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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
重型車AMT液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
系部名稱： 汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)班級： 車輛工程07-7班
學(xué)生姓名： 杜繼霖
指導(dǎo)教師： 安永東
職 稱： 副教授
黑 龍 江 工 程 學(xué) 院
二○一一年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
Heavy vehicle AMT Hydraulic drive System Design
Candidate：Du Jilin
Specialty：Vehicle Engineering
Class： 07-7
Supervisor：Associate Professor. An Yongdong
Heilongjiang Institute of Technology
2011-06·Harbin
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
AMT是一種經(jīng)濟(jì)型的自動(dòng)變速器，在重型載貨車上具有廣闊的應(yīng)用空間。目前，中國重型車輛裝用的都是手動(dòng)機(jī)械式變速器，并且形成了相當(dāng)規(guī)模的生產(chǎn)能力。與AT相比，AMT更適合中國汽車工業(yè)的現(xiàn)實(shí)，國內(nèi)重型車采用AMT自動(dòng)變速技術(shù)既可以保留原有的手動(dòng)變速器生產(chǎn)線，又可大大節(jié)省用于重建專業(yè)生產(chǎn)線及設(shè)備的投資，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
在電控機(jī)械式自動(dòng)變速器設(shè)計(jì)開發(fā)中，離合器和選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化是AMT設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一，其性能直接影響AMT系統(tǒng)的性能，本文以法士特12JS200TA變速器為基礎(chǔ)，進(jìn)行AMT系統(tǒng)液壓驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
本文的主要工作內(nèi)容如下:
1.分析了國內(nèi)外重型車自動(dòng)變速技術(shù)的發(fā)展，對重型車AMT的關(guān)鍵技術(shù)問題及操縱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了闡述。
2.分析了AMT液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及結(jié)構(gòu)，并針對法士特12JS200TA 12擋帶同步器的手動(dòng)變速器，在原有離合器和變速器操縱機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了新型的液壓驅(qū)動(dòng)自動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)。
3.進(jìn)行了AMT液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的元件計(jì)算、選型及系統(tǒng)仿真、分析。對液壓回路重要元件進(jìn)行了選型并對動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析。
關(guān)鍵詞：AMT；液壓驅(qū)動(dòng)；換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)；離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)；節(jié)氣門執(zhí)行器
ABSTRACT
AMT is an economical automatic transmission; therefore it has extensive，application space in the heavy truck. Currently, heavy vehicles are all equipped with manual transmission, and forms production capacity on a quite scale. AMT is more suitable for automotive industry reality in china than AT. The development and production of AMT may retain previous product line of manual transmission and greatly save the investment for reconstruction of professional production line and equipment, so it has important reality meaning.
During the design and development of AMT, design and optimization of selection-shift actuator is one of key and special difficulties for AMT design. The performance will have direct effect on the whole performance of AMT system. In this paper, Taking focus on a manual transmission of heavy truck, combing with science and technology research plan of Chongqing, shift actuator with hydraulic drive for AMT system is developed and designed and its performance is researched.
In this paper, the main contents are showed as follows:
1.The development of automatic transmission technique for heavy truck both home and abroad is introduced. The key technique of automatic transmission for heavy truck and operation system configuration are illustrated.
2. Analysis of the AMT hydraulic drive system and structural design requirements, and file for Fast 12JS200TA 12 manual transmission with a synchronizer, the original clutch and transmission control mechanism based on the design of a new type of hydraulic-driven auto-control mechanism.
3. For the AMT calculation of the hydraulic drive mechanism of the components, selection and system simulation and analysis. Important components of the hydraulic circuit and the dynamic response of the selection of the dynamic analysis.
Keywords: Atotomatic manual transmission（AMT）；Hydraulic drive；Shift executing agency；Clutch executing agency；Air damper actuator
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 AMT發(fā)展及研究現(xiàn)狀 1
1.1.1 AMT技術(shù)國外研究 1
1.2 AMT自動(dòng)變速系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 3
1.3 AMT系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 5
1.3.1 AMT的系統(tǒng)機(jī)構(gòu) 5
1.3.2 AMT的液壓驅(qū)動(dòng)操縱機(jī)構(gòu) 5
1.4 主要研究內(nèi)容 6
1.4.1研究意義 6
1.4.2 研究的主要工作 7
第2章 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8
2.1 擬訂液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖 8
2.1.1 制訂液壓回路方案 8
2.1.2 液壓系統(tǒng)的組合設(shè)計(jì) 8
2.2 液壓元件的選取 9
2.2.1 液壓泵選型 9
2.2.2 電機(jī)選型 10
2.2.3輔助元件的選擇 10
2.3 液壓回路動(dòng)態(tài)分析 11
2.3.1 液壓油粘度 11
2.4 液壓系統(tǒng)的影響 12
2.5 本章小結(jié) 12
第3章 離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
3.1 離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
3.2 液壓缸的設(shè)計(jì) 13
3.2.1 液壓缸桿的設(shè)計(jì) 14
3.2.2 活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算 15
3.2.3 缸壁的計(jì)算與選取 15
3.2.4 電機(jī)選型 15
3.3 機(jī)構(gòu)工作原理 16
3.4 離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)仿真分析 16
3.5本章小結(jié) 17
第4章 換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 18
4.1換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 18
4.2 液壓缸設(shè)計(jì) 19
4.2.1液壓缸活塞桿的設(shè)計(jì) 20
4.2.2缸壁厚度設(shè)計(jì) 20
4.2.3活塞桿強(qiáng)度校核 21
4.2.4舉例說明 21
4.3機(jī)構(gòu)工作原理 22
4.4 本章小結(jié) 23
第5章 節(jié)氣門執(zhí)行器設(shè)計(jì) 24
5.1 概述 24
5.1.1發(fā)展的制約因素 24
5.2 電液式節(jié)氣門執(zhí)行器的組成結(jié)構(gòu) 27
5.2.1液壓缸設(shè)計(jì) 27
5.2.2液壓缸桿的設(shè)計(jì) 28
5.2.3活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算 28
5.2.4缸壁的計(jì)算與選取 29
5.3本章小結(jié) 29
結(jié)論 30
參考文獻(xiàn) 31
致謝 32
附錄 33
第1章 緒 論
1.1 AMT發(fā)展及研究現(xiàn)狀
1.1.1 AMT技術(shù)國外研究
電控機(jī)械式自動(dòng)變速器(AMT)是在原來干式離合器和定軸齒輪式有級機(jī)械變速器所組成的手動(dòng)變速系統(tǒng)基礎(chǔ)上采用電子控制和液壓(電動(dòng)、氣動(dòng))操縱裝置組成的系統(tǒng)。與液力機(jī)械自動(dòng)變速器AT (AutomaticTransmission)相比，AMT具有如下一些特點(diǎn)：傳動(dòng)效率髙，燃油經(jīng)濟(jì)性好；結(jié)構(gòu)簡單，成本相對低廉，適合各種車型。綜合比較，可以看到：AMT具有較高的性能價(jià)格比，代表了重型車自動(dòng)變速技術(shù)新的發(fā)展方向，國外各大重型車廠商均把AMT技術(shù)列為研究的重點(diǎn)。
微機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，成為傳統(tǒng)的手動(dòng)變速器獲得新生的重要基礎(chǔ)。縱觀AMT的發(fā)展歷程，可分為三個(gè)階段：半自動(dòng)階段、全自動(dòng)階段及智能階段。西歐、美國在這一領(lǐng)域占有主導(dǎo)地位。
AMT發(fā)展的第一個(gè)階段是半自動(dòng)階段(SAMT),這一階段主要是半自動(dòng)變速器的發(fā)展和成熟階段。標(biāo)志性的是瑞典Scannia公司的CAG系統(tǒng)和德國DaimlerBenz公司的EPS系統(tǒng)，以及美國Eaton公司開發(fā)的SAMT系統(tǒng)。
第二階段是全自動(dòng)階段。主要有五十鈴公司于1984年首先投放市場NAVI-5,同時(shí)期出現(xiàn)的還有日本Nissan、Hino、美國的Ford、Eaton、意大利的FIAT、法國的 Renault 等。
第三階段是智能化階段（IAMT)。模糊推理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法及GPS等新技術(shù)新方法引入到AMT的檔位決策和控制中，極大地提高了 AMT的智能化水平。
重型車通常指裝載質(zhì)量在8t以上(含8t)的各類汽車，其具有總質(zhì)量大、品種多、使用工況復(fù)雜等特點(diǎn)。對于重型車變速器來說，要求具有足夠大的速比范圍，足夠多的檔位數(shù)。目前各種重型汽車機(jī)械變速器的檔位數(shù)一般為5?18檔，而且越來越多地釆用帶副變速器的多檔位變速器。
基于重型車變速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，致使變速器負(fù)載大，選換檔操縱沉重，使駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度大，容易疲勞，在行駛過程中帶來了不安全因素。自動(dòng)變速技術(shù)的運(yùn)用可保證發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定地在高扭矩的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速下工作，換檔操作容易，大大減輕了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使駕駛變得更加輕便，而且使汽車零部件壽命延長，車輛使用率提高，動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性均較好。
根據(jù)統(tǒng)計(jì)調(diào)查顯示重型車輛配置自動(dòng)變速器的比例逐年增長，如美國的肯沃思公司和弗萊特林那公司生產(chǎn)的重型牽引車中釆用自動(dòng)變速器的比例已達(dá)到15%以上。世界上主要生產(chǎn)自動(dòng)變速箱的廠家在歐美，美國艾里遜和德國ZF兩家的市場占有率達(dá)95%以上。
綜合比較，AMT技術(shù)正在成為重型車輛自動(dòng)變速發(fā)展的重要方向，其裝車率呈逐年上升趨勢，用戶的認(rèn)同度也在不斷上升，同時(shí)復(fù)雜工況下工作的車輛的換擋品質(zhì)和起步性能也在不斷得到提高。從20世紀(jì)90年代開始，美國、德國生產(chǎn)的重型車開始采用AMT自動(dòng)變速器。
瑞典沃爾沃公司、美國伊頓公司、日本鈴木公司、德國奔馳公司等著名重型車輛生產(chǎn)商均生產(chǎn)了 AMT載重汽車，形成了自己的產(chǎn)品系列。目前各大公司正著手AMT的智能化研究以進(jìn)一步提高AMT自動(dòng)變速技術(shù)。
據(jù)歐洲用戶統(tǒng)計(jì)，使用AS-Tronic平均節(jié)約燃油3%,對駕駛員技術(shù)要求低，同時(shí)延長了傳動(dòng)系統(tǒng)部件的壽命。該變速器主要由六部分組成：12速或16速機(jī)械變速器、氣動(dòng)換檔操縱機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)離合器操縱缸、檔位選擇器、顯示器和電控單元。離合器操縱安裝在變速器殼體上，以機(jī)械形式與離合器連接，氣動(dòng)執(zhí)行器活塞推動(dòng)離合器結(jié)合或分離，并由電子裝置控制。行程傳感器檢測離合器位置并向電控系統(tǒng)傳遞信號。氣動(dòng)換檔操縱機(jī)構(gòu)以很小的體積安裝在變速器殼體上部，包括氣動(dòng)換檔to、電控氣壓閥、傳感器、限壓閥等，集成控制變速器所有功能。傳感器檢測檔位，變速器輸入、輸出軸轉(zhuǎn)速與油溫等參數(shù)。變速器電子控制單元與電控柴油機(jī)的電控單元通訊，完成發(fā)動(dòng)機(jī)與離合器的協(xié)同動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)換檔的舒適性和換檔的高速度，具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種操縱模式。
德國ZF公司在2004年推出了兩款新型自動(dòng)變速器，As-Tronic系列中的mid和lite產(chǎn)品。其中As-Tronic mid的技術(shù)是基于重型汽車用帶有段位和插檔式副箱三級12速主變速器的結(jié)構(gòu)原理,專為中重型貨車或者長途運(yùn)輸車而設(shè)計(jì)。As-Troniclite用于最大扭矩500~1050NM的輕型貨車。該自動(dòng)變速器的技術(shù)基礎(chǔ)是6S850手動(dòng)換檔變速器。它同mid的根本區(qū)別是，它不是氣動(dòng)操縱而是電液操縱。首先是在尺寸上，液壓控制的尺寸更加緊湊，因此它易于裝在一個(gè)結(jié)構(gòu)空間有限的變速器之中，其次，液壓操縱不受制于壓縮空氣，因?yàn)椴⒉皇撬械妮p型載貨車都裝備壓縮空氣供氣系統(tǒng)。
1.1.2 AMT技術(shù)國內(nèi)研究
我國在AMT研究工作方面起步較晚，始于上世紀(jì)八十年代中期。已開展這方面研究工作的主要有吉林大學(xué)、北京理工大學(xué)、上海交通大學(xué)、重慶大學(xué)、哈爾濱埃姆特汽車電子有限公司以及煙臺欣源蔑有限公司等等，取得的研究成果多是把AMT換檔技術(shù)應(yīng)用在轎車上。
國內(nèi)重型車輛裝用的都是手動(dòng)機(jī)械式變速器，自動(dòng)變速傳動(dòng)系統(tǒng)的幵發(fā)生產(chǎn)尚處于起步階段。綜合評估AT和AMT這兩種自動(dòng)變速技術(shù)，在結(jié)構(gòu)上,顯然AMT的結(jié)構(gòu)比AT更簡單，其制造技術(shù)要求也低得多；在經(jīng)濟(jì)性上，建一條AMT生產(chǎn)線所需資金是建一條液力自動(dòng)變速器生產(chǎn)線1 / 25左右，顯然AMT具有更高的性價(jià)比。
目前，國內(nèi)大型汽車企業(yè)及各高校都在開展重型車自動(dòng)變速技術(shù)的研究工作。2004年8月配備自動(dòng)變速器的重慶紅巖“新大康”閃亮登場，這意味著：重型汽車變速器產(chǎn)品升級換代的髙科技化趨勢已明顯，自動(dòng)變速器產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程已加快。北京理工大學(xué)適用于大功率柴油機(jī)為動(dòng)力的重型車輛的電控機(jī)械式自動(dòng)變速器技術(shù)已經(jīng)形成了自己的特點(diǎn)。吉林省汽車產(chǎn)業(yè)2005-2010年發(fā)展規(guī)劃中已將AMT產(chǎn)品列為重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目。2006年北京齒輪總廠自行研制幵發(fā)成功具有獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的電控機(jī)械式自動(dòng)變速器（AMT)。其具有手動(dòng)換檔與自動(dòng)換檔互換的優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于卡車、公交車、大客車和其他車輛。目前裝配中青旅公司進(jìn)行車輛試驗(yàn)，己完成2萬公里的路試。
盡管國內(nèi)在AMT研究方面投入了很多力量，也取得了不少成果，但到目前為止還沒有真正實(shí)現(xiàn)AMT技術(shù)的商品化。AMT的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程并不順利，仍存在一些關(guān)鍵技術(shù)問題需要解決，尤其是系統(tǒng)的性能穩(wěn)定性和可靠性，一直是困擾AMT產(chǎn)業(yè)化的核心問題。
1.2 AMT自動(dòng)變速系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
與液力機(jī)械自動(dòng)變速和無級自動(dòng)變速相比，AMT控制參數(shù)多，系統(tǒng)控制難度大，其關(guān)鍵技術(shù)有以下幾個(gè)方面：
⒈離合器控制
AMT技術(shù)的核心問題之一就是離合器的最佳控制，它是保證汽車起步、換檔過程的品質(zhì)，減少傳動(dòng)系統(tǒng)零部件的沖擊，提高使用壽命和駕駛舒適性的關(guān)鍵。在結(jié)構(gòu)上，AMT離合器操縱機(jī)構(gòu)由于取消了離合器踏板，只能通過加速踏板反映駕駛員意圖。離合器起步和換檔過程中要保證其迅速分離、平穩(wěn)接合。起步工況變化多樣，受載荷、坡道、路面等因素的影響。分離、接合過程中需要與發(fā)動(dòng)機(jī)油門幵度協(xié)調(diào)配合，同時(shí)離合器模型本身存在著非線性、時(shí)變、滯后等問題，離合器起步控制問題成為AMT技術(shù)的關(guān)鍵換擋過程中，離合器要自動(dòng)分離和接合，最主要的還是接合速度控制問題。接合過快會(huì)造成嚴(yán)重沖擊，影響乘坐舒適性和傳動(dòng)系壽命，甚至造成發(fā)動(dòng)機(jī)熄火；接合過慢，導(dǎo)致離合器滑磨時(shí)間過長，溫度急劇上升，會(huì)加速摩擦副的磨損，也影響車輛的動(dòng)力性，所有這些都使離合器控制問題復(fù)雜化。
⒉換檔策略
AMT系統(tǒng)在換檔過程中，是由換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)按預(yù)先制定的換檔控制策略，在電控單元的控制下實(shí)現(xiàn)檔位的自動(dòng)變換的。換檔策略一般是指動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律，其優(yōu)劣是衡量車輛在釆用自動(dòng)變速技術(shù)后能否充分發(fā)揮其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及可駕駛性的關(guān)鍵。換檔規(guī)律應(yīng)該是單值，即對輸入變量的每一組合，僅存在唯一的輸出狀態(tài)。制定換檔策略要綜合考慮各種因素，諸如道路環(huán)境、駕駛員、車輛的運(yùn)行狀況等，力求設(shè)計(jì)出能夠盡量滿足不同的工作狀態(tài)需要，各方面綜合最優(yōu)的換檔策略，以提高車輛的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。
⒊發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制
在換檔過程中，離合器切斷動(dòng)力再次接合時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生沖擊，因此必須對發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行自動(dòng)控制。在起步過程中，為了使車輛具有良好的起步品質(zhì)，就要減少車輛的沖擊和離合器的磨損，所以必須通過對離合器結(jié)合速度及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，保證在沖擊和離合器磨損最小的情況下，迅速平穩(wěn)地完成起步過程。所以發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制是提高電控機(jī)械自動(dòng)變速換檔品質(zhì)，改善車輛起步及行駛平穩(wěn)性和延長離合器使用壽命的關(guān)鍵。
⒋執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化
AMT自動(dòng)操縱動(dòng)作是靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)來完成的。執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)、離合器分離結(jié)合執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要有電控液動(dòng)（氣動(dòng)）和電控電動(dòng)兩種型式。執(zhí)行機(jī)構(gòu)性能直接影響系統(tǒng)的性能，必須保證響應(yīng)速度快，工作穩(wěn)定可靠?？梢哉f，其動(dòng)態(tài)特性的好壞直接影響起步、換檔品質(zhì)及整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。在經(jīng)濟(jì)成本上，應(yīng)充分利用重型車輛帶有的液壓和氣動(dòng)裝置，最大程度地節(jié)約開發(fā)成本。所以根據(jù)系統(tǒng)的工作特點(diǎn)和使用要求，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)及優(yōu)化是AMT技術(shù)走向產(chǎn)品化過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。
⒌電控單元開發(fā)
電控單元是AMT控制系統(tǒng)的核心，包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、離合器控制單元、變速器控制單元。由于汽車工作環(huán)境的多樣性，必須保證電控單元能在各種復(fù)雜環(huán)境條件下可靠工作。這就對電控單元的設(shè)計(jì)提出了非常嚴(yán)格的要求。除考慮速度、精度、功能等控制性能外，還應(yīng)著重考慮抗干擾、耐振動(dòng)及溫度適應(yīng)范圍等問題。電控單元的可靠性問題是AMT走向商品化的重要前提條件。目前重型車已部分采用電控發(fā)動(dòng)機(jī)，AMT系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制可釆用CAN總線與電控單元(ECU)通訊的方式，但電控發(fā)動(dòng)機(jī)多為國外產(chǎn)品，其通訊協(xié)議不幵放，可以采用添加油門控制裝置實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)控制。
1.3 AMT系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)
1.3.1 AMT的系統(tǒng)機(jī)構(gòu)
AMT系統(tǒng)主要由四大部分組成：被控制系統(tǒng)、電子控制單元（ECU）、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。根據(jù)電控機(jī)械自動(dòng)變速系統(tǒng)選換擋和離合器的操縱方式不同可分為液壓驅(qū)動(dòng)式、氣壓驅(qū)動(dòng)式和電機(jī)驅(qū)動(dòng)式3種。液壓驅(qū)動(dòng)式電控機(jī)械自動(dòng)變速器系統(tǒng)中選換擋和離合器的操縱靠油壓來實(shí)現(xiàn)，離合器和換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)為高速開關(guān)電磁閥控制的液壓缸。液壓驅(qū)動(dòng)式AMT系統(tǒng)具有容量大、操作簡便、易于實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)、有一定的吸收振動(dòng)與吸收沖擊的能力以及便于空間布置等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已被廣泛采用。
1.3.2 AMT的液壓驅(qū)動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)
AMT的液壓驅(qū)動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)主要包括離合器操縱機(jī)構(gòu)、選換檔機(jī)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)油門控制裝置及各類速度、位置、壓力傳感器等。
1)離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)
對于離合器的自動(dòng)操縱，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)要保證離合器的快速分離與緩慢結(jié)合，另外對響應(yīng)速度，控制精度的要求也很高。目前，離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有兩種形式：髙速幵關(guān)電磁閥控制液壓紅結(jié)構(gòu)和直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)離合器結(jié)構(gòu)。為保證系統(tǒng)工作可靠且成本低廉，離合器控制油路一般采用性能可靠且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的數(shù)字控制髙速開關(guān)電磁閥進(jìn)行控制。離合器接合速度的控制，可通過對不同的閥的開啟組合和對每個(gè)閥的開啟均釆用數(shù)字脈寬調(diào)制（PWM)的流量控制方法來實(shí)現(xiàn)。
2)選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)
變速器執(zhí)行機(jī)構(gòu)有平行式和正交式兩種，后者又稱為X-Y型布置方式，即選檔液壓缸和換檔液壓紅正交布置。主要由選檔作動(dòng)器和換檔作動(dòng)器以及2個(gè)分別控制選檔和換檔的三位四通電磁閥組成，也可以采用4個(gè)二位三通闊進(jìn)行控制。當(dāng)釆用三位四通電磁闊時(shí)，其滑闊機(jī)構(gòu)具有如下功能：當(dāng)闊芯處于左或右位置（即左或右電磁鐵通電）時(shí)，能使液壓缸的左、右腔油液換向流動(dòng)，而當(dāng)闊芯處于中間位置（左右2個(gè)電磁鐵均斷電）時(shí)，能使主油道與油缸兩腔接通，以確保變速器在2個(gè)電磁鐵均斷電時(shí)保持處于空檔位置。選檔和換檔作動(dòng)器具有相同的結(jié)構(gòu)和工作原理，一般都是采用三位置油缸。
3) 發(fā)動(dòng)機(jī)油門控制機(jī)構(gòu)
發(fā)動(dòng)機(jī)油門控制機(jī)構(gòu)有2種方式：電液驅(qū)動(dòng)式和電機(jī)驅(qū)動(dòng)式。
對于釆用電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的重型車，AMT可與發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元共享資源，釆用CAN總線通訊的方式使其在起步與換檔時(shí)，按要求加油或收油，并使發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火延遲以提高換檔品質(zhì)與降低污染。
4)傳感器與開關(guān)
AMT的傳感器包括速度傳感器（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器，輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器，車速傳感器）、油門位置傳感器、檔位傳感器等。
A. 加速踏板傳感器與開關(guān)。這是一個(gè)與加速踏板軸相連的電阻式角位移傳感器，用來反映各種踏板位置，且有2個(gè)開關(guān)，它們分別反映加速踏板的極限位置：怠速狀態(tài)和全幵狀態(tài)。駕駛員的操縱意圖可通過加速踏板傳感器信號反映。
B. 油門傳感器與開關(guān)。油門傳感器與開關(guān)的關(guān)系和加速踏板傳感器與開關(guān)的關(guān)系完全相同，并一一對應(yīng)。油門電位計(jì)式角位移傳感器反映了發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷狀況，并將油門實(shí)際開度信號反饋給電控單元。
C. 轉(zhuǎn)速傳感器。轉(zhuǎn)速傳感器通常釆用磁電式或霍爾轉(zhuǎn)速傳感器，相應(yīng)軸的轉(zhuǎn)速由檢測頭測得脈沖頻率，經(jīng)整形電路得到等脈寬方波后，輸入電控單元。通常需要檢測3個(gè)轉(zhuǎn)速參數(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、變速器中間軸轉(zhuǎn)速和變速器輸出軸轉(zhuǎn)速。
D. 離合器行程傳感器。離合器行程傳感器是安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼上以分離杠桿比反映離合器的行程。
E. 檔位傳感器。選檔和換檔執(zhí)行油缸分別裝有微動(dòng)行程開關(guān)，它把2個(gè)作動(dòng)器的工作位置信號送給微處理機(jī)，反映變速器選檔與換檔動(dòng)作的完成情況和工作狀態(tài)。
F. 液壓油壓力傳感器。液壓油壓力傳感器安裝在液壓油路的主油道上，以反映液壓源的壓力情況，油壓低于所要求的值時(shí)，微處理機(jī)發(fā)出信號。
1.4 主要研究內(nèi)容
1.4.1研究意義
AMT是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的成熟技術(shù)，是中國重型車自動(dòng)變速技術(shù)的必然選擇。具體來說，具有下面幾種優(yōu)勢：
1) 發(fā)展趨勢表明，AMT的裝車率在逐年上升，客戶的認(rèn)同度在不斷增高，歐美各國都把AMT技術(shù)的研究放在了重要位置；
2) 國內(nèi)變速器生產(chǎn)技術(shù)力量雄厚，建立了多種手動(dòng)變速器生產(chǎn)線，已形了相當(dāng)規(guī)模的生產(chǎn)能力，為國內(nèi)重型車AMT的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上裝備AMT非常符合中國的實(shí)際情況；
3) 國外AMT產(chǎn)品己經(jīng)產(chǎn)業(yè)化、商品化，國內(nèi)對于AMT應(yīng)用在轎車上的技術(shù)研究也相對成熟，這為國內(nèi)開發(fā)重型車輛AMT系統(tǒng)提供了成熟的范例；
4) 雖然AT技術(shù)已很成熟，并受到了廣泛的歡迎，但在產(chǎn)品易變型、多品種、批量小及汽車工業(yè)整體技術(shù)水平尚不高的情況下，使得AT的適用范圍受到了局限。因此AMT成為優(yōu)先考慮的重型車實(shí)用自動(dòng)變速技術(shù)。
在對重型車AMT研究和開發(fā)的過程中，換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的研究與開發(fā)一直是AMT設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以使AMT機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)良好的移植性是AMT產(chǎn)品化過程中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。該技術(shù)環(huán)節(jié)對發(fā)展國內(nèi)重型車自動(dòng)變速技術(shù)及推動(dòng)國內(nèi)重型車AMT產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程十分重要。
1.4.2 研究的主要工作
進(jìn)行液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的方案確定、離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、節(jié)氣門執(zhí)行器設(shè)計(jì)及液壓元件的選取。
1、帶傳動(dòng)所需夾緊力的計(jì)算；
2、液壓元件的選用；
3、執(zhí)行元件的設(shè)計(jì)；
4、調(diào)壓閥的設(shè)計(jì)；
第2章 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 擬訂液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖
液壓系統(tǒng)圖從右路原理上具體體現(xiàn)了設(shè)計(jì)任務(wù)書的各項(xiàng)要求，因此液壓系統(tǒng)圖的擬訂是整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要的一環(huán)。在擬訂液壓系統(tǒng)圖的過程中，首先通過分析對比制訂出各種適合的液壓回路方案，然后將這些回路組合成完整的液壓系統(tǒng)。
2.1.1 制訂液壓回路方案
構(gòu)成液壓系統(tǒng)的回路有主回路和輔助回路兩大類，每一類中按照具體功能還可進(jìn)一步詳細(xì)分類，這些回路的具體結(jié)構(gòu)形式可參閱相關(guān)手冊。通常根據(jù)系統(tǒng)的級數(shù)要求及工況圖，參考這些現(xiàn)有成熟的各種回路及同類主機(jī)的先進(jìn)回路加以選擇和制訂。
在液壓執(zhí)行元件確定之后，其運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的控制是擬訂液壓系統(tǒng)的核心問題。方向控制一般用換向閥或插裝閥來實(shí)現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多采用換向閥實(shí)現(xiàn)所要求的各動(dòng)作。
液壓系統(tǒng)的右路循環(huán)方式有開式和閉式兩種，在此設(shè)計(jì)中，采用開式系統(tǒng)循環(huán)，其特征是液壓泵從郵箱西游，壓力油經(jīng)系統(tǒng)釋放能量后，再排回油箱，結(jié)構(gòu)簡單，而且造價(jià)低，一臺泵可向多個(gè)執(zhí)行元件供油。
液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源提供，液壓源的核心是液壓泵，液壓源型式與調(diào)速方案有關(guān)，當(dāng)采用節(jié)流調(diào)速時(shí)，只能采用定量泵做動(dòng)力源；當(dāng)采用容積調(diào)速時(shí)，可采用定量泵或變量泵做動(dòng)力源；動(dòng)力源中泵的數(shù)量視執(zhí)行元件的工況圖而定，要考慮到系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定性、流量的均勻性、系統(tǒng)工作的可靠性、傳動(dòng)介質(zhì)的溫升、污染度及系統(tǒng)效率、可能的干擾等。
液壓系統(tǒng)的工作壓力必須與所承受的負(fù)載相適應(yīng)，對于定量泵供油的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)壓力采用溢流閥進(jìn)行恒壓控制。如果各回路壓力要求不同，則可采用減壓閥來控制。對于調(diào)壓回路，壓力控制閥的調(diào)整壓力應(yīng)根據(jù)負(fù)載大小來調(diào)整，一般比最大負(fù)載壓力高10%~20%即可，以避免過多的能量損失。對于采用減壓閥的減壓夾緊回路，可在減壓閥出口串接單向閥，以使高壓主油路的壓力因快速動(dòng)作而低于減壓閥設(shè)定壓力時(shí)，起到短時(shí)保壓作用，使夾緊力在短時(shí)間內(nèi)保持不變。
2.1.2 液壓系統(tǒng)的組合設(shè)計(jì)
在確定了滿足系統(tǒng)要求的主液壓回路和必要的輔助回路方案之后，即可將它們組合成一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)并繪制出其原理圖，組合與繪制液壓系統(tǒng)圖時(shí)應(yīng)注意下列事項(xiàng)：
力求系統(tǒng)簡單可靠，應(yīng)避免和消除多余液壓元件和回路；
從實(shí)際出發(fā)，盡量采用具有互換性的標(biāo)準(zhǔn)液壓元件；
管路盡量要短，使系統(tǒng)發(fā)熱少、效率高；
保證工作循環(huán)中的每一個(gè)動(dòng)作均安全可靠，且相互間無干擾；
組合而成的液壓系統(tǒng)應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理，不可盲目追求先進(jìn)，脫離實(shí)際；
先按所選定的方案繪制出液壓系統(tǒng)原理圖，待系統(tǒng)最終去確定后再按標(biāo)準(zhǔn)繪制出正式的液壓系統(tǒng)原理圖。
2.2 液壓元件的選取
液壓系統(tǒng)的組成元件包括標(biāo)準(zhǔn)元件和專用元件。在滿足系統(tǒng)性能要求的前提下，應(yīng)盡量選用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)液壓元件，不得已時(shí)菜自行設(shè)計(jì)液壓元件。選擇液壓元件時(shí)一般應(yīng)考慮一下問題：
應(yīng)用方面的問題，如主機(jī)的類型、原動(dòng)機(jī)的特性、環(huán)境情況、安裝型式及外形連接尺寸、貨源情況及維修要求等。
系統(tǒng)要求，如壓力和流量的大小、工作介質(zhì)的種類、循環(huán)周期、操作控制方式、沖擊振動(dòng)情況等。
經(jīng)濟(jì)性問題，如使用量，購置及更換成本，貨源情況及產(chǎn)品質(zhì)量和信譽(yù)等。
應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化、通用化及貨源條件較好的元件，以縮短制造周期，便于互換和維護(hù)。
液壓元件產(chǎn)品及其技術(shù)規(guī)格等，可從設(shè)計(jì)手冊或生產(chǎn)廠的產(chǎn)品樣本中查取。
2.2.1 液壓泵選型
液壓泵最高壓力可由下式計(jì)算：
式中： P——執(zhí)行元件的工作壓力；
——執(zhí)行元件進(jìn)油路中的總壓力損失，可估取為0.4Mpa。
根據(jù)前面表中的計(jì)算結(jié)果，并取系統(tǒng)泄漏修正因數(shù)k=1.1，快進(jìn)過程中液壓泵所需流量：
同步過稱液壓泵所需流量：
根據(jù)所計(jì)算得到的液壓泵壓力和流量值，查液壓元件手冊，選取齒輪泵CBK1。排量設(shè)定為0.75ml/r，容積效率為0.9，總效率為0.75，額定工作壓力為16MPa，最髙工作壓力為21MPa，最高轉(zhuǎn)速為3000r/min。
2.2.2 電機(jī)選型
小型異步電動(dòng)機(jī)可分為：基本系列、派生系列和專用系列。
基本系列----使用范圍廣、生產(chǎn)量大，是一種通用電機(jī)，如Y系列(IP44)小型三相異步電動(dòng)機(jī)。
派生系列----按照不同的使用要求，在基本系列的基礎(chǔ)上做了部分改動(dòng)，另部件與基本系列有較高的通用性和一定程度的統(tǒng)一性。派生系列有電氣派生(如高效電機(jī)，YX系列)、結(jié)構(gòu)派生(如繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)YR系列)、特殊環(huán)境派生(隔爆型電動(dòng)機(jī)，YB系列)等幾種。
專用系列-----與一般用途不同，具有特殊使用要求和特殊防護(hù)條件系列，如YZ、YZR冶金及起重用異步電動(dòng)機(jī)。
驅(qū)動(dòng)液壓泵所需的電動(dòng)機(jī)功率可按下式確定：
（2.1）
式中： -------------------泵的最大工作壓力；
-------------------泵的額定流量；
--------------------泵得效率；
經(jīng)計(jì)算得電機(jī)功率：，選用功率為120W，轉(zhuǎn)速為900r/min的永磁直流電機(jī)，型號為90ZY74，最高轉(zhuǎn)速2400r/min，電壓24V。
2.2.3 輔助元件的選擇
據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過系統(tǒng)以及輔助元件的實(shí)際流量，可以選定閥類元件
及輔助元件的型號及規(guī)格。參考標(biāo)準(zhǔn)見表2.1：
表2.1 液壓回路闊類元件及輔助元件型號規(guī)格一覽表
序號
元件名稱
估計(jì)通過流量
(L/min)
型號
規(guī)格
1
過濾器
3
WU-J6X80
10 (L/min)
2
油箱
一
開式油箱
2L
3
單向閥
3
DT8PI
21MPa.通徑 10mm
4
蓄能器
—
ABZ10-L0.75A
0.75L, 2lMPa, 2.6Kg
5
溢流閥
3
YF3-10L
0.5~6,3MPa,通徑 10mm
6
電液先導(dǎo)減壓閥
3
BT-03-32
調(diào)壓范圍0.5?25MPa
7
二位二通電磁換向閥
3
DHF06-224
6 (L/min),通徑 6mm
8
三位四通電磁閥
4
34WE5P
8 (L/min), 1.4kg
9
二位三通電磁換向閥
4
LSV2-08-3
15 (L/min), 1.4kg
2.3 液壓回路動(dòng)態(tài)分析
由于所設(shè)計(jì)的AMT車輛離合器及換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)是釆用液壓操縱方式，所以液壓回路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)是影響換檔品質(zhì)的重要因素。下面將結(jié)合對液壓油粘度的特性進(jìn)行分析，找到提高液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的途徑。
2.3.1 液壓油粘度
AMT用液壓油粘度隨溫度變化較大，特別是夏季和冬季尤其明顯。粘度的變化，直接影響到換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)速度。液壓回路中的沿程阻力和局部阻力在總的壓力損失中所占的比例隨粘度的不同也有明顯的變化。粘度較小時(shí)，局部阻力所占比例較大，粘度較大時(shí)，沿程阻力所占比例較大。所以應(yīng)根據(jù)不同的環(huán)境溫度變化，找到不同的措施來降低油液壓的阻力。
①增加閥的通流面積。在油液粘度較小時(shí)，可以有效地提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度，但隨著粘度的增大，效果將變得不顯著。這是因?yàn)檠爻套枇Φ脑龃?，?dǎo)致了執(zhí)行速度的降低。
②加大管路內(nèi)徑。隨油液粘度變大，對提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行速度的效果也更明顯，但管路內(nèi)徑過大，也會(huì)對提高執(zhí)行速度造成不利影響。
③增大系統(tǒng)工作壓力。無論油液粘度如何變化，均有明顯提高執(zhí)行速度的效果。換檔力與系統(tǒng)壓力成正比。系統(tǒng)壓力越大，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)速度越快，同步器同步的時(shí)間越短。因此可以增大系統(tǒng)的工作壓力來減小液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)時(shí)間及同步器的同步時(shí)間。
2.4 液壓系統(tǒng)的影響
液壓系統(tǒng)在AMT中的作用是向執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力。它包括電機(jī)、泵、蓄能器、單向闊、減壓闊、方向閥等，以及油管、液壓油、油箱等。液壓系統(tǒng)在AMT體系中對換檔品質(zhì)的影響除了正確提供執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需動(dòng)力外，還要保證換檔的平順性和不產(chǎn)生額外的換檔噪音。依據(jù)實(shí)際情況，AMT液壓系統(tǒng)對換檔品質(zhì)的主要影響：一是工作過程中出現(xiàn)液壓錄的頻繁啟停，其噪聲讓人有不舒服的感覺；二是在溫度變化時(shí)，AMT的換檔品質(zhì)受液壓油粘溫特性的影響較大。
2.5 本章小結(jié)
本章詳細(xì)介紹了AMT液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，選取了合理的液壓元件，并擬定了液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖，對液壓回路作了初步的動(dòng)態(tài)分析。
第3章 離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
在現(xiàn)有電控機(jī)械式自動(dòng)變速技術(shù)中，離合器分離接合采用電控液壓式、電控氣動(dòng)式和電控電動(dòng)式三種驅(qū)動(dòng)方式。其中電控液壓式驅(qū)動(dòng)裝置具有容量大、響應(yīng)快、便于空間布置、控制性能好等優(yōu)點(diǎn)，其特征是由單獨(dú)的液壓動(dòng)力源裝置提供壓力油，釆用一個(gè)電磁換向闊控制進(jìn)入離合器工作缸的壓力油實(shí)現(xiàn)離合器的分離動(dòng)作，釆用兩至三個(gè)髙速開關(guān)電磁闊控制排出離合器工作缸的壓力油，實(shí)現(xiàn)離合器接合動(dòng)作，以滿足車輛起步和換擋過程中對離合器接合速度的控制要求。離合器分離接合控制機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求應(yīng)該滿足如下要求：
⑴滿足離合器分離、接合的工作行程，具有足夠大的驅(qū)動(dòng)力并有自鎖性能；
⑵保證最大的分離速度，接合平穩(wěn)無沖擊，機(jī)構(gòu)工作可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，便于總體布置；
⑶機(jī)構(gòu)工作可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，便于總體布置。
3.1 離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)離合器手動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了電機(jī)驅(qū)動(dòng)的離合器靜液壓驅(qū)動(dòng)裝置，通過對電機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)離合器分離結(jié)合的自動(dòng)控制，不僅保留了液壓驅(qū)動(dòng)式離合器控制性能好的優(yōu)點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)簡單，制造維護(hù)成本低，布置方便，控制可靠，由于釆用了助力彈賛，可減小所需的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率和力矩。
3.2 液壓缸的設(shè)計(jì)
AMT車輛在換擋過程中要求離合器盡可能快地分離，通常離合器徹底分離的時(shí)間應(yīng)小于0.4S，機(jī)構(gòu)必須滿足離合器最大分離速度要求。
根據(jù)離合器操縱機(jī)構(gòu)，可知離合器分離杠桿端部分離力Fc可根據(jù)下式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算：
（3.1）
式中： ―――膜片彈簧對壓盤的壓緊力；
i―――分離杠桿比，型號離合器分離杠桿比為。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)測得分離杠桿處的分離力為4940?5235N ，離合器助力氣壓為6?8 E+5Pa , 離合器分離氣缸直徑Di: ，離合器分離液壓缸直徑：,分離杠桿比。
氣動(dòng)助力缸所產(chǎn)生的推力為：
（3.2）
—————液壓缸進(jìn)口壓力，Pa；
—————活塞的有效面積，；
由于液壓工作缸與氣壓缸為一體結(jié)構(gòu)，所以氣動(dòng)助力缸工作面積可以由下式計(jì)算：
—————活塞直徑，mm；
—————活塞桿直徑，mm；
經(jīng)計(jì)算得：
液壓油產(chǎn)生的推力：；
則液壓油壓力：；
分離杠桿完全分離行程L :12~14mm,反映到液壓缸推桿的行程為：；
離合器徹底分離時(shí)間t為：0.4s；
絲桿線速度：V=L/t=63.75mm/s。
3.2.1 液壓缸桿的設(shè)計(jì)
活塞的材料：有導(dǎo)向環(huán)活塞，球墨鑄鐵
流量：；
液壓桿直徑；
導(dǎo)向長度取H=18mm；
活塞寬度B=（0.6~1.0）D=14mm；
導(dǎo)向套滑動(dòng)面長度A=（0.6~1.0）D=16mm；
隔套k其寬度C=H-(A+B)/2=3mm；
活塞桿的材料和技術(shù)要求：
活塞桿材料：H8/h7；
,，15%；
熱處理：調(diào)質(zhì)，表面處理20~30；
安裝活塞的輔肩與活塞桿軸線的垂直度不大于0.04mm/100mm；
活塞桿的外圓粗糙度Ra值一般為0.1~0.3。
3.2.2 活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算
活塞桿在穩(wěn)定工況下：
當(dāng)液壓缸工作時(shí)，活塞桿所承受的彎曲力矩：
F————————活塞桿的作用力，N；
d————————活塞桿的直徑，mm；
————————活塞桿斷面積，；
M————————活塞桿所承受的彎曲力矩，；
W————————活塞桿斷面模數(shù),；
————————材料的許用應(yīng)力，無縫鋼管=100~110Mpa。
經(jīng)以上計(jì)算，所設(shè)計(jì)的活塞桿可以使用。
3.2.3 缸壁的計(jì)算與選取
缸筒壁厚：；
缸筒材料：毛坯35號；
缸筒底部厚度：；
缸筒內(nèi)徑D采用A7或H8級配合，表面粗糙度一般為0.16~0.32需進(jìn)行研磨。
3.2.4 電機(jī)選型
步進(jìn)電機(jī)本質(zhì)上屬于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的同步電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角位移量與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成比例，沒有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨性；速度和位置控制性能良好，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，自起動(dòng)能力強(qiáng)；轉(zhuǎn)速與單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)成比例，控制方便。釆用細(xì)分控制，所開發(fā)的離合器行程位移控制精度可達(dá)到0.025mm。
離合器驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率：。
—————液壓缸的輸出推力，N；
v—————液壓缸桿速度，；
根據(jù)計(jì)算電機(jī)功率，擬選功率50W，布距角為，最大靜轉(zhuǎn)矩38.9E-3。
3.3 機(jī)構(gòu)工作原理
離合器處于結(jié)合位置時(shí)，回位彈黃將皮碗壓向活塞，并把活塞推向最右端位置，使皮碗位于補(bǔ)油孔與進(jìn)油孔之間，兩孔都開放，液壓油從儲(chǔ)油縫流入并充滿整個(gè)油路。當(dāng)需要分離離合器時(shí)，電機(jī)在控制單元驅(qū)動(dòng)電流作用下正向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)螺母滑塊左移，推動(dòng)活塞向左運(yùn)動(dòng)，回位彈簧9被壓縮。當(dāng)皮碗將補(bǔ)償孔B關(guān)閉后，管路中油液受壓，壓力升高。在油壓作用下，氣動(dòng)助力液壓虹開始工作，活塞桿推動(dòng)離合器分離叉使離合器分離。當(dāng)需要迅速結(jié)合離合器時(shí)，驅(qū)動(dòng)單元向電機(jī)發(fā)出信號，使電機(jī)快速反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)螺母滑塊右移，回位彈簧使主虹活塞較快右移，而由于油液在管路中流動(dòng)有一定阻力，流動(dòng)較慢，使主缸活塞左側(cè)壓力腔內(nèi)可能形成一定的真空度。在缸體腔與活塞上環(huán)形腔之間的壓力差作用下，少量油液經(jīng)進(jìn)油孔A推開皮碗形成單向闊，由皮碗間隙中流到虹體腔內(nèi)彌補(bǔ)真空。當(dāng)原先已由主缸壓到工作缸的油液重又流回到主缸時(shí)，由于己有少量補(bǔ)償油經(jīng)單向闊流入，故總油量過多。這多余的油即從補(bǔ)償孔B流回儲(chǔ)液罐。當(dāng)液壓系統(tǒng)中因漏油，或因溫度變化引起油液的容積變化時(shí)，則借補(bǔ)償孔B適時(shí)地使整個(gè)油路中油量得到適當(dāng)?shù)脑鰷p，以保證正常油壓和液壓系統(tǒng)工作的可靠性。通過對電機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速的控制，可實(shí)現(xiàn)離合器分離結(jié)合速度和行程的控制，滿足車輛對離合器控制的要求。
3.4 離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)仿真分析
由液壓缸壓力模塊及活塞運(yùn)動(dòng)模塊組成液壓虹工作模塊，對其在Simulink中進(jìn)行建模仿真，進(jìn)而分接合過程中液壓缸位移及速度的關(guān)系。
仿真運(yùn)行時(shí)的初始條件為：活塞位置X=0，速度v=0。輸入執(zhí)行機(jī)構(gòu)基本參數(shù)，得到仿結(jié)果如圖1和圖2 。
圖1離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)位移
從仿真結(jié)果可以清晰地看出在離合器接合過程中活塞桿位移及運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間變化的關(guān)系，這與實(shí)際離合器的工作非常相似，證明所設(shè)計(jì)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是可以滿足工作要求的。
圖2 離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度
3.5本章小結(jié)
本章對離合器液壓自動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的液壓缸及電機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對離合器結(jié)合工況中工作過程進(jìn)行了建模仿真，仿真表明了機(jī)構(gòu)的可行性。
第4章 換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
電控機(jī)械式自動(dòng)變速器（AMT)是由傳統(tǒng)的手動(dòng)變速器通過電控改進(jìn)而得到的，在車輛上采用Add-on的方式。AMT系統(tǒng)基本不改變原車的結(jié)構(gòu)和各總成的零部件，只是取消了配備手動(dòng)變速器車輛的離合器操縱總成和換擋操縱總成等零部件，將其替換為必要的控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。AMT換檔操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化是AMT設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一，它的性能直接影響整個(gè)AMT系統(tǒng)的性能。
4.1換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求
換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須達(dá)到換檔過程平穩(wěn)、無沖擊，防止產(chǎn)生大的動(dòng)載荷等要求。
為了減少執(zhí)行機(jī)構(gòu)對換檔品質(zhì)和同步器壽命的影響，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足以下要求：
①液壓缸行程
液壓缸行程的設(shè)計(jì)要求通過尺寸鏈的換算，較精確地確定行程尺寸的公差，最終得到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的液壓缸行程。如果液壓虹行程過短，則可能出現(xiàn)掛不上檔或者脫檔的情況；行程過長時(shí)，對換檔品質(zhì)的影響雖不是很大，但會(huì)造成換檔過程完成后同步器上仍然受到較大的軸向推力，從而影響同步器的壽命。
②換檔速度
換檔速度影響換檔力的大小。換檔速度過快會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊力，如果換檔速度過慢，則會(huì)影響整個(gè)掛檔時(shí)間，增加換檔過程的動(dòng)力中斷時(shí)間，影響車輛的加速性能。因此換檔速度將直接影響換檔品質(zhì)。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，完成一次換檔的總時(shí)間一般為1.4s較為合適，而一次掛檔的時(shí)間最好不要超過400ms。
③液壓缸推力
液壓缸推力大小直接影響換檔的可靠性和同步器的壽命，推力過小可能造成掛不進(jìn)檔，嚙合齒與套之間打滑，產(chǎn)生較大噪音，導(dǎo)致同步器早期損壞；推力過大，同樣會(huì)導(dǎo)致同步器壽命減小。由同步器換檔力分析可知，不同檔位和不同換檔速度條件下所需的換檔推力不同，并且不同轉(zhuǎn)速時(shí)的換檔推力也不同，通常動(dòng)態(tài)換檔力大于靜態(tài)換檔力。因此液壓缸的推力應(yīng)以動(dòng)態(tài)條件下最大換檔速度時(shí)各檔所需的最大換檔推力實(shí)測值為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過對不同工況下系統(tǒng)壓力的實(shí)時(shí)控制來調(diào)節(jié)液壓缸的推力，從而保證換檔品質(zhì)和同步器壽命。
④液壓缸內(nèi)泄量
由于柱塞和缸孔、柱塞和滑套、滑套和缸孔之間存在配合間隙，就存在內(nèi)泄。內(nèi)泄量如果很大，將使換檔速度變慢，增加一次掛檔的時(shí)間。另外使整個(gè)液壓系統(tǒng)保不住油壓，能耗增加，使電動(dòng)栗工作頻繁，產(chǎn)生噪音。經(jīng)計(jì)算和反復(fù)實(shí)驗(yàn)，配合間隙通常應(yīng)控制在0.03mm以內(nèi)，既能滿足內(nèi)泄量的要求又滿足裝配的要求。
⑤響應(yīng)速度的控制
電控液壓驅(qū)動(dòng)的換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，包括各類電元件、閥類元件、輔助元件以及各類傳感器。這些元件的響應(yīng)速度、遲滯時(shí)間將對總的換檔時(shí)間產(chǎn)生影晌，因此在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及控制中要考慮這些因素。在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制中要注重提高元件的響應(yīng)速度，節(jié)省作用時(shí)間，分析電控單元發(fā)出指令以及傳感器響應(yīng)遲滯時(shí)間，液壓回路中重要元件速度的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。重型車AMT換擋所需的時(shí)間是1.4s。
4.2 液壓缸設(shè)計(jì)
以法士特12JS200TA型號變速箱為研究對象，實(shí)測最大換檔力為400N,各檔換檔行程Z為13.5mm。設(shè)定換檔時(shí)間不大于0.4s，取液壓系統(tǒng)壓力，機(jī)構(gòu)機(jī)械效率、液壓桿快進(jìn)時(shí)速度同步過程速度。液壓缸在工作過程中，一般要經(jīng)歷啟動(dòng)、加速、恒速和減速制動(dòng)等負(fù)載工況。液壓紅的負(fù)載由四部分組成：慣性負(fù)載、動(dòng)摩擦力、靜摩擦力和工作負(fù)載換檔力F。換檔過程中各階段液壓缸的負(fù)載是不同的，啟動(dòng)時(shí)，液壓缸負(fù)載:；加速時(shí)，恒速時(shí)，；換擋時(shí)，。
由最大負(fù)載力計(jì)算液壓缸作用面積，并得到柱塞直徑。
————————————液壓缸進(jìn)口壓力，Pa；
————————————液壓缸的機(jī)械效率；
d————————————活塞桿直徑，mm。
經(jīng)計(jì)算得：柱塞桿直徑d=19.81mm，選取合適的標(biāo)準(zhǔn)值圓整得：d=20mm。液壓紅內(nèi)經(jīng)由滑套外徑?jīng)Q定，并滿足退檔力和速度的要求。因退檔力較小，故滑套外徑可按其強(qiáng)度和加工要求得到，取為D=32mm。滑套長度按滿足行程和導(dǎo)向長度要求確定。液壓虹工作行程由換檔行程決定，并通過變速器換檔機(jī)構(gòu)限位。
當(dāng)液壓缸進(jìn)行差動(dòng)連接時(shí)，兩腔壓力差值取0.5MPa,由液壓缸的工作速度以及設(shè)定和計(jì)算所得參數(shù)可以得到其在不同工作階段的壓力、流量及功率如表4.1：
表4.1 不同階段工作狀態(tài)
工況
負(fù)載（N）
工作腔壓力（Mpa）
輸入流量（L/min）
功率(W)
啟動(dòng)
109
0.97
——
——
加速
117
1.0
——
——
快進(jìn)
82
0.87
1.06
15.37
工進(jìn)
582
1.23
1.27
26.04
4.2.1液壓缸活塞桿的設(shè)計(jì)
導(dǎo)向長度：
，取H=30mm；
活塞寬度B=(0.6~1.0)D，取B=24mm；
導(dǎo)向套滑動(dòng)面長度A=（0.6~1.0）取A=24mm；
裝有隔套K，其寬度C=H-（A+B）/2=6mm；
活塞桿的材料和技術(shù)要求：
活塞桿材料：H8/h7；
,，15%；
熱處理：調(diào)質(zhì)，表面處理20~30；
安裝活塞的輔肩與活塞桿軸線的垂直度不大于0.04mm/100mm；
活塞桿的外圓粗糙度Ra值一般為0.1~0.3。
4.2.2缸壁厚度設(shè)計(jì)
缸筒壁厚為=4mm
當(dāng)時(shí)，；
當(dāng)時(shí)， ；
————————————缸筒內(nèi)最高工作壓力，Mpa；
D————————————缸筒內(nèi)徑，m；
————————————缸筒材料的許用應(yīng)力，Mpa。
缸筒外景公差余量，腐蝕余量
缸筒材料：H8/h7；
毛坯：35號；
4.2.3活塞桿強(qiáng)度校核
活塞桿在穩(wěn)定工況下： ；
當(dāng)液壓缸工作時(shí)，活塞桿所承受的彎曲力矩：
F————————活塞桿的作用力，N；
d————————活塞桿的直徑，m；
————————活塞桿斷面積，；
M————————活塞桿所承受的彎曲力矩，；
W————————活塞桿斷面模數(shù),；
————————材料的許用應(yīng)力，無縫鋼管=100~110Mpa。
經(jīng)計(jì)算，所設(shè)計(jì)的活塞桿可以使用
4.2.4 舉例說明
前進(jìn)檔液壓執(zhí)行缸由三位四通電磁方向閥控制，倒檔液壓缸采用二位三通方向閥控制。
下面以一檔換入二檔為例說明換擋機(jī)構(gòu)的工作過程。首先控制1、2檔液壓執(zhí)行缸的三位四通電磁閥左、右側(cè)電磁鐵通電，在電磁推力的作用下閥芯處于中間位置，此時(shí)執(zhí)行缸左右兩腔同時(shí)進(jìn)油。
右腔的壓力作用面積及產(chǎn)生的軸向推力為：
（4.1）
左腔的壓力作用面積及其產(chǎn)生的推力為：
（4.2）
式中： --------------液壓缸活塞面積；
--------------滑套面積；
--------------左腔推力；
--------------右腔推力；
P--------------壓力油壓力。
顯然，，因此在差動(dòng)力的作用下，活塞左移?；钊麚Q檔撥指插在1檔撥叉軸槽內(nèi)帶動(dòng)換檔撥叉撥動(dòng)同步器嚙合套脫離嚙合齒輪。退檔動(dòng)作完成后，當(dāng)活塞到達(dá)中間位置，由于軸肩的作用，活塞桿左右兩側(cè)的壓力作用面積相等，此時(shí)，活塞桿停止運(yùn)動(dòng)，此時(shí)活塞桿停止運(yùn)動(dòng)，摘檔過程完成。
從空擋換入1擋過程：控制1擋液壓執(zhí)行缸的三位四