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上海育仰科教設(shè)備有限公司

汽車變速器模型的介紹與應(yīng)用

時間:2017-9-29 閱讀:1933
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2017-07-06 14:27 點擊:171

變速器是汽車的重要部件,, 包括手動變速器與自動變速器,。汽車自動變速器是高技術(shù)產(chǎn)品,,它集機械、電子和液壓控制于一體,,結(jié)構(gòu)和原理十分復(fù)雜,。《汽車變速器原理與結(jié)構(gòu)》是中等職業(yè)學(xué)校汽車維修專業(yè)的必修課,,也是學(xué)生感覺zui難學(xué)的一門課,。職業(yè)學(xué)校培養(yǎng)技工和技師,必須重視現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的基礎(chǔ)教育,。我們構(gòu)建了汽車變速器的教學(xué)模型,,簡化了教學(xué)內(nèi)容和過程,,方便了教學(xué),。利用教學(xué)模型,在教學(xué)中演示變速器的工作狀況,,有利于增強學(xué)生的感性認識,,加深學(xué)生對變速器原理的理解和記憶,提高教學(xué)質(zhì)量,。

汽車變速器主要類型有MT,、AMT、AT,、CVT,、DSG 等。其中,,MT 是手動控制的,,其余是自動控制的。自動控制方式有電子控制,、液壓控制和電液控制等,。教學(xué)模型應(yīng)該反映汽車變速器的主要結(jié)構(gòu)和基本原理。教學(xué)模型應(yīng)零部件少,,結(jié)構(gòu)簡單,,使用方便,控制程序簡短,,能夠模擬汽車變速器的基本功能———變速器將引擎的動力傳遞至車輪,,自動或手動改變傳動比,以適應(yīng)各種不同的工況,。

MT 手動變速器教學(xué)模型

MT手動變速器是一種典型的手動變速器,,很多汽車采用這種類型的變速器。它的教學(xué)模型簡稱為MT教學(xué)模型。該教學(xué)模型如圖1所示,, 輸入軸,、中間軸與齒輪固定連接,輸出軸與三個齒輪非固定連接,,齒輪可以繞軸轉(zhuǎn)動,。軸環(huán)與輸出軸以花鍵連接。軸環(huán)可以沿著軸線方向移動,,同時與輸出軸一起轉(zhuǎn)動,。撥叉使軸環(huán)移動,軸環(huán)靠向齒輪的側(cè)面,,側(cè)面犬齒嚙合,,軸環(huán)與齒輪一起轉(zhuǎn)動,實現(xiàn)動力傳遞,。軸環(huán)停留的位置不同,,產(chǎn)生不同的擋位,就有不同的傳動比,。惰輪改變轉(zhuǎn)向,,構(gòu)成倒車擋。軸環(huán)與輸入軸的齒輪接合,,出現(xiàn)直接擋,,效率zui高。該教學(xué)模型可以實現(xiàn)三個前進擋,、一個倒車擋,,簡單,直觀,,學(xué)生多看幾眼就明白其中的原理,。


圖1 MT 教學(xué)模型示意圖

AMT 自動變速器的教學(xué)模型

在MT 手動變速器的基礎(chǔ)上開發(fā)出的AMT自動變速器, 有MT手動變速器結(jié)構(gòu)簡單,、造價低廉,、維修方便、承載能力強的特點,, 又有自動快速換擋的功能,。在上述MT教學(xué)模型的基礎(chǔ)上,制作AMT自動變速器的教學(xué)模型,。它包括了汽車AMT自動變速器的主要組成部分,,反映出AMT 的基本工作原理。其變速機構(gòu)如圖2所示,。它有三個前進擋和一個倒車擋,,有手動換擋與自動換擋兩種工作模式。

圖2 AMT教學(xué)模型示意圖

該教學(xué)模型的自動控制電路(如圖3所示)代替汽車常用的電子控制單元(ECU)??删幊绦蚩刂破鳎≒LC)編程使用梯形圖,,易于學(xué)生理解。現(xiàn)代汽車的ECU 包括計算機軟硬件,、接口電路等,,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,功能強大,,它同時控制發(fā)動機,、變速器及其他裝置。直接地針對ECU進行教學(xué)是很難的,, 實際上,, 一般的ECU是由專業(yè)公司研制生產(chǎn)的, 由于商業(yè)保密的因素,,ECU電路圖和控制程序等資料一般找不全,。

圖3 AMT模型的自動控制由路原理圖

在模型中,氣缸作為換擋執(zhí)行元件,,代替汽車變速器常用的液壓油缸,; 電磁離合器代替汽車常用的液壓控制離合器,;以氣壓傳動系統(tǒng)代替汽車的液壓傳動系統(tǒng),,力求造價低廉,裝配

方便,,又可以滿足教學(xué)的要求,。

同時,直流電動機代替汽車引擎,。PLC輸出矩形波,,控制直流電動機。改變矩形波的占空比,,就能改變電機的平均工作電流,, 即改變電機的功率。電位器W1作為油門踏板的位置傳感

器,,其輸出電壓為0~10伏特,。軟件編程設(shè)定,矩形波的占空比與傳感器的輸出電壓值成正比,。調(diào)整電位器W1,,即調(diào)整電動機的輸出功率。
PLC輸出矩形波,, 控制電磁離合器C0 的接合與分離,。W2是離合器位置傳感器。矩形波的占空比與電位器W2的輸出電壓成正比。為了模仿汽車平穩(wěn)啟動,,緩慢調(diào)整W2,,PLC輸出占空比連續(xù)變化的脈沖信號,電磁力逐漸加大,,離合器從分離狀態(tài),,經(jīng)過“半聯(lián)動”,至接合狀態(tài),。

安裝兩組光電傳感器,,將輸入軸與輸出軸的轉(zhuǎn)速以脈沖的形式向PLC發(fā)送信息。光電傳感器是由光耦合器與轉(zhuǎn)盤組成的,。轉(zhuǎn)盤沿圓周分布10個圓孔,,隨軸轉(zhuǎn)動。光耦合器對準小孔時,,輸出低電平,,否則輸出高電平。軸轉(zhuǎn)一圈,,PLC計數(shù)器接收10個脈沖,。PLC 計算單位時間的脈沖數(shù),判斷軸的轉(zhuǎn)速,。結(jié)構(gòu)原理很簡單,。


圖4 AMT模型的氣壓傳動裝置

PLC控制4個繼電器(L1~L4)。繼電器控制電磁閥(圖4的L11~L14),。電磁閥控制氣缸,。氣缸操縱換擋機構(gòu)(軸環(huán)等),實現(xiàn)換擋變速,。

輸入軸與直流電動機連接,,輸出軸與“車輪”連接。改變“車輪”的摩擦阻力,,或改變電動機的輸出功率,,電動機的轉(zhuǎn)速會受影響。通過切換變速器的擋位,,使電動機保持在正常的工作狀態(tài),,電機的轉(zhuǎn)速和工作電流被控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。
PLC控制整機協(xié)調(diào)工作,。PLC程序的編寫是一項頗具彈性的工作,。該教學(xué)模型仿效汽車的“手自一體化”功能。手動換擋工作模式的控制程序比較簡單,。先編寫手動操作換擋的控制程序,,調(diào)試成功后編寫自動換擋程序,。在教學(xué)的初期,程序應(yīng)該盡量簡短,,能夠控制機器實現(xiàn)基本作業(yè)就行,。隨著學(xué)生能力的提升,逐步豐富程序的內(nèi)容,,或者將更高要求的編程留給學(xué)生編寫,,作為研究性學(xué)習(xí)的內(nèi)容。教師須注意因材施教,,合理地掌握教學(xué)的深度,。

雖然AMT變速器使用的數(shù)量不多,但是,,它與行星齒輪變速器的換擋原理有相似之處,。AMT的知識是學(xué)生學(xué)習(xí)復(fù)雜的AT變速器的基礎(chǔ)。因此,,AMT變速器教學(xué)有重要意義,。
辛普森行星齒輪變速器的教學(xué)模型

目前, 大多數(shù)的自動擋汽車使用AT 變速器,。AT是由液力變矩器,、行星齒輪變速器和電液控制裝置等組成的。其中,,行星齒輪變速器是關(guān)鍵部件,。辛普森行星齒輪變速器的教學(xué)模型包含基本的辛普森行星齒輪變速機構(gòu)(兩排行星齒輪、兩個離合器,、兩個制動器,,如圖5 所示),、PLC自動控制電路和氣壓傳動裝置,。該教學(xué)模型可以模擬AT自動換擋的過程。


圖5 行星齒輪機構(gòu)示意圖
該教學(xué)模型有三個前進擋(第三擋是直接擋)和一個倒車擋,。它與前述AMT教學(xué)模型有可比性和共同點,。該教學(xué)模型采用AMT教學(xué)模型的PLC控制電路(見圖3)??蓞⒖糀MT教學(xué)模型的控制程序,,編寫該教學(xué)模型的程序。

圖5的C1,、C2采用電磁離合器,。圖3 所示電路的繼電器L1、L2控制C1,、C2的接合與分離,。B1,、B2采用帶式制動器。繼電器L3,、L4控制電磁閥,,電磁閥操縱帶式制動器的氣缸,決定B1,、B2的制動與釋放,。換擋執(zhí)行機構(gòu)(C1、C2,、B1 和B2)的狀態(tài)與變速器擋位的關(guān)系,,是理解換擋變速原理的重要信息,也是編寫PLC程序的主要依據(jù),。在引擎與行星齒輪機構(gòu)的輸入軸之間,,保留圖3的電磁離合器C0。

行星齒輪機構(gòu)的制作應(yīng)該考慮教學(xué)的需要,,應(yīng)該采用輕便的材料,,如鋁合金或塑料;結(jié)構(gòu)盡量簡單,,又容易觀察,;組裝和使用方便;制造精度不高,,減少制作成本,。

帶式無級自動變速器的教學(xué)模型

帶式無級自動變速器

(CVT)可以實現(xiàn)連續(xù)無級變速。該CVT的教學(xué)模型包括帶式無級變速機構(gòu)和自動控制裝置,。帶式無級變速機構(gòu)如圖6所示,,主要零件有主動輪、從動輪,、傳動帶,、導(dǎo)塊和絲桿螺母等。主動輪,、從動輪是圓錐體,。導(dǎo)塊中心位置有螺母。調(diào)速絲桿轉(zhuǎn)動,, 通過螺母改變導(dǎo)塊的位置,, 導(dǎo)塊調(diào)整傳動帶在輪上的位置,也就是調(diào)整主動輪和從動輪的有效工作半徑,,從而改變輸入軸與輸出軸的傳動比,。觀察該教學(xué)模型的運行情況,憑借感性認識,,學(xué)生能夠理解工作原理,。CVT的變速性能*,,但是使用CVT的汽車不多。原因是傳動帶的承載能力和耐用性難以滿足要求,,使用成本比較高,。該教學(xué)模型的傳動帶采用橡膠材料,機構(gòu)的工作負載小,,能演示工作過程即可,,容易實現(xiàn)。

圖6 帶式無級變速構(gòu)簡圖

CVT教學(xué)模型的自動控制裝置由PLC等組成,, 如圖7所示,。直流電動機的功率控制電路、引擎與車輪的轉(zhuǎn)速檢測電路均與上述AMT 的電路相同,。電磁離合器C0連接引擎與變速機構(gòu),。C0使用直流電流控制,RC充放電路減緩接合時的沖擊,,提高機器啟動的平順性,。PLC操縱步進電動機,步進電動機驅(qū)動絲桿螺母,,螺母移動導(dǎo)塊,,對傳動帶進行定位??刂七^程由PLC的程序管理,。編寫PLC程序從基本要求做起,然后逐步完善,。zui簡單的控制程序,,是及時調(diào)整傳動帶的位置,獲得合適的傳動比,,使引擎的轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速,。額定轉(zhuǎn)速是引擎正常工作時的轉(zhuǎn)速。簡單的控制程序調(diào)試成功之后,,再針對各種不同的工況,,改寫程序,擴大功能,,優(yōu)化控制效果。PLC使用梯形圖程序,,可用筆記本電腦實時監(jiān)測程序運行狀態(tài),,向?qū)W生展示自動控制過程。


圖7 CVT 模型的自動控制電路原理圖

雙離合器自動變速器的教學(xué)模型

雙離合器自動變速器(DSG)是基于MT開發(fā)的,。MT換擋時,,離合器分離,,暫時脫離動力,影響加速和舒適感,。DSG有兩個離合器,,一個離合器控制1、2,、3 擋,,另一個離合器控制2、4,、6擋,。一個離合器接合時,另一個離合器分離,;同時掛兩個擋位,,一個擋位工作,另一個做準備,。在計算機控制下,,能適時切換離合器,實現(xiàn)快速換擋,。DSG 的教學(xué)模型及電路原理分別如圖8,、圖9 所示。氣壓傳動部分參考AMT 的內(nèi)容,。電磁離合器的外圈與齒輪固定連接,,內(nèi)圈與中間軸固定連接。為簡單起見,,模型只設(shè)1,、2、3,、4 擋位,,沒有倒車擋。

電磁離合器A,、B 同時分離,,空擋狀態(tài)。啟動時,,離合器B 接合,,1 擋工作;離合器A 分離,,2 擋準備,。提速后,離合器A 接合,,2 擋工作,;離合器B 分離,,電腦根據(jù)即時的工況選擇3 擋或1 擋做準備。以此類推,。
學(xué)生學(xué)習(xí)AMT 的PLC 編程后,,可以作為研究性學(xué)習(xí)項目,學(xué)習(xí)編寫DSG 的控制程序,。

其他事項:制作車輪摩擦阻力的調(diào)整裝置,。根據(jù)負載大小,

確定直流電動機的功率,。電機選型合適,,變速機構(gòu)和控制電路正常,教學(xué)模型才能正常使用,。

汽車變速器結(jié)構(gòu)緊湊,,零件多,組裝后難于觀察,,拆開后看不出所以然,。而變速器教學(xué)模型形象、直觀,,看得到,,摸得著,教學(xué)效果甚佳,。汽車變速器的型號很多,,不同廠家的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)差異明顯,但基本原理是相同的,。

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