（机械电子工程专业论文）新型选择性输出式双离合自动变速器变速机构设计与研究.pdf

合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕 士学位论文质量要求。 答辩委员会签名：( 3 2 作单位、职称) 主席：名参禹艺铘7 哆天蓥揪善j 溺z z 曩茏，络墁。 委员：羽一榭 舭易工釜i 切7 彳乏a 错窃魄 导 教覆炳2 师一 逸亢钥 勿鸭应两2 眇咄七 岛、 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得金魍王些盔堂或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意 学位论文作者签名： _ 7 鼻 2 人锣 l 签字日期：弦，年口5 月) 严日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金目里王些太堂有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被 查阅和借阅。本人授权金目曼王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位 论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 沁办 导 签字日期：刎年秒垆月2 尹日签字e l 期 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 新型选择性输出式双离合自动变速器变速机构设计与研究 摘要 汽车自动变速器是现代汽车的关键零部件，是机、电、液、一体化集成的 高技术基础零部件。其变速性能影响到整车动力性、经济性与舒适性等方面。 其中自动变速器具有简化驾驶操作、降低驾驶疲劳、行车高安全性、良好的燃 油经济性和高环保性等优点。在现代车辆装配中占据越来越大的份额，并受到 世晁各大汽车厂商、汽车研究院、高校和科研人员的高度重视，各个方面都投 入了大量的人力、物力、财力进行研究。 汽车自动变速器主要是由变速机构、液压操纵系统、电子控制系统三大部 分组成的，其中变速机构的设计是变速器设计中的核心部分，不同的变速机构 决定了不同的液压和电子控制系统的设计。目前，由于国外专利技术的垄断保 护、国内理论研究滞后、国内制造业的整体水平较低等原因，我国基本上采用 整机进口的方式满足国内发展需求，自动变速器技术的发展一直处于落后地位。 现有的自动变速器技术发展也还存在一些问题，如：机械式自动变速器传递扭 矩小、换挡过程中有动力中断现象、换挡平顺性不好；电液控制自动变速器的 结构和控制系统复杂，传动效率低，零部件加工难度大，制造维修成本高；无 级变速器传递扭矩较小，零件加工制造难度大，零部件磨损较大，寿命较低； 双离合器变速器存在离合器片必须在整体旋转状态下完成结合与分离，油路复 杂，故障率高，维护困难。 为解决现有技术中所存在的不足之处，我们在分析不同类型变速器结构的 优缺点及其国内实际加工能力的基础上，提出了一种新型选择性输出式双离合 自动变速器。本方案的变速机构创新性地采用传统n g w 行星排平行后置选择 性变速的形式，基于选择性输出逻辑控制变速原理采用同步器、离合器、组成 的变速执行机构。本文较系统性地应用了理论分析、数学计算、三维建模等设 计手段对新型变速器方案中的行星变速机构、固定轴齿轮变速机构、变速执行 机构进行了详细的设计与研究。并研制了首台选择性输出式双离合自动变速器 样机，对变速器的实际工作和性能进行了验证。 关键词：选择性输出；双离合自动变速器；变速机构；机构设计； n g w 行星排 d e s i g na n dr e s e a r c ho nan e wt y p eo fs e l e c t i v eo u t p u to f d u a l c i u t c ha u t o m a t i ct r a n s m i s s i o ns h i f tm e c h a n i s m a b s t r a c t a u t o m a t i ct r a n s m i s s i o ni sak e yc o m p o n e n to fm o d e r na u t o m o b i l e ，t h e m e c h a n i c a l ，e l e c t r i c a l ，h y d r a u l i c ，i n t e g r a t e dh i g h - t e c hi n f r a s t r u c t u r ec o m p o n e n t s i n t e g r a t i o n t h es p e e di m p a c t so nt h ev e h i c l ed y n a m i cp e r f o r m a n c e ，e c o n o m ya n d c o m f o r ta n ds oo n a u t o m a t i ct r a n s m i s s i o nh a ss i m p l i f i e dd r i v e ro p e r a t i o n s ，r e d u c e d r i v e rf a t i g u e ，d r i v i n gh i g hs e c u r i t y , g o o df u e le c o n o m ya n dh i g he n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o na n ds oo n ，w h i c hi nm o d e r nv e h i c l ea s s e m b l yo c c u p yag r o w i n gs h a r e ， a n db yt h ew o r l d sm a j o ra u t o m o t i v em a n u f a c t u r e r s ，a u t o m o b i l er e s e a r c hi n s t i t u t e ， u n i v e r s i t i e sa n dr e s e a r c hs t a f fa t t a c h e dg r e a ti m p o r t a n c e ，a n dal o to fm a n p o w e r , m a t e r i a la n df i n a n c i a lr e s o u r c e sa r ep u tt oa l la s p e c t st os t u d y a u t o m a t i ct r a n s m i s s i o ni sm a i n l yc o m p o s e do ft h r e ep a r t s ，t h es p e e dc h a n g e m e c h a n i s m ，h y d r a u l i cc o n t r o ls y s t e m sa n de l e c t r o n i cc o n t r o ls y s t e m ，t h ec o r eo f t r a n s m i s s i o nd e s i g ni st h es p e e dc h a n g em e c h a n i s md e s i g n ，d i f f e r e n ts p e e dc h a n g e m e c h a n i s md e t e r m i n e sd i f f e r e n th y d r a u l i ca n de l e c t r o n i cc o n t r o ls y s t e md e s i g n a t p r e s e n t ，b e c a u s eo ft h em o n o p o l yo ff o r e i g np a t e n tp r o t e c t i o n ，t h ed o m e s t i ct h e o r y b e h i n d ，t h el o w e rt h eo v e r a l ll e v e lo fd o m e s t i cm a n u f a c t u r i n ga n do t h e rr e a s o n s ， c h i n ai m p o r t e dm a c h i n et om e e tt h en e e d so fd o m e s t i cd e v e l o p m e n t ，s oa u t o m a t i c t r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g yh a sb e e ni nab a c k w a r dp o s i t i o n t h e r ea r es t i l ls o m e p r o b l e m si na u t o m a t i ct r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g y ，s u c ha s ：a u t o m a t i cm e c h a n i c a l t r a n s m i s s i o nt ot r a n s m i tt o r q u ei ss m a l l ，s h i f ti nt h ep r o c e s so fp o w e ri n t e r r u p t i o n s ， p o o rs h i f t i n gs m o o t h n e s s ；a u t o m a t i c t r a n s m i s s i o n e l e c t r o - h y d r a u l i c c o n t r o l s t r u c t u r ea n dc o n t r o ls y s t e mc o m p l e x ，l o wt r a n s m i s s i o ne f f i c i e n c y , d i f f i c u l tp a r t s p r o c e s s i n g ，m a n u f a c t u r i n g ，m a i n t e n a n c ec o s t sa r eh i g h ；c v tt r a n s m i s s i o nt o r q u e l e s s d i f f i c u l t p a r t sm a n u f a c t u r i n g ，p a r t sw e a rl a r g e r ，l o w e rl i f e ；d u a l c l u t c h t r a n s m i s s i o nc l u t c hm u s te x i s tt h eo v e r a l ls p i ns t a t eo fc o m p l e t es e p a r a t i o nf r o m t h eo i lc o m p l e x ，t h ef a i l u r er a t ei sh i g ha n dd i f f i c u l tt om a i n t a i n i no r d e rt oa v o i dt h ei n a d e q u a c i e so fe x i s t i n gt e c h n o l o g ya n dt h ee x i s t i n g p a t e n tp r o t e c t i o n ，w ea n a l y z et h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fd i f f e r e n tt y p e s o ft r a n s m i s s i o ns t r u c t u r ea n d b a s e do nd o m e s t i cp r o c e s s i n gc a p a c i t y , an o v e l s e l e c t i v eo u t p u td o u b l ec l u t c ha u t o m a t i ct r a n s m i s s i o ni s p r o p o s e d t h ep r o g r a m u s e st h ef o r ms p e e d c h a n g em e c h a n i s mn g wp l a n e t a r y l i n e p a r a l l e l t ot h e t r a d i t i o n a lp o s t s e l e c t i v es h i f t s ，b a s e do no p t i o n a lo u t p u tl o g i cc o n t r o lp r i n c i p l e s ， s y n c h r o n o u st r a n s m i s s i o n ，c l u t c h ，s h i f t t h ec o m p o s i t i o no ft h ei m p l e m e n t i n g a g e n c i e s a r eu s e d m o r es y s t e m a t i c a p p l i c a t i o n o ft h i st h e o r e t i c a la n a l y s i s ， m a t h e m a t i c a lc a l c u l a t i o n s ，m o d e l i n ga n a l y s i s ，p r o g r a md e s i g na r eu s e d t ot h e d e s i g na n dr e s e a r c ho ft h en e wt r a n s m i s s i o ns p e e d o ft h e p l a n e t a r yb o d i e s ， f i x e d a x i sg e a rs p e e dc h a n g em e c h a n i s m ，v a r i a b l es p e e da c t u a t o r si nd e t a i l a n d t h ef i r s tu n i t ss e l e c t i v ed u a lc l u t c ha u t o m a t i ct r a n s m i s s i o no u t p u to ft h ep r o t o t y p e i sd e v e l o p e d ，t h ea c t u a lw o r ko nt h et r a n s m i s s i o na n dp e r f o r m a n c ea r ev e r i f i e d k e yw o r d s ：s e l e c t i v eo u t p u t ；d u a l - c l u t c ha u t o m a t i ct r a n s m i s s i o n ；s p e e dc h a n g e m e c h a n i s m ；m e c h a n i s md e s i g n ；n g wp l a n e t a r yl i n e 一 致谢 首先，我衷心地感谢我的导师朱华炳教授! 在研究生期间，朱老师谦逊、 严谨的治学态度深深地感染了我。激励我在科学研究的道路上不断进取，勇于 攀登。在做好科研的基础上，朱老师为我提供了许多管理方面的锻炼平台，并 在活动中耐心地纠正我、指导我、鼓励我，提升我的综合素质能力。朱老师还 在生活上对我百般照顾，教会我许多做人做事的道理。朱老师高尚的品德、渊 博的学识、深邃的思想、严谨的治学态度、精益求精的工作作风、开拓的创新 思维、教书育人的责任心都给我留下了深刻的印象，将使我受益匪浅，终生难 忘，永远是我学习的榜样。在此，向朱老师表达我最崇高的敬意和衷心的感谢。 在项目研发和论文的撰写的过程中，合肥工业大学汽车工程技术研究院的 孙保群院长、彭建刚副院长、汪韶杰老师、夏光博士、高俊、王阳洋技术员对 我的论文研究工作提出了许多宝贵意见，并在工作和生活上给予帮助和关怀。 在此向他们表示最诚挚的谢意! 机汽学院的何春华、朱雷、冯霄、张卫荣、罗祖平、余先照、余锋等师兄 弟们平时在我的学习和生活上给予我帮助，在科研中给予了我支持，在此表示 特别感谢。 合肥工业大学汽车工程技术研究院的王光飞、殷吕、朱耀文、袁磊、苏东 超、钟兆强等研究生在我的课题研究及论文撰写过程中给予的无私帮助，在此 表示衷心的感谢。 感谢父母对我多年的培养和默默的支持和关怀，他们殷切的期望使我不断 前进，让我克服一个又一个困难。感谢我的女友卞艳茹及其她的父母在本科和 读研期间给予我的支持和理解，给予我前进的动力。 又是一个告别的季节，就要告别美好的校园生活，衷心祝愿我的母校合肥工 业大学的明天更加灿烂辉煌! 向百忙之中抽出宝贵时间评审本论文的各位专家致以诚挚的谢意! 谨以此文献给所有关心、帮助、和支持过我的人! 作者：张蕾 2 0 11 年4 月4 日 目录 第一章绪论1 1 1 引言1 1 2 自动变速器的工作原理l 1 3 自动变速器的特点1 1 4 自动变速器的类型2 1 4 1 液力自动变速器“2 1 4 2 无级自动变速器2 1 4 3 电控机械式自动变速器4 1 4 4 双离合自动变速器4 1 5 国内外研究现状及其发展趋势5 1 6 本课题的来源、研究目的及其内容5 第二章自动变速器变速换挡机构系统分析7 2 1 无级自动变速换挡系统7 2 1 1 盘式无级变速换挡系统7 2 1 j 2 金属带式无级变速换挡系统。8 2 2 有级变速换挡系统8 2 2 1 辛普森齿轮变速系统9 2 2 2 拉维娜齿轮变速系统1 5 2 2 3 双离合自动变速系统1 9 2 3 本章小结2 l 第三章自动变速器变速执行机构系统分析2 2 3 1 自动变速器变速执行机构系统2 2 3 2 离合器2 2 3 2 1 多片式离合器2 2 3 2 2 单向离合器2 3 3 3 制动器2 5 3 3 1 带式制动器2 5 3 3 2 片式制动器2 6 3 4 同步器2 7 3 4 1 同步器的工作原理2 7 3 4 2 锁销式同步器2 7 3 4 3 锁环式同步器2 8 3 4 ；4 多锥面式同步器2 9 3 5 本章小结2 9 第四章新型选择性输出式双离合自动变速器的总体设计3 0 4 1 自动变速器传动类型的分析比较3 0 4 2 新型选择性输出式双离合自动变速器方案设计3 l 4 3 新型选择性输出式双离合自动变速器匹配车型3 3 4 4 新型选择性输出式双离合自动变速器主要参数的设计3 4 4 4 1 自动变速器的主减速比的确定3 4 4 4 2 自动变速器的最大传动比的确定3 5 4 4 3 自动变速器的档位数及其各档传动比的确定3 6 4 4 4 自动变速器的中心距设计3 7 4 4 5 新型选择性输出式双离合自动变速器的工作原理3 8 4 5 新型选择性输出式双离合自动变速器的传动动力路线分析4 0 4 6 新型选择性输出式双离合自动变速器的传递效率分析4 4 4 7 本章小结4 4 第五章新型选择性输出式双离合自动变速器变速机构设计4 5 5 1 新型选择性输出式双离合自动变速器的变速机构总体方案4 5 5 2 新型选择性输出式双离合自动变速器的变速换挡机构设计4 5 5 2 1 型选择性输出式双离合自动变速器固定轴变速换挡齿轮设计4 5 5 2 2 新型选择性输出式双离合自动变速器行星变速换挡齿轮设计4 9 5 3 新型选择性输出式双离合自动变速器的变速执行机构设计。5 5 5 3 1 新型选择性输出式双离合自动变速器摩擦式离合器组件设计5 5 5 3 2 新型选择性输出式双离合自动变速器的换挡同步器组件设计5 7 5 4 本章小结6 1 第六章总结与展望6 2 参考文献6 3 作者硕士期间发表的学术论文6 6 作者硕士期间申请的发明专利6 6 附录一新型的选择性输出双离合自动变速器换挡机构总体三维效果图6 7 插图清单 图1 1 液力自动变速器结构原理图2 图1 2 盘式无级变速器结构原理图3 图1 3 金属带式无级变速器结构原理图3 图1 4 电控机械式自动变速器结构原理图4 图1 5 双离合自动变速器结构原理图4 图2 1 盘式c v t 的结构及其工作原理图7 图2 2 金属带式c v t 的结构及其工作原理图8 图2 3 传统辛普森齿轮机构啮合方式示意图9 图2 - 4 传统辛普森齿轮变速机构原理图9 图2 5 传统辛普森齿轮变速器动力传递图1 1 图2 - 6 改进式辛普森齿轮变速机构原理图1 2 图2 7 三行星排辛普森4 档行星齿轮变速机构原理图1 3 图2 8 双行星排辛普森4 档行星齿轮变速机构原理图1 4 图2 9 传统拉维娜行星齿轮变速机构原理图1 6 图2 1 0 传统拉维娜行星齿轮变速器动力传递图1 7 图2 1 1 改进式拉维娜行星齿轮变速机构原理图1 8 图2 1 2 四档拉维娜行星齿轮变速机构原理图1 9 图2 1 3 两轴式d c t 变速机构原理图2 0 图2 1 4 三轴式d c t 变速机构原理图2 1 图3 1 多片式离合器结构原理图2 2 图3 2 多片式离合器结合状态图2 3 图3 3 多片式离合器分离状态图2 3 图3 - 4 滚柱斜槽式单向超越离合器结构原理图2 4 图3 5 楔块式单向超越离合器结构原理图2 5 图3 - 6 带式制动器结构原理图2 6 图3 7 片式制动器结构原理图2 6 图3 8 同步器的工作原理图2 7 图3 - 9 锁销式同步器结构原理图2 8 图3 1 0 锁环式同步器结构原理图2 8 图3 11 多锥面式同步器结构原理图2 9 图4 1 新型选择性输出式双离合自动变速器结构原理图3 2 图4 2 新型选择性输出式双离合自动变速器三维模型图3 3 图4 3 不同主减速比i o 时汽车功率平衡图3 4 图4 4 匹配车辆发动机的输入轴与输出轴位置图3 8 图4 5 新型选择性输出式双离合自动变速器的i 档传动路线图4 0 图4 6 新型选择性输出式双离合自动变速器的i i 档传动路线图4 l 图4 7 新型选择性输出式双离合自动变速器的i 档传动路线图4 2 图4 8 新型选择性输出式双离合自动变速器的档传动路线图4 2 图4 9 新型选择性输出式双离合自动变速器的倒档传动路线图4 3 图5 1 传统n g w 行星齿轮机构示意图4 9 图5 2 新型选择性输出式双离合自动变速器中行星轮系三维设计图5 4 图5 3 新型选择性输出式双离合自动变速器中离合器组三维设计图5 6 图5 - 4 新型选择性输出式双离合自动变速器中同步器组件三维设计图6 0 表格清单 表2 1 传统辛普森3 档行星齿轮变速器换挡工作规律表1 0 表2 2 改进式辛普森3 档行星齿轮变速器换挡工作规律表1 2 表2 3 三行星排辛普森4 档行星齿轮变速器换挡工作规律表1 4 表2 - 4 双行星排辛普森4 档行星齿轮变速器换挡工作规律表1 5 表2 5 传统拉维娜行星齿轮变速器换挡工作规律表1 6 表2 - 6 改进式拉维娜行星齿轮变速器换挡工作规律表1 8 表2 7 四档拉维娜行星齿轮变速器换挡工作规律表1 9 表4 1 自动变速器的优势对比表3 1 表4 2 匹配车辆自动变速器设计的重设计参数表3 3 表4 3 匹配车辆原手动变速箱齿轮副的传动比表3 4 表4 4 新型选择性输出式双离合自动变速器各档传动比表。3 7 表4 5 新型选择性输出式双离合自动变速器中心距计算表3 8 表4 - 6 新型选择性输出式双离合自动变速器换挡工作规律表3 9 表5 1 新型选择性输出式双离合自动变速器各档齿轮齿数表4 6 表5 2 新型选择性输出式双离合自动变速器各档齿轮实际啮合角表。4 7 表5 3 新型选择性输出式双离合自动变速器各档齿轮对的变位系数表4 7 表5 - 4 新型选择性输出式双离合自动变速器齿轮接触强度校核参数表4 8 表5 5 行星齿轮减速器可实现的传动比表5 2 表5 6 新型选择性输出式双离合自动变速器行星轮系各齿轮的齿数表5 4 表5 7 新型选择性输出式双离合自动变速器各档角速度表5 9 表5 8 新型选择性输出式双离合自动变速器换挡同步器参数表6 0 表5 - 9 渐开线花键参数表6 0 厂 第一章绪论 1 1 引言 随着世界汽车工业的迅速发展，电子化程度的加强，车辆性能的不断优化，自 动变速器中新型变速机构和装置相继涌现f 2 1 。自动变速器的设计研究与应用 从1 9 0 4 年手动操纵的三档行星齿轮变速器在通用汽车公司汽车中应用开始，到 1 9 4 0 年美国出现第一台搭载具有现代意义的液控自动变速器的轿车以来，再到 2 1 世纪不断完善的智能变速器，自动变速器的发展经历了自动变速前期、液力 变速时期、电控自动变速时期、智能自动变速时期这百年发展的历程。现阶段 随着自动变速器变速机构性能的不断优化及换挡理论的逐渐完善，自动变速器 已智能化地按照车辆的最佳油耗、最高动力性、最低排放的综合规律进行自动 换挡，自动变速器的优化已经成为车辆传动技术的发展方向。 1 2 自动变速器的工作原理 自动变速器的工作原理【2 1 【3 1 是基于车辆发动机转速、发动机转矩、车辆速 度、节气门开度、动力负载等因素进行自动升降档，而不需要驾驶者配合操作 离合器和换挡操作杆进行手动升降档位。自动变速器通过控制系统对变速执行 机构离合器和制动器进行选择性的结合，实现不同转速及转矩的传动方案。其 控制系统会在不同的档位开关模式的基础上对汽车节气门位置传感器、车速传 感器、发动机转速传感器、液压传感器、水温温度传感器、刹车灯开关等数字 信号进行综合分析并根据换挡规律进行判断，发出换挡指令进行操纵自动换挡， 使变速器的换挡时间更加准确，实现了车辆乘坐的舒适性、操作的方便性、优 越的动力性。 1 3 自动变速器的特点 手动变速器的车辆换挡时需要人工操作，易使驾驶员疲劳，影响行车安全， 而且驾驶员的技术水平对汽车的动力性、经济性、乘坐舒适性和废气排放有较 大的影响，汽车变速器的特征【3 】- 【4 1 是传递车辆发动机的动力，并在动力传递过 程中改变传动比从而改变发动机输出的转速与转矩，实现车辆自适应不同的驾 驶要求，自动变速器的优点越来越明显。自动变速器的主要特点表现在以下几 个方面【4 】- 【9 l ： ( 1 ) 高安全性：驾驶员在驾驶传统手动变速器车辆时，必须根据车辆情况、 道路、交通情况的不同对车辆的行驶方向和状态进行连续不断的频繁操作来改 变和调节驾驶状态。这样的传统操作会使得驾驶员注意力不集中，易产生驾驶 疲劳，带来驾驶的安全隐患。而自动变速器通过油门踏板操纵油门大小代替了手 动人工操纵变速，取消了离合踏板和变速操纵杆的配合工作，故减轻了驾驶员的 操作疲劳强度，降低发生交通事故的可能，提升车辆行驶的安全性。 厂 ( 2 ) 较好的燃油经济性和高环保：发动机不在经济工作区域工作时，排放 废气中的有害气体浓度相对于发动机最佳转速区高很多。自动变速器可以通过 变速控制系统使得发动机的工作大部分处于高效区运转达到燃烧完全、污染排 放少、噪音降低、从而充分发挥了发动机的潜力，使得发动机具有理想的动力 性能表现，获得发动机的最佳燃油经济性和动力性，降低了车辆污染物的排放。 ( 3 ) 操纵简单、驾驶性能优越：自动变速器可以根据车辆的需要进行自 动升降档，避免了手动变速器车辆需要起步和换挡时放松油门、踩踏离合器和更 换变速杆换挡位置等复杂的操作规程，使得车辆换挡不仅快而且平稳，大大地简 化了驾驶操纵。车辆在汽车平顺性提高的基础上又加强了汽车的动力性能和通 过性。自动变速器微电脑集成优化控制换挡方式使得换挡动力传递冲击和动载 变化大大减低，车辆起步加速更加平稳，汽车的驾驶舒适性得到了很大的提高。 1 4 自动变速器的类型 车辆的自动变速器按照变速方式可以分为有级和无级两大类1 5 】【引，有级的 变速器主要由液力自动变速器、电液控制自动变速器、双离合器变速器三大类 组成，其变速是通过变速系统选择不同的几组传动方案实现自动换挡变速。无 级式自动变速器无固定的传动比，其传动比在一个范围内变化，无级变速器按 照结构的不同分为盘式无级变速器和带式无级变速器两种。 1 4 1 液力自动变速器 液力自动变速器的基本结构形式如图1 1 所示【7 1 ，主要由液力变矩器、行 星齿轮变速机构、液压变速执行系统和变速控制系统组成，利用电液变速换挡控 制系统取代了手动变速器中的拨叉和连杆机构，通过液力变矩器传递和行星齿 轮不同组合方式来综合实现变速变矩。换挡系统主要根据负荷和车速进行双参 数控制。液力变矩器是液力自动变速器最重要的零部件之一，它通过液体动量矩 的变化改变输入输出转矩的一种非刚性扭矩转换器。其具有连续变速、调节转 矩，降低振动、预防过载等优点。 器 图1 1 液力自动变速器结构原理图 1 4 2 无级自动变速器 无级自动变速器f l o 】- 1 1 1 是一种主要靠主、从动轮或者传动带来实现速比的 2 厂一 无级变化，故又称为连续变速式机械无级变速器。无级变速器没有手动变速器 的繁多齿轮副，也没有复杂的行星齿轮组，故比传统变速器简单、体积更小。根 据变速器的结构不同主要分为盘式无级变速器和带式无级变速器两大类。其中 盘式无级变速器的结构如图1 2 所示，主要由输入轴、输出轴、主动盘、从动 盘和动力滚轮等组成。 动力滚轮 输入 输入 图1 2 盘式无级变速器结构原理图 盘式无级变速器的工作原理是通过液压油推动改变传动滚轮的中心轴的 方向，改变滚轮与主从动盘的接触点，从而改变传动半径，使得传动结构的速 比发生变化，实现无级变速。 金属带式无级变速器【1 2 】的结构如图1 3 所示，主要由主从动轮组、液压泵 和金属带等基本部件组成。由固定和可动两部分组成，金属片构成的金属带与主 动和被动工作轮的v 型槽相啮合，液压控制系统相应改变驱动轮与从动轮传动 带的接触半径进行连续调节从而改变传动比，实现无极变速。 图1 - 3 金属带式无级变速器结构原理图 3 轴 1 4 3 电控机械式自动变速器 电控机械式自动变速器的结构如图1 - 4 所示【9 】是在传统固定轴式的手动变 速器的基础上增加了微电子驾驶的自动变速操纵系统。主要由齿轮式机械变速 机构、自动离合器和电子控制系统三大部分组成。其控制单元【lo 】主要采集驾驶 员的操纵、道路路面状况、车辆的运行状态等输入信号，然后控制单元根据变 速器的变速换挡规律、离合器控制规律、发动机节气门自适应调节规律控制离 图1 0 4 电控机械式自动受速器结构原理图 1 4 4 双离合自动变速器 双离合自动变速器的结构【1 3 1 【1 4 】如图1 5 所示，主要由双离合器、内外双层 输入轴、液压换挡控制系统、机械电子单元等组成。双离合自动变速器的动力 传递通过两个离合器连接两根输入轴，相邻的各档齿轮交错啮合，可以实现不 切断动力自动换挡，缩短了换挡时间，提高换挡品质。 图1 5 双离合自动变速器结构原理图 发动机力矩经过双质量飞轮滤波后进入输入端，该输入端将动力传递到变 速器的双离合器组件。外圈的离合器c 1 与输入轴1 连接，内圈的离合器c 2 与输 入轴2 连接，输入轴1 连接奇数档位及其倒档位，输入轴2 连接偶数档位。双 离合自动变速器可以通过电子控制单元，变速器的结构可以实现预先挂档的功 4 过同 现换 目前，车辆变速器【”】分为手动变速器、机械式自动变速器、电液控制自动 变速器、液力自动变速器、双离合器变速器和无级变速器。其中双离合器变速 器以其优良的换挡品质和较高的传递效率而成为汽车传动技术领域的研究热 点，受到国内外各大汽车商和专业制造商重视，市场份额不断上升。 在国内外自动变速器的研究中，国外主要是德国亚琛工业大学r w t h 汽车 研究所、德国博世公司、德国采埃孚( z f ) 公司、美国博格华纳公司，英国汽 配巨头安东诺夫公司，澳大利亚d s i 公司、日本爱信精工等几家巨头控制其研 发和制造。双离合器变速器( d c t ) 1 6 】在2 0 世纪3 0 年代就进行了研究，但是 直到9 0 年代末，随着电子技术的发展，德国大众公司和美国的博格华纳公司合 作才设计生产大批量生产的d c t 自动变速器，之后大众和l u k 公司生产的 d q 2 0 0 产品成为世界上首款在动力性、经济性综合性能超于手动变速器。 我国汽车已有五十多年地发展历史，汽车工业也迅速兴起，正在变成汽车 大国。但是由于国外的技术封锁和我国的汽车基础零部件技术水平较低，时至 今日，中国汽车行业仍是以模仿为主，我们技术创新和自主开发设计能力薄弱， 自动变速器中许多核心技术和关键零部件还必须依赖国外，理论研究滞后发达 国家。为突破外国技术封锁，按照国家产学研一体化的方针政策，掌握变速器 关键技术，基础理论和设计方法，从生产制造向自主研发和设计发展。现国内 主要由吉林大学、北京理工大学、重庆大学等高校进行攻关研究，其中也有部 分企业参与：汽车中联发上汽集团、杭州前进齿轮箱集团有限公司、重庆青山 工业有限责任公司等。在国家“8 6 3 ”重大专项轿车d c t 的研发正式立项。国 家投入了大量的人力、物力和财力，其研发队伍越来越大。但国外专利保护范围 广，可以借鉴的技术和经验很少及其我国的制造技术相对落后，就目前研发技 术而言，国内自主变速箱实现产品化还需要很长的时间。 1 6 本课题的来源、研究目的及其内容 本文研究的新型选择性输出式双离合自动变速器源于合肥工业大学汽车 工程技术研究院重大科研攻关项目。根据中国汽车工业协会发布的统计数据显 示，在我国国产自动变速式的乘用车中，8 0 左右搭载的是进1 ：3 自动变速箱， 而剩下的2 0 左右也主要来自外资控股的合资企业。国际汽车巨头和变速器制 造商，都采用合资控股或者独资的方式牢牢地掌握自动变速器的发展并加速进 军并垄断我国市场，总体看来自动变速器已经成为约束我国自主品牌汽车发展 的最主要的瓶颈。自动变速器作为现代汽车的核心零部件，其优越的性能在汽 车中的应用越来越广泛、技术也愈加成熟。但其不同类型的变速器技术还存在 5 一些缺点，如： 液力自动变速器是一种通过液体动量矩和行星轮系及多个离合器和制动 器组成的，存在结构和控制系统复杂、传动效率低、零部件加工难度大、制造 工艺复杂、制造维修成本高等缺点。 电控机械自动变速器是在传统手动变速器的基础上，加装自动控制装置， 控制离合器和选择固定轴系上的齿轮副进行自动换挡，换挡过程中有动力中断 的现象、控制参量繁多换挡平顺性不好、控制部分实现难度大等缺点。 无级变速器通过改变v 型传动带在主动锥形圆盘和从动锥形圆盘上的传 动半径实现连续的无级调速，但传递扭矩较小，零件加工制造难度大，使用中 零部件磨损较大，寿命较低等缺点。 双离合器变速器是在机械式自动变速器的基础上，通过两个选择性输入的 离合器进行动力选择输入，离合器组件必须在整体旋转状态下完成结合与分离， 油路复杂，故障率高，维护困难等缺点。 为打破国外专利等技术的封锁和尽量避免上述现有技术所存在的不足之 处，本文基于机械复合传动理论，将行星轮系的结合工作状态特点与定轴啮合 变速结构特点巧妙地结合起来代替结构复杂自动变速器的传递动力，设计了一 种新型选择性输出双离合自动变速器变速机构。 本论文主要由以下章节组成： 第一章简述了车辆自动变速器的类型、特点，工作原理，自动变速理论和 国内外自动变速器技术发展现状，介绍了本文选题背景、研究目的及内容。 第二章对自动变速器变速机构中的变速原理进行了介绍，主要介绍无级变 速换挡机构及其有级变速换挡机构，为新型选择性输出双离合自动变速器原理 设计提供了理论依据和结构参考。 第三章介绍分析自动变速器变速机构中的变速执行机构，分析了离合器、 制动器及其同步器等变速执行元件的结构和工作原理。 第四章介绍了新型选择性输出双离合自动变速器的总体结构方案，计算确 定了总体方案的主减速比、最大传动比、传动比分配，系统地介绍了新型方案 的工作原理及其传递路线。 第五章对新型选择性输出双离合自动变速器的变速机构的结构设计计算 过程进行了详细的叙述。确定了变速器的行星齿轮系统、离合器组件、换挡同 步器详细参数。 第六章对全文进行了总结和展望。 第二章自动变速器变速换挡机构系统分析 自动变速器的变速机构 1 7 1 主要是由变速换挡机构和变速执行机构两大类 机构组成。其中变速换挡机构根据变速的原理不同分为无级变速换挡机构和有 级变速换挡机构两大类。其中变速执行机构主要分为离合器、制动器、单向离 合器，变速执行机构主要是限制和约束变速器中变速换挡机构中的基本原件运 动状态，进而改变传动比，实现变速功能。 2 1 无级自动变速换挡系统 无级变速器【1 6 】通过传动比的连续变化，使得发动机负载与车辆外界行驶条 件实现最佳匹配，无级变速器通过电传动、静压传动和动压( 变矩器) 传动实 现无级变速。 2 1 1 盘式无级变速换挡系统 盘式c v t 1 7 1 的传动变速结构如图2 1 所示，主要是由输入轴、主动盘、输 出轴、从动盘和传动滚轮组成。其中主动盘与输入轴相连接，从动盘与输出轴 相连接，传动滚轮将主、从动