CL01-116@双离合器式自动变速器的六挡齿轮变速器设计
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机械毕业设计车辆工程
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CL01-116@双离合器式自动变速器的六挡齿轮变速器设计,机械毕业设计车辆工程
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本科学生毕业设计 双离合器式自动变速器 的六档齿轮变速器设计 院系名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 车辆工程 学生姓名： 指导教师： 职 称： The Graduation Design for Bachelors Degree nts Design on six-speed gear transmission of dual-clutch automatic transmission Candidate： Zhao Guoqing Specialty： Vehicle engineering Class： B07-7 Supervisor： Associate Prof. Zhao Yuyang Heilongjiang Institute of Technology nts 目 录 摘要 . I Abstract . II 第 1 章 绪论 . 1 1.1 课题研究的目的和意义 . 1 1.2 课题国内外研究现状 . 1 1.3 双离合器式自动变速器的结构特点及工作原理 . 4 1.3.1 双离合器式自动变速器的结构特点 . 4 1.3.2 双离合器式自动变速器的工作原理 . 7 1.4 课题研究的主要内容与技术路线 . 8 第 2 章 双离合 器式 变速器设计方案的选择 . 10 2.1 变速器传动机构分析和布置方案的确定 . 10 2.1.1 两轴式变速器和中间轴式变速器的特点分析 . 10 2.1.2 变速器倒档布置方案分析 . 11 2.2 变速器零、部件结构方案分析确定 . 12 2.2.1 齿轮形式 . 12 2.2.2 变速器自动脱档机构形式分析 . 12 2.3 本章小结 . 13 第 3 章 变速器主要参数的设计计算 . 14 3.1 变速器各档传动比确定 . 14 3.1.1 设计的给定参数 . 14 3.1.2 主减速比的确定 . 14 3.1.3 变速器一档传动比的确定 . 15 3.1.4 变速器各档传动比的确定 . 16 3.2 变速器中心距的确定 . 17 3.3 变速器的齿轮参数的确定 . 18 3.3.1 齿轮模数 . 18 nts 3.3.2 压力角及螺旋角 . 19 3.3.3 齿宽 . 19 3.3.4 齿顶高系数 . 19 3.3.5 齿轮的修正 . 20 3.4 变速器各档齿轮齿数的分配 . 21 3.4.1 确定各档齿轮齿数及其参数 . 21 3.5 本章小结 . 24 第 4 章 变速器齿轮的材料选择及校核计算 . 26 4.1 齿轮的材料选择 . 26 4.1.1 齿轮的失效形式 . 26 4.1.2 齿轮的常用材料及材料的选择 . 27 4.2 齿轮的强度计算 . 27 4.2.1 轮齿的弯曲应力 . 28 4.2.2 轮齿接触应力 . 30 4.2.3 各档齿轮的强度计算校核 . 31 4.3 本章小结 . 34 第 5 章 变速器轴和轴承的设计及校核计算 . 35 5.1 轴的设计 . 35 5.1.1 轴的功用及其设计要求 . 35 5.1.2 轴的尺寸 . 35 5.2 轴的刚度验算 . 36 5.2.1 轴刚度计算公式 . 36 5.2.2 一档主动齿轮处轴的刚度计算 . 37 5.2.3 一挡从动齿轮处轴的刚度校核 . 38 5.2.4 二档主动齿轮处轴的刚度计算 . 40 5.2.5 二挡从动齿轮处轴的刚度校 核 . 41 5.2.6 三档主动齿轮处轴的刚度计算 . 43 5.2.7 三挡从动齿轮处轴的刚度校核 . 44 nts 5.2.8 四档主动齿轮处轴的刚度计算 . 46 5.2.9 四挡从动齿轮处轴的刚度校核 . 47 5.2.10 五档主动齿轮处轴的刚度计算 . 49 5.2.11 五挡从动齿轮处轴的刚度校核 . 50 5.2.12 六档从动齿轮处轴的刚度计算 . 52 5.2.13 倒挡的刚度校核 . 54 5.3 轴的强度计算 . 58 5.3.1 实心输入轴的强度校核 . 59 5.3.2 一挡输出轴段的强度校核 . 60 5.3.3 空心输入轴的强度校核 . 62 5.3.4 倒档轴的强度校核 . 64 5.3.5 倒挡输出轴段的强度校核 . 65 5.4 轴承的选择及校核 . 67 5.4.2 一挡输出轴承的校核 . 69 5.4.3 倒挡轴轴承的校核 . 70 5.4.4 倒挡时输出轴承的校核 . 71 5.5 本章小结 . 72 第 6 章 同步器的确定 . 73 6.1 锁环式同步器 . 73 6.2 本章小结 . 77 结论 . 78 参考文献 . 79 致谢 . 81 附录 . 错误 !未定义书签。 附录 A 外文文献原文 . 错误 !未定义书签。 附录 B 外文文献中文翻译 . 错误 !未定义书签。 nts I 摘 要 本设计是双离合式自动变速器的六挡齿轮变速器设计， 根据 前期的资料收集，可以了解到 DSG 结构上的特点和其传动原理，根据收集的资料 DSG 大体可分为三种结构形式，分别为单输出轴式、双输出轴式 、 三输出轴式。对于单输出轴式由于轴向尺寸大，多用于后驱车上，对于双输出轴式和三输出轴式由于轴向尺寸小多用于发动机前置前驱上。本文设计研究了三输出轴式六挡齿轮变速器，其目的主要是将汽车设计材料力学、机械设计、机械制图等相关知识的有机结合、 熟练运用。对变速器中的相关部件进行设计计算，用 AutoCAD 软件绘制装配图和零件图等。 设计过程完成以下内容： 撰写变速器的研究现状和发展趋势，了解国内外变速器的发展现状。结合收集的资料选着传动方案，明确所设计变速器的结构特点及工作原理。结合任务书中所给定的数据进行齿轮的设计计算，包括齿轮基本参数计算以及齿轮的强度校核计算。轴和轴承的设计计算，包括轴的刚度校核和强度校核。强度校核要画出相应的弯矩、扭矩图。对同步器的工作原理、设计过程及选择方法进行阐述，以便选择合适的同步器。 关键词 ：双离合器；齿轮 变速器 ； 自动变速器 ； 轴；齿轮；变位系数 nts II ABSTRACT This design is a dual-clutch six-speed automatic transmission. According to the preliminary data collection, I understand the structural characters of DSG and its drive principle. DSG can be roughly divided into three stractural forms, single-output shaft, dual-output shaft and three-output shaft. Because of the big size of the single-output shaft, it is usually used on the back opposite the other two. This thesis discuss six-speed gear transmission of the three-output shift. The purpose is to put design material, mechanics automatic design and mechanicle drawing together. This article calculates the relevant parts of the transmission and draws patterns by Auto CAD. Following completion of the design process,Write transmissions history current situation and comprehend the development of transmission in and out our country. Pick out the plan according to the data and make clear the stracture features and working principle. Calculate the gear on the basic parameter and gear strength check calculation. The calculation of shaft and bearing including the stiffness and strength. In order to pick out the right synchronizer, this article expounds the synchronizers working principle, design process and selection methods. Key words: dual- clutch;gear transmission ;automatic transmission ;axis;gear ;variable coefficient nts 1 第 1 章 绪 论 1.1 课题研究的目的和意义 双离合器自动变速器 (Dual Clutch Transmission，即 DCT)是一种机械式自动变速器，采用液压以及电子系统控制档位的变换，能够有效的缩短换档时间，有效提高换档品质。而且这种换档方式也可以 方便的应用于混合动力车辆，具有优异的性能和广阔的应用前景，是一种很新的技术双离合器自动变速器既继承了手动变速箱传动效率高、安装空间紧凑、重量轻、价格便宜等许多优点，而且实现了换档过程的动力换档，即在换档过程中不中断动力，在换档过程中，发动机的动力始终不断的被传递到车轮，所以这样完成的换档过程为动力换档。车辆实现了动力换档过程，将大大提高换档舒适性，同时也保证车辆具有良好的燃油经济性，使车辆油耗和排放等方面得到改善，所以对节能减排具有重大意义。通过对双离合器式自动变速器设计过程的了解，使我对其结构形式原理都有 了深刻的认识，同时也对变速器的发展进以及发展形势程有了一定的了解，这也能锻炼我独立思考和绘图的能力，在变速器的设计过程中，变速器的基本参数的选择是十分重要的，因为这些与汽车的动力性，经济性，行驶稳定性等都是密切相关的，通过对双离合式自动变速器的设计让我更加的了解变速器参数的选择过程对汽车性能的影响，变速器的设计是一个复杂的过程，所以这对设计者有着较高的要求，同时也使我对双离合式自动变速器的设计过程以及设计方法有了一定的认识。 1.2 课题国内外研究现状 现今的汽车变速器发展的十分迅速，各大公司纷纷推出新的产品 ，但是变速器技术的每次革新都与汽车相关科学的发展密切相关，计算机技术 ,先进制造技术，机械自动化技术，模拟仿真材料科学等都为变速器的发展提供了有力的保障，同时变速器的发展也为相关科学技术提出了更高的要求。 1894 年，一个法国工程师给一辆汽车装上世界上第一个变速器至今，汽车变速器已经经过了一百多年的发展。变速器，英文 Transmission，作为汽车重要的组成部分，是承担放大发动机扭矩，实现理想动力传递，从而适应各种路况实现汽车行驶的主要装置。从最初采用侧链传动到手动变速器，及至液力自动变速器和电控机械式自动 变速器，再到现在无级自动变速器的普及，在汽车工业技术不nts 2 断前进的同时，变速器也向着更平顺、更省油、更富驾驶乐趣的方向不断发展。直至双离合自动变速器的出现，变速器技术又伴随着速度和梦想，迈向了一个全新的高度 3。 人们所熟知的变速器一般有手动变速器和自动变速器。传统的变速器利用不同的齿轮搭配实现了上述目的，而齿轮搭配的变换就只有靠脚踩离合手拉挡杆来实现，这就是所谓的手动变速器。为实现轻松换挡，取消离合脚踏和手动挂挡的AT(AutomaticTransmission)变速器出现了，它主要利用液力变扭器配合传统机 械齿轮箱实现换挡功能。人们通常所说的自动变速汽车就是使用了这种 AT。 随着市场对于车辆平顺舒适、高效节能的要求不断升级，大众公司和博格华纳携手突破技术界限，打造出了一款换档平顺动感，大幅度减少能耗，且能够配合于大扭矩，大排量发动机的变速器 DSG 双离合自动变速器。 双离合器自动变速器 (DCT)是一种机械式自动变速器，它保持了 AMT 的各种优点，但其动力传递通过两个离合器联结两根输入轴，相邻各档的被动齿轮交错与两输入轴齿轮啮合，配合两离合器的控制，能够实现在不切断动力的情况下转换传动比，从而缩短换档时间，有效 提高换档品质。而且这种换档方式也可以方便的应用于混合动力车辆，具有优异的性能和广阔的应用前景，是一种很新的技术 。双离合器自动变速器既继承了手动变速箱传动效率高、安装空间紧凑、重量轻、价格便宜等许多优点，而且实现了换档过程的动力换档，即在换档过程中不中断动力，保留了 AT,CVT 等换档品质好的优点，这对电控机械式自动速器来说，是一个巨大的进步 1。 双离合器自动变速器具有高效率和舒适性，自从问世以来，已经取得了巨大的市场。开发双离合自动变速器技术的核心就在于双离合器模块、扭振减震器模块和控制模块的技术。这 些模块是双离合器自动变速器中的关键零部件，是这种先进的自动变速器的心脏和大脑。 2003 年世界首款双离合器自动变速器投放市场，使用的就是美国博格华纳公司生产的模块。目前双离合变速器的核心技术掌握在美国博格华纳 (BorgWarner)和德国舍弗勒 (Schaeffler)集团手中。博格华纳是大众第一代六速 DSG（大众的 DCT）关键技术的提供者，为大众 DSG 提供湿式双离合。大众推出了新一代干式七速双离合变速器，由德国 舍弗勒集团 旗下的LucK 公司提供。 2003 年初率先在 GolfR32 和 AudiTT3.2 两款车型上使用。博格华纳因其产品创新和加工精细而赢得了 2005 年度北美供应商超级大奖。双离合器自动变速技nts 3 术使得手动变速器具备自动性能，同时大大改善了汽车的燃油经济性，应用该技术可以保证变速器在换档时消除汽车动力中断现象。 DCT 工作时，车辆先以某个与一个离合器相连的档位运行，车辆自动变速器电控单元可以根据相关传感器的信号判断即将进入工作的与另一个离合器相连的下一档位，因该档位还未传递动 力，故指令液压控制电磁阀十分方便的控制换档执行机构，预先啮合这一档位，在车辆运行达到换档点时，只需要将正在工作的离合器分离，同时将另一个离合器接合，则使汽车以下一个档位行驶。在换档过程中，发动机的动力始终不断的被传递到车轮，所以这样完成的换档过程为动力换档。车辆实现了动力换档过程，将大大提高换档舒适性，同时也保证车辆具有良好的燃油经济性，使车辆油耗和排放等方面得到改善 1。 早在上世纪 80 年代，汽车工程界就弄出了一个双离合系统变速器，简称 DSG（英文全称： Direct Shift Gearbox）， 装配在赛车上，能消除换档离合时的动力传递停滞现象。例如 布加迪 EBl6.4 Veyron 的新型 7 速变速器是装置了双离合器，从一个档位换到另一个档位，时间不会超过 0.2 秒。现在，这种双离合器已经从赛车应用到一般跑车上。奥迪汽车公司的新型 奥迪 TT 跑车和新奥迪 A3都已经装置了这种 DSG。这些汽车装配 DSG 的目的是可以比自动变速器更加平顺地换档，不会有迟滞现象。 到了 20 世纪 90 年代末期，大众公司和博格华纳携手合作生产第一个适用于大批量生产和应用于主流车型的 DualTronic(R) 技术双离合变速器，称之为 DSG。博格华纳公司通过使用新的电子液压元件使 DCT 变成了实用性很强的变速器。2002 年， DSG 应用在德国大众高尔夫 R32 和奥迪 TT V6 上。 2003 年，其相继推广到高尔夫等其他车型上。 在我国汽车市场规模的高速增长的情况下，汽车关键零部件进入高速发展期。变速器作为汽车动力总成的重要组成部分，也得到了很大的发展，自动变速器，自从 1939年被美国通用汽车公司首次在轿车上应用，至今已经成为全球汽车业的主流选择。目前在产业化过程中实际得到应用的自动变速器主要有四种类型：液力自动变速器（ AT）、机械自动变速器（ AMT） 、无极变速器（ CVT）、双离合自动变速器（ DCT）。四类自动变速器关键技术相似，各有特色部件，制造难易程度不同，使用性能各有优缺点，适应不同的细分市场。现今，日本多倡导 CVT，北美市场则是 AT占主导，在欧洲则是 DCT被大量采用。上汽与 GIF科技公司合作开发 DCT，正是采用技术合作联合开发的模式。而 GIF公司针对我国汽nts 4 车市场对节能环保小排量车的需求，又通过其独资企业 GRC吉孚动力技术（中国）有限公司将专门为经济型小车设计的 KRG变速器技术带到中国市场，希望寻找整车厂进行技术合作。这种变速器由于没有液压装置，成 本可以降低一半，同时又可以满足降低油耗和二氧化碳排放的要求，是非常适合小型车的自动变速器 。 表1.1 为对各型变速器在欧洲市场占有率的预估 。 表 1.1 各种变速器市场占有率 变速器型式 市场占有率 2000年 2010年 AT 11.9% 25% CVT 0.5% 5% MT 87% 45% AMT 0.6% 12% DCT 0% 13% 我国汽车工业起步较晚，现在的生产线也多以生产手动挡变速器为主，高档的自动变速器主要依靠进口，而生产 DCT变速器可以充分 利用原有手动变速器的生产设备，新增投资较少，比较适合我国国情 4。 1.3 双离合器式自动变速器的结构特点及工作原理 1.3.1 双离合器式自动变速器的结构特点 DCT 主要包括带扭转减振器的湿式离合器系统、按 DCT 工作原理配置的变速器及换挡系统和相应的控制系统。 （ 1） 扭转减振系统 由于在 DCT 中没有使用液力变矩器等可以吸收系统振动的元件，所以需要采用扭转减振器来吸收系统的扭转振动。 在 DCT 系统中，可以采用普通的单级或多级扭转减振器，其安装位置在发动机飞轮与 DCT 动力输入部件之间，因此需要将飞轮的转动惯量与 DCT 动力输入件的惯量综合匹配，并确定系统的扭转刚度来设计扭转减振器。 但是，为了使整车实现更高的舒适性，可以将扭转减振系统设计为带有双质量飞轮式的扭转减振器，这样可以非常有效地控制汽车动力传动系的扭转振动及噪声。与传统的离合器从动盘式扭转减振器相比，双质量飞轮式扭转减振器还可加大减振弹簧位置半径，降低减振弹簧刚度并允许增大转角，不仅在常用车速范围内的减振和隔振nts 5 效果好，而且对怠速噪声也能实现更有效的控制，堪称高效能广谱减振器。装备这种减振器的德国 BMW324D 汽车曾被称之为 “世界上最安静的柴油车 ”。图 1.1 分别为采用传统减振器与采用双质量飞轮式扭转减振器时变速器后端振动加速度的比较 2。 图 1.1 变速器后端振动加速比较 （ 2）离合器系统 在 DCT 中，既可以采用干式离合器，也可以采用湿式离合器，但两者的工作特性存在较大的差别。 干式离合器可以通过压板和飞轮吸收较大热量，对滑磨产生热量的速度不敏感，但因为空气散热较慢，热量不易在短时间内散发出去，因此它受滑磨产生的总热量的限制。干式离合器适于在短时间内结合，这样滑磨时间短，产生热量少。其滑磨功特性曲线如图 1.2（ a） 所示 2。 湿式离合器用油冷却摩擦片， 它受限于产生热量的速度，但不受产生的总热量的限制，所以适用于离合器结合过程中压力逐步增加、发热速度较慢的场合。其滑磨功特性如图 1.2（ b） ,所示。在设计中可以选用较小的离合器储备系数，并控制加压油缸的油压增长速度，使摩擦扭矩逐步增加。 另外，干式离合器的结构尺寸较大，特别是轴向尺寸长，这样，在车上布置 2 个干式离合器，而且还要布置 2 个离合器的操纵机构时需要的空间很大并且，在离合器片磨损后，需要定期更换摩擦片。这都给 DCT 采用干式离合器带来了困难。 相对而言，在 DCT中使用湿式离合器更具有优势：其传递扭矩大，可 以通过增加摩擦片数来提高摩擦扭矩；结构布置方便，摩擦片磨损均匀，使用中不需要专门调整nts 6 摩擦片间隙；可以较容易的通过控制湿式离合器的工作压力来控制其传递扭矩的大小，实现动力传动系统的扭矩控制。 类似于变扭器，湿式多片式离合器是利用液压压力来驱动齿轮。当离合器结合时，离合器活塞内的液压使一组螺旋弹簧零件受力，这将驱使一组离合器盘和摩擦盘压在固定的压力盘上，油压的建立是由变速箱控制器指令电磁阀来控制的。摩擦片内缘处有内花键齿，以便与离合器鼓上的外花键相啮合。离合器鼓与齿轮组相连，这样就可以接受传递过来的力。为分离离合 器，离合器活塞中的液压就会降低，在弹簧的作用下，离合器就会分开。奥迪的 DSG变速箱在湿式多片式离合器中既有小的螺旋弹簧也有大的膜片弹簧。双离合器变速箱 (DCT)中有 2个离合器，他们的工作状态是相反的，不会发生 2个离合器同时接合的情形。 （ a） 干式 （ b）湿式 图 1.2 干式、湿式离合器产生的滑磨功 （ 3）液压控制系统 DCT 的液压控制系统主要负责接受电控系统的控制指令，对离合器和变速器的换挡机构进行操纵。液压控制系统主要包括：双离合器控制部分、换 挡机构控制部分和冷却部分。 双离合器控制部分是通过对离合器油缸充入和释放高压油来实现离合器的分离和接合的。离合器油缸通过直接使用电磁阀或采用电磁阀做先导阀进行动作控制，并且也可以使用线性电磁阀对离合器接合实现压力控制，这对实现动力传动系统的扭矩控制有利。 双离合器变速箱 (DCT)的档位切换是由档位选择器来操作的，档位选择器实际上是个液压马达，推动拨叉就可以进入相应的档位，由液压控制系统来控制它们的工作。以一个典型的 6档双离合器变速箱 (DCT)为例，液压控制系统中有 6个油压调节电磁阀，用来调节 2个离合器和 4 个档位选择器中的油压压力，还有 5 个开关电磁阀，分别控制档位选择器和离合器的工作 。 在 DCT 中，必须实现换挡过程的自动化，这就要增加自动换挡机构来完成换挡任nts 7 务。通常使用多个换挡油缸直接控制每一个同步器，其控制过程与 AMT 类同。 （ 4）电子控制系统 DCT 的电子控制系统负责采集车辆运行信息、驾驶员的操作指令，实时在线的对车辆的运行状态进行综合处理和判断，并控制 DCT 的运行。同时，电控系统还要负责与发动机电控单元以及其它系统的电控单元协调工作。图 1.3 为电子控制系统框图 2。 图 1.3 DCT 电子控 制系统框图 1.3.2 双离合器式自动变速器的工作原理 双离合器变速箱使用两个离合器，但没有离合器踏板。最新的电子系统和液压系统控制着离合器，正如标准的自动变速箱中的一样。在双离合器变速箱中，离合器是独立工作的。一个离合器控制了奇数档位 (如： 1 档、 3 档、 5 档和倒档 )，而另一个离合器控 制了偶数档位 (如： 2档、 4档和 6档 )。使用了这个布局，由于变速箱控制器根据速度变化，提前啮合了下一个顺序档位，因此换档时将没有动力中断。其中最具创意的核心部分是双离合器和机械部分变速箱中的两轴式的输入轴。这个精巧的两轴式结构 分开了奇数档和偶数档。不象传统的手动变速箱将所有档位集中在一根输入轴上，双离合器变速箱 (DCT)将奇数档和偶数档分布在两根输入轴上 。 以 6档变速箱为例，内部输入轴上安装了 1档、 3档、 5档和倒档的齿轮，外部输入轴上安装了 2档、 4档和 6档的齿轮。这使得快速换档成为可能，维持了换档时的动力传递。标准的手动变nts 8 速箱是做不到这点的，因为它必须使用一个离合器来控制所有的奇数档和偶数档。以DSG变速箱为例，简单介绍双离合器变速箱 (DCT)的工作过程：在 1 档起步行驶时，动力传递路线如下图中直线和箭头所示，外部离合 器接合，通过内部输入轴到 1 档齿轮，再输出到差速器。同时，图中虚线和箭头所示的路线是 2 档时的动力传输路线，由于离合器 2是分离的，这条路线实际上还没有动力在传输，是预先选好档位，为接下来的升档做准备的。当变速器进入 2 档后，退出 1 档，同时 3 档预先结合。所以在 DSG 变速器的工作过程中总是有 2 个档位是结合的，一个正在工作，另一个则为下一步做好准备如图 1.4所示。 DSG变速器在降档时 换挡过程同升挡过程 。 DSG变速器的升档或降档是由变速箱控制器 (TCU)进行判断的，踩油门踏板时，变速箱控制器 (TCU)判定为升档过程，作好升档准备；踩制动踏板时，变速箱控制器 (TCU)判定为降档过程，作好降档准备。一般变速器升档总是一档一档地进行的，而降档经常会跳跃地降档， DSG 变速器在手动控制模式下也可以进行跳跃降档。在跳跃降档时，如果起始档位和最终档位属于同一个离合器控制的，则会通过另一离合器控制的档位转换一下，如果起始档位和最终档位不属于同一个离合器控制的，则可以直接跳跃降至所定档位。 图 1.4 DCT 变速器 1.4 课题研究的主要内容与技术路线 我在设计中参考了大众车系 02E 直接换挡变速器，采用了 锁环式同步器的换档。在设计中，除了对汽车变速器的结构进行了合理的布置外，还运用了汽车设计、机械制图、机械设计、材料力学等知识，对变速器的重要零件 轴和齿轮进行受力分析，nts 9 由于变速器齿轮的损坏形式主要有：轮齿折断、齿面点蚀、移动换挡齿轮端部破坏以及齿面胶合。故对对齿轮进行了弯曲疲劳强度校核和接触疲劳强度校核，对于轴来说，变速器工作时，由于齿轮上有圆周力、径向力和轴向力的作用，变速器的轴要承受转矩和弯矩。要求变速器的轴应有足够的刚度和强度。因为刚度不足轴会产生弯曲变形，结果破坏了齿轮的正确啮合，对轴的强度、耐磨性 和工作噪声等均有不利影响，因此要对变速器的轴进行了强度和刚度校核，同时也要考虑零件选择合理的工程材料和热处理方法，使其获得良好的力学性能，同时确定同步器的主要参数，选择同步器。查阅相关资料，了解 DSG 变速器的结构特点以及其总体的布置形式，综合各种布置形式，结合任务书中的数据以及参考车型确定变速器的总体布置方案， 本次设计主要是依据 参考的大众车系 02E 直接换挡变速器 ，通过 对 变速器各 组成 部分参数的选择和计算，设计出一种基本符合要求的手动 6 挡 变速器。本 次设计的 主要 内容： （ 1） 变速器基本 参数 的 计算。包括变速器 滚动 半径的近似计算、传动比的范围计算、各档位 传动比 分配 计算、 初选 中心距计算 、确定中心距计算 、各 档 齿轮齿 数的分配 、 齿轮参数计算； （ 2） 变速器齿轮设计计算。变速器齿轮几何尺寸计算；变速器齿轮的强度计算及材料选择； （ 3） 变速器轴设计计算。包括各轴直径及长度计算、轴的结构设计、轴的强度 校核 、 刚度计算 ； （ 4） 变速器轴承的选择及校核； （ 5） 同步器的 主要参数的确定与选择 ； nts 10 第 2 章 双离合器式变速器设计方案的选择 2.1 变速器传动机构分析和布置方案的确定 由于 DSG 实际是在传统的机械式变速器的基础上结合双离合技术实 现自动换挡的变速器，可将 DSG 拆分为机械式变速器和双离合器两部分。故其变速器部分设计方法同机械式变速器，而机械式 变速器的传动效率与所选用的传动方案有关，包括齿轮副 的 数目、 齿轮的 转速、传递的功率、润滑系统的有效性、齿轮及轴以及壳体等零件的制造精度、刚度等。 通常， 变速器的挡数可在 320 个挡位范围内变化。通常变速器的挡数在 6 挡以下，当挡数超过 6 挡以后，可在 6 挡以下的主变速器基础上，再行配置副变速器，通过两者的组合获得多挡变速器。增加变速器的挡数，能够改善汽车的动力性和燃油经济性以及平均车速。挡数越多，变速器的 结构越复杂，并且是轮廓尺寸和质量加大，同时操纵机构复杂，而且相邻挡位之间的比值在 1.8 以下，该值越小换挡工作越容易进行。因高挡使用频率高，所以又要求高挡区相邻挡位之间的传动比比值，要比低挡区相邻挡位之间的传动比比值小。今年来，为了降低油耗，变速器的挡数有增加的趋势。目前乘用车一般用 45 个挡位的变速器，发动机排量大的乘用车多用 5 个挡。商用车变速器采用 45 个挡或是多挡。载质量在 2.03.5t 的货车采用五挡变速器，载质量在 4.08.0t 的货车采用六挡变速器。多档变速器多用于总质量大些的货车和越野车上。变速 器的传动比范围是指变速器最低挡传动比与最高挡传动比的比值 。 最高挡通常是直接挡，传动比为 1.0；有的变速器最高挡是超速挡，传动比为 0.70.8。影响最低挡传动比选取的因素有：发动机的最大转矩和最低稳定转速所要求的汽车最大爬坡能力（这里取最大爬坡度为 16.7）、驱动轮与路面间的附着力、主减速比和驱动轮的滚动半径以及所要求达到的的最低稳定行驶车速等。目前乘用车的传动比范围在 3.04.5 之间，总质量轻些的商用车在 5.08.0 之间，其他商用车则更大。 2.1.1 两轴式变速器和中间轴式变速器的特点分析 DSG 的 机械变速器部分与两轴式和中间轴式变速器的结构上是不同的，但 DSG中齿轮布置、轴的设计计算均可借鉴于两轴轴式和中间轴变速器，所以在这里要简单的了解一下两轴及中间轴式变速器的特点。 nts 11 1两轴式变速器 固定轴式变速器中的两轴式和中间轴式变速器应用广泛。其中两轴式变速器多用于发动机前置前轮驱动汽车上。它的结构简单、轮廓尺寸小和容易布置等优点，此外，各中间挡位因为只经一对齿轮传递动力，故传动效率高同时噪声也低。因两轴式变速器不能设置直接挡，所以在高挡工作时齿轮和轴承均承载，不仅工作噪声增大，也增加了磨损，这是它的缺 点。另外，低挡传动比取值上限也受到较大限制，但这一缺点可以通过减小各高挡传动比同时增大主减速比来消除。还有，受结构限制，两轴式变速器的一挡速比不可能设计得很大。对于前进挡，两轴式变速器输入轴的转动方向与输出轴的转动方向相反；而中间轴式变速器的第一轴与输出州的转动方向相同。 2中间轴式变速器 中间轴式变速器多用于发动机前置后轮驱动汽车和发动机后置后轮驱动的汽车上。其特点是：变速器一轴后端与常啮合齿轮做成一体。绝大多数方案的第二轴前端经轴承支承在第一轴后端的孔内，且保持两轴轴线在同一条直线上，经啮合套将它们 连接后可得到直接档，使用直接档，变速器齿轮和轴承及中间轴不承载，发动机转矩经变速器第一轴和第二轴直接输出，此时变速器的传动效率高，可达90%以上，噪声低，齿轮和轴承的磨损减少。因为直接档的利用率要高于其他档位，因而提高了变速器的使用寿命；在其他前进档位工作时，变速器传递的动力需要经过设置在第一轴、中间轴和第二轴之间的距离（中心距）不大的条件下，一档仍然有较大的传动比；档位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，档位低的齿轮（一档）可以采用或不采用常啮合齿轮传动；多数 毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 : 双离合 器 式自动变速器 的 六档齿轮变速器设计 院 系 名 称 : 汽车与交通工程学院 专 业 班 级 : 车辆 工程 07-7 学 生 姓 名 : 赵国庆 导 师 姓 名 : 赵雨 旸 开 题 时 间 : 2011.02.28 指导委员会 审查意见： 签字： 年 月 日 nts 毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 赵国庆 系部 汽车与交通工程学院 专业、班级 车辆工程 07-7 班 指导教师姓名 赵雨旸 职称 副教授 从事 专业 车辆工程 交通工程 是否外聘 是 否 题目名称 双离合器式自动变速器的六挡齿轮变速器设计 一、 课题研究 现状、 选题 目的 和意义 1.研究现状 现今的汽车变速器发展的十分迅速，各大公司纷纷推出新的产品，但是变速器技术的每次革新都与汽车相关科学的发展密切相关，计算机技术 ,先进制造技术，机械自动化技术，模拟仿真材料科学等都为变速器的发展提供了有力的保障，同时变速器的发展也为相关科学技术提出了更高的要 求。 1894 年，一个法国工程师给一辆汽车装上世界上第一个变速器至今，汽车变速器已经经过了一百多年的发展。变速器，英文 Transmission，作为汽车重要的组成部分，是承担放大发动机扭矩，实现理想动力传递，从而适应各种路况实现汽车行驶的主要装置。从最初采用侧链传动到手动变速器，及至液力自动变速器和电控机械式自动变速器，再到现在无级自动变速器的普及，在汽车工业技术不断前进的同时，变速器也向着更平顺、更省油、更富驾驶乐趣的方向不断发展。直至双离合自动变速器的出现，变速器技术又伴随着速度和梦想，迈向了一个全新的 高度。 双离合器自动变速器具有 高 效率和舒适性，自从问世以来，已经取得了巨大的市场。开发双离合自动变速器技术的核心就在于双离合器模块、扭振减震器模块和控制模块的技术。这些模块是双离合器自动变速器中的关键零部件，是这种先进的自动变速器的心脏和大脑。2003 年世界首款双离合器自动变速器投放市场，使用的就是 美国 博格华纳公司生产的模块。目前双离合变速器的核心技术掌握在美国博格华纳 (BorgWarner)和德国舍弗勒 (Schaeffler)集团手中。博格华纳是大众第一代六速 DSG（大众的 DCT）关键技术的提供者，为大众 DSG 提供湿式双离合。大众 推出 了新一代干式七速双离合变速器，由德国 舍弗勒集团 旗下的 LucK 公司提供。 1940 年， Darmstadt 大学教授 Rudolph Franke 第一个申请了双离合器变速器专利，该变速器曾经在卡车上试验过，但是没有投入批量生产。随后保时捷也发明了专用于赛车的双离合变速器（ PDK Porsche Doppel Kupplungen）。然而，在那个时代，未 能成功将 DCT/PDK 技术投入批量生产。 人们所熟知的变速器一般有手动变速器和自动变速器。传统的变速器利用不同的齿轮搭配实现了上述目的，而齿轮搭配的变换就只有靠脚踩离合手拉挡杆来实现，这就是所谓的手动变速器。为实现轻松换挡，取消离合脚踏和手动挂挡的 AT(AutomaticTransmission)变速器出现了，它主要利用液力变扭器配合传统机械齿轮箱实现换挡功能。人们通常所说的自动变速汽车就是使用了这种 AT。 随着市场对于车辆平顺舒适、高效节能的要求不断升级，大众公司和博格华纳携手突破技术界限，打造出了一款换 档平顺动感，大幅度减少能耗，且能够配合于大扭矩，大排量发动机的变速器 DSG 双离合自动变速器。 双离合器自动变速器 (DCT)是一种机械式自动变速器，它保持了 AMT 的各种优点，但其nts 动力传递通过两个离合器联结两根输入轴，相邻各档的被动齿轮交错与两输入轴齿轮啮合，配合两离合器的控制，能够实现在不切断动力的情况下转换传动比，从而缩短换档时间，有效提高换档品质。而且这种换档方式也可以方便的应用于混合动力车辆，具有优异的性能和广阔的应用前景，是一种很新的技术 。双离合器自动变速器既继承了手动变速箱传动效率高、安装空间 紧凑、重量轻、价格便宜等许多优点，而且实现了换档过程的动力换档，即在换档过程中不中断动力，保留了 AT,CVT 等换档品质好的优点，这对电控机械式自动速器来说，是一个巨大的进步。 2003 年初率先在 GolfR32 和 AudiTT3.2 两款车型上使用。博格华纳因其产品创新和加工精细而赢得了 2005 年度北美供应商超级大奖。双离合器自动变速技术使得手动变速器具备自动性能，同时大大改善了汽车的燃油经济性，应用该技术可以保证变速器在换档时消除汽车动力中断现象。 DCT 工作时，车辆先以某个与一个离合器相连的档位运行 ，车辆自动变速器电控单元可以根据相关传感器的信号判断即将进入工作的与另一个离合器相连的下一档位，因该档位还未传递动力，故指令液压控制电磁阀十分方便的控制换档执行机构，预先啮合这一档位，在车辆运行达到换档点时，只需要将正在工作的离合器分离，同时将另一个离合器接合，则使汽车以下一个档位行驶。在换档过程中，发动机的动力始终不断的被传递到车轮，所以这样完成的换档过程为动力换档。车辆实现了动力换档过程，将大大提高换档舒适性，同时也保证车辆具有良好的燃油经济性，使车辆油耗和排放等方面得到改善。 为了解决这个问题， 早在上世纪 80 年代，汽车工程界就弄出了一个双离合系统变速器，简称DSG（英文全称： Direct Shift Gearbox），装配在赛车上，能消除换档离合时的动力传递停滞现象。例如 布加迪 EBl6.4 Veyron 的新型 7 速变速器是装置了双离合器，从一个档位换到另一个档位，时间不会超过 0.2 秒。现在，这种双离合器已经从赛车应用到一般跑车上。奥迪汽车公司的新型 奥迪 TT 跑车和新奥迪 A3 都已经装置了这种 DSG。这些汽车装配 DSG 的目的是可以比自动变速器更加平顺地换档，不会有迟滞现象。 奥迪双离合系统变速器是 一个整体，有 6 个档位，离合器与变速器装配在同一机构内，两个离合器互相配合工作。这好比喻一辆车有两套离合器，正司机控制一套，副司机控制另一套。正司机挂上 1 档松开离合踏板起步时，这时副司机也预先挂上 2 档但踩住离合踏板；当车速上来准备换档，正司机踩住离合踏板的同时副司机即松开离合踏板， 2 档开始工作。这样就省略了档位空置的一刹那，动力传递连续，有点象接力赛。双离合系统两套离合器传动系统，通过电脑控制协调工作。 当汽车正常行驶的时候，一个离合器与变速器中某一档位相连，将发动机动力传递到驱动轮；电脑根据汽车速度和 转速对驾驶者的换档意图做出判断，预见性地控制另一个离合器与另一个档位的齿轮组相连，但仅处于准备状态，尚未与发动机动力相连。换档时第 1 个离合器断开，同时第 2 个离合器将所相连的齿轮组与发动机接合。除了空档之外，一个离合器处于关闭状态，另一个离合器则处于打开状态。 两根传动轴分别由第一、第二离合器控制与发动机动力的连接与断开，分别负责 1、 3、 5 档和 2、 4、 6 档的档位变换。考虑到零件使用寿命，设计人员选择了油槽膜片式离合器，离合器动作由液压系统来控制。 到了 20 世纪 90 年代末期，大众公司和博格华纳携手合作生产第一个 适用于大批量生产和应用于主流车型的 DualTronic(R) 技术双离合变速器，称之为 DSG。博格华纳公司通过使用新的电子液压元件使 DCT 变成了实用性很强的变速器。 2002 年， DSG 应用在德国大众高尔夫 R32 和奥迪 TT V6 上。 2003 年，其相继推广到高尔夫等其他车型上。 nts 在 我国汽车市场规模的高速增长 的情况下 ，汽车关键零部件进入高速发展期。变速器作为汽车动力总成的重要组成部分， 也得到了很大的发展 ，自动变速器，自从 1939 年被美国通用汽车公司首次在轿车上应用，至今已经成为全球汽车业的主流选择。目前在产业化过 程中实际得到应用的自动变速器主要有四种类型：液力自动变速器（ AT）、机械自动变速器（ AMT）、无极变速器（ CVT）、双离合自动变速器（ DCT）。四类自动变速器关键技术相似，各有特色部件，制造难易程度不同，使用性能各有优缺点，适应不同的细分市场。现今，日本多倡导CVT，北美市场则是 AT 占主导，在欧洲则是 DCT 被大量采用。 上汽与 GIF 科技公司合作开发 DCT，正是采用技术合作联合开发的模式。而 GIF 公司针对我国汽车市场对节能环保小排量车的需求，又通过其独资企业 GRC 吉孚动力技术（中国）有限公司将专门为经济型小车 设计的 KRG 变速器技术带到中国市场，希望寻找整车厂进行技术合作。这种变速器由于没有液压装置，成本可以降低一半，同时又可以满足降低油耗和二氧化碳排放的要求，是非常适合小型车的自动变速器。 2.目的和意义 双离合器自动变速器 (Dual Clutch Transmission，即 DCT)是一种机械式自动变速器， 采用液压以及电子系统控制档位的变换，能够有效的 缩短换档时间，有效提高换档品质。而且这种换档方式也可以方便的应用于混合动力车辆，具有优异的性能和广阔的应用前景，是一种很新的技术双离合器自动变速器既继承了手动 变速箱传动效率高、安装空间紧凑、重量轻、价格便宜等许多优点，而且实现了换档过程的动力换档，即在换档过程中不中断动力，在换档过程中，发动机的动力始终不断的被传递到车轮，所以这样完成的换档过程为动力换档。车辆实现了动力换档过程，将大大提高换档舒适性，同时也保证车辆具有良好的燃油经济性，使车辆油耗和排放等方面得到改善 ，所以对节能减排具有重大意义 。 通过对双离合器式自动变速器设计过程的了解，使我对其结构形式原理都有了深刻的认识，同时也对变速器的发展进以及发展形势程有了一定的了解，这也能锻炼我独立思考和绘图的能力，在变 速器的设计过程中，变速器的基本参数的选择是十分重要的，因为这些与汽车的动力性，经济性，行驶稳定性等都是密切相关的， 通过对双离合式自动变速器的设计让我更加的了解变速器参数的选择过程对汽车性能的影
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