汽车双离合式自动变速箱结构设计毕业设计论文(编辑修改稿)

汽车双离合式自动变速箱结构设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

关车型选出本文设计的主要技术指标如表 所示。 表 整车主要参数 质量参数 整车总质量 ≤2t 发动机参数 最大转矩 ∙m 最大转速 6500rpm 车轮滚动半径 308mm 排量 其他的要求：箱体的 设计参数要参考相关车型变速箱的具体布置和安装尺寸来综合考虑。 DCT的组成和 工作原理 DCT的 组成 双离合式自动变速器 大体可分 为 ： 双离合器 部分 、齿轮箱和机电控 制部分。 三大 部分 中双离合器模块和齿轮 箱是负责动力传输的，把发动机的动力通过离合器和齿轮传动输出到 驱动桥上；机电控制 部分 是 双离合自动变速器的大脑，它通过分析行驶状况 控制双离合器 闭合 和 挂挡 ，包括双离合器 与换挡的 执行机构和各种传感器等。 本设计主要考虑机械传动部分，即 设计主要为 齿轮箱的传动齿轮轴系和齿轮箱箱体的 设计。 DCT 工作原理 现在主流的自动变速箱都 只有 一台 离合器，换挡 过程 要 分为三个 步骤 ： 第一步 离合器分离 ，第二步 拨叉拨动同步器换挡 ，第三步 离合器 再 结合， 所有的挡位切换都要完成这三步。 驾驶 者 在换挡时 要先 踩下离合器踏板， 使 离合器断开接触 ，再另所挂挡齿轮啮合，完成齿合后再松开离合器，再接通发 动机动力，这就不能实现动力传递的连续性。 双离合 式 自动变速器 的 传动部分 是 机械式齿轮传动，与传统的手动变速器相似。 其工作原理可以 理解 为 两台 手动变速箱 分别工作，每当换挡时总是两台变速箱交替工作 ，并 把他们放在 一 个 变速箱内。 汽车 运行时， 总有一个挡位的 齿轮 组 啮合， 在驾驶者根据学士学位论文 6 路况要换挡时 ， 车载 电脑 会 根据汽车 在不同路 况的 行驶 对驾驶者的换挡意图做出判断，并且预先准备将 另一台离合器 接合，实际上还没有接合 ；当换挡时， 使用中的离合器分离，带动使用中 挡位 的齿轮与发动机 传来动力中 断， 同时另一台离合器 闭合 ，已被预先准备挂挡的齿轮啮合。 在 车辆形式过程中，每个挡位的转换始终都会有 一 个 挡 位的 齿轮在输出动力，从而不会 发生 动力 传递 中断的 情形。 换 挡 时 只要 切换 双 离合器 交替闭合与断开就行 ，所以， 变速器 挡 位数量的多少， 对 DCT 的工作原理都 不会有影响。 从换挡开始到结束 时间不会超过 ， 不会 让驾驶者感到换挡 时 所 产生的不流畅 [15]。 以 双中间轴式布置的自动变速器 换挡过程为例， 其 运动 简图如下图 所示。 如图 所示， 车辆在行驶时需要 从 2 挡 挂到 3 挡 时 的换挡过程 的 动力由发动机输入轴 —离合器 2—2 挡主动齿轮 —2 挡被动齿轮 —同步器 —中间轴 —差速器 —输出轴。 挂到 3 挡后，车载 电 脑 会根据不同路况的行驶情况进行判断，如果车速减慢，则 会预挂 2挡，如果车辆加速行驶，则会判断可能要加速，预挂 4 挡。 换其他挡位时也是如此。 图 双离合自动变速器内部 运动简 图 第 2 章 DCT 的 总体方案 7 DCT 完成换挡过程与 液力自动变速器的换挡 时的控制 过程 相同。 其控制原理如图 所示 [1617]。 DCT常用结构形式 现在国内车上比较常用 的 自动变速器 是五挡的，五挡为最高速度的直接挡，进口车型或者中高档车型有使用六挡自动变速箱的， 最高档可设置成超速挡，次高挡为直接挡。 乘用车 的 变速器 一般都只设置一个 倒挡， 只有少数跑车等车型才会有两个倒挡。 双离合式自动变速器的挡位设置 也遵循主流挡位设计，但倒挡的布置却根据结构的不同会有两种形式。 一种 是倒挡只用 一个惰轮 传递动力，这就造成这个 惰轮 要 同时 承受来自 主动齿轮 与 中间轴上 所带来的弯曲应力影响。 第二种 倒挡 是布置两个 惰轮， 两个惰轮在一根倒挡轴上， 一个倒挡齿轮和输入轴上的齿轮连接带动倒挡轴转动，另一个倒挡齿轮通过倒挡轴再与倒挡输出齿轮啮合，传出动力，实现车辆倒退，这样设计使每个倒挡齿轮只受一次弯曲载荷，工作环境更稳定，还可以增大倒挡传动比 [18]。 DCT 的结构有多种设计形式，在本文中按照齿轮轴的中间轴 布置形式分为 ， 可以 将其 分为两轴式、单中 间轴和双中间轴式三种型式。 两轴式 DCT：不布置 中间轴， 将各挡主动齿轮按奇偶挡分别布置在实心 输入轴 与空心输入轴 上 ，与他们啮合的从动齿轮布置在输出轴上，挂挡时 动力传输直接 从输出轴 输出 ， 如 图 所示。 优点： 结构简单、紧凑。 缺点 ：（ 1）挡位 不能过多。 由于两轴式变速器的挡位都是布置在 实心输入轴和输出轴 上， 挡位数过多 时 ，会增加 轴向 长度 ，易使轴弯曲变形。 （ 2）噪声大，磨损较大。 车图 双离合器自动变速系统控制原理图 学士学位论文 8 辆行驶时，高挡位使用时间更久 ，而两轴式 没有直接挡，因此 长时间 使用 高挡 位 工作 会造成 齿轮和轴承均 受较大负荷 ，噪声 大，也增 加了磨损。 应用：这种布置多在中、小型轿车上常见。 单中间轴式 DCT ：单 中间轴 式 自动变速器 动力传输过程是 通过发动机动力 — 双离合器 — 输入轴 — 各挡 齿轮副 — 中间轴 — 输出轴齿轮 — 输出轴。 输入轴 和 输出轴 同轴线布置 ，中间轴平行 布置 外侧。 如图 所示单中间轴式 DCT 结构简图。 优点： 能够布置直接挡。 缺点：（ 1） 轴 向长度过 长。 与两轴式一样，单 中间轴式 DCT 的各挡位齿轮都沿轴向布置，挡位数过多会增加轴的长度，使轴强度刚度较低，易变形，不稳定。 （ 2）结构较复杂。 每挡的 从动齿轮都经过中间轴再传递回输入轴，增加长度的同时还要保证刚度，在中间轴中间要布置支撑保证强度，使箱体变复杂。 （ 3）传动效率低。 只有在最高速挡运行时传动效率才比较高，其他挡位传动效率都不高。 应用： 常见于较宽的车型上。 图 两轴式 DCT 传动简图 第 2 章 DCT 的 总体方案 9 双中间轴 DCT： 布置有两根中间轴， 两根中间轴上分别布置者奇数挡位和偶数挡位，奇 数 挡 位的 齿轮 与实习输入轴 连接，偶数挡位的齿轮与 空心输入轴 连接 ，换挡时 通过控制 双离合器 的闭合与 分离，带动实心输入轴 上挡位的齿轮输出动力或 空心输入轴 上的齿轮输出动力。 其结构 简图 如图 所示。 优点：（ 1）轴向尺寸较小。 奇偶挡从动齿轮分别布置在两根 中间轴 上，能有效 减小轴向尺寸。 （ 2） 能 布置多 个 挡位。 把挡位分为奇偶挡分别布置在两根中间轴上，使结构紧凑，减小了轴向尺寸和变速器的尺寸。 （ 3）轴强度高。 相对于单中间轴和两轴式布置的变速器，双中间轴布置使轴向长度大大减小，有效的提高了轴强度。 图 双中间轴式 DCT 结构简图 图 单中间轴式双离合器自动变速器结构简图 学士学位论文 10 缺点：（ 1）径向尺寸变大。 由于采用两根中间轴与输入轴的平行布置，在减少轴向尺寸的同时，径向尺寸不得不变大。 （ 2）传动效率较低。 每一挡位 的动力输出都要经过至少 两对齿轮啮合才能将动力输出， 每一级齿轮传动都会使传动效率变低，在三种布置中，它的效率最低。 应用：常用 在 前置前驱动乘用车 上 ，或 在需要较大转矩的车型中。 双离合器的分析及选用 DCT 的 第一部分为双离合器 ，双 离合器的选择是设计变速箱的第一步。 从 Luk 公司 提供的离合器负载指数和能力指数的对比图，让我们对离合器的选用有了更为明确的方向， 如图 所示。 在 选择 双离合器用 干式 还是 湿式时 ，可以根据表 所提供的两种离合器性能对比进行综合考虑 [19]。 结合图 和表 的分析可以知道： 湿式双离合器有快速冷却装置，能使离合器因为摩擦产生的热量迅速冷却，但是结构复杂，成本高。 而与之相比 ，膜片弹簧 在干式离合器上的使用弥补了它尺寸大的不足，同时还使干式离合器更易于制造，传动效率也变高，唯一的不足就是不能提供大的转矩，只能应用于轻型车上。 图 负载指数和能力指数对比分析 第 2 章 DCT 的 总体方案 11 表 两种离合器 的性能比较 项目 干式 DCT 湿式 DCT 热负荷性能 低 高 负载性能 ~ 250 ~ 传动效率 90%左右 85%左右 燃油经济性 高 较高 成本及维护 成本低、易维护 成本较高、不易维护 结构 简单紧凑 复杂 质量 轻 较重 适用车型 中、小型乘用车 大型轿车、越野车、赛车 储备系数 大 小 换挡可控性 好 较好 DCT总体设计方案 的确定 根据上述 DCT 的 组成 、 工作原理 和 所确定的传动方案 ，并 结合本文 参考 的原型车特点和要求，确定 本文 所要 设计的 DCT 总体方案： ① 通过双离合器的选择分析 ， 本文 采用干式双离合器的结构。 ② 通过对 常见的 三种 DCT 结构 优缺点 及其适用的乘用车的布置形式 的分析 ， 确定了 采用 双中间轴式 DCT 的布置形式： 1 挡 、 2 挡 、 3 挡和 4 挡 布置在中间轴 1 上， 5 挡和6 挡 以及 倒 挡 布置在中间轴 2 上 ，外加一根倒挡轴用于布置倒挡的两个惰轮。 1 挡和倒挡齿轮工作时 承受较大的载荷 ， 设计时 一般 都把它们放 在支撑附近。 其 结构简图如图 所示。 图 双中间轴式 DCT 结构简图 学士学位论文 12 ③ 箱体 的设计和润滑密封 要参考有关车型的变速箱结构，还要考虑齿轮轴的装配和变速箱在整车上的安装。 本章小结 本章详述了双离合器自动变速器的基本工作原理和结构 特点。 双离合器自动变速器的基本工作原理相当于采用了两个机械式自动变速器交替工作，使车辆在行驶换挡过程中实现动力的 不中断 传 递。 分析了 DCT 的 三种布置形式 的 结构特点 ， 通过分 析比较 最终确定了 双中间轴式布置的 机械式齿轮传动结构， 变速器具有轴向间距小，能够布置 6个 挡 位， 安装在 前置发动机 的车辆上。 比较 了 干式与湿式 双离合器的特性， 通过性能分析、适用范围分析以及参考同类型车型的相关应用 选出本设计的双离合器为 干式双离合器。 第 3 章 DCT 变速箱结构设计计算 13 第 3章 DCT变速箱结构设计计算 DCT变速箱总体结构设计 本文设计的 DCT 齿轮箱 总体结构 如图 所示。 两根输入轴分别与双离合器相连，换挡时通过 对 两个离合器的离合 ， 控制两根输入轴传递动力。 1 挡、 2 挡、 3 挡和 4 挡从动齿轮布置在中间轴 1 上， 5 挡和 6 挡从动齿轮布置在中间轴 2 上，并且奇数挡主动齿轮布置在实心输入轴上，偶数挡主动齿轮布置在空心输入轴上，倒挡采用两个惰轮布置在倒挡轴上。 从动齿轮通过同步器与输出轴连接传递动力。 各轴的布置位置如图 所示。 图 双中间轴式变速箱装配图 1— 2 挡齿轮； 2— 4 挡齿轮； 3— 3 挡齿轮； 4— 1 挡齿轮； 5— 5 挡齿轮； 6— 倒挡齿轮 R1； 7— 6 挡齿轮； 8— 倒挡齿轮 R2； 9— 倒挡轴； 10— 中间轴 2； 11— 空心输入轴； 12— 实心输入轴； 13— 中间轴 1 变速箱采用整体式箱体，分为两部分，主箱体主要是安装齿轮轴系，箱体盖主要是用于离合器的安装和变速箱整体安装在车上。 箱体两部分采用密封圈密封，也用调整轴 学士学位论文 14 向间隙。 各部件具体设计过程如下。 图 各轴的空间布置 1— 中间轴 1； 2— 实心输入轴与空心输入轴； 3— 倒档轴； 4— 中间轴 2 DCT齿轮箱 结构基本参数设计计算 DCT的挡位数和传动比设计 本设计采用的是六挡自动变速器，计算具体齿轮轴系需要先确定各挡的传动比，再根据传动比和齿轮模数才能设计出具体齿轮轮轴系的布置位置。 ① 挡位数的选择 本 文 设计的车型 变速箱的安装为 前横置 ，发动机和变速器安装在同一轴线上。 如图 所示。 第 3 章 DCT 变速箱结构设计计算 15 目前在所有小型和中型的车辆通常都采用前横置传动系，前横置传动布置能够为乘用车传递更大转矩，同时能提高其强度与刚度。 双离合器自动变速 器的 挡位数 选择 参考表。 表 挡位的 最优组合 转矩 手动变速器 自动变速器 180Nm 5 挡 6 挡 180~350 Nm 6 挡 6 挡 350 Nm 6 挡 6 挡 根据整车设计参数选择设计为 6 挡 变速器，即有六个前进挡和一个倒退 挡 构成 [2022]。 ② 传动比的初步确定 变速器的设计步骤先从传动比的计算开始。 汽车变速器的 直接挡 传动比为 ， 超速挡 的 传动比为 ～。 本设计为六 挡 变速器，其中五 挡设 为直接 挡 ，即传动比为 1，六 挡 为超速 挡 ，传动比小于 1。 传动比的确定要先确定最低挡的传动比，再根据初定的直接档计算出其它挡位传动比。 1 挡传动比的确定主要考虑两方面：一是汽车爬最大坡度时用 1 挡传动，输出扭矩最大；二是在 1 挡低速行驶时，车辆在路面上不能出现驱动轮打滑现象。