汽车手动5挡变速器演示台的设计

2017-09-03陈典刘清

汽车与驾驶维修(维修版) 2017年6期

关键词：传动比手动传动

陈典刘清

（武汉商学院机电工程与汽车服务学院 430056)

汽车手动5挡变速器演示台的设计

陈典刘清

（武汉商学院机电工程与汽车服务学院 430056)

手动变速器是汽车的心脏，它为车辆的变速行驶提供了源源不断的动力。汽车手动变速器演示台的设计，在不需要耗费大量的场地和时间的情况下，用数据代替实际变速器展现变速器挡位变换和传动比的相关属性。该演示台，能够辅助教师相关理论的讲解，用数据充实传动比求证的过程，为学生的实训提供相应的实验工具，锻炼他们的实践及动手能力。

汽车手动变速器；传动机构；演示台；3D打印

0 引言

如今，汽车产业已发展成为中国经济的标志性产业,极大的影响了人们的生活，也促进了汽车各系统部件的发展，其中扩大汽车对于不同路面的速度适用范围的变速器尤为重要。伴随着汽车市场的繁荣,变速器行业也在快速发展，形成了一批颇具规模的变速器企业[1]。手动变速器作为变速器发展的基础，能够充分体现人们的主观操作性，因此对手动变速器知识的普及势在必行。然而目前手动变速器的教学还存在着诸多问题，其中教师授课理论性过强，学生不太理解变速器动态过程演示，汽车专业学生实践能力不足等问题较为突出。

1 设计背景

手动变速器是汽车中非常重要的部件，是汽车专业学生应该掌握的知识点，目前我国汽车教育机构多采用变速器实物解剖的教学方式，直接讲解理论，学生认识非常不直接[2]，且无法实现换挡变速的动态过程演示。为了普及手动变速器的知识，丰富汽车专业教师的授课过程，验证手动变速器的传动比，锻炼学生的实践能力，手动变速器演示台的设计应运而生。

2 结构设计

如图1所示满足设计要求的手动变速器演示台，重点展现了换挡变速动态过程的演示，传动比的求证和提升学生实践能力的功能。该演示台主要由演示台架，动力输入装置，显示装置，变速器操纵机构，备用传动机构零部件，变速器传动机构组成。设定电动机代替发动机以10 r/min的转速带动变速器输入轴旋转，显示屏显示输出轴轴端传感器感应的数据。

演示台架采用透明材料亚克力制造，能清晰的观察变速器的内部结构；动力输入装置为演示台提供相应动力，其中变速器输入轴的动力源于电机，外部为演示台的显示装置和传感装置提供相应的电能；显示装置直观显示不同挡位下变速器输入轴及输出轴的转速大小；为符合实际情况，变速器传动机构，变速器操纵机构的制作材料均采用铝合金。演示台配置有一整套的变速器的3D备用传动机构零部件，满足学生的动手拆装实训。这些零件可大大的节省试验台的制造成本，对于损坏件和遗失件能够快速补充。

对于齿轮，由于工作强度大，为保证齿轮的使用寿命，需要对齿轮的弯曲应力σw和轮齿接触应力σj进行相应的数据分析，算出输入轴及输出轴各个齿轮的弯曲应力σw和接触应力Ρj。

各前进挡齿轮模数均为8，倒挡齿轮模数均为4。设计出下列如表1和表2所示参数的各挡齿轮。查阅相关资料设计出对应的齿轮数。查表知，各齿轮的弯曲应力应满足σw≤[σw]=400 MPa，同理接触应力应满足σjw≤[σj]=200 MPa。

根据以上计算，所得的各挡齿轮弯曲应力均满足σw≤[σw]，接触应力均满足σjw≤[σj]。因此演示台设计参数均在允许范围内，故该演示台设计合理。

表3 实际各挡输出转速表

3 功能实现

根据以上参数设计出的演示台，接通演示台电源后，开启演示台开关，电动机通电旋转，带动变速器输入轴旋转，传感器将感应到的变速器输出轴转速反映在显示屏上，通过实验数据分析，结合相应的传动机构零部件进行变速器换挡功能的讲解，实现手动变速器显示动态特性的功能。

当变速器演示台的换挡拨叉调至各个挡位时，显示屏显示数据no=10 r/min，此时，记录10次ni的显示屏数据如表3所示。

将记录数据进行整理，在排除接触摩擦等外在因素的影响下，理论上no=10 r/min时，1挡的显示转速应在4.2～4.3 r/min，2挡的显示转速应在5.1～5.2 r/min，3挡的显示转速应在6.1～6 r/min，4挡的显示转速应在7.2～7.3 r/min，5挡的显示转速应在9.9～10.0 r/min，倒挡的显示转速应在4.0～4.1 r/min。很明显的可以看出，大部分转速都趋近于标准转速，表明演示台及其显示电路及传感器均正常，齿轮设计参数及其啮合也均合理。

综上，变速器各挡位的设计参数合理，各机构均能够实现预期功能，即该演示台能够实现变速器换挡变速动态过程的演示功能。