在线变速箱选换档臂检测台架设计

发布时间：2024-11-25

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在线变速箱选换档臂检测台架设计

王淑旺，张定，鲁恒飞，顾立才

（合肥工业大学机械与汽车工程学院，合肥230009）

变速箱的变速、储能、增加扭矩等作用，使它成为汽车传动系中的核心部件。选换档臂是执行选换档的重要执行摘要：

机构，其好坏直接影响着变速箱选换档的性能。文中根据变速箱换档原理，设计了一种采用电、气为动力的在线变速箱选换档臂检测台架，并且着重介绍了其机械系统构成、电气控制系统与试验结果分析。其特点是结构紧凑小巧，动作灵敏可靠，操作简单，无油污，环境清洁；人机交互方便，人性化设计。自投入生产系统运行稳定。

变速箱；自动换档机构；选换挡臂；控制系统；换挡曲线关键词：

中图分类号：U463.212文献标识码：A文章编号：1002－2333（2011）06－0016－03

LUHeng-fei,

GULi-cai

ADesignfortheOnlineGantryExamineofChooseShiftArm

WANGShu-wang,ZHANGDing,

（SchoolofMechanical&AutomotiveEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China）

Abstract：Gearboxhasvariablespeed,energystorageandincreasetorquefunctions,makeitbecomeisoneofthecorecomponentsofdrivetrain.Chooseshiftarmistheimplementationoftheimportantshiftexecutivemechanism,anditsdirectimpactontheperformanceofthegearbox.Accordingtothegearboxshiftingprinciple,designakindofusingelectricityandgasforpowershiftgearboxonlinearmdetectiontest-bed.Andmainlyintroducesitsmechanicalsystemstructure,electricalcontrolsystemwiththetestresultisanalyzed.Itsfeaturescompactstructurecompact,sensitivesubreliabie,simpleoperation,nopollutionenvironmentclean;Human-computerinteractionconvenient,humanizeddesign.Sincethesystemrunsstablyintoproduction.

Keywords：gearbox;auto-shiftbody;chooseshiftarm;controlsystem;shiftcurve

1引言33.1

机械机构结构设计变速箱选换档原理汽车驾驶员完成一个完

在汽车传动环节中，变速箱是核心部件，选换档臂是变速箱的重要组成部分。所以选换档臂的好坏将决定着变速箱换档品质的高低，对变速箱装配前对选换档臂的检测以发现设计和装配上的缺陷非常必要。目前对选换档臂的检测主要靠装配前目测和装配后对变速箱整体检测，但是这两种方法都有缺点：装配前目测靠的是装配工的经验，其人为因素较多，无法做到定量；装配后整体检测，一旦发现不合格就必须拆掉换档臂，费力又费时。

当前，国内外的研究人员对变速箱总成的测试做了大量的工作，但对选换档臂的检测却较少，为此，国内目前对于基于变速箱换档原理检测选换档臂只有合肥工业大学和安徽巨一自动化公司。

本文主要从以下几个方面阐述：自动换档机构的设计；控制系统的设计；检测分析等2

设计需求

当前对于变速箱选换档臂的装配前检测并没有进行定量的检测，比如选档行程，换档位移等。因此对于选换档臂的质量无法做到定量的评判标准。安徽某齿轮厂提出要在其生产的某型变速箱装配前对该变速箱选换档臂进行一个定量的检测：选档行程；换档位移；选档力；变档实时扭矩；倒档锁。根据该变速箱及其选换档臂的结构和特点进行如下机械和电气设计。

整的换档操作是通过操纵换档手柄同时配合离合器的分开与结合动作组合来完成的。如图1所示为国内某齿轮厂一变速箱档位示意图

、和选换档臂示意图。

图1（a）中X1、X2、X3是变速箱的三个选档位置，对应中、高位了选换档臂轴的低、置。选换档臂轴左右转动对应变速箱的具体档位。比如将变速箱选换档臂轴推到X1位置后左转为一档位置，右转为二档位置。3.2

检测台架机构设计基于以上选换档原理对选换档机构进行机械结构设计。选换档机构模拟变速箱的选换档动作，即完成以下动作：（1）抓住、夹紧并推拉

（a）档位示意图

平衡块

选换档轴

（b）选换档臂示意图

（c）选换档臂实物图

图1变速箱档位示意图和选换档臂示意图

机械工程师2011年第6期

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选档伺服电机换档伺服电机减速机

丝杠滑台

扭矩传感器拉压力传感器变档臂

变速箱拨叉及轴

选换档臂进行选档操作；（2）换档操转动选换档臂进行摘、作。除此之外还要设计与变速箱选换档臂相匹配的夹紧机构。依据以上动作，本机构采用选档伺服电机驱动滚珠丝杆带动换档机构平移实现自动换档机构的选档动作；由变档伺服电机通过同步带串联扭矩传感器、变档臂，减速机、

为同步器式换档结构的变速箱选换档臂。

人工将换档臂装入变速箱内，并使之处于三档位置（不然无法固定），夹紧，系统开始检测。流程为：

合格产品流程：起始-N档-12档中间-1档-12档中间-2档-12档中间-N档-3档-N档-4档-N档-5R档中间-5档-5R档中间-试图挂R档-挂不上-返回5档-N档-R档-N档-结束。

倒档锁不合格流程：起始-N档-12档中间-1档-12档中间-2档-12档中间-N档-3档-N档-4档-N档-5R档中间-5档-5R档中间-试图挂R档-挂上-N档-结束。

图4、图5为某一台变速箱换档臂检测的换档力与时间的二维曲线及各个档位的选换档位移。

滚珠

丝杆

变速箱选换档轴

图2机械系统构成图

带动换档头转动完成摘、换档动作。故本选换档机构主要由选档伺服电机、滚珠丝杠、丝杠滑台、变档伺服电机、减速机、扭矩传感器、变档臂和其他辅助机构组成。机械机构原理图如图2所示。

夹紧头夹紧选换档轴，换档盘卡住平衡块。采用压缩空气为动力，气压要求在0.4~0.6MPa之间。

本机构是选换档臂在线检测台架核心组成部分，试验中在检测选换档臂总成时，模拟人工选换档动作。3.3

换档位移测量设计

由变速箱变速原理可知：变速箱在换档时的位移就是对应轴上的拨叉的位移，故将位移传感器的测头接触拨叉即可。比如测量一档位移，就是一二档轴上拨叉拨动同步器下移的位移。本台架选用日本基恩斯抗干扰能力强的电流型输出位移传感器，通过ADLINK9221板卡采集位移值。4

控制系统设计

VGA和RS232

换档力矩/N·m

变档臂由小气爪、夹紧头、换档盘组成，小气爪驱动

时间/s

图4换档力矩曲线

图5换档、选档位移图

（1）在0~22s的范围内显示换档过程是：3档-N档-12档中间-1档-12档中间-2档-12档中间-N档-3档-基于以上需求和机械

触摸屏

N档-4档-N档-5R档中间-5档-5R档中间。这段曲线显示的检测过程表明该换档轴是合格的：最大换档力矩为8.5Nm，比规定的上限小。

（2）在22~26s的范围内显示的换档过程是：5档-5R档中间-直接挂倒档未挂上。该段需要结合换档实时位移来判断是否挂上R档。在规定的时间内，换档力矩超过规定值且R档实时位移没有到达预设值，即判断倒档锁合格。否则视为不合格。

（3）在26~34s的范围显示的换档过程是：返回5档-5R档中间-N档-5R档中间-R档-5R档中间-结束。该在规定的范围内，合格。过程的最大力矩为7.3Nm，

该变速箱的理论选档行程为：1/2档7mm，5/R档7.5mm；

1档8.5

IPC

Ethernet

结构设计，换档臂检测台架的控制系统要完成三个主）根据程序控制要任务：（1台架完成选换档臂检测实验；（2）在试验过程中采集数据，包括传感器数据转换、放大滤波，试验结束后判断产品是否合格；（3）现场安全监控，一旦出现异

数据

采集系统扭矩传感器

PLC可编程控制器

PROFIBUS

伺服驱动器

Powerline

PROFIBUS

现场模块

自动换档机构

伺服电机

图3电气控制系统框图

常，立刻终止系统动作，并报警以保护用户的生命财产安全。台架电气控制系统图如图3所示。

PLC在当前的工业现场控制领域中处于核心地位。本系统动作部分选用以高可靠性和高扩展性而著称的西门子S7-300PLC。采用DP总线方式控制伺服驱动器，采用数字量输入输出模块控制该台架的气缸、光栅以及磁性开关等开关量处理整体动作及故障。PC机选用嵌入式工作站计算机，以ADLINK9221数据采集卡、相应的接线端子板组成信号输入输出模块，完成本台架的测量、分析等任务。5

实验结果分析

本台架要检测的产品具有5个前进档和1个倒档，

Coderl

ine

表1

2档8.5

理论换档位移

3档8.5

4档8.5

5档8.5

/mmR档8

理论换档位移如表1所示。

图5显示实际该换档臂作用下变速箱实际各个换档位移及选档位移。6

选换档臂检测台架特点

本检测台架具有以下几个特点：

（1）检测台架整体结构布局合理，生产节拍可调，因而可以用于变速箱装配线线外单独使用，也可以用于线上，作为整条线的一个重要的检测设备。

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重型压力离心机试验台在线自动平衡研究

王瑞

（辽阳职业技术学院，辽宁辽阳111004）

摘文中通过对重型压力离心机样机的动力学及动态性能等问题的研究，找到了影响离心机动态性能的因素，选择要：

了合理的平衡平面作为自动平衡装置的轴向位置，首次将电磁式自动平衡装置应用于重型压力离心机，可在几秒钟内完成平衡纠正，在线解决重型压力离心机由物料分布不均等因素引起的振动问题。

关键词：重型压力离心机；试验台；在线自动平衡

中图分类号：TP306.3文献标识码：A文章编号：1002－2333（2011）06－0018－03

WANGRui

ResearchonOnlineAuto-BalanceSystemforHeavyPressureDecanterCentrifuge

（LiaoyangVocationalTechnologyCollege,Liaoyang111004,China）

Abstract：Thispaperfoundtheeffectingfactorstodecantercentrifugedynamicperformancebyresearchonthedynamicsanddynamicperformanceofvirtualprototypeofheavypressuredecantercentrifuge.Andthereasonablebalancingplanesareselectedastheaxiallocationsofauto-balancingdevice.Thisisthefirsttimethatelectromagneticauto-balancingdeviceisappliedinheavypressuredecantercentrifuge.Balancecorrectioncanbecompletedinaveryshorttime.Thevibrationproblemcausedbytheunevendistributionofslurryindecantercentrifugeissolved.Keywords：heavypressuredecantercentrifuge;experimentalrig;onlineauto-balance

1引言均匀、物料发生局部沉积或物料密度变化等引起的不平衡力作为动载荷作用于离心机的静止部分，破坏重型压力离心机的运转平衡［1］。这种破坏在开始阶段都是比较小噪音，导的扰动，随着扰动加剧，会引起整机较大的振动、致系统保护装置启动而停车。为了避免不平衡产生的振噪声及部件破坏等现象，需要人为地在某些平面加上动、

或减去校正质量，以改善运动部分的质量分布，使校正质量产生的振动与不平衡产生的振动尽量相互抵消，消除人工测试多次的情况下均为检测出其倒档锁有问题，但是在该设备上检测结果说明其倒档锁不合格，说明该设目前，本台架在安徽某齿轮厂变速箱装配备准确度很高。

线上得到了很好的应用，不但大大地减轻了工人的劳动强度，而且提高了劳动生产率，同时也为变速箱生产厂商实时提供检测数据以判断变速箱的装配质量。

［参考文献］

［1］龚宗洋，张为公，等.机械式汽车变速箱同步器试验系统研制

［J］.工业仪表与自动化装置，2005（5）：60-62.

［2］董学平.汽车变速箱自动换档机构及其电气实现［J］.微计算机

信息，2004（2）：1-2.

［3］李婷婷.车辆传动试验台自动换档机械手的设计及实现［D］.北

京：北京交通大学，2008.

［4］黄凯明.滑动平均数字滤波参数研究［J］.集美大学学报，2006

（4）：381-384.

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