汽车换挡机构设计与其工艺工装设计.docx

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1、目录1绪论 ,12变速器操纵机构概述 ,23变速器操纵机构总体方案设计,23.1变速器操纵机构类型方案分析,23.2变速器操纵机构换档机构方案析,73.3锁定装置方案分析 ,123.4变速器操纵机构总体方案总述 ,164变速器操纵机构的设计 ,174.1初选参数 ,174.2具体参数的计算校核及相关机构的确定,194.3产品设计 ,244.4工艺工装设计 ,265台架实验 ,28结论 ,32致谢 ,33参考文献 ,341 绪论变速器是汽车的关键部件之一， 由变速传动机构和变速操纵机构两部分组成， 操纵机构的主要作用是控制传动机构，实现变速器传动比的变换，即实现换挡，以达到变速和变矩。换档平顺、

2、档位清晰、灵活轻便是变速器换档性能一直追求的目标，同时它也是评价一台变速器换档 性能优劣的重要指标。目前国内汽车行业，自动变速器操纵机构主要依赖进口，手动变速器操纵机构的关键部件仍然依赖于进口。而汽车市场上的变速器按其结构差异，可以细分为五类：手动变速器（ MT）、手动自动一体变速器（ AMT）、无级变速器（ CVT）、双离合器变速器（ DCT）和自动变速器（ AT），它们各自都有其不同的优势。勿庸讳言，由于人们追求驾驶的舒适，原本是手动变速器的市场，正在逐步被自动变速器占领。但是就目前而言，手动变速器仍然占有较重要的地位， 如在英国， 现在装配自动变速器的汽车占汽车总量的15%。而五年前，这

3、个数字是 13.5%。尽管通过汽车工程师们的努力，自动变速器的智能化得以不断提高， 但自动变速器在换挡速度和传动效率方面， 目前还只能接近手动变速器的表现， 尤其是制造成本和使用油耗这两个关键指标上， 自动变速器还无法与手动变速器竞争，从而使手动变速器在全世界的汽车市场上仍然占据优势。- 1 -2 变速器操纵机构概述汽车变速器操纵机构作为变速器的控制机构， 较之汽车设计中的其它环节， 只是一个小装置， 但它却和汽车的正常行驶有着十分紧密的关系， 并在变速器的设计中占有重要的地位。除此之外，因为由驾驶者直接操纵，所以，变速器操纵机构在设计时还需考虑到人机工程学方面的知识。变速器操纵机构是驾驶员操

4、纵变速手柄到使变速箱换档的一套机构， 是用来保证驾驶员能根据汽车使用条件， 随时拨动变速箱内齿轮进行换档， 或使之从工作档退到空档，并要求拨动滑动齿轮时要省力。要使变速器操纵机构可靠地工作，应满足下列要求：(l) 设有自锁装置，防止变速器自动换档和自动脱档。(2) 设有互锁装置，保证变速器不会同时换入两个档，否则会产生运动干涉，甚至会损坏零件。(3) 设有倒档锁，防止误换倒档。否则会损坏零件或发生安全事故。近年来，变速器操纵机构有向自动操纵方向发展的趋势。自动操纵式机械换档变速器又称或称自动化机械换档变速器，它是在原手动机械换档变速器（MT）的基础上，对其离合器、变速器的控制系统和操纵机构进行

5、改造而形成的。3 变速器操纵机构总体方案设计3.1 变速器操纵机构类型方案分析机械式操纵机构是最常用的，按换档操纵杆与变速器的相互位置，机械式变速器操纵机构可分为直接操纵式和远距离操纵式两类：直接式操纵机构主要由选档换档机构和安全装置两部分组成。选档换档机构由变速杆、拨块、拨叉轴和拨叉等组成，用来完成换档的基本动作；安全装置用来保证变速器在任何情况下都能准确、安全、可靠地工作，由自锁装置、互锁装置、倒档锁组成，分别用来保证换档到位，防止自动脱档；防止同时挂入两档和防止误挂倒档。直接式操纵机构多集装于变速器上盖或变速器侧面，机构简单，操纵方便，换- 2 -档手感明显；变速杆直接安装在变速器上，

6、并依靠驾驶员手力和通过变速杆直接完成换档功能的手动换档变速器，称为直接操纵变速器。这种操纵方案结构最简单，已得到广泛应用。近年来，单轨式操纵机构应用较多，其优点是减少了变速叉轴，各档同用一组自锁装置，因而使操纵机构简化，但它要求各档换档行程相等。采用直接操纵方式换档的前提是变速器离司机较近。远距离操纵机构由外部操纵机构和内部操纵机构两部分构成。 外部操纵机构主要是从变速杆到选档换档轴之间的所有传动件，用来实现对变速器的远距离操纵；内部操纵机构由选档换档轴、拨叉轴、拨叉、自锁装置、互锁装置和倒档锁等。远距离式操纵机构通常在操纵杆与拨块之间增加若干传动件， 组成远距离操纵机构。远距离操纵机构应有足

7、够的刚度，各连接件间隙不能过大，否则换档手感不明显，且不能保证换档齿轮全齿长啮合。货车的变速操纵与轿车、 客车相比 , 有其自身特点。 对于轿车来说 , 因为变速器箱体小 , 变速器的静态换档力比较小 , 所以 , 变速操纵力不会太大。 而对货车而言 , 由于驾驶员离变速器距离近 , 大部分操纵杆可以直接布置于变速器上 , 减少了操纵机构的路途损失。 而对于中重型载重货车其变速器的安装位置距离驾驶员座椅较远不得不采用远距离操纵的形式。 对于采用了同一型号变速器的客、 货两种车的变速操纵力相比 , 货车轻便、客车偏重是正常的。 这种型式具有维修发动机方便、传动系和操纵系比较简单等优点。根据毕业设

8、计任务书数据要求（汽车发动机的排量：5.6L汽车的自重：4000kg, 载重量 5000kg），可知 M6卡车机械式变速器应选择远距离式操纵机构。3.1.1 远距离操纵机构远距离操纵机构按变速器选档轴和换档轴是否分开可分为双杆式和单杆式两种类型；按变速拉杆结构不同可分为刚性和柔性两种类型；按操纵机构拉杆布置方式不同可分为左操纵型、右操纵型和左右操纵型3 种类型。在新车型开发过程中，通常要兼顾变型车扩展。因此，在进行操纵机构设计时，主要设计难点在于机构既要能适应驾驶室翻转又不影响操纵机构的正常工作。操纵机构的结构设计要求在进行操纵机构的结构设计时应考虑以下几个问题。a保证驾驶室内操纵杆位置符合G

9、BT15705载货汽车驾驶员操作位置尺寸中- 3 -相应条款要求，即变速杆手柄工作位置应位于转向盘下面和驾驶员座椅右面不低于座垫表面的特定区域： 变速杆手柄在任意位置时，距驾驶室内其它零件或操纵杆的距离不得小于 50 mm。b变速器操纵较频繁，为增强驾驶员操纵手感，要求机构具有足够刚性，且连接件之间的间隙应尽量减小。c变速拉杆总成支座应尽量固定在与变速器壳体刚性连成一体的机件( 如发动机、离合器等 ) 上。避免或减小由于车架变形及汽车振动对操纵机构产生的不良影响。d应对驾驶员操纵力和操纵杆手柄的行程进行设计和校核。为减轻驾驶员疲劳。要求操纵力不大于 90 N，操纵杆手柄的双向行程之和应不大于2

10、00mm。e应按变速器总成提供的直接操纵档位图和操纵机构本身的动作特点。正确确定驾驶员操纵杆手柄上的档位图。f 操纵机构应有行程调节功能，以便在操纵不灵活的情况下对机构进行适当调整，以保证操纵机构灵活有效。3.1.1.1 单杆刚性操纵机构单杆操纵机构的操纵杆支座布置在驾驶室地板下面的发动机上， 为使机构不受驾驶室翻转影响， 操纵杆从驾驶室地板较大的孔洞进入驾驶室， 这时要考虑地板孔的防尘、防水、隔热等密封问题。有时操纵杆支座布置在驾驶室地板上操纵机构拉杆是伸缩式的，以适应驾驶室翻转。对于前者，在发动机机体上应预先铸有操纵杆支座总成的安装位置； 对于后者应考虑车架和驾驶室总成在行车当中的振动对机

11、构的影响。另外，单杆机构针对的变速器总成属于选档轴和换档轴合为一体的情况，选档行程是沿平行于汽车轴的轴线横向运动，换档行程则绕着平行于汽车y轴的轴线前后转动。31.1.2 双杆刚性操纵机构双杆操纵机构的操纵杆及支座总成布置在驾驶室地板上。操纵机构不仅要克服其零部件与其它系统发生干涉。而且为满足驾驶室翻转需要，还要增加连杆传动机构，并使摇臂及支座总成的转轴中心尽可能与驾驶室翻转中心接近或重合，所以机构复杂、零件数目多。另外，由于摇臂及支座总成与变速器距离远，需利用拉杆总成通过与车架纵梁相连接的选档摇臂、T形支架总成、摇臂及卧式支座总成来传递- 4 -动力。这一段机构的布置可能会与冷却系、排气系、

12、驾驶室后悬置总成等发生运动干涉现象。所以应在结构设计时，及时与总布置、车架及相关系统的设计作好沟通与对接，以免影响设计进度。双杆操纵机构具有负载效率高，换档力小，操纵手感好，使用可靠，整个系统灵活轻便等优点。如图3-1 所示的变速器双杆操纵机构。图 3-1 变速器双杆操纵系统1-3 号选档拉杆； 2-3 号换档拉杆； 3- 选择； 4- 换档； 5- 换档支座； 6-4 号选档拉杆； 7- 换档平衡弹簧； 8-2 号换档拉杆； 9- 球碗； 10-1 号换档拉杆； 11-1 号选档拉杆； 12- 拉杆总成；13- 选档回位弹簧；14-2 号选档拉杆；15-4 号换档拉杆； 16- 变速器31.

13、1.3 柔性 ( 软轴 ) 操纵机构刚性机构有时存在机构复杂、难于布置等诸多问题， 特别是对对该种操纵机构难于适应驾驶室翻转要求的这一难点，柔性机构可有效解决这些问题。如图3-2 所示的柔性操纵机构。- 5 -图 3-2 变速器软轴操纵机构1、 2- 大螺母； 3、6- 卡箍； 4- 换档摇臂； 5- 选档摇臂。它利用一种推拉式软轴代替刚性拉杆用于远距离操纵。这种软轴一般由芯轴和护套组成，其芯轴为多根钢丝组成并增加了斜绕钢带，外护套为多根细钢丝斜绕而成，同时增加了内护管。也有在外护套中增加斜绕钢带以进一步提高软轴承载能力，但这会影响软轴弯曲性能。柔性机构的操纵杆及支座总成一般布置在驾驶室地板上

14、。操纵杆及支座总成的功能与双杆刚性机构中的操纵杆及支座总成类似，主要区别是增加了软轴支撑的设计。 在后部通过软轴支架与变速器总成的选档臂和换档臂相连，从而实现其操纵功能。3.1.2 变速器操纵机构类型的确定中型汽车我国定义为总质量大于6t ，小于 14t 的汽车。国外在这个吨位级的汽车产量较少，而在我国其产量最大、保有量最多。东风牌柳汽M6是东风汽车的主导车型，其保有量较多，其结构特征普遍为用户所熟悉。变速箱采用普通机械式，其档数通常有五档； 并带同步器方便操纵。 其操纵机构多采用直接操纵杆式( 长头车 )或双杆操纵式 ( 平头车 ) 。考虑到 M6货车属于中型载货车实际情况， 因此 M6货车

15、机械式变速器操纵机构类型确定为柔性 ( 软轴 ) 远距离变速器操纵机构。- 6 -3.2 变速器操纵机构换档机构方案分析3.2.1 变速器操纵机构换档位置图的确定设计操纵机构首先要确定换档位置图。 换档位置图的确定主要从换档方便考虑为此应注意以下三点：按换档次序来排列；将常用档放在中间位置，其它档放在两边；为了避免误挂倒档， 往往将倒档安排在最靠边的位置，有时与 I 档组成一排。图 3-3换档位置图图3-3 表示了几种变速器换档位置图。图 3-3a 的换档位置图比较理想，便于操纵图 3-3b 的换档顺序并不方便，图 3-3c 比较理想，但 l 档与倒档相距太远，往复倒车时不方便。因此，EQ10

16、90货车机械式变速器操纵机构的换档位置图选择图 3-3a 。3.2.2换档机构的功用及结构(1) 功用1) 用来改变滑动齿轮的位置， 使其与相应的齿轮啮合或脱开啮合， 以得到所需排档或空档。2) 拨动滑动齿轮时省力。(2) 结构：汽车上大都采用球支座式换档机构，包括变速杆、压紧 ( 或支承 ) 弹簧、滑杆 ( 拨叉轴 ) 、拨叉等。变速杆用球头铰链安装在变速杆座上 ( 通过弹簧和碗盖吊装，弹簧力的方向可以是向上的，也可以是向下的 ) ，可前、后、左、右摆动。- 7 -当用弯杆时，应用止动销防止杆绕垂直轴线自行转动，但不应妨碍摆动。变速杆下端置于滑杆前端凹槽内， 扳动上端时，下端可拨动滑杆， 滑

17、杆上用螺钉固定着拨叉，拨叉卡在滑动齿轮的拨叉环槽中。 这样，拨动变速杆就可通过拨叉使滑动齿轮移动。3.2.2.1球形手柄因为球形手柄大多为橡塑制品，需要制作模具，所以在批量不大时，尽量根据现有模具选型。手柄上部排档序列的刻字，主要是由所选用的变速器决定的，目前尚无统一的标准，通常根据样车的调试结果来确定。在调试时，尽量通过调整变速软轴或转换器的安装方案使排档顺序与现有模具的排档序列一致，以降低开发成本和缩短开发时间。3.2.2.2变速杆变速器操纵杆简称变速杆，又称排档杆，是变速器的操纵控制机件，用以接合或分离变速器内各档齿轮， 从而改变传递的转矩和转速及运转方向，使得汽车前进或倒退。变速杆中部

18、具有球面，支承在变速器盖内，变速杆上部在驾驶室内。扳动变速杆时，变速杆以球面为支点，使变速杆下端作横向运动，伸入个变速拨叉顶部凹槽中，然后变速杆再作纵向运动，通过变速拨叉移动挂档齿轮，与所挂档位的齿轮啮合，挂入档位。一般来说，操纵杆通常位于驾驶员座位的旁侧。 然后，根据操纵杆安装尺寸图、球形手柄内孔尺寸和操纵器与变速杆装配孔的尺寸来设计、 制造操纵杆。 设计时必须综合考虑批量、经济性、交货期和制造工艺等因素。为了防尘，应加防尘罩，但还应考虑在一定程度上隔绝车外的噪声、热量，甚至是溅水，必要时可加装两级防尘罩。3.2.2.3 变速拨叉和轴变速拨叉用螺钉固定在拨叉轴上，下端伸入挂档齿轮( 或接合齿

19、套 ) 的环槽内。拨叉轴可以沿轴向移动。空档时，各拨叉顶部凹槽都对齐，使变速杆下端可作横向移动，伸入所挂档位的拨叉凹槽内。3.2.3 变速器换档机构形式变速器换档机构有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换档三种形式。- 8 -汽车行驶时， 因变速器内各传动齿轮有不同的角速度， 所以用轴向滑动直齿齿轮方式换档，会在轮齿端面产生冲击，并伴随噪声，这不仅使齿轮端部磨损加剧并过早损坏，同时使驾驶员精神紧张。驾驶员需要熟练的操作技术 ( 如两脚离合器 ) 才能减轻换档时的齿轮冲击，但换档瞬间驾驶员注意力被分散，影响行驶安全。除此之外，采用直齿滑动齿轮换档时，换档行程长也是它的缺点。因此，尽管这种换档方式结构简

20、单，制造、拆装与维修工作容易，并能减小变速器旋转部分的转动惯量，但除一档、倒档外已很少使用。当变速器第二轴上的齿轮与中间轴齿轮处于常啮合状态时， 可以采用移动啮合套的方式换档。这时，不仅换档行程短， 同时因承受换档冲击载荷的接合齿齿数多，而轮齿又不参与换档，所以它们都不会过早损坏；但因不能消除换档冲击，仍然要求驾驶员有熟练的操作技术。此外，因增设了啮合套和常啮合齿轮，使变速器旋转部分的总转动惯量增大。 重型货车档位间的公比较小， 换档机构连接件之间的角速度差也小，而且要求换档手感强，因此可采用啮合套换档。与同步器换档比较，啮合套换档具有结构简单，寿命长，维修方便，能够降低制造成本及减小变速器长

21、度等优点。使用同步器能保证迅速、无冲击、无噪声换档，与操作技术的熟练程度无关，从而提高了汽车的加速性、燃油经济性和行驶安全性。虽然它有结构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大、同步环 ( 摩擦件 ) 使用寿命短等缺点， 但仍然得到广泛应用。利用同步器或啮合套换档， 其换档行程要比滑动齿轮换档行程短。 为了操纵方便，要求换入不同档位的变速杆行程应尽可能一样，如利用同步器或啮合套换档，就很容易实现这一点。因此，机械式变速器选用锁销式同步器的换档形式。3.2.4变速器换档机构设计的人机工程学意义3.2.4.1操纵机构的设计操纵机构应当设在人肢体活动的最有力的区域内，其高低要适应于人体相应部位，其位置要设

22、在操作方便、反应灵活的空间范围之内。操纵机构的用力范围不应超出人体的最大用力限度， 其布置必须保证人在工作时的自然姿态，并能交替变换工作时的姿势，以防姿势不适导致操作者的过度疲劳。因此，为减轻疲劳，在布- 9 -置操纵机构时应考虑变换姿势的可能性， 合理地满足操作者的使用要求， 适应操作者的正常人体结构尺寸和生理要求。 如果忽略上述因素， 就可能造成操作者使用不便，影响工作效率，甚至影响操作者的身心健康。3.2.4.2人体尺寸在操纵机构设计中的应用GB10000 88是1989年开始实施的我国成人人体尺寸国家标准， 该标准根据人机工程学要求提供了我国成人人体的基础数据。 其中，立姿人体尺寸数据

23、包括立姿身高、立姿眼高、立姿肩高、肘高、挠骨点高、中指指尖高、手功能高、中指指尖举高、双臂功能上举高、肩宽、最大肩宽、上肢长、全臂长、两臂展开宽、两臂功能展开宽、两臂肘展开宽等尺寸；坐姿人体尺寸数据包括坐姿上肢最大前伸长、坐姿肩宽、坐姿肘高、坐姿下肢长、坐姿眼高、坐姿膝高等尺寸数据以及头、手、足的相关尺寸数据。 这些人体数据为操纵机构的合理设计提供了有力支持，操纵机构的高度设计，作业空间的最大范围、正常范围、最佳范围的确定以及各种控制器、控制台、操作平台的设计都应以人体尺寸数据为依据，力求操作者操作方便、 安全、舒适。3.2.4.3人的视野范围和视距范围对操纵机构设计的影响人的视野是指眼球不转

24、动的情况下能看见的空间范围。 单眼对于黑背影上的白色对象的平均视野范围为：从眼球中心向外侧 9O 94、向内侧 6O 62、向下65 78、向上 55 60；双眼在水平方向上大约增加到 120。人的视野范围对于颜色的视野比黑背影下白色对象的视野小， 尤其对绿色感受的视野范围最小。为此，在操纵机构的布置和色彩的设计方面，应按人的视野范围合理安排，以求达到好的视觉效果。在视野边沿上，人只能观察出物体的出现，但不知其形状。因为此时物体是处于与视野中心 ( 沿水平线 ) 超过 5O 6O的情况下，要辨认清楚只有使物体处于30 4O的视野范围之内。从人的视野特性可知， 人的横向视野大于纵向视野， 最有效

25、的视野区为以水平线向上 3O、向下 4O，以鼻为中心左右 15 20的范围之内，其中在 3以内为最佳视觉区。视距范围是指人的眼睛观察操纵器的正常范围，一般选取560mm左右为最佳-10-视距， 最大视距为 760mm，最小视距为 380mm左右。另外，眼睛在水平方向上的运动速度比垂直方向上快，且不易疲劳。根据上述视野特性，在设计操纵机构与控制面板时，应充分考虑操作者的视野范围和视距范围，将常用的指示器置于眼高偏下3O左右，并以此为中心左右分别偏离3O的范围最佳。3.2.4.4 人体操纵力的选择在操纵机构设计中，必须考虑人体用力的限度，而操纵力的大小取决于人体的姿势、着力部位以及力的作用方向。(

26、1) 手的操纵力。坐姿时，手操纵的一般规律为右手力量大于左手。手臂处于侧面下方时，推、拉力都较弱，但其向上、向下的力较大。拉力略大于推力，向下的力略大于向上的力， 向内的力大于向外的力。(2) 脚的操纵力。在作业中，操作者用脚操作的场合也是很多的。脚产生的操纵力大小与下肢的位置、 姿势和方向有关， 下肢伸直时脚产生的力大于下肢弯曲时脚产生的力；坐背有靠背支持时脚可产生最大的力。立姿时脚的用力比坐姿大，一般坐姿时右脚最大蹬力平均可达 2 568N，左脚可达 2 362N。据测定，膝部伸展角度在13O 150或 16O 180之间时脚的蹬力最大， 一般情况下右脚的操纵力大于左脚的操纵力，男同志的脚

27、力大于女同志的脚力。根据上述人体肢力的特点，在设计操纵机构时应充分考虑操作者工作时的体位， 采用适当的增力机构， 将操纵机构的原始力调整到人体最适宜的用力范围之内，避免因操作困难使操作者过度疲劳，影响工作情绪。总而言之，应用人机工程学原理进行操纵机构的设计， 有利于最大限度地改善人机关系，使人与机器达到最佳匹配，对于提高劳动生产效率，改善劳动者的劳动条件，减轻操作者的劳动强度，为操作者提供方便、安全、舒适的工作环境是非常有益的，而且也能取得良好的效果。由此可见，也只有根据人机工程学原理设计的汽车产品，才能给人们带来舒适的驾乘感觉 , 最终才能被消费者所接受。3.3锁定装置方案分析3.3.1自锁

28、装置变速器为防止自动脱档，并保证轮齿以全齿长啮合，应在操纵机构中设有自-11-锁装置。因为变速器在挂档过程中， 若操纵变速杆推动拨叉前移或后移的距离不足时，则滑动齿轮 ( 破整合套 ) 与相应的齿轮 ( 或接合齿圈 ) 将不能在全齿长上啮合， 因而影响齿轮的寿命。即使达到全齿长啮合，也可能由于汽车振动或其他原因，使滑动齿轮 ( 或接合套 ) 自动轴向移动，田田减少了齿的啮合长度，甚至完全脱离啮合，即自动脱档。l) 结构：多数变速器的自锁装置由钢球 l 和弹簧 2组成 ( 图 10-20) 。在变速器盖 6前端凸起部位钻有三个深孔， 位于三根拨叉轴 3的上方。每根拨叉轴对着钢球 l 的一面有三个

29、凹槽 ( 槽的深度小于钢球半径 ) ，中间的凹槽为空档定位， 中间凹槽至两侧凹槽的距离等于滑动齿轮 ( 或接合套 ) 由空档换入相应档 ( 保证全齿长啮合 ) 的距离2) 工作：自锁钢球被自锁弹簧压入拨叉轴的相应凹槽内， 起到锁止档位的作用，防止自动换档和自动脱档。 换档时，驾驶员施加于拨叉轴上的轴向力克服弹簧与钢球的自锁力时，钢球便克服弹簧的预压力而升起，拨叉轴移动，当钢球与另一凹槽处对正时，钢球又被压入凹槽内，此动作传到操纵杆上，使驾驶员具有“手感”。图 3-4变速器的自锁及互锁装置l- 定位钢球； 2- 定位弹簧； 3- 拨叉轴； 4- 互锁顶销； 5- 互锁钢球 ( 或互锁销 ) ；

30、6- 变速器盖3.3.2互锁装置变速器为防止同时挂入两个档位，必须在操纵机构内装设互锁装置。因为若变速杆同时推动两个拨又，即可能同时挂入两个档位。由于两个档位的传动比不同，必须使啮合的各个齿轮相互产生机械干涉，变速器将无法工作。 情况严重时还将使零件遭受破坏。3.3.2.1锁球 ( 销) 式-12-(l) 结构：图3-4 所示属于这种型式。 在三根拨叉轴所处的平面且垂直于拨叉轴的横向孔道内， 装有互锁钢球 5( 图3-4a) 或互锁销 5( 图3-4b) 。互锁钢球 ( 或互锁销 )对着每根拨叉轴的侧面上都制有一个凹槽且深度相等。 中间拨叉轴的两侧各有一个凹槽。任一拨叉轴处于空档位置时，其侧面

31、凹槽正好对准互锁钢球 ( 或互锁销 ) 。两个钢球直径之和 ( 或一个互锁销的长度 ) 等于相邻两拨叉轴圆柱表面之间的距离加上一个凹槽的深度。 中间拨叉轴上两个侧面之间有通孔， 孔中有一根横向移动的顶销4，顶销的长度等于拨叉轴的直径减去一个凹槽的深度。(2) 互锁原理：当变速器处于空档位置时，所有拨叉轴的侧面凹槽同钢球、顶销都在同一直线上。 在移动中间拨叉轴 2时 ( 图3-5a) ，轴2两侧的钢球从其侧面凹槽中被挤出，两侧面外钢球 4、6分别嵌入拨叉轴 l 和3的侧面凹槽中，将轴 l 和3锁止在空档位置。若要移动拨叉轴 3，必须先将拨叉轴 2退回至空档位置，拨叉轴 3移动时钢球4从凹槽挤出，

32、通过顶销 5推动另一侧两个钢球移动，拨叉轴 l 、2均被锁止在空档位置上 ( 图3-5b) 。拨叉轴 l 工作情况与上述相同 ( 图3-5c) 。图 3-5钢球式互锁装置工作原理图l 、 2、 3- 拨叉轴； 4、 6- 互锁钢球； 5- 互锁顶销； 7、 8、9- 拨叉 ( 或拨块 ) ；10- 变速杆下端球上述互锁装置工作情况可知，当一根拨叉轴移动的同时，其它两根拨叉轴均被锁止。但有的变速器互锁装置没有顶销，当某一拨叉轴移动时，只要锁止与之相邻的拨叉轴，即可防止同时换入两个档。3.3.2.2自锁和互锁装置合二为一的互锁装置-13-有的三档变速器，操纵机构有两根拨叉轴， 将自锁和互锁装置合二

33、为一( 图3-6) 。两根空心锁销 l 内装有自锁弹簧 2，在图示位置 ( 空档 ) 时，两锁销内端面的距离a等于槽深 b，不可能同时拨动两根拨叉轴。自锁弹簧2的预压力和锁销 l 对拨叉轴起到自锁作用。图 3-6 同时起自锁与互锁两重作用的锁止装置 l- 锁销； 2- 自锁弹簧3.3.2.3转动钳口式转动钳口式互锁装置如图3-7 所示。变速杆下端球头置于钳口中，钳形板可绕a轴摆动。换档时，变速杆先拨动钳形板处于某一拨叉轴的拨叉凹槽中，然后换入需要的档位，其余两个换档拨叉凹槽被钳形爪档住，起到互锁作用。图 3-7转动钳口式互锁装置-14-l- 变速杆； 2- 钳形板总之，不论哪类互锁装置，其工作

34、原理是一致的，即每一次只能移动一根拨叉轴，其余拨叉轴均在空档位置不动。3.3.3倒档锁变速器为防止误挂倒档，必须在操纵机构内装设倒档锁。汽车行进中，若误挂倒档，变整器轮齿问将发生极大冲击，导致零件损坏。汽车起步时若误挂倒档，则容易出安全事故 倒档锁的作用是使驾驶员必须对变速杆施加较大的力，才能挂入倒档，起到提醒作用，防止误挂倒档，提高安全性。3.3.3.1 弹簧锁销式倒档锁多数汽车变速器采用结构简单的弹簧锁销式倒档锁( 图3-8) 。由一、倒档从拨叉块 2中的倒档锁销 4及弹簧 3组成。因此驾驶员要挂一档或倒档时，必须用较大的力使变速柠1曲下端压缩弹簧 3，将锁销 4推向右方后，才能使变速扦下

35、端进入拨块 2的凹槽内。以拨动一、倒档拨叉轴而挂入一档或倒档。图 3-8锁销式倒档锁装置图 3-9锁片式倒档锁装置l- 变速杆； 2- 倒档拨块； 3- 倒档锁弹簧；4- 倒档锁销1- 手柄； 2- 变速杆； 3- 拉杆； 4- 弹簧；5- 倒档锁片； 6- 倒档锁拨块； 7- 三、四档拨叉； 8二档拨叉3.3.3.2 锁片式倒档锁-15-如图 3-9 所示。在变速杆 2上装着拉杆 3，其下端套装着倒档锁片5。锁片被弹簧4压到最下面的位置 ( 见图 3-9a) 。这时变速杆的下端可以进入拨叉铀上的三、四档拨叉 7和一、二档拨叉 8顶部的凹槽中， 但由于锁片 5顶住倒档拔块 6顶端的凸起部而不能

36、进入拨块 6顶部的凹槽，因而在此情况下不可能挂倒档。需要拌倒档时，必须将手柄 1向上提起 ( 见图 3-9b) ，通过拉杆 3克服弹簧 4的力，使倒档钦片 5升高到倒档拨块 6的凸起部之上， 才能使变速杆酌下端进入例档拨块 6的槽中，以便拨动例档拨叉轴而挂入倒档。3.4变速器操纵机构总体方案总述M6卡车机械式变速器采用柔性 ( 软轴 ) 操纵机构， 使用锁销式同步器换档。 变速器操纵机构中设有自锁装置， 选用锁球式互锁装置， 东风柳汽 M6变速器的倒档锁是弹簧锁销式如图 3-8 所示。4 变速器操纵机构的设计4.1 初选参数4.1.1 力的传动比降低手柄操纵力 ,一个最有效的途径就是加大力传动

37、比,但带来的负面影响是手柄的行程将会加大。关于手柄的行程范围,根据人体工程学的要求 , 货车变速操纵杆布置在以座椅中心线离靠背100mm处为圆心 ,以 600mm为半径所画的圆范围内较合适 ,并要求变速操纵杆手柄在任意位置时,均应位于转向盘下方和驾驶员座椅右边 ,在离靠背 100 mm处之前时 ,手柄高度不低于座垫表面。如在这个范围内 ,驾驶员就能很好地抓握变速杆手柄进行操作,见图 4-1 。力传动比的大小不仅影响手柄力的大小 ,而且影响手柄的行程。如K1000 型卡车 ,采用 M6 变速器 ,前进档的行程都是13 mm , 采用了变速杆力传动比为7 的直接操纵机构。在不考虑变形下 ,手柄前进

38、或后退的挂前进档的运动行程均为91 mm。-16-图 4-1变速杆手柄中心位置4.1.2变速器的静态换档力对于变速器的静态换档力 , 国家是有标准要求的。 对于中型车 , 要求其静态换档力 500 N。M6型变速器而言 , 其静态换档力为 465 N。不考虑摩擦、防尘套的变形作用 , 手柄操纵力应为 66 N。不同厂家生产的不同型号的变速器 , 其静态换档力是有差别的。变速器的换档力是驾驶员必须克服的力 , 属于有益阻力。4.1.3耗散力在变速操纵中 ,驾驶员作用于手柄的力 ,并没有全部用于克服变速器的换档力 , 而存在部分甚至大部分通过物件的变形、 热量、声音等能量形式被白白地耗散掉的问题。

39、所谓耗散力 , 定义为驾驶员作用于手柄的力 , 除去用于克服变速器的换档力后所剩余的力。耗散力通常表现在杆件与支承的摩擦、支承及杆件的变形、防尘套的变形、传递中角度损失等 , 属于有害阻力。 对于设计人员 , 设计目的之一就是尽量降低耗散力。一般可通过合理布置走向、优化支撑与防尘罩的结构、选用合适支撑材料等措施来降低耗散力。4.1.4 操纵杆长度因为设计的是微型汽车换档操纵机构，通过对市场上相关产品的调查，结合本次设计的需要，选取操纵杆长度为：350mm。-17-4.1.5 操纵杆运动范围（ ）据有关实验研究资料所确定的各种手控操纵器与人体尺度有关的尺寸参数，操纵杆的前后最大运动范围为：45 ，左右最大运动范围为：90 。参照市场现有产品，结合本次设计的需要，选取：操纵杆前后运动范围为：20 ；左右运动范围为：15 。4.1.6 选、换档摇臂长度及选、换档所需力矩