机械式变速器操纵优化分析

作者:王东斌 文章来源:陕西重型汽车有限公司 点击数:411 发布时间:2012-07-23

针对某款车型在样车装配过程中出现的变速器操纵挂前排挡时与仪表板间隙较小的问题,笔者实地观察找出解决问题的方向,通过建立换挡操纵数学模型,对换挡拉杆进行了有限元分析,并提出切实可行的解决方案。经过实际装配验证,方案能够满足整车的预期目标。

为了最大限度地提升载货空间,中短途运输车辆往往匹配短驾驶室,但随着用户舒适性要求的提高和功能模块的增多,驾驶室内部的有效空间越来越小。某主机厂的某款车型在样车装配过程中,变速器操纵在挂前排挡时与仪表板间隙较小,不能满足整车的布置需求,为保证此车型按时保质推向市场,笔者借助有限元分析手段对问题进行了深入分析,提出了切实可行的解决方案。

操纵系统优化

1. 解决问题方向的确定

由于驾驶室仪表板和驾驶室地板已投入正式模具,改动费用高且周期长,经过笔者观察,在换挡过程中换挡拉杆存在较大的应力变形,通过控制应力变形或许能够控制与仪表板的间隙,且换挡拉杆加工简单,改进周期短,因此笔者从换挡拉杆入手,通过采用不同规格的换挡拉杆对操纵系统进行优化。

2. 换挡操纵模型的建立

换挡拉杆的安装方式如图1所示,驾驶员施加的换挡力作用于操纵杆上点A,操纵杆绕点B转动,操纵杆与换挡拉杆铰接于点C,换挡拉杆上点D与变速器换挡摇臂相连,换挡力通过杠杆原理由操纵杆传递到换挡拉杆,从而实现换挡。

通过试验,采用测力计测得操纵杆点A处换挡力为90N,方向垂直于操纵杆,根据杠杆原理计算操纵杆传递到换挡拉杆的力Fc:

3. 拉杆有限元分析

样车换挡拉杆采用20#结构用无缝钢管(材料特性见表1),外径尺寸为30mm,壁厚为4mm,材料符合GB/T8162要求,综合考虑换挡过程中换挡拉杆与周围零件的运动间隙及自身重量和成本要求,初步确定对30×4、35×6这两种规格的换挡拉杆进行有限元应力、应变对比分析。

CATIA作为一个集CAD、CAE于一体的三维参数化软件,提供了功能强大且使用方便的工程分析模块——Analysis&Simulation,笔者采用其中的Generative Structure Analysis单元进行应力、应变的分析。换挡拉杆右端连接于变速器摇臂,将此端定义为约束端,在挂前排挡时作用于换挡拉杆的载荷Fc沿换挡拉杆向右(见图2)。

分析结果见表2,采用规格为35×6的钢管时,最大应力降低45.7%,最大应变减少52.3%,换算至操纵手柄端点A的位移,能够减少12.5mm。

结论

通过试装规格为35×6的换挡拉杆,变速器操纵在挂前排挡时与仪表板间隙满足整车布置要求,问题得以解决。