而各國對石油的依賴并沒有明顯的減少，油價(jià)也是越來越貴，而手動(dòng)變速器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是省油，因此它適合于各種經(jīng)濟(jì)型轎車的廠家，也比較能滿足普通家庭的需要。從近幾年來看，經(jīng)濟(jì)適用型轎車銷量一直比較穩(wěn)定，這多半要?dú)w功于其手動(dòng)變速器的設(shè)置。
2.自動(dòng)變速器
自動(dòng)變速器并不像手動(dòng)變速器那樣需要用幾組齒輪組進(jìn)行變速，而是采用行星齒輪機(jī)構(gòu)，這就比齒輪組的設(shè)計(jì)更加巧妙了。它可以根據(jù)油門踏板的踩踏程度，而無須駕駛員手動(dòng)掛擋，就可以改變傳動(dòng)比，以達(dá)到變速的目的。自動(dòng)變速汽車上沒有安裝離合器，操作簡單，避免了兩只腳踩踏板的繁瑣，這一點(diǎn)為多數(shù)新手所喜愛。
自動(dòng)變速器憑借它操作簡便的優(yōu)勢在汽車市場上享有自己的一片天空。它可以降低駕駛員的駕車疲勞程度，使其能盡情享受駕駛的樂趣。尤其是在道路比較擁堵的時(shí)候，經(jīng)常需要起步和停車，而駕駛自動(dòng)擋汽車的人則可以省去頻繁換擋的麻煩，這一點(diǎn)優(yōu)勢就很明顯了。所以對于自動(dòng)變速器還是手動(dòng)變速器的選擇，還需考慮多方面因素。
從市場調(diào)查來看，自動(dòng)變速汽車更適合女性駕駛員的口味，并且前景良好，以后必然會(huì)越來越多的出現(xiàn)在人們的生活中。
3.手動(dòng)/自動(dòng)一體變速器
前面已經(jīng)分別介紹了手動(dòng)變速器和自動(dòng)變速器，它們各有長短，分別適合不同的人群，可謂是平分秋色。正因如此，所以便誕生了一種手動(dòng)/自動(dòng)一體的變速器。
這種變速系統(tǒng)可以同時(shí)提供給人們兩種不同的駕駛方式，根據(jù)路況或者人的心情等不同，選擇適當(dāng)?shù)鸟{駛方式，迎合了更多人的口味。同時(shí)還可以使車子有更好的適應(yīng)性。如前文所講，手動(dòng)變速器為多數(shù)人喜愛，而自動(dòng)變速器為多數(shù)女性喜愛，而這類車可謂是兼顧了雙方，是一項(xiàng)很實(shí)用的創(chuàng)造。
而且這類車造價(jià)也不是很高，比較平民化，可以為較多人擁有，也有著廣闊的發(fā)展前景。
4.無級(jí)變速器
隨著科技水平發(fā)展，人們對汽車性能要求也在提高，汽車的各類裝置自然也要與時(shí)俱進(jìn)，變速器也不例外。而現(xiàn)在最高端的變速器，便要屬無級(jí)變速器了。無級(jí)變速器先進(jìn)的部分在于，它不是用齒輪來變速了，而是使用鋼帶和滑輪，傳動(dòng)比可以隨意且平穩(wěn)的變化，沒有手動(dòng)擋那種突跳的感覺。
1.3本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容?
本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺(tái)轎車上手動(dòng)變速器。本次設(shè)計(jì)采用中間軸式變速器，它具有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：一個(gè)是其直接擋的傳動(dòng)效率很高，而且磨損及噪聲也較??；二是在齒輪中心距比較小的情況下仍可以得到較大的一擋傳動(dòng)比。???????????????????
根據(jù)轎車的最高時(shí)速、輪胎型號(hào)、最大扭矩、最大功率、最高轉(zhuǎn)速等等參數(shù)，再設(shè)計(jì)自己所需要的人手操縱力、換擋桿長度、選擋軸力矩、換擋軸力矩、換擋搖臂長度、換擋搖臂長度和手柄操縱力等重要參數(shù)。再根據(jù)自己以前學(xué)過的汽車構(gòu)造、機(jī)械設(shè)計(jì)制造基礎(chǔ)等理論知識(shí)，便不難得出變速器操縱機(jī)構(gòu)的零件參數(shù)。
所設(shè)計(jì)的變速器的功用有：①能夠改變傳動(dòng)比，也能改變轉(zhuǎn)矩，改變汽車牽引力，使汽車能在起步、平地行駛或者爬坡時(shí)能更好的適應(yīng)路況，使發(fā)動(dòng)機(jī)能在比較有利的條件下工作；②在發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件不變的情況下，可以多加入一個(gè)嚙合齒輪使汽車能倒退行駛。③在空擋時(shí)，可以阻斷發(fā)動(dòng)機(jī)到車輪的能力傳遞，使發(fā)動(dòng)機(jī)怠速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)便于再次掛擋。這臺(tái)變速器通過同步器來換擋，設(shè)有五個(gè)前進(jìn)擋位和一個(gè)倒擋。
第二章 變速器操縱機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)與原理
第二章 變速器操縱機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)與原理
2.1變速器操縱機(jī)構(gòu)功用
變速器的操縱機(jī)構(gòu)的功用是控制變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，改變齒輪組的嚙合，從而改變變速器的傳動(dòng)比，以達(dá)到變換擋位的效果，或者中斷發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞。駕駛員可以通過變速器操縱機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確的掛入需要的任意擋位，并且隨時(shí)能退入空擋。
為了能使變速器準(zhǔn)確高效的工作，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對其操縱機(jī)構(gòu)提出如下要求：
（1）在機(jī)構(gòu)里面應(yīng)該設(shè)置自鎖裝置，以確保變速器不會(huì)自動(dòng)掛擋或者脫擋。
（2）在機(jī)構(gòu)里面應(yīng)該設(shè)置互鎖裝置，以確保變速器不會(huì)同時(shí)掛入多個(gè)擋位。
（3）在機(jī)構(gòu)中應(yīng)設(shè)置倒擋鎖，以防止不小心掛到倒擋。
（4）應(yīng)保證輕便可靠的換擋。
2.2變速器操縱機(jī)構(gòu)的類型
駕駛員可以根據(jù)路況、行人的因素通過變速器的操縱機(jī)構(gòu)掛上任意擋或者換至空擋，確保汽車能在道路上安全平穩(wěn)的行駛?？梢愿鶕?jù)變速器設(shè)置的位置不同將變速器分為兩大類：離駕駛員較近的稱為直接操縱機(jī)構(gòu)，較遠(yuǎn)的稱為遠(yuǎn)距離操縱機(jī)構(gòu)。
?(1)直接操縱機(jī)構(gòu)?
直接操縱機(jī)構(gòu)是指變速器布置的里駕駛員位置較近的操縱機(jī)構(gòu)。這種操縱機(jī)構(gòu)的話變速桿可以由駕駛員直接操控，因?yàn)樽兯贄U可以從底板伸到駕駛室。這種機(jī)構(gòu)一般結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，主要由撥叉軸、撥叉和變速桿等裝置組成。
?(2)遠(yuǎn)距離操縱機(jī)構(gòu)?
遠(yuǎn)距離操縱機(jī)構(gòu)是指變速器與駕駛員距離較遠(yuǎn)的操縱機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)往往需要在變速桿與操縱機(jī)構(gòu)之間安裝一套輔助構(gòu)架，即外部操縱機(jī)構(gòu)。這套操縱機(jī)構(gòu)必須具有足夠的剛度，否則會(huì)造成換擋手感不明顯，從而影響駕駛員的操作感。一般用于轎車、微型車或者其他一些輕型車上。
2.3?操縱機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)?
從換擋方便考慮，首先就要確定換擋的位置圖。這也是設(shè)計(jì)操縱機(jī)構(gòu)首先要考慮的事。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意以下3點(diǎn)：?
①應(yīng)該按擋位的順序由小到大來排列；?
②通常將常用擋位放在好掛擋的位置，不常用的擋位放在其余位置；?
②為了防止不小心掛入倒擋，應(yīng)將倒擋設(shè)置在比較偏的位置。
2.3.1變速桿
變速桿就是我們平時(shí)最常見的立在駕駛座旁邊的那根操縱桿，駕駛員通過變速桿來實(shí)現(xiàn)換擋，改變變速器內(nèi)齒輪組的嚙合，改變轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩，使汽車前進(jìn)或者倒退。變速桿中部是球體，上端伸入駕駛室內(nèi)，變速桿以球體為支點(diǎn)可以做類似杠桿的運(yùn)動(dòng)，使下端能軸向移動(dòng)。從而帶動(dòng)變速撥叉做軸向運(yùn)動(dòng)，使變速器內(nèi)齒輪結(jié)合或者分離，就可以掛入擋位。在中國大陸，由于駕駛座一般設(shè)置在左側(cè)，變速桿一般設(shè)置在駕駛座的右側(cè)。因?yàn)樽兯贄U與駕駛員接觸比較密切，所以在設(shè)計(jì)時(shí)必須多花心思。必須綜合考慮通用性、使用型、經(jīng)濟(jì)性等。
2.3.2變速撥叉和軸?
變速撥叉一端用螺釘定在撥叉軸上，另外一段與掛擋齒輪相連，也就是說，通過變速撥叉將撥叉軸和掛擋齒輪連接在了一起。在空擋的時(shí)候，撥叉頂部凹槽基本在同一直線對齊，從而使變速桿下端能夠移動(dòng)，能伸入所掛擋位的撥叉凹槽中。
2.4變速器鎖止原理
2.4.1自鎖原理及裝置
自鎖機(jī)構(gòu)就是用對各擋撥叉軸進(jìn)行軸向定位鎖止，防止其自動(dòng)產(chǎn)生軸向的移動(dòng)而造成變速器自行換擋和脫擋的。
自鎖裝置一般是由一個(gè)自鎖鋼球和一個(gè)自鎖彈簧組成。在變速器蓋前端會(huì)有三個(gè)深孔，位于撥叉軸正上方，空中裝入自鎖鋼球和自鎖彈簧。每根撥叉軸對著自鎖鋼球的一面有三個(gè)凹槽，中間凹槽正對鋼球時(shí)是空擋位置，左右凹槽正對鋼球時(shí)則是處于某一擋的工作位置。自鎖鋼球被自鎖彈簧壓入撥叉軸的相應(yīng)凹槽內(nèi)，彈性鍵，撥叉軸若要移開擋位的位置，需要克服自鎖彈簧的彈力才能移動(dòng)，彈簧彈力較大時(shí)只有駕駛員在撥叉軸上施加力才能使之移動(dòng)，而撥叉軸不能自己移動(dòng)，從而能防止其自動(dòng)換擋或脫擋。
下圖為變速器自鎖裝置原理圖。
圖2.1 變速器的自鎖及互鎖裝置
2.4.2互鎖原理及裝置
互鎖機(jī)構(gòu)就是用來阻止兩個(gè)撥叉軸同時(shí)移動(dòng)，即防止變速同時(shí)掛入兩個(gè)擋位，而使汽車行駛出現(xiàn)問題。最常用的有鎖球式、鎖銷式和鉗口式。下面主要介紹鎖球式互鎖裝置。
鎖球式互鎖裝置一般由互鎖鋼球和互鎖銷組成。每根撥叉軸朝向互鎖鋼球的側(cè)表面都有一個(gè)深度相同的凹槽，中間撥叉軸上有兩個(gè)凹槽，之間有孔相通，空中有一根可移動(dòng)的互鎖銷。當(dāng)一根撥叉軸移動(dòng)時(shí)，其一側(cè)鋼球從凹槽中被擠出，然后嵌入相鄰軸的凹槽內(nèi)，將相鄰軸鎖止在空擋位置。
下面是互鎖裝置的工作原理圖。
圖2.2 鋼球式互鎖裝置工作原理圖
2.4.3倒擋鎖
倒擋鎖作用就是通過操縱力提醒駕駛員，防止誤掛倒擋，提高安全性。
倒擋鎖是由1擋、倒擋撥塊中的倒擋鎖銷和彈簧組成。駕駛員在選擇一擋或者倒擋時(shí)，必須有意識(shí)地用較大的力操縱變速桿，以此來提醒駕駛員，變速器正在掛入倒擋。?
第三章 變速器操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
第三章 變速器操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1初步選定參數(shù)
3.1.1換擋力傳動(dòng)比
駕駛員操縱變速桿來掛擋，所用最小的力稱之為手柄操縱力。其中用到了類似杠桿原理。杠桿原理大家都知道，可以省力，但是會(huì)增加力臂。這里涉及到的力的傳動(dòng)比實(shí)際就是兩個(gè)力臂的比值。通過增加變速桿的長度可以增大力傳動(dòng)比，但是隨之而來又有負(fù)面效應(yīng)，就是駕駛員操縱變速桿時(shí)幅度會(huì)增大。經(jīng)查閱資料，根據(jù)人體工程學(xué)的要求，變速操縱桿布置在以座椅中心線離靠背100mm 處為圓心, 以600mm為半徑所畫的圓范圍內(nèi)較合適，從而駕駛員能更好的操作變速桿。
3.1.2靜態(tài)換擋力
駕駛員換擋必須克服的力為靜態(tài)換擋力，總體來說，它屬于有益的阻力。但是也并不能過大，國家對此做出了要求。一般要求靜態(tài)換擋力小于500N，才能在操縱時(shí)比較舒適。
3.1.3耗散力
駕駛員操縱手柄的力，并非所有都用于克服變速器的換擋力，也不可能做到都去克服換擋力。有一部分會(huì)從機(jī)械能轉(zhuǎn)變成聲能、內(nèi)能等，而這部分損耗的力量便稱為耗散力。不同于換擋力，耗散力應(yīng)當(dāng)是越小越好，否則就容易造成操縱困難，或者導(dǎo)致桿件變形，零件磨損加快等問題，屬于有害阻力，應(yīng)當(dāng)盡量避免。所以在設(shè)計(jì)是一定要考慮到這一點(diǎn)，盡量降低耗散力。一般來說，選用合適的支撐材料或者優(yōu)化防塵罩結(jié)構(gòu)，是降低耗散力的有效手段。
3.1.4操縱桿長度
考慮到本次設(shè)計(jì)的是轎車用變速器操縱機(jī)構(gòu)，并且經(jīng)過對人們生活中相關(guān)產(chǎn)品的調(diào)查，初定操縱桿的長度為：350mm。
3.1.5操縱桿運(yùn)動(dòng)范圍
查閱有關(guān)資料，得出操縱器與人體相關(guān)的尺寸參數(shù)，從而確定操縱桿前后最大運(yùn)動(dòng)范圍和左右最大運(yùn)動(dòng)范圍。
前后最大運(yùn)動(dòng)范圍為：45度
左右最大運(yùn)動(dòng)范圍為：90度
根據(jù)設(shè)計(jì)需要，選取：
操縱桿前后運(yùn)動(dòng)范圍為：20度；左右運(yùn)動(dòng)范圍為：15度。
3.1.6換擋搖臂長度以及換擋力矩
經(jīng)過在實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)測量，并且參考桑塔納2000變速器設(shè)計(jì)參數(shù)，初定本次設(shè)計(jì)選?。?
換擋搖臂長度：80mm；
換擋力矩：15N.m；
選擋搖臂長度：80mm ；
選擋力矩：25N.m
3.1.7選、換擋搖臂運(yùn)動(dòng)范圍
換擋搖臂：前、后運(yùn)動(dòng)最大角度為：25度；
選擋搖臂：向前運(yùn)動(dòng)最大角度為：20度，
向后運(yùn)動(dòng)最大角度為：15度。
3.2具體參數(shù)的計(jì)算校核及相關(guān)機(jī)構(gòu)的確定
本設(shè)計(jì)根據(jù)桑塔納2000的車型展開，設(shè)計(jì)中所采用參數(shù)均來自此種車型：
最高時(shí)速：175km/h
輪胎型號(hào)：195/60R14
發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)：74千瓦4缸2氣門電子控制多點(diǎn)噴射汽油機(jī)（AYJ)
最大扭矩：155Nm/3800rpm
最大功率：74/5200?
最高轉(zhuǎn)速：5000r/min
主要參數(shù)
人手操縱力：35N；
換擋桿長度：250mm；
選擋軸力矩：25Nm；
換擋軸力矩：15Nm；
換擋搖臂長度：80mm；
選擋搖臂長度：80mm;
手柄操縱力：66N?
3.2.1操縱桿支點(diǎn)的確定
在計(jì)算時(shí)，換擋搖臂和變速桿之間的運(yùn)動(dòng)相較于選擋搖臂與變速桿之間的運(yùn)動(dòng)更為簡單，故我們選取換擋搖臂來計(jì)算支點(diǎn)。
已知：操縱力為66N，換擋搖臂長度為80mm，所需力矩為Q=66N.m
B 66N
350-
A
O C
為了方便加工制造，這里取整數(shù)x=92mm
3.2.2變速桿直徑的確定
在駕駛汽車時(shí)，駕駛員直接通過變速桿來實(shí)現(xiàn)換擋，間接控制汽車的速度和牽引力，使汽車能在不同路況下平穩(wěn)行駛?？梢哉f，除了方向盤以外，變速桿是駕駛員平時(shí)接觸最多、用的最頻繁的一個(gè)裝置。因此它的設(shè)計(jì)制造直接影響人的手感和舒適感。我們在設(shè)計(jì)這個(gè)裝置時(shí)，不光要考慮它的強(qiáng)度剛度等因素，還必須把人為的因素考慮進(jìn)去，才能使設(shè)計(jì)更加完美，更能迎合大眾。
操縱桿材料：
既然是設(shè)計(jì)，那必然要考慮材料的成本，同時(shí)又要符合強(qiáng)度剛度要求，才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。查閱資料后，我決定選取A級(jí)Q235鋼作為其制造材料。這種材料在工業(yè)上運(yùn)用廣泛，是一種性價(jià)比比較高的碳素鋼。
確定操縱桿直徑
經(jīng)查閱資料，轎車換擋桿直徑一般均在以下，所以Q235鋼的屈服極限選為 （直徑≤），剪切強(qiáng)度。操縱桿的布置涉及到駕駛員的操作，所以必須考慮到其中存在的不確定因素。排除這些因素，才能保證駕駛員在行車時(shí)的可靠性。故我們在這里設(shè)置安全系數(shù)n?？紤]到操縱桿的實(shí)際工作情況，這里選n=3。
∵
∴
∵ 材料需滿足剪切強(qiáng)度條件，即 ，
∴ , 又∵ ，
∴ ，
所以變速桿的直徑：
為了接下來的校核計(jì)算，也為了方便制造，這里我們選取d=13mm
（1）變速桿剛度校核
我們在設(shè)計(jì)時(shí)要保證強(qiáng)度，是為了防止其疲勞破壞，但同時(shí)我們也要保證其剛度，以免其發(fā)生過度的彎曲變形而導(dǎo)致操縱不便。所以剛度也是設(shè)計(jì)時(shí)不容忽視的一項(xiàng)。下面是校核剛度的過程：
操縱桿的慣性矩（圓截面）：
操縱桿的最大撓度在自由端截面，其值為：
（變速桿長度為210mm，鋼的彈性模量）
∵ 一般軸的許用撓度
∴
∵ < ，
∴ 操縱桿滿足剛度要求。
（2）操縱桿的穩(wěn)定計(jì)算
生活中不難見到某些裝置因?yàn)槌惺懿涣诉^度的壓力而發(fā)生斷裂，造成大小不一的事故。這就是因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮到壓桿失穩(wěn)的情況。這種情況一旦發(fā)生，小則使構(gòu)件損壞，導(dǎo)致裝置失靈，大則引起整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓，損失難以估量。?這種情況雖然工程中在所難免，但設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮并盡量避免。
壓桿失穩(wěn)發(fā)生的原因主要是因?yàn)闂U上的壓力接近極限值的時(shí)候，桿的彎曲程度急劇變化而使其產(chǎn)生塑形變形甚至斷裂。?
所以在設(shè)計(jì)時(shí)就必須找出這個(gè)極限值，這才是解決穩(wěn)定性問題的關(guān)鍵。經(jīng)查閱資料得知，桿一端被約束時(shí)細(xì)長桿的臨界力公式如下，即
，為長度系數(shù)。
因?yàn)樽兯贄U在使用時(shí)有一端固定在車子底盤，一端由駕駛員操控，所以長度系數(shù)取=2，則變速桿的臨界力：
校核操縱桿穩(wěn)定性：
校核穩(wěn)定性通常用安全系數(shù)表示表示。即
，為穩(wěn)定安全系數(shù)。
一些難以避免的因素，如荷載的偏心、材料的不均勻等，對桿件的穩(wěn)定性的影響比對強(qiáng)度的影響要大，它們使臨界力顯著下降。所以，穩(wěn)定安全系數(shù)通常規(guī)定得比強(qiáng)度安全系數(shù)高。因此，這里選n=4
因?yàn)樵谝话闱闆r下，人操作變速桿不會(huì)出太大力氣，考慮到各種可能發(fā)生的意外情況，這里設(shè)計(jì)時(shí)保守一些，取操縱力P=300N
∵
∴
由上面計(jì)算可得，變速桿滿足要求。
3.2.3變速桿中間軸直徑的確定
（1)確定變速桿桿中間軸直徑
對中間軸受力進(jìn)行分解可知，中間軸受到人手操縱力的分力力矩和變速器頂蓋平衡彈簧（旋扭轉(zhuǎn)彈簧）的回位力矩中，扭轉(zhuǎn)彈簧的回位力矩為選擋搖臂的工作時(shí)所需的力矩減去其自身的彈簧回位力矩。通過對相關(guān)變速器的測量，選擋搖臂自身的彈簧回位力矩為5N.m左右。因?yàn)檫x擋搖臂工作所需的力矩為25N.m，所以中間軸彈簧的力矩為20N.m。
參考相關(guān)產(chǎn)品尺寸，我們確定 AO=，AB=BO=，則：
在B點(diǎn)處的等效力：
為的一個(gè)分力，其大小為：
由圖可知，點(diǎn)B處的力：
中間軸的材料和操縱桿相同，為Q235鋼，其許用剪應(yīng)力，
∵ ，
∴ , 又∵ ，
∴
即，只要中間軸直徑d=1.5mm3就滿足強(qiáng)度條件。為了制造的方便，參考市場上銷售的相關(guān)產(chǎn)品，這里選d=9mm。
（2）中間軸剛度校核
中間軸的慣性矩（圓截面）：
點(diǎn)B處的撓度為：
點(diǎn)A處的的撓度為：
則中間軸的撓度為：
∵ 軸的許用撓度
∴
∵ < ，
∴ 中間軸滿足剛度要求。
中間軸不用承受多大壓力，故不需要進(jìn)行校核。
第四章 變速器操縱機(jī)構(gòu)零件三維建模
第四章 變速器操縱機(jī)構(gòu)零件三維建模
對于一個(gè)復(fù)雜機(jī)構(gòu)，其建模的方法一般是先創(chuàng)建多個(gè)零件，然后將這些零件裝配在一起。Pro/E基于特征的零件建模過程就是模仿零件的加工過程，即各特征的建立順序應(yīng)盡可能與零件的加工順序一致。一般零件建模的方法就采用以上介紹的建模方法，建模過程如下：
(1)根據(jù)零部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，先建立一個(gè)基本體素或掃描特征作為零件的毛坯；
(2)再參照零件的粗加工過程逐步創(chuàng)建零件的孔、鍵槽、型腔、凸臺(tái)、凸墊及用戶定義等特征；
(3)最后參照零件的精加工過程創(chuàng)建倒圓、倒角、螺紋、修剪和陣列等特征。由于圓柱、塊和錐等基本體素屬非關(guān)聯(lián)性特征，它們不與已建立的幾何對象關(guān)聯(lián)。因此，為了保證模型的可修改性，在一個(gè)零件模型中創(chuàng)建的基本體素不要超過1個(gè)，而且基本體素一般被作為第一個(gè)特征。下面具體以“一二擋零件總成”來詳細(xì)說明建模過程。
4.1. 一二擋換擋總成的建模
4.1.1．一二擋換擋軸建模
(1)運(yùn)行Pro/E。單擊新建“文件”工具欄中的新建工具，彈出“新建”對話框，如圖4.1所示。
(2)點(diǎn)選“類型”選項(xiàng)中的“零件”單選按鈕，點(diǎn)選子類型選項(xiàng)中的“實(shí)體”按鈕，并在名稱文本框中輸入新建文件的名稱，取消勾選“使用默認(rèn)模板”復(fù)選框，單擊確定彈出新建文件選項(xiàng)的對話框。
(3)選擇“mmns_part_solid”模板，確定單位為毫米/牛頓/秒，單擊確定完成如圖4.2所示。
圖4.1 新建窗口
圖4.2 選擇單位類型
(4)創(chuàng)建草繪圖形。選擇TOP面為基準(zhǔn)平面，Right為基準(zhǔn)平面，單擊確定進(jìn)入草繪截面如圖4.3所示。
(5)根據(jù)二維圖紙繪制出換擋軸的草繪圖，繪圖時(shí)要選取相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸線，以旋轉(zhuǎn)出三維模型，如圖4.4所示。
圖4.3 “草繪屬性”窗口
圖4.4 “草繪”窗口
(6)繪出草圖后單擊右下角圖標(biāo)，完成三維建模，進(jìn)行倒圓角處理得到實(shí)體模型，如圖4.5所示。
圖4.5 一二擋撥叉軸
4.1.2．一二擋換擋撥叉建模
(1)創(chuàng)建新文件與前面介紹撥叉軸建模類似，只是將名稱命名為“一二擋撥叉”。
(2)利用拉伸工具繪制出撥叉外輪廓，如圖4.6所示。
圖4.6 繪制一二擋撥叉外輪廓
(3)利用拉伸去除材料，作出撥叉軸孔，如圖4.7所示。
圖4.7 繪制一二擋撥叉軸孔
(4)修剪實(shí)體初步得到撥叉外形，并修剪倒角得到撥叉實(shí)體，如圖4.8所示。
圖4.8 繪制一二擋撥叉實(shí)體
4.1.3．一二擋換擋臂建模
(1)創(chuàng)建新文件與前面介紹兩個(gè)實(shí)體建模類似，將名稱命名為“一二擋換擋臂”。
(2)利用拉伸工具得到換擋臂粗外輪廓，如圖4.9，圖4.10所示。
(4)修剪實(shí)體初步得到換擋臂外形，并修剪倒角得到換擋臂實(shí)體，如圖4.11所示。
圖4.9 一二擋換擋臂粗輪廓圖 4.10 一二擋換擋臂粗輪廓
圖4.11 一二擋換擋臂
4.2其他零件建模
4.2.1．彈簧的建模
(1)單擊新建按鈕，在“新建”對話框中輸入文件名“tanhuang”。
按照上述零件建模方法，創(chuàng)建變速器操縱機(jī)構(gòu)模型的零件，包括：然后單擊確定。
(2)在主菜單中依次單擊“插入”“螺旋掃描”“伸出項(xiàng)”按鈕，彈出對話框，如圖4.12所示。
圖4.12 菜單管理器
(3)根據(jù)管理器選項(xiàng)依次選取“常數(shù)”“穿過軸”“右手定則”“完成”命令，選取“Front”面為草繪平面，系統(tǒng)彈出“方向”選擇正向，單擊缺省設(shè)置進(jìn)入草繪環(huán)境。
(4)繪制草繪線，單擊確定輸入節(jié)距，得到草繪軌跡。
(5)繪制截面，如圖4.13所示。
圖4.13 彈簧絲截面
(6)掃描實(shí)體，完成建模，效果如圖4.14所示。
圖4.14 彈簧
4.2.2．殼體的建模
(1)單擊新建按鈕，在“新建”對話框中輸入文件名“keti”。
(2)在Front面上進(jìn)行草繪1，畫出底面1，在Front面上進(jìn)行草繪2，畫出底面2；建立平面DTM1//Front平面，以DTM1為基準(zhǔn)平面，以草繪1為基準(zhǔn)剖面，拉伸殼體底座。
(3)以殼體底座上表面為草繪平面進(jìn)行草繪3，以草繪3為拉伸截面，拉伸實(shí)體2。
(4)建立平面DTM2//TOP平面，偏移49°，以草繪2為拉伸截面，去除材料建模殼體底部；拉伸實(shí)體10，去材料形成主殼體輪廓。
(5)利用筋特征作出兩端筋板，拉伸孔，利用孔特征作出兩端孔、兩底孔，
進(jìn)行局部倒圓角。
(6)利用拉伸工具拉伸出實(shí)體，拉伸圓去除材料（φ16.5，D=1），進(jìn)行局部倒圓角修整。
(7)利用孔工具作出標(biāo)準(zhǔn)孔；拉伸殼體底孔（4×φ14），拉伸底座對角凸緣。
(8)對兩筋特征進(jìn)行完全倒圓角修整（即最大倒圓角）；對其余部位進(jìn)行倒圓角修整。
(9)得到殼體三維模型效果圖。
4.2.3．變速器操縱機(jī)構(gòu)零件三維效果圖
變速器操縱機(jī)構(gòu)的零部件建模主要包括前進(jìn)五個(gè)擋及倒擋相應(yīng)的換擋軸、撥叉軸、換擋撥叉、換擋臂、選擋彈簧、螺釘、銷、換擋撥塊、殼體等，部分零件三維視圖如圖4.15到圖4.18所示。
圖4.15 換擋導(dǎo)向軸
圖4.16 換擋臂
4.3 本章小結(jié)
本節(jié)介紹了變速器操縱機(jī)構(gòu)的某些構(gòu)件建模過程，主要包括一二擋、三四擋以及5擋和倒擋的撥叉軸、撥叉、換擋臂等，并且附上了建模后的三維截圖。在建模過程中由于技術(shù)原因也遇到了一些問題，但是在老師和同學(xué)的幫助下也基本都順利解決了。
三維建模是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)方式，是設(shè)計(jì)成果能簡單明了的呈現(xiàn)在人們面前，一目了然。要善于運(yùn)用這些來解決我們設(shè)計(jì)中的困難。本次操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)就很好的體現(xiàn)了這一點(diǎn)。
第五章 論文總結(jié)
第五章 論文總結(jié)
變速器的操縱機(jī)構(gòu)是變速器的控制裝置，關(guān)系到汽車能否正常行駛。設(shè)計(jì)操縱機(jī)構(gòu)是一個(gè)系統(tǒng)的、復(fù)雜的過程，即使是一個(gè)小小的零件，如果出了差錯(cuò)，可能會(huì)影響整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)作。因此我們在設(shè)計(jì)時(shí)必須采取合理的計(jì)算，并進(jìn)行校核，看是否符合條件。
經(jīng)過專業(yè)老師的指導(dǎo)以及周圍同學(xué)的幫助，本次設(shè)計(jì)任務(wù)終于已接近尾聲了。本次設(shè)計(jì)結(jié)合了許多前人總結(jié)的理論以及經(jīng)驗(yàn)，再加上自己的辛勤的勞動(dòng)創(chuàng)造，終于完成了以下工作：
對變速器操縱機(jī)構(gòu)進(jìn)一步了解，并且設(shè)計(jì)出了一套變速器操縱機(jī)構(gòu)的部件參數(shù)，用計(jì)算驗(yàn)證了自己設(shè)計(jì)參數(shù)的準(zhǔn)確性，符合強(qiáng)度剛度要求。并用CAD先畫出二維草圖，然后用Pro/E進(jìn)行三維建模，繪制出二維及三維的圖紙。
對繪制的零件圖進(jìn)行裝配，最后繪制出一張總裝配圖，其中包含了本次設(shè)計(jì)的所有內(nèi)容，也是本次設(shè)計(jì)最重要的成果。
本次設(shè)計(jì)使我更進(jìn)一步了解了變速器的結(jié)構(gòu)和功能，對變速器的操縱機(jī)構(gòu)也有了更深入的認(rèn)識(shí)，對于自己設(shè)計(jì)的能力以及制圖的能力也有了一定的鍛煉，使自己的專業(yè)知識(shí)更加鞏固扎實(shí)了。
參考文獻(xiàn)
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致謝
致 謝
本次設(shè)計(jì)能順利完成首先要感謝凌秀軍老師的悉心指導(dǎo)。作為指導(dǎo)老師，他盡職盡責(zé)，在我們論文完成的每一階段都會(huì)給予指導(dǎo)，能及時(shí)指出過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，并且給出寶貴的意見，使我少走了很多彎路。正是由于凌老師的嚴(yán)格要求與耐心指導(dǎo)，我才能完成這次設(shè)計(jì)。在此我向凌老師表達(dá)最誠摯的敬意和由衷的感謝。
在論文完成期間，周圍的同學(xué)也給我許多幫助，并且在我遇到困難和產(chǎn)生疑惑時(shí)，能幫助我鼓勵(lì)我，使我有了戰(zhàn)勝困難的信心和決心。同時(shí)他們常常能給予我實(shí)質(zhì)性的幫助，在技術(shù)層面幫助我克服困難。感謝他們的莫大的幫助。
還有要感謝我的父母，是他們一直在背后默默支持我，提供物質(zhì)和精神兩方面的幫助，同時(shí)他們也很關(guān)心我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，常常問起我的作業(yè)進(jìn)度。非常感謝他們對我的關(guān)心與愛護(hù)。
在此向所有給予我論文完成提供幫助的人表示誠摯的謝意，祝愿各位身體健康，萬事如意！