[CAD图纸全套]双离合器式自动变速器的设计

本科学生毕业设计 双离合器式自动变速器 的六档齿轮 系部名称 ： 汽车工程系 专业班级 ： 车辆工程 0793111 班 学生姓名 ： 孙宏宇 指导教师 ： 赵 雨 旸 职 称 ： 副教授 哈工大学华德应用技术学院 二一年十一月 s ix of of 0793111 010工大华德应用技术毕业设计 I 摘 要 双离合器式自动变速器 ( 是由双轴式手动变速器发展而来的。它既保留了结构简单、传动效率高的优点，又具有电液控制方式的优点，改善了换档品质，降低了油耗、故障率和制造成本。目前国内外有许多汽车大公司与学者在致力于双离合器式自动变速器的开发与研究，并已在多款车上应用。因此研究双离合器式自动变速器的工作特性，并对其齿轮变速器进行设计，是非常重要和必须的。 本文设计研究了双离合器式自动变速器的六挡齿轮变速器，对变速器的工作原理做了阐述，对 各种不同变速器的布置方案及变速器的倒档方案做了详细的分析后选定了本变速器的最终布置方案，对变速器中的主要零件包括齿轮形式、换挡结构形式作了阐述并进行了选择、并且对变速器的挡位数、传动比的范围、中心距、做初步的选择和设计。对变速器中的齿轮的模数、压力角、螺旋角、进行了选择、对变速器的各挡齿轮和轴做了详细的设计计算，并进行了强度校核，对一些标准件进行了选型。变速器的传动方案设计。 简单讲述了变速器中各部件材料的选择。 全套 资料 ， 扣扣 414951605 哈工大华德应用技术毕业设计 键字： 双离合器；挡位数；传动 比；齿轮；自动变速器 of is to by it of of to at is a of in is in on u to of on its be of on of a of of of of of of 哈工大华德应用技术毕业设计 ey of 工大华德应用技术学院本科生毕业设计 目 录 摘要 . . 第 1 章 绪论 . 1 题研究的目的意义 . 1 题的研究现状 . 3 离合器式自动变速器的结构及其优点 . 4 离合器式自动变速器的结构 . 4 离合器式自动变速器的工作原理 . 6 计的主要内容与技术路线 . 12 第 2 章 双离合器式自动变速器方案的选择和基本尺寸的确定 . 15 案的选择 . 13 速器的功用和要求 . 13 速器结构方案的确定 . 14 速器主要零件结构的方案分析 . 16 章小结 . 18 第 3 章 变速器主要参数的选择与主要零件的设计 . 19 速器主要参数的选择 . 19 位数 . 19 动比范围 . 19 心距 A . 20 向尺寸 . 20 轮参数 . 20 速器各挡传动比的选择 . 23 选传动比 . 23 大传动比的选择 . 23 他各挡传动比的确定 . 24 挡齿轮齿数的分配 . 24 哈工大华德应用技术学院本科生毕业设计 档齿轮参数 . 25 定二档齿数 . 26 定三档齿轮齿数 . 28 定四档齿轮齿数 . 29 定五档齿轮齿数 . 31 定六档齿轮齿数 . 32 定倒档齿轮齿数 . 33 章小结 . 35 第 4 章 变速器齿轮强度的计算与材料的选择 . 36 轮的损坏原因及形式 . 36 轮材料的选择 . 36 轮材料的强度计算与校核 . 36 轴上的转矩的计算 . 38 挡齿轮弯曲强度计算 . 39 挡齿轮接触应力的计算 . 40 章小结 . 42 第 5 章 变速器轴的设计与校核 . 43 的功用 与类型 . 43 的功用 . 43 的分类 . 43 的材料 . 43 的工艺要求 . 44 的结构设计 . 44 的加工工艺性 . 44 的装配工艺性 . 44 的设计 . 44 的校核 . 46 一输出轴的校核 . 46 二输出轴的校核 . 48 章小结 . 50 第 6 章 变速器同步器设计 . 51 哈工大华德应用技术学院本科生毕业设计 步器的结构 . 51 步器的主要参数确定 . 52 章小结 . 53 结论 . 54 参考文献 . 55 致谢 . 56 附录 . 57 附录 A 外文文献原文 . 57 附录 B 外文文献原文 中文翻译 . 63 哈工大华德应用技术学院本科生毕业设计 1 第 1 章 绪 论 速器的类型及发展方向 汽车传动系的基本功用是将发动机发出的动力传给车轮，一般来说，车轮由外力负载决定的转矩、转速与发动机所提供的有大的偏差，因此传动系的功用可概括为：通过变换传动比来调节或变换发动机的性能，将动力经济而方便的传给车轮，以适应外界道路和负载的变化。在汽车传动系的发展过程中，自动变速一直是人们追求的目标。随着计算机技术在汽车领域的广泛应用，自动变速技术得到了飞速的发展。在轿车日益普及 ,非熟练驾驶员大量增加 的今天 ,汽车自动变速器的应用有着更加重要的意义 。 汽车自动变速器主要有液力机械式 (电控机械式(、 双 离 合 器 式 （ 无级变速器 (几种形式。在，液力变矩器具有无级连续变速和变矩的能力，对外部负载具有良好的自动调节和适应性能，使车辆起步平稳，加速迅速、均 匀、柔和，加之液体传动本身特有的减震性能，又进一步降低了传动系的尖峰载荷和扭转振动。它延长了传动系的使用寿命，提高了乘坐舒适性和车辆平均速度，以及行使安全性和通过性等。因此，它是目前世界车辆自动变速器的主导产品。目前美国轿车 装车率达到 95%左右 1，西欧也达到 30%左右 1。 1、手动变速器 (手动变速器（ 用齿轮组，每档的齿轮组的齿数是固定的，所以各档的变速比是个定值 (也就是所谓的 “级 ” )。比如，一档变速比是 ,再 到五档的 ,这些数字再乘上主减速比就是总的传动比，总共只有 5 个值(即有 5 级 )，所以说它是有级变速器。 2、自动变速器（ 自动变速器（ 利用行星齿轮机构进行变速，它能根据油门踏板程度和车速变化，自动地进行变速。而驾驶者只需操纵加速踏板控制车速即可。虽说自动变速汽车没有离合器，但自动变速器中有很多离合器，这些离合器能随车速变化而自动分离或合闭，从而达到自动变速的目的。 哈工大华德应用技术学院本科生毕业设计 2 3、手动 /自动变速器（ 其实通过对一些车友的了解，他们并不希望摒弃传 统的手动变速器，而且在某些时候也需要自动的感觉。这样手动 /自动变速器便由此诞生。这种变速器在德国保时捷车厂 911 车型上首先推出，称为 可使高性能跑车不必受限于传统的自动档束缚，让驾驶者也能享受手动换档的乐趣。此型车在其档位上设有 “+”、 “-”选择档位。在 D 档时，可自由变换降档 (-)或加档 (+)，如同手动档一样。 4、无级变速器 当今汽车产业的发展，是非常迅速的，用户对于汽车性能的要求是越来越高的。汽车变速器的发展也并不仅限于此，无级变速器便是人们追求的 “最高境界 ”。无级变速器最早由荷兰人 范 多尼斯（ s）发明。无级变速系统不像手动变速器或自动变速器那样用齿轮变速，而是用两个滑轮和一个钢带来变速，其传动比可以随意变化，没有换档的突跳感觉。它能克服普通自动变速器 “突然换档 ”、油门反应慢、油耗高等缺点。通常有些朋友将自动变速器称为无级变速器，这是错误的。虽然它们有着共同点，但是自动变速器只有换档是自动的，但它的传动比是有级的，也就是我们常说的档，一般自动变速器有 2 7 个档 3。而无级变速器能在一定范围内实现速比的无级变化，并选定几个常用的速比作为常用的 “档 ”。装配该技术的发动 机可在任何转速下自动获得最合适的传动比。 双离合器式自动变速器 ( 是由双轴式手动变速器发展而来的。它既保留了结构简单、传动效率高的优点，又具有电液控制方式的优点，改善了换档品质，降低了油耗、故障率和制造成本。目前国内外有许多汽车大公司与学者在致力于双离合器式自动变速器的开发与研究，并已在多款车上应用。因此研究双离合器式自动变速器的工作特性，并对其齿轮变速器进行设计，是非常重要和必须的。 速器的应用前景 的，它继承了手动变速器传动效率高、安装空间紧凑、质量轻、价格低等许多优点，而且实现了动力换挡，这不仅保证了车辆的加速性，而且由于车辆不再产生由于换挡引起的急剧减速情况，也极大地改善了车辆运行的舒适性 。 用范围很广，它既可以应用在大型载重汽车、城市公共汽车、工程机械、中型货车等大中型车辆上，使驾驶员免于频繁的换挡操作，而且由于它的换挡时间很短，也可以应用在运动型车辆上。通常在功率较大的车辆中，它的应用更为有利。这是因为，一般情况哈工大华德应用技术学院本科生毕业设计 3 下它有两根传动 轴是同心的，即中间的一根传动轴是实心的，而套在它外面的则是一根空心的，由于轴的刚度、强度以及结构尺寸等方面的原因，较大的传动轴轴径有利于双离合器式自动变速器的设计，多适合功率较大的车辆。 是靠离合器和齿轮传递动力的，复杂程度低，对现有的手动挡变速器生产线稍加改造就可以转而生产 !#，充分利用原有手动变速器的生产设备，生产继承性好，很适合现有的手动变速器生产厂将产品升级到自动变速器。表 为几种 自 动变速器在性能、技术难度及成本方面的比较 。 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 增投资较少，比较适合我国国情 4。 离合器式自动变速器的结构及其 工作原理 离合器式自动变速器的结构 要包括带扭转减振器的湿式离合器系统、按 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 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 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 力输入部件之间，因此需要将飞轮的转动惯量与 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。 较。 图 速器后端振动加速比较 2、 离合器系统 哈工大华德应用技术学院本科生毕业设计 4 在 ，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 a） 所示 5。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 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。 （ a） 干式 （ b）湿式 图 干式、湿式离合器产生的滑磨功 3、 液压控制系统 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。 双离合器变速箱 (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 (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 。 4、 电子控制系统 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 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 电子控制系统框图 3。 哈工大华德应用技术学院本科生毕业设计 5 图 子控制系统框图 离合器式自动变速器的工作原理 与手动变速箱形成对照的是，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 (奇数档和偶数档分布在两根输入轴上 。 外部输入轴被挖空，给内部输入轴留出嵌入的空间。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。 直接换挡变速器原则上由两个彼此独立的分动器组成，原则上总有一个分动器处于力的传递链中，而另外一个分动器则已经被切换到另一个档位，但是，离合器还处于开启状态。对分动器的每个档位，均配备了传统的同步器和换挡装置如图 3。 哈工大华德应用技术学院本科生毕业设计 6 图 构 目前唯一量产的双离合器 变速箱 (德国大众的 术，被装备在 及 T 和面以 单介绍双离合器变速箱 (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 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 样有 2个档位是结合的，如果 6档正在工作，则 5档作为预选档位而结合。 行判断的，踩油门踏板时，变速箱控制器 (定为升档过程，作好升档准备；踩制动踏板时，变速箱 控制器 (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， 速器在手动控制模式下也可以进行跳跃降档，例如，从 6 档降到 3 档，连续按 3 下降档按钮，变速器就会从 6 档直接降到 3档，但是如果从 6档降到 2档时，变速器会降到 5 档，在从 5档直接降到 2 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。 哈工大华德应用技术学院本科生毕业设计 7 图 1档：外部离合器 内部驱动轴 输出轴 1差速器如图 1. 6所示 5。 图 1. 6 1 档传动路线 2 档：内部离合器 外部驱动轴 输出轴 差速器如图 示 5。 哈工大华德应用技术学院本科生毕业设计 8 图 1. 7 2 挡传动路线 3 档：外部离合器 内部驱动轴 输出轴 差速器如图 示 5。 图 挡传动路线 4 档：内部离合器 外部驱动轴 输出轴 差速器如图 示 5。 哈工大华德应用技术学院本科生毕业设计 9 图 4 挡传动路线 5 档：外部离合器 内部驱动轴 输出轴 差速器如图 示 5。 图 5 挡传动路线 6 档：内部离合器 外部驱动轴 输出轴 差速器如图 示 5。 哈工大华德应用技术学院本科生毕业设计 10 图 6 挡传动路线 倒档：外部离合器 内部驱动轴 倒档轴 输出轴 差速器如图 示 5。 图 倒挡传动路线 计的主要内容与技术路线 哈工大华德应用技术学院本科生毕业设计 11 （ 1）双离合器式自动变速器的六挡齿轮变速器设计 。 （ 2） 对 离合器式自动变速器的 档位数、中心距进行了初步的选择。 （ 3） 对齿轮的模数、压力角、螺旋角、各挡位齿轮的齿数等相关参数的设计。 （ 4） 对变速器的轴和轴上零件的定位进行设计和校核。 （ 5） 对同步器的进行了设计和选 择。 技术路线如图 示。 图 技术路线 哈工大华德应用技术学院本科生毕业设计 12 第 2 章 双离合器式自动变速器方案的选择和基本尺寸的确定 案选择 根据任务书所提设计参数如表 表 计基本参数 发动机最大转矩 280 N m/1800动机最大功率 147100高车速 240km/h 轮胎规格 245/45R/17 汽车总质量 1280向盘操纵力 200N 轮胎气压 变速器的功用和要求 变速器的功用是根据汽车在不同的行驶条件下提出的要求，改变发动机的扭矩和转速，使汽车具有适合的牵引力和速度，并同时保持发动机在最有利的工况范围内工作。为保证汽车倒车以及使发动机和传动系能够分离，变速器具有倒档和空档。在有动力输出需要时，还应有功率输出装置。 对变速器的主要要求是： 1、应保证汽车具有高的动力性和经济性指标。在汽车整体设计时，根据汽车载重量、发动机参数及汽车使用要求，选择合理的变速器档数及传动比，来满足这一要求。 2、工作可靠，操纵轻便。汽车在行驶 过程中，变速器内不应有自动跳档、乱档、换档冲击等现象的发生。为减轻驾驶员的疲劳强度，提高行驶安全性，操纵轻便的要求日益显得重要，这可通过采用同步器和预选气动换档或自动、半自动换档来实现。 3、重量轻、体积小。影响这一指标的主要参数是变速器的中心距。选用优质钢材，采用合理的热处理，设计合适的齿形，提高齿轮精度以及选用圆锥滚柱轴承可以减小中心距。 速器结构方案的确定 变速器由传动机构与操纵机构组成。 1、 变速器传动机构的结构分析与型式选择 如图 的中间轴式四档变速器传动方案示例的区别：图 2.1(a)、 (b)所示方案有四对常啮合齿轮，倒档用直齿滑动齿轮换档；图 示传动方案的二，三，四档用哈工大华德应用技术学院本科生毕业设计 13 常啮合齿轮传动，而一档和倒档用直齿滑动齿轮换档。 （ a） (b) (c) 图 中间轴式四档变速器传动方案 图 2.2(a)所示方案，除一，倒档用直齿滑动齿轮换档外，其余各档为常啮合齿轮传动。图 2.2(b)、 (c)、 (d)所示方案的各前进档，均用常啮合齿轮传动；图 2.2(d)所示方案中的倒档 和超速档安装在位于变速器后部的副箱体内，这样布置除可以提高轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作噪声外，还可以在不需要超速档的条件下，很容易形成一个只有四个前进档的变速器。 (a) (b) (c) (d) 图 中间轴式五档变速器传动方案 图 2.3(a) 所示方案中的一档、倒档和图 (b)所示方案中的倒档用直齿滑动齿轮换档，其余各档均用常啮合齿轮 8。 哈工大华德应用技术学院本科生毕业设计 14 (a) (b) 图 中间轴式六档变速器传动方案 2 倒档传动方案 图 常见的倒挡布置方案。图 2.4(b)所示方案的优点是换倒挡时利用了中间轴上的一挡齿轮，因而缩短了中间轴的长度。但换挡时有两对齿轮同时进入啮合，使换挡困难。图 2.4(c)所示方案能获得较大的 倒挡传动比，缺点是换挡程序不合理。图 2.4(d)所示方案针对前者的缺点做了修改，因而取代了图 2.4(c)所示方案。图 2.4(e)所示方案是将中间轴上的一，倒挡齿轮做成一体，将其齿宽加长。 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) 图 速器倒档传动方案 速器主要零件结构的方案分析 1、齿轮型式 与直齿圆柱齿轮比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长，工作时噪声低等优点；缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力。变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮，尽管这样会使常啮合齿轮数增加，并导致变速器的转动惯量增大。 2、换档结构型式 换档结构分为直齿滑动齿轮、啮合套和同步器三种。直齿滑动齿轮换档的特点是结构简单、紧凑，但由于换档不轻便、换档时齿端面受到很大冲击、导致齿轮早期损坏、滑动花键磨损后 易造成脱档、噪声大等原因，初一档、倒档外很少采用。 自动脱档是变速器的主要障碍之一。为解决这个问题，除工艺上采取措施外，在哈工大华德应用技术学院本科生毕业设计 15 结构上，目前比较有效的方案有以下几种： 1、 将啮合套做