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汽車變速器模型的介紹與應(yīng)用

時(shí)間:2017-9-29 閱讀:1930
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2017-07-06 14:27 點(diǎn)擊:171

變速器是汽車的重要部件, 包括手動(dòng)變速器與自動(dòng)變速器,。汽車自動(dòng)變速器是高技術(shù)產(chǎn)品,,它集機(jī)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(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)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(dòng)控制的,,其余是自動(dòng)控制的。自動(dòng)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(dòng)力傳遞至車輪,,自動(dòng)或手動(dòng)改變傳動(dòng)比,,以適應(yīng)各種不同的工況。

MT 手動(dòng)變速器教學(xué)模型

MT手動(dòng)變速器是一種典型的手動(dòng)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(gè)齒輪非固定連接,,齒輪可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng),。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(dòng),,同時(shí)與輸出軸一起轉(zhuǎn)動(dòng),。撥叉使軸環(huán)移動(dòng),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(dòng),實(shí)現(xiàn)動(dòng)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(dòng)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(shí)現(xiàn)三個(gè)前進(jìn)擋,、一個(gè)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(dòng)變速器的教學(xué)模型

在MT 手動(dòng)變速器的基礎(chǔ)上開發(fā)出的AMT自動(dòng)變速器, 有MT手動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)簡單,、造價(jià)低廉,、維修方便、承載能力強(qiáng)的特點(diǎn),, 又有自動(dòng)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(dòng)變速器的教學(xué)模型。它包括了汽車AMT自動(dòng)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(jī)構(gòu)如圖2所示。它有三個(gè)前進(jìn)擋和一個(gè)倒車擋,,有手動(dòng)換擋與自動(dòng)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(dòng)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(jì)算機(jī)軟硬件,、接口電路等,,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,功能強(qiáng)大,,它同時(shí)控制發(fā)動(dòng)機(jī),、變速器及其他裝置。直接地針對ECU進(jìn)行教學(xué)是很難的,, 實(shí)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(dòng)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(dòng)系統(tǒng)代替汽車的液壓傳動(dòng)系統(tǒng),,力求造價(jià)低廉,,裝配

方便,又可以滿足教學(xué)的要求,。

同時(shí),,直流電動(dòng)機(jī)代替汽車引擎。PLC輸出矩形波,,控制直流電動(dòng)機(jī),。改變矩形波的占空比,就能改變電機(jī)的平均工作電流,, 即改變電機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng),,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(dòng)”,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(gè)圓孔,,隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)。光耦合器對準(zhǔn)小孔時(shí),,輸出低電平,,否則輸出高電平。軸轉(zhuǎn)一圈,,PLC計(jì)數(shù)器接收10個(gè)脈沖,。PLC 計(jì)算單位時(shí)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(dòng)裝置

PLC控制4個(gè)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(jī)構(gòu)(軸環(huán)等),實(shí)現(xiàn)換擋變速,。

輸入軸與直流電動(dòng)機(jī)連接,,輸出軸與“車輪”連接。改變“車輪”的摩擦阻力,,或改變電動(dòng)機(jī)的輸出功率,,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)受影響。通過切換變速器的擋位,,使電動(dòng)機(jī)保持在正常的工作狀態(tài),,電機(jī)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(jī)協(xié)調(diào)工作。PLC程序的編寫是一項(xiàng)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(dòng)換擋工作模式的控制程序比較簡單。先編寫手動(dòng)操作換擋的控制程序,,調(diào)試成功后編寫自動(dòng)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(jī)器實(shí)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(dòng)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(jī)構(gòu)(兩排行星齒輪、兩個(gè)離合器,、兩個(gè)制動(dòng)器,,如圖5 所示)、PLC自動(dòng)控制電路和氣壓傳動(dòng)裝置,。該教學(xué)模型可以模擬AT自動(dòng)換擋的過程,。


圖5 行星齒輪機(jī)構(gòu)示意圖
該教學(xué)模型有三個(gè)前進(jìn)擋(第三擋是直接擋)和一個(gè)倒車擋。它與前述AMT教學(xué)模型有可比性和共同點(diǎn),。該教學(xué)模型采用AMT教學(xué)模型的PLC控制電路(見圖3),。可參考AMT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(dòng)器。繼電器L3,、L4控制電磁閥,,電磁閥操縱帶式制動(dòng)器的氣缸,決定B1,、B2的制動(dòng)與釋放,。換擋執(zhí)行機(jī)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(jī)構(gòu)的輸入軸之間,,保留圖3的電磁離合器C0。

行星齒輪機(jī)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(dòng)變速器的教學(xué)模型

帶式無級自動(dòng)變速器

(CVT)可以實(shí)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(jī)構(gòu)和自動(dòng)控制裝置,。帶式無級變速機(jī)構(gòu)如圖6所示,,主要零件有主動(dòng)輪、從動(dòng)輪,、傳動(dòng)帶,、導(dǎo)塊和絲桿螺母等。主動(dòng)輪,、從動(dòng)輪是圓錐體,。導(dǎo)塊中心位置有螺母。調(diào)速絲桿轉(zhuǎn)動(dòng), 通過螺母改變導(dǎo)塊的位置,, 導(dǎo)塊調(diào)整傳動(dòng)帶在輪上的位置,,也就是調(diào)整主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的有效工作半徑,從而改變輸入軸與輸出軸的傳動(dòng)比,。觀察該教學(xué)模型的運(yùn)行情況,,憑借感性認(rèn)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(dòng)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(dòng)帶采用橡膠材料,機(jī)構(gòu)的工作負(fù)載小,,能演示工作過程即可,,容易實(shí)現(xiàn)。

圖6 帶式無級變速構(gòu)簡圖

CVT教學(xué)模型的自動(dòng)控制裝置由PLC等組成,, 如圖7所示,。直流電動(dòng)機(jī)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(jī)構(gòu),。C0使用直流電流控制,RC充放電路減緩接合時(shí)的沖擊,,提高機(jī)器啟動(dòng)的平順性,。PLC操縱步進(jìn)電動(dòng)機(jī),步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿螺母,,螺母移動(dòng)導(dǎo)塊,,對傳動(dòng)帶進(jìn)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(shí)調(diào)整傳動(dòng)帶的位置,獲得合適的傳動(dòng)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(shí)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(kuò)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(shí)時(shí)監(jiān)測程序運(yùn)行狀態(tài),向?qū)W生展示自動(dòng)控制過程,。


圖7 CVT 模型的自動(dòng)控制電路原理圖

雙離合器自動(dòng)變速器的教學(xué)模型

雙離合器自動(dòng)變速器(DSG)是基于MT開發(fā)的,。MT換擋時(shí),,離合器分離,暫時(shí)脫離動(dòng)力,,影響加速和舒適感,。DSG有兩個(gè)離合器,,一個(gè)離合器控制1,、2,、3 擋,,另一個(gè)離合器控制2,、4,、6擋,。一個(gè)離合器接合時(shí),,另一個(gè)離合器分離,;同時(shí)掛兩個(gè)擋位,一個(gè)擋位工作,,另一個(gè)做準(zhǔn)備,。在計(jì)算機(jī)控制下,能適時(shí)切換離合器,,實(shí)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(dòng)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(shí)分離,,空擋狀態(tài)。啟動(dòng)時(shí),,離合器B 接合,,1 擋工作;離合器A 分離,,2 擋準(zhǔn)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(shí)的工況選擇3 擋或1 擋做準(zhǔn)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(xiàng)目,,學(xué)習(xí)編寫DSG 的控制程序。

其他事項(xiàng):制作車輪摩擦阻力的調(diào)整裝置,。根據(jù)負(fù)載大小,,

確定直流電動(dòng)機(jī)的功率。電機(jī)選型合適,,變速機(jī)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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