汽车变速器机械传动系统解剖模型设计

　第一类是塑料模型采取仿真的方式，实现系统的工作过程演示；
第二类是采用电动装置程序化控制机械 杆件制作的演示教板；
第三类是汽车机械传动系统的实物解剖教具。
这类型教具所要达到的教学目标，是将汽车传动系统机械原理透明化、直接化的展示给学生，便于学生 理解掌握传动系统的部件名称、机械结构和工作原理。 现有的这种类型教具中，大部分离合器、手动变 速器和主减速器是各自独立的，且使用塑料透明壳体将 塑料仿真部件组装后实现机械传动，达到演示过程的作 用。塑料透明教具重量轻、便于携带，但是各部件独 立，传动系统联系性不强，塑料部件仿真精细化程度不 高，工装质量较差，使得教学效果达不到理想效果。
一、功能设计
轿车手动变速器机械传动系统实物解剖教具在功能设计方面，首先对传动系统部件壳体部分的解剖，让隐蔽的部件透明化。其次将发动机飞轮、膜片弹簧离合器和五挡变速器（含主减速器）组装成一个整体，装配好各部件 的操控装置（含程序控制模式），使其能够实现各个部件 对应的功能。最后，通过电动机带动皮带轮驱动飞轮给予 整个系统动力输入，使其整个系统运转起来。三个基本功 能的互相配合，实现了整个传动系统的部件结构认知，运 转部件演示，离合器、变速器拆装操作。如图1所示。
二、结构设计与制作
（一）轿车手动变速器机械传动系统支座结构设计 与制作 轿车手动变速器机械传动系统支座设计中，要保 证支架定位安装尺寸与变速器飞轮壳的定位尺寸相互吻合。变速器输入轴回转中心线、离合器与飞轮的回转中心线、驱动法兰及轴线与轴承座空回转中心线其同轴度 误差控制在0.5mm以内。轿车手动变速器机械传动系统 支座采用框架焊接结构，局部进行加强，确保稳定性。
（二）轿车手动变速器机械传动系统动力传动装置的设计与制作轿车手动变速器机械传动系统动力传动装置属于无 负载工作状态，电动机在启动驱动的时候，主要是需要 克服飞轮的惯性。同时，解剖后的变速器需要能够看清楚机械传动装置的工作过程，所以，驱动电动机的转速不能过快。最后，经过对各种类型电机进行性能上的比较， 选择了6IK250RGUK型号220V减速电动机（含调速模块）为动力源。该型号的电动机结构与性能特点如下：
1.电机和减速箱外壳采用高强度合金压铸成型，减 速箱外壳与轴承室压铸成一体式，并采用高精度自动数 控机床整体加工而成，取代了传统的夹板支柱式，更适 应承受大力矩和冲击负载。
2.减速箱内的齿轮由合金结构钢并经锻压加工，齿 面经过硬化处理后，在高精度滚剃齿机上采用特种合金 刀具微量滚剃加工而成，采用高精度螺旋斜齿啮齿传 动，提高了齿轮的抗冲击能力和耐磨性能。
3.电机有减速机构，电机转速1350转/分；速比为2:1，配有调速模块，低速启动性能好。 动力传动装置采用V型三角带传输（经过V带设 计，结果普通V带一根，型号为：A1000 GB/T1171）。 驱动轴和带轮间选择了6×8平键连接。电机通过带轮驱动短轴，材质45#钢，力学性能上能满足驱动要求。轴设计成阶梯轴，通过台阶靠在一号轴承座上，轴承座固定 在支架上。当离合器分离式产生对飞轮的横向推力，通过台阶顶在轴承座上进行定位。
法兰盘直径110mm，中间有非等距的6个孔，按照发动机飞轮空位实测后绘制图纸，法兰盘中间有30mm孔，与阶梯轴配合。轴与法兰盘焊接，法兰盘和轴之间 的同轴度误差控制在0.05mm。
由法兰盘与飞轮螺栓连接，进而驱动系统，飞轮将动力专递给离合器，离合器驱动变速器输入轴。
（三）变速器解剖设计与制作为了让离合器、变速器机械传动部件的工作过程全部可视，需要在变速器壳体上进行“开窗”解剖，将手 动变速器的解剖面进行如下设计：
对变速器壳体（飞轮壳）的解剖，能观察到液压 离合器工作过程：分离和结合。当踩下离合器踏板后， 离合器总泵将液压油送至离合器分泵，分泵顶开分离拨叉，推动分离轴承压向离合器分离杠杆，离合器压板分离，切断动力传递。当释放离合器踏板时，液压力被释放，压板被压紧，处于结合状态。此过程在系统停转状态下操作，通过解剖位置观察，各个部件的工作过程清晰，有利于学生的认知和观察。 变速器的一轴插入离合器摩擦片中心花键内，离合器处于结合状态时，电机驱动法兰轴，飞轮旋转，带动变速器转动。变速器的教学中，主要是传动路线分析、变速器同步器工作原理、换挡执行机构工作过程使学生理解困难，学习难度较大且需要教具辅助教学。针对此情况，将变速器1-2挡同步器；3-4挡同步器；5挡同步器；倒档齿轮等换挡部件对应位置的变速器壳体进行解剖，可以看清楚挡位传递过程和同步器工作工程原理，对变速器换挡拨叉机构处的壳体进行解剖，可以对变速器换挡机构的工作过程进行演示。同时，可以配合离合器分离过程，观察输入轴停止转动的现象。
在制作过程中，首先将变速器分解，将壳体、轴、齿轮、轴承进行清洗，根据需要解剖的位置进行开窗位置的确定。首先保证能清晰的观察到变速器工作部件的工作过程，其次要保证尽量减少对固定位置的破坏，保证变速器能正常运转，可进行拆装训练。按照壳体的具体形状，用压板把壳体固定在数控铣床的工作台上，将相关位置铣槽。变速器飞轮壳部位由于形状不规则，在解剖过程中使用钳工加工，先使用画针在壳体上标记好，再使用样铳打点定位，而后使用手电钻打排孔敲下 金属块，再用角磨机配上百叶轮对于轮廓进行修边加工。最后，按照变速器维修手册的技术要求进行变速器的组装，确保形位误差，变速器运转自如，换挡操纵机构轻便灵巧。
（四）解剖台架机械控制和转速显示装置的设计
1.离合器踏板联动机构的设计。在设计中，考虑到离合器总泵运动中推力很大，在使用踏板踩下的时候就已经很费力了，而且在抬起找半联动的过程中不好控制，所以设计了一个联动装置，通过电驱动顶开离合器总泵，在某一点上可以清楚地看见离合器半联动的过程，且可以长期保持这个状态。在这个机构的设计上采 用螺杆顶升的原理，采用汽车随车用的电动千斤顶装置，一端固定在支架上，另一端通过一个铁板压在总泵推杆上，电动机一工作，带动螺杆顶升推开总泵，实现并联控制。电机可受PLC控制，按照预定的程序工作。千斤顶恢复到初始状态下，不会影响到离合器踏板的正常工作。在千斤顶的工作行程两端安装有限位开关，到位后，自动切断电路，起到限位保护作用。
2.半轴杠杆制动装置的设计。利用变速器壳体上的一个定位孔作为支点，安装杠杆，一端是刹车皮，另一 端为把手。利用杠杆力将刹车皮与变速器输出半轴法兰接触，起到制动作用。当变速器在挡位运转后，半轴法兰被制动的情况下，另一个半轴法兰的转速是未制动时的2倍，可以验证差速器原理。
3.转速显示装置的设计。利用变速器法兰轴与飞轮连接的固定螺栓，固定一个“L”型的铁片，安装一个霍尔式的转速显示装置，可以得到输入轴的转速。利用变速器输出半轴法兰（未安装半轴杠杆制动装置）上的安装孔，旋入一颗螺栓，安装一个霍尔式的转速显示装置，可以得到输出的转速。
三、创新点及应用
（一）创新点原车真件全仿真，使用寿命长，教具将离合器、手动变速器和主减速器组合设计、一同工作，传动系统教学联系性大大增强。将传动系统部件驱动起来，可以清晰地观察到各个部件的工作过程，有利于部件总成工作 原理的理解。解剖但是没有破坏结构，学生可以在此教具上进行实际操作，将理论教学和实际操作紧密联系起来。
（二）应用该教具除可以进行离合器构造原理、变速器构造原理、变速器同步器工作原理、差速器工作原理等汽车底盘构造原理教学演示外，还可以进行变速器油的更换、离合器液压油的更换及排气，离合器三件套的更换、变速器拆卸和装配等多个实践动手教学项目。