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自动变速器实训台架的设计分析
编辑:admin   时间:2018-03-18 20:57

(一)前言
在自动变速器实训教学中由于没有自动变速器实训台架,往往把其放在一张工作台上进行操作,而学生在拆装训练中需要经常需要进行翻转,只好两人徒手翻转,因此存在有操作困难、效率低、不美观、不安全等缺点,给教学带来很大的影响,不便于学生学习自动变速器的基本结构与工作原理及技能训练。为了解决这些问题,本文设计了可翻转及水平移动自动变速器实训台架。以下将详细阐述其设计思路及步骤、结构设计及注意事项。
(二)设计思路及步骤
汽车自动变速器在汽车教学中是个重点也是难点,要使学生全面掌握自动变速器基本结构、工作原理及操作技能,由于自动变速器总成结构复杂、精度高、价格昂贵,不便翻转操作,给教学带来很大的影响及不安全因素。为此设计自动变速器实训台架既可以使自动变速器翻转360 度又可水平移动,使学生可以在任何角度了解自动变速器的内部结构,可在台架上简易模拟自动变速器的工作,理解其工作原理,并方便拆装与修理技能训练,提高学习效率。其主要由翻转架和操作台两部分组成。
1.翻转架设计确定翻转中心
翻转架的翻转中心在整个翻转机构中起着举足轻重的作用,若选择不当则会导致翻转速度不均匀、受力不均衡、重物不平稳、翻转困难等一系列的问题,严重影响操作性能及教学效率,也存在安全隐患。从理论上讲,中心与其翻转中心之间的距离越小,则所需翻转的力矩越小。因此,在设计时尽可能保证其一致。根据以上参数,可确定自动变速器的安装定位孔离油底壳的距离160㎜,两安装定位孔的中心距80㎜。
2.确定翻转形式
翻转架常见的翻转形式一般可分为手动翻转和动力驱动翻转(气动翻转、电动翻转等)两种。设计者可根据零件的外形结构及实际情况,作出合理选择。
通常情况下,手动翻转常用于小型零件,具有操作灵活方便、翻转速度较慢,容易控制等优点。动力驱动翻转常用于大型零件,具有方便快捷、翻转速度快、效率高等优点。
本设计要求具有操作灵活安全、翻转速度慢的特点,方便教学。故采用涡轮减速器进行对其翻转减速,并通过手动翻转。
3.确定翻转架结构及连接方式
翻转架由底座、支撑梁、旋转架、支撑手组成。底座用于支撑自动变速器及其所有附件的机构,支撑梁用于支撑自动变速器部件,固定在旋转架上,旋转架一端与支撑手连接另一端通过轴承、轴承座和蜗轮并与底架固定。支撑手通过螺钉连接固定自动变速器总成。
4.确定翻转架的行走机构
翻转架的行走连接机构由轴承轮、螺栓轴、锁紧螺母、行走导轨组成等。在底座下面加工4个光孔,然后将螺栓轴分别安装在底4个光孔上,每个螺栓轴并分别装上两个轴承轮并用锁紧螺母固定。行走导轨由两条角钢组成,并焊在操作台架上,行走机构就可完成。
5.确定操作台架
操作台为一个长方形的工作台,操作面板由大小两块组合而成,中间留一定的距离。
(三)结构设计
下面以日产蓝鸟轿车(前轮驱动)的自动变速器为例进行设计,其主要参数为:自动变速器总长(动力传输方向即轴向)约530㎜、总宽约400㎜,质量约78kg。
1.底座结构设计及选材
底座用于支撑整个机架并固定在台面上,根据以上相关参数进行受力、强度分析计算,结合实际情况,底座由四根50mm×50mm 的50#角钢焊接成“工”字形的框架,两根横梁并列于边框中心处。自动变速器的翻转中心(即旋转轴)垂直于其动力传输方向,旋转轴与底座横梁平行并在垂直于底座的平面内。为保证台架的平衡性及翻转的安全性,要求尽可能使变速器重心落在“工”字形底座中心。因此,底座横梁长度应大于支点到重心的距离,根据已知的相关参数,可选取横梁总长为480mm。底座的两个边梁长度即为底座长度,其决定台架与台面固定点的距离,保证台架受力稳定均衡,与其它因素综合分析,选取两条边梁的长度为520mm。即底座是520mm×480mm 的“工”字形的框架。
2.支撑梁设计及选材
支撑梁垂直于底座平面,用于支撑自动变速器及机构附件。支撑梁高度确定原则:一方面,从力学性能与旋转平稳性能考虑,尽可能降低自动变速器的重心,即支撑梁越短越好;另一方面,考虑要求自动变速器能有360°的翻转空间,才能满足教学需要;同时,从操作的安全角度看,自动变速器翻转半径最大值处距离台面还需留有安全距离(≥50mm),要求支撑梁尽可能高。因此,综合以上两方面因素,根据自动变速器的相关参数,选取支撑梁为总长(高度)约500mm即可。支撑梁垂直焊接于底座一边梁上的两横梁中心处。经受力与强度分析,采用60#槽钢(60 ㎜×40 ㎜)即可满足。
3.旋转架设计及选材
旋转架垂直焊接于支撑梁顶部,一端与支撑手连接,另一端与减速机构连接,实现自动变速器翻转的机构。根据相关数据进行受力分析及强度校合,旋转轴可采直径为40mm 的45#钢制作,并且保证翻转过程中,自动变速器外壳任意点与支撑梁要有约50mm 的安全距离,同时手动转盘与支撑梁、翻转机构留有约50mm 的安全距离。因此,旋转轴长度可选取约180mm。
4.支撑手设计及选材
支撑手连接旋转轴的一端,用于支撑自动变速器总成,并带着自动变速器任意角度旋转。根据自动变速器重心位置及其它相关参数,支撑手由两块厚度为9mm 的钢板焊接成倒“7”字形,其中水平板面(平行于底座面)是180mm×150mm(长×宽)的钢板,上面通过两颗螺钉固定自动变速器。垂直板面(平行于支撑梁)是150mm×160mm(底×高)的钢板(厚度为9mm),并与旋转轴连接。
5.减速器的选择
自动变速重约780N , 重心距支点的距离约300mm(180mm-10mm +180mm -50mm),由此可知,自动变速翻转所需的最小扭矩为234 N.m。因此所选减速器的扭矩至少是翻转扭矩的1.2 倍,本设计用于教学,保证操作安全,故选减速器扭矩为翻转扭矩的两倍左右,即约468 N.m。根据教学特点,要求其传动平稳,噪声低,并在一定条件下机构可以自锁。
考虑到蜗杆传动属于啮合传动,蜗杆齿是连续的螺旋齿,与蜗轮逐渐进入和退出啮合,且同时啮合的齿数对较多,符合本设计要求。因此,综合以上因素,本设计选用模数为2,速比40∶1,中心距53 的WDH 型蜗轮减速器,涡轮作为转动盘。
在此值得注意的是,由于转动盘是手动,转动盘中心到支撑梁的距离要大于转动盘半径约30mm,保证操作的安全距离。
6.操作台设计
操作台是一个长方形的工作台,长为2000mm,宽为600mm,高为800mm,其中工作面是用2mm 钢板拆成90°,并由大小两块组成,中间留60mm 的距离。翻转架总成安装在操作台架
上如图1 所示。

图1 可翻转及水平移动自动变速器实训台架
(四)安全因素
1.翻转速度
翻转过程中,如果翻转速度过快则会有些零件松旷、下滑甚至由于离心力作用而被甩出来,容易导致安全事故的发生。因此需要对其翻转速度进行控制,如人为操作控,或者选用较大传动比的减速装置,或者尽可能选择大直径的转盘。
2.动作互锁
在应用过程中,为保证操作者将台架翻转到任意角度均能平稳、安全操作,要有互锁装置进行锁紧。


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