微型汽車自動變速器的設(shè)計

微型汽車自動變速器的設(shè)計,微型汽車自動變速器的設(shè)計,微型汽車,自動變速器,設(shè)計 大大連大大學學2018屆屆學學生生畢業(yè)論文文(設(shè)計)中中期期檢查表表題目微型汽車自動變速器的設(shè)計指導(dǎo)教師秦力舒職稱講師學生姓名呂心荷閱讀文獻數(shù)15初稿完成時間2018-05-20工 作 量較少 適中較多 出勤情況較好一般 較差 工作進度快 按進度進行慢 任 務(wù) 書有開題報告有中期工作結(jié)論良調(diào)整情況無教研室主任意見同意教研室主任(簽名)：王建維日期：2018-04-15學院意見同意教學院長(簽名)：吳蒙華日期：2018-04-18 大 連 大 學 本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 )開題報告 論 文 題 目： 微型汽車自動變速器的設(shè)計 學 院： 機械工程學院 專 業(yè) 、班 級： 機械設(shè)計制造及其自動化 機日 141 學 生 姓 名： 呂心荷 指導(dǎo)教師（職稱）： 秦力舒 （ 講師） 2018 年 1 月 12 日 填 1 畢業(yè)論文 （設(shè)計）開題報告要求 開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文 （設(shè)計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。 一、選題依據(jù) 1.論文（設(shè)計）題目及研究領(lǐng)域； 2.論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值； 3.目前研究的概況和發(fā)展趨勢。 二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容 1.重點解決的問題； 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）； 3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果。 三、論文（設(shè)計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）； 2.論文（ 設(shè)計）進度計劃。 四、文獻查閱及文獻綜述 學生應(yīng)根據(jù)所在學院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎(chǔ)上通 過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實驗或?qū)嵙暤幕A(chǔ)上遞交相 關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。 五、其他要求 1.開題報告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計）工作開始后的前四周內(nèi)完成； 2.開題報告必須經(jīng)學院教學指導(dǎo)委員會審查通過； 3.開題報告不合格或沒有做開題報告的學生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論 文（設(shè)計） 工作，否則不允許參加答辯； 4.開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師； 5.開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張 上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。 2 一、選題依據(jù) 1、 研究領(lǐng)域 汽車部件結(jié)構(gòu) 設(shè)計、 CAD 2、 論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值 自動變速器是除了發(fā)動機以 外汽車上最重要的一個部 分 ,汽車的很多技術(shù)和相關(guān) 性能都與它有著必不可少的聯(lián)系 ,比如汽車的動力性、經(jīng)濟性、操縱性以 及汽車的某 些零部 件 ,甚至汽車行駛的 安 全性、乘坐舒適性與變速器的性能 都相 關(guān)緊密。當汽車 的自動變速器在行駛過程中因為長時間的工作損耗 自身的性能 ,而導(dǎo)致變速器失效 時 ,這對汽車運行的速度會有很大的影響 ,從而會降低了客戶對汽車的滿意度。因此 ， 研究汽車自動變速器的 設(shè)計有著重要的作用 ,不僅可以提升顧客的滿意度 ,而且對汽 車的整體性能也有幫助。 汽車自動變速器在汽車行業(yè)界受到了廣泛的關(guān)注 ,因其能對汽車性能得到實質(zhì)性 的改變以及良好的發(fā)展前景 ,各汽車廠家對自動變速器都投入了大量的人力物力來研 制開發(fā) ,建立了很多自動變速器的開發(fā)與生產(chǎn)基地 ,自動變速器的技術(shù)也日趨成熟 了。 汽車自動變速器質(zhì)量的提升能夠使 品牌較大幅度提高整車在市場中的競爭優(yōu)勢， 獲得更高的效益，提升品牌效應(yīng)，進而獲得更大的經(jīng)濟價值。 隨著時間的推移，手動 變速器的市場占有率會逐漸降低，自動變速器將不斷增加。 3、 目前研究的概況和發(fā)展趨勢 變速器是汽車傳動系中最主要的部件之一。隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，車輛性能 不斷優(yōu)化，電子化程度不斷加強，搭載汽車自動變速器的轎車正在逐漸取代手動變速 器已經(jīng)成為主流，也是汽車變速器市場發(fā)展不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。目前，產(chǎn)業(yè)化技術(shù)成熟 的自動變速器在車輛上的應(yīng)用主要有四種；液力自動變速器 AT、電控機械式自動變速 器 AMT、無級自動 變速器 CVT 和雙離合器自 動 變速器 DCT。日趨嚴格的法律法規(guī)和汽 車駕駛者日益提高的環(huán)保意識使汽車產(chǎn)業(yè)開始意識到，混合動力在汽車行業(yè)將贏得越 來越重要的市場地位。一個新的驅(qū)動系統(tǒng)在這樣的背景下脫穎而出：混合動力專用變 速器 DHT（ Dedicated Hybrid Transmission），正在作為新的混合動力驅(qū)動 主 要在 歐 洲發(fā)展起來。 由于各國用戶對車輛性能的訴求的差異和各國技術(shù)優(yōu)勢不同，各國的自動變速器 的技術(shù)路線也有所差異。目前，北美地區(qū)是 AT 市場占有率最高的區(qū)域，接近 90%。日 本的交通道路情況不及美國，出于燃油 經(jīng)濟性的考慮， CVT 占據(jù)了大部分市場。歐洲 的自動變速器乘用車的市場占有率低于北美和日本，占 50%以上。但在未來五年內(nèi)， 以 AT 技術(shù)為主， DCT 快速增長， CVT 相對市場份額穩(wěn)定， AMT 主要用于重型商用車和 微型乘用車格局基本不變。我國自動變速器的技術(shù)路線也基本上形成了多種技術(shù)路線 互相競爭、互相促進、同步發(fā)展的格局。 目前我國匹配各類型變速器的車型的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，我國手動變速器比例在總體 上呈下降趨勢，但仍然處于主導(dǎo)地位，絕對數(shù)值超過 50%自動變速器中的 AT 處于絕對 多數(shù)地位， DCT 增長速度最快， CVT 在近幾年呈現(xiàn)快 速增長的勢頭， AMT 已有應(yīng)用。近 年來，國內(nèi)部分汽車及變速器企業(yè)通過引進先進的技術(shù)與設(shè)備，并通過不斷的吸收創(chuàng) 新，逐步縮小在自動變速器領(lǐng)域與國際先進水平的差距。中國自動變速器產(chǎn)業(yè)化總體 上已經(jīng)進入起步階段，盡管不同類型自動變速器的技術(shù)成熟度不同，不同企業(yè)根據(jù)自 身條件和產(chǎn)品定位，所走的技術(shù)路線也不同，但 AT/AMT/CVT/DCT 多元化技術(shù)路線的 格局已經(jīng)形成，并將長期保持下去。在不同類型自動變速器競爭中，高效率、可靠性、 開發(fā)時間、性能和價格將成為競爭的關(guān)鍵因素，市場將最終做出選擇。國內(nèi)對自動變 速器進行自主研發(fā)的主要 有吉利汽車、奇瑞汽車、上汽、一汽、江淮汽車、山東盛瑞、 3 湖南江麓容大等企業(yè)及部分科技高校，他們對 AT、 DCT、 CVT 等自動變速器關(guān)鍵部件 和控制策略的研究與開發(fā)進行了大量工作；國家科技部也將國內(nèi)自動變速器的研發(fā)列 入“十一五”和“十二五”期間的國家“ 863”計劃點發(fā)展項目，鼓勵高校與企業(yè)進 行產(chǎn)學研合作。上述企業(yè)也承擔了自動變速器的研發(fā)任務(wù)，并逐步掌握了開發(fā)過程中 的主要關(guān)鍵技術(shù)。 據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)統(tǒng)計， 2015年新能源汽車產(chǎn)量達 340471輛，銷量 331092 輛，同比分別增長 3.3 倍和 3.4 倍。預(yù)計到 2020 年中國新能源汽車銷量將達 200 萬 輛，實現(xiàn)累計銷量 500 萬輛。電子化的動力系統(tǒng)將在未來幾年成為中國優(yōu)先發(fā)展的方 向。未來十年，法規(guī)、社會與消費者帶來的降油耗壓力將不斷增加，混動汽車的市場 份額將會大幅提高，混動驅(qū)動系統(tǒng)的占有量也很可能會超過目前的預(yù)期值。由此看 來， DHT 的商業(yè)模式將會有大幅改善，預(yù)測的巨大產(chǎn)量將可以支撐 DHT 產(chǎn)品的開發(fā)及 產(chǎn)業(yè)化成本，從而可充分展現(xiàn)出此類變速器在減重、空間尺寸與復(fù)雜性方面帶來的優(yōu) 勢。 今后的變 速器發(fā)展將朝著控制系統(tǒng)智能化、機電一體化及較高可靠性的方向發(fā) 展 : 1） 控制系統(tǒng)智能化 :2016 年 4 月 23 日，隨著維也納公約的到期失效，汽車 自動駕駛研發(fā)擺脫了所有束縛，這就要求變速器能夠根據(jù)路況變化自動地進行檔位的 切換、停車及倒車等動作。同時自動變速器控制系統(tǒng)要有學習功能，能與多種新能源 車型實現(xiàn)良好接合，同時能夠適應(yīng)不同駕駛習慣的控制 ; 2） 機電一體化 :汽車用變速器在結(jié)構(gòu)上應(yīng)逐漸實現(xiàn)機械部件電子化，這樣不僅有 利于自動駕駛的實現(xiàn)也有利于自動變速器系統(tǒng)的控制 ; 3） 較高可靠性 :無論自動變 簡單 變 速器如何發(fā)展，汽車作為一種方便人們出行的 交通工具，其可靠性要求也不斷提高。 的保養(yǎng)方法、方便的檢測維修 過程以及標準化 的配件供應(yīng)，這些都是具備高可靠性的重要內(nèi)容。 4 二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容 1.重點解決的問題 （ 1） 微型汽車自動變速器 的方案設(shè)計 ； （ 2） 微型汽車自動變速器 的結(jié)構(gòu)設(shè)計 。 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路） 設(shè)計思路： （ 1）確定課題的研究目的，研究內(nèi)容，以及目前的研究概況及其發(fā)展； （ 2）變速器的選擇：確定變速器的主要參數(shù)，確定相關(guān) 的主要參數(shù)； （ 3） 汽車變速器 的 工作原理及主要組成，進行變速器的產(chǎn)品設(shè)計過程概述，確定 變速器的選擇及其工作 方式； （ 4）進行 變速器主要零件的設(shè)計計算及其校核：齒輪設(shè)計、 軸 和軸承 的校核與計 算等 ； （ 5）設(shè)計出 微型汽車變速器 的整體裝配圖。 3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果 （ 1）一套完整的微型汽車自動變速器設(shè)計圖紙； （ 2）一份詳細的設(shè)計說明書； （ 3）一篇與設(shè)計內(nèi)容相關(guān)的外文翻譯。 5 三、論文（設(shè)計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）； 查閱相關(guān)文獻資料，借鑒前人的設(shè)計經(jīng)驗并加以研究。 學習汽車自動變速器工 作原理；擬定合理可行的設(shè)計方案，進行其結(jié)構(gòu)的詳細設(shè)計； 運用 CAD 制圖，繪制 出整體的裝配圖，并制作出裝 置的說明書。 設(shè)計參數(shù)： 發(fā)動機排氣量 :0.94L； 微型汽車最大總質(zhì)量 :1800Kg； ； 行駛最高時速 :200Km/h。 2.論文（設(shè)計）進度計劃 第 1 4 周：查閱相關(guān)文獻、收集材料，分析研究有關(guān)的資料，撰寫開題報告； 第 5 周：對汽車變速器進行總體規(guī)劃并確定設(shè)計方案； 第 6 7 周：完成 液力變矩器結(jié)構(gòu)選型、計算及設(shè)計 ； 第 8 10 周： 行星齒輪機構(gòu)選型、計算及設(shè)計 ； 第 11 12 周： 液壓控制系統(tǒng)設(shè)計 ； 第 13 周： 完成設(shè)計說明書與外文文獻翻譯 ； 第 14 周：完善畢業(yè)設(shè)計的各項內(nèi)容，準備答辯。 6 四、需要閱讀的參考文獻 1 劉曉軍 , 杜 王 強 . 汽 車 自 動 變 速 器 的 現(xiàn) 狀 和 發(fā) 展 前 景 J. 科技信 息 ,2012,(26):491-492. 2楊克鋒 . 純電動汽車自動變速器換擋控制與速比優(yōu)化研究 D. 湖南大學 ,2015. 3王宇 . 微型電動汽車自動變速器的研究與仿真分析 D. 武漢理工大學 ,2012. 4戚曉霞 . 汽車自動變速器試驗臺的研究與設(shè)計 J.山東理工大學學報 (自然科學 版 ). 2007(04) 5陳 勇 . 汽車自動變速器行業(yè)發(fā)展及展望 J. 汽車工藝師 ,2016,(12):26-30. 6張軼 ,嚴陳 ,張寶玉 . 汽車自動變速器發(fā)展現(xiàn)狀分析 J. 機械工程與自動 化 ,2017,(04):222-223+226. 7 關(guān) 麗 麗 . 基于 CATIA 的 汽 車 自 動 變 速 器 設(shè) 計 與 分 析 J. 科 技 傳 播 ,2012,4(14):32-34. 8 臧彬 ,陸井玉 ,王慧君 ,邱緒云 .復(fù)合式汽車自動變速器傳動效率與動力性仿真 J.山東交通學院學報 ,2016,24(01):7-11. 9趙洪剛 ,梁超 ,孫耀星 . 汽車自動變速器驅(qū)動擋自由度計算方法分析 J. 中國農(nóng) 機化學報 ,2016,37(06):127-132. 10 王錦煊 . 汽 車 自 動 變 速 器 的 結(jié) 構(gòu) 控 制 原 理 與 檢 修 J. 科技展 望 ,2017,27(05):62. 11光強 ,孫賢安 .汽車自動變速器發(fā)展綜述 J.同濟大學學報 (自然科學版 ). 2010(10) 12羅光濤 . 純電動客車自動變速器 (AMT)系統(tǒng)探討 J.汽車齒輪 . 2009(01) 13何輝波 ,李華英 ,秦大同 ,何培祥 . 汽車環(huán)面型無級變速器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計 J. 機 械工程學報 . 2009(05) 14 Zaimin Zhong, Guoling Kong, Zhuoping Yu, et al. 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SanadaA reduced-order nonlinear clutch pressure observer for automatic transmission Control Systems Technology, IEEE Transactions on, 18 (2) (2010), pp. 446-453 附：文獻綜述 7 文獻綜述 汽車自動變速器是現(xiàn)代汽車技術(shù)發(fā)展的重要方面。汽車的變速器是汽車行業(yè)發(fā)展 中的重要技術(shù) ,對汽車性能的提升有著極為重要的作用。自動化的汽車變速器 ,在現(xiàn)代 的汽車上有著廣泛的應(yīng)用。展望未來 ,汽車自動變速的運用也將獲得進一步的提升 ,成 為汽車技術(shù)研究的重要領(lǐng)域 。 1 汽車變速器的 設(shè)計目的和意義 汽車變速器的作用在于對汽車發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和車輪的實際運行速度進行相協(xié)調(diào) , 使汽車發(fā)動機的最佳性能得以發(fā)揮。汽車的行駛面對著復(fù)雜的交通狀況 ,其速度是要 隨時隨地都可以發(fā)生變化的 ,雖然可 以通過調(diào)節(jié)油量來改變速度 ,但是隨著汽車智能 化、自動化的發(fā)展 ,變速器的運用使得速度的變化更加的便利。具體來講 ,汽車變速的 作用主要包括如下的幾個方面 :第一是改變汽車的傳動比 ,從而使汽車輪轉(zhuǎn)的速度和 轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化 ,從而讓汽車在行駛的過程中可以變換速度 ,并將汽車的運動性能發(fā)揮 到最佳 ;第二是變速器可以使發(fā)動機轉(zhuǎn)的方向不變的情況下 ,能夠?qū)崿F(xiàn)倒退功能 ,如果 沒有變速器的話 ,倒退就必須要改變發(fā)動機的轉(zhuǎn)向發(fā)生變化 ; 第三是使汽車的空檔功 能實現(xiàn)?？傊?,汽車變速器的性能狀況 ,是汽車整體質(zhì)量的重要保障。變速器是汽車諸 器件中極為重要的部 分 ,關(guān)系到汽車的整體性的性能改進。 2 汽車變速器的類型 5 (1).液力自動變速器 AT 在過去的 20 年中，全球汽車自動變速器 AT 的技術(shù)、產(chǎn)品、市場不斷得到迅速發(fā) 展，其自動變速的可靠性和柔順性得到市場的廣泛認可。但是，要客觀地指出，新型 的 6AT、 7AT、 8AT 主要是在大排量轎車領(lǐng)域顯示其優(yōu)越性，在汽車市場占據(jù)主流地位 的中、小排量車型中，頗有逐漸被 CVT 和 DCT 替代的趨勢。 1)傳動系統(tǒng)多擋化。擋位多使自動變速器具有更大的速比范圍和更細的擋位速分 配，從而提高車輛的起動性能、改善換擋平順性 、提高乘坐舒適性、降低車輛的噪聲、 油耗以及使發(fā)動機驅(qū)動力分配更合理。目前，在國內(nèi)市場受制于國外汽車公司的限制， 4AT 占據(jù)最大的市場份額，但在歐美市場， 6AT 已經(jīng)是主流，在豪華車如寶馬、奧迪 等上已經(jīng)匹配 8AT。據(jù)報道，更多擋位的 9AT、 10AT 的開發(fā)也已經(jīng)被部分大型汽車公 司列入戰(zhàn)略考慮。 2)液力變矩器結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化。液力變矩器是 AT 的重要組成部分，是實現(xiàn)將發(fā)動 機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成汽車行駛所需轉(zhuǎn)速的關(guān)鍵部件，對其進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化有著重要意義?；?三位葉柵理論和模擬技術(shù)仿真的優(yōu)化設(shè)計，可以使循環(huán)形狀及泵輪、渦輪和導(dǎo)輪的葉 片形 狀與角度的設(shè)計更精確、合理，使液力變矩器結(jié)構(gòu)更緊湊，流路面積比已經(jīng)可以 降 低到 0.6 以下，減少了軸向尺寸。另外，由于閉鎖離合器技術(shù)和 ATF 的不斷優(yōu)化， 通過和發(fā)動機的聯(lián)合控制，整車對液力變矩器的閉鎖范圍也達到了 27km/h 以下，大 大提高傳遞效率。 (2)電控機械式自動變速器 AMT AMT 變速器基本原理是在普通手動變速器基礎(chǔ)上加裝液壓或電控換擋裝置來進行 換擋操作，采用自動控制機械變速器 AMT 技術(shù)不僅可以降低駕駛員的工作強度，有利 于安全駕駛，而且可以根據(jù)發(fā)動機工況和整車動力需求，自動控制變速器擋位，使發(fā) 動 機工作在高效率區(qū)，從而改善整車燃油經(jīng)濟性。采用 AMT 技術(shù)后，整車油耗可降低 約 5%。目前，國外 AMT 技術(shù)基本趨于成熟，已經(jīng)得到批量應(yīng)用，特別是歐洲，其商 用車使用 AMT 的比例實際已經(jīng)超過 50%。國外掌握 AMT 核心關(guān)鍵技術(shù)的公司，如馬瑞 8 利、 WABUCO、 LUK 等對國內(nèi)市場形成了壟斷。國內(nèi)對 AMT 技術(shù)的研究和應(yīng)用起步較早。 目前，開展 AMT 研制的主要有吉林大學、北京理工大學、清華大學、上海交通大學、 南京阿福和北京斯達福等。乘用車取得的成果主要有：青山微型車 AMT 搭載江淮同悅、 南京阿福 AMT 搭載昌河鈴木和長城絢麗、江 鈴輕型車 AMT、奇瑞 AMT 等已實現(xiàn)小批產(chǎn) 出。國內(nèi) AMT 產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)起步，具有較好的市場前景。 (3).無級自動變速器 CVT CVT 技術(shù)采用傳動帶和工作直徑可變的主、從動帶輪相配合傳遞動力?？梢詫崿F(xiàn) 傳動比的連續(xù)改變，從而得到傳動系與發(fā)動機工況的最佳匹配，提高整車的燃油經(jīng)濟 性和動力性，改善駕駛員的操縱方便性和乘員的乘坐舒適性。 CVT 的發(fā)展主要受限， 除了其本身的轉(zhuǎn)矩能力之外，還受制于其有限的市場供應(yīng)。比如， CVT 里的核心部件 壓力鋼帶就只有博世等少數(shù)供應(yīng)商。但由于日本 JATCO 公司國外廠商在中國產(chǎn)能的急 劇擴 大和國內(nèi)如奇瑞汽車 CVT 的量產(chǎn)，其發(fā)展趨勢有可能好于預(yù)測。 2015 年 JATCO 在原來 CVT7 基礎(chǔ)上開發(fā)的新型寬變速比 CVT7 W/ R，是在進一步 改善燃油經(jīng)濟性能和駕駛性能這兩個相互矛盾的性能的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的全新產(chǎn)品。 CVT7 W/R 的速比范圍從之前的 7.3 增加到現(xiàn)在的 8.7。此外，通過減少 內(nèi)部摩擦，改 善了燃油經(jīng)濟性；通過優(yōu)化換擋特性，提高了駕駛舒適感 ;優(yōu)化帶輪剛度 ,液壓系統(tǒng)的 應(yīng)用使帶輪彈性變形，這種彈性變形降低了帶輪鋼片與鋼帶之間的接觸面積，從而導(dǎo) 致摩擦系數(shù)下降。鋼帶是由兩部分組成的：鋼片和鋼環(huán) 。由于運行期間的轉(zhuǎn)動半徑不 同，相對滑動不僅發(fā)生在鋼片之間，也發(fā)生在鋼片和鋼環(huán)之間。后者的相對滑動是由 在環(huán)繞著鋼片的帶輪處的鋼環(huán)的不同的轉(zhuǎn)動半徑帶來的轉(zhuǎn)矩傳遞造成的。通過縮小擺 動邊界的高度差，相對滑動的量減少了 20%。 (4).雙離合器自動變速器 DCT 雙離合器變速器的概念創(chuàng)始于 1933 年，出現(xiàn)在 Kegresses 的專利中。經(jīng)過不斷 的技術(shù)完善， 2002 年大眾汽車公司首次將雙離合器直接換擋變速器（ DSG）應(yīng)用到大 眾高 爾夫車型上，實現(xiàn)了 DCT 的產(chǎn)品量產(chǎn)。至 2007 年年底，各種應(yīng)用 DSG 的轎車已 累計銷售超過 100 萬輛。 1）起步控制。車輛起步時，為了使兩個離合器具有相近的使用壽命，并保證起 步的快速和平順性，可以使兩個離合器同時進入滑摩狀態(tài)，共同傳遞起步力矩實現(xiàn)車 輛起步。由于起步工況的不確定性和駕駛員的操作意圖隨機地變化，要求起步離合器 的控制算法應(yīng)能夠準確適應(yīng)這些變化，具有較強魯棒性的模糊控制算法能夠滿足實際 應(yīng)用需要。 2）離合器冷卻潤滑控制策略。在 DCT 中離合器冷卻潤滑系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵是如何 在整車所有駕駛工況下，有效控制離合器摩擦面及潤滑油溫度。其中，包括通過估計 最優(yōu)潤滑油流量需求來平衡產(chǎn)熱及冷卻以滿足系統(tǒng)要求 。這就要求變速器控制單元 （ TCU）主動監(jiān)控離合器滑摩功率及油槽溫度。此外，因不同液壓系統(tǒng)工作原理的差 異性，離合器潤滑冷卻控制策略需要根據(jù)不同的系統(tǒng)針對性的設(shè)計開發(fā)。 (5).混合動力專用變速器 DHT 在 2015 年 12 月初在柏林舉行的第 14 屆國際 CTI 論壇上，第一次對觀眾展示了 DHT 變速器，并進行了討論。國際 CTI 論壇顧問委員會主席 Ferit K kay 教授和 Robert Fische 博士首先發(fā)起了這一概念，同時在專業(yè)領(lǐng)域引入了“ DHT”這一縮寫。 DHT 中電驅(qū)動的動力源完全被集成在變速器中，其變速器 功能需依賴于被集成的電氣 元件來實現(xiàn)，如缺少電動機，變速器將不具備相應(yīng)功能。惟一一款上市多年的 DHT 是 豐田混動系統(tǒng)（ THS），車身附有“混動協(xié)同驅(qū)動（ Hybrid Synergy Drive）”標志， 其開發(fā)歷史已有 20 年之久，于 1997 年搭載在豐田普 銳斯中上市，頗受消費者 歡迎， 銷量極佳并久居不下，迄今仍未有其他混動變速器能夠望其項背 。就我國而言，上汽 9 開發(fā)的電驅(qū)單元（ EDU），使用兩個電動機和一個非常簡單的直齒變速器，因需要使用 電動機實現(xiàn)完整的功能，所以從定義上講它是一個 DHT。很多汽車制造商及其主要供 應(yīng)商 目前都正在進行混動專用變速器（ DHT）的開發(fā)。鑒于良好的市場應(yīng)用前景，今 后很可能會將 DHT 定義為一個獨立的新變速器種類。對于 DHT，目前確實存在一些顧 慮，但通過下面的數(shù)據(jù)可以預(yù)測， DHT 終將擁有輝煌的未來：至今售出的 DHT 已是其 他所有混合動力變速器總和的 2 倍。 3 汽車變速器 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展 ,汽車的變速器逐漸實現(xiàn)自動化 ,其類型也越來越多 ,相關(guān)的 功能也越來越豐富。從目前的發(fā)展狀況看 ,汽車自動變速器的中主要有如下的幾種 : 電控液力自動變速器、液壓傳動自動變速器、電傳動自動變速器、電控機械式自 動變 速器、電控無極自動變速器。可見 ,技術(shù)的發(fā)展使汽車自動變速器的類別在啟動性能 上有著諸多的差別。這些變速器在現(xiàn)代的汽車上有著廣泛的運用 ,根據(jù)不同的汽車類 型以及性能的需求 ,對變速器的適應(yīng)范圍也存在著一定的差異。其中液壓傳動自動變 速器和電動傳動自動變速器在一些特種車輛以及重型車輛中應(yīng)用較為廣泛 ;無極自動 變速器則算是比較新的技術(shù) ,在運用上有著一些優(yōu)勢性 ,如傳動 比 比較連續(xù)、操作簡單 , 噪音小 ,這在小排量的轎車中有著廣泛的運用 ;液力自動變速器是目前多數(shù)車輛所采 用的自動變速器類型 ,它操作起來比較簡單、使行駛安全性較高、 使動力性能獲得了 較大的提升、污染物排放量大大地降低、機件使用壽命更長。可以說 ,隨著汽車自動 變速器技術(shù)的發(fā)展 ,還會出現(xiàn)新的類型 ,但總體上 則是促進性能的提升 ,功能的擴展 , 運用操作上的簡化可見 ,不同的自動變速器 ,針對的是不同的汽車類型。各種變速器各 有利弊、優(yōu)劣。 4 汽車自動變速器的發(fā)展趨勢 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展 ,人們生活水準的提升 ,生活質(zhì)量的要去也 會相繼地提升。 在此背景下 ,對汽車的性能特別是安全系數(shù)的要求也逐漸提高。 為此 ,汽車制造的發(fā)展就必須順應(yīng)這種需求 ,不斷地提升汽車的安全性能 ,同時減低耗 能 ,降低對環(huán)境 帶來的污染。那么 ,汽車的自動變速 器就必須在這些方面進行著力思 考。因此 ,在未來的發(fā)展中 ,自動變速器的發(fā)展必須考慮如下的幾個因素 : (1)汽車自動變速自身的小型化。汽車降低耗能一個重要的途徑就是減輕汽車的 總體重量 ,使得運動的傳遞速度縮短 ,自動變速器也需要在這些方面進行改進 ,進一步 小型化 , 降低耗油量。但小型化不是減少其本身的性能 ,而是要更加的自動化、職 能化 ,汽車的安全系數(shù)得到進一步的提升 ； (2)汽車自動變速器的噪音進一步降低。汽車的噪音中發(fā)動機是最為重要的噪音 來源。為了降低噪音 ,就必須在變速器噪音減 少上下功夫 ,進一步提升器件的性能 ,將 噪音降低。汽車變速器的噪音主要是齒輪之間的摩擦。隨著研究推進 ,應(yīng)該逐步地提 升齒輪重合度以降低噪聲。噪音是現(xiàn)代城市環(huán)境污染的重要方面 ,而汽車又是噪音的 重要制作來源。通過自動變速器噪音的降低處理 ,無疑對于在整體上減少汽車的噪音 是有幫助的 ,也將進一步提升消費者對汽車使用的舒適度 ； (3)汽車自動變速的無級化發(fā)展。因為 ,雖然不斷地提升自動變速器擋位可以進一 步擴大自動變速范圍 ,但其并非完全意義上的自動變速 ,這正是在有級變速和無級變 速之間的轉(zhuǎn)換。理想的無級變速是在整個變速范圍內(nèi)都能 連續(xù)地、無擋別地切換變速 比 ,使變速器始終按最佳換擋規(guī)律自動換擋。自動擋的最佳位置 ,就 是 變速器自動的適 應(yīng)行駛的狀 ,更加智能地發(fā)揮自身的作用； (4)汽車自動變速器的電子化控制。與液壓控制相比 ,電子控制有著多方面的優(yōu) 勢。它可以實現(xiàn)更復(fù)雜多樣的控制功能 ,提升變速器性能。隨著汽車電子化的發(fā)展 ,汽 車傳動系統(tǒng)電子控制將獲得進一步的廣泛運用。電子控制是職能化進一步提升的表 10 現(xiàn)。在未來的發(fā)展中 ,電子化控制將使得變速器的運用更為便利 ,也將在整體上提升汽 車的整體性能自動化?？傊?,隨著汽車技術(shù)的發(fā)展 ,自動變速器的運用也將更加的廣泛 , 成為未來汽車發(fā)展智能化的重要方面。它在很大的程度上將極大地提升汽車性能狀 況 。 摘 要 本設(shè)計針對目前社會上應(yīng)用越來越廣泛的自動變速器進行研究，完成了自動變速器的總體方案、控制系統(tǒng)以及行星齒輪機構(gòu)的設(shè)計。選用微型汽車發(fā)動機排氣量為0.94L，汽車最大總質(zhì)量1800Kg，行駛最高時速200Km/h。 本設(shè)計論述了自動變速器的結(jié)構(gòu)組成、工作原理并對主要零部件進行了參數(shù)設(shè)計和強度校核。自動變速器由液力變矩器、超速檔行星齒輪機構(gòu)、3速行星齒輪機構(gòu)和液壓控制系統(tǒng)等組成。其中行星齒輪由三部分組成：一個太陽輪、一個裝有行星輪的支架和一個內(nèi)齒圈齒輪。行駛速度的調(diào)節(jié)、節(jié)氣門位置的移動以及發(fā)動機轉(zhuǎn)速的控制均是通過齒輪之間的滑動來實現(xiàn)的。其中行星齒輪裝置在傳遞能量和對發(fā)動機提供扭矩的調(diào)整過程中起了關(guān)鍵性的作用。使齒輪產(chǎn)生移動的作用力來源于液體壓力。復(fù)雜的閥體被用在封閉的系統(tǒng)內(nèi)控制和引導(dǎo)有壓力的液體的流動。 所設(shè)計的變速器能夠在適當?shù)牟僮鳝h(huán)境下實現(xiàn)超速檔、倒檔、前進檔、空檔和直接檔之間的檔位變換。實現(xiàn)了操控方便、省力、快捷的目的。 關(guān)鍵詞：自動變速器；行星齒輪；液壓控制系統(tǒng)；內(nèi)齒圈齒輪；檔位 I ABSTRACT Automatic Transmissions is widely used in the society in the recently years. This design is specially preparing for studying it . Automatic Transmissions whole set the control system and planetary gear set has been done. The output gas of the engine is 0.94L ,the quality of the whole car is 1800Kg ,the highest speed is 200Km/h. In this design there are the consist set of the Automatic Transmissions, laws of planetary gear operation , the date of designed most important set and checking its strongthen. It has three parts ,there are the torque converter ,overdriver planetary gear systems ,three speed planetary gear systems and hydraulic control systems. A simple planetary gear set consists of three prats : a sun gear ,a carrier with planetary pinions mounted to it and an internally toothed ring gear or annulus. Automatic Transmissions upshift and downshift with no direct assistance from the driver .Factors such as road speed , thottle position and governed engine speed control and triggr shifting between gears. The majority of automatic transmissions rely on planetary gear sets to transfer power and generate torque from the engine to the drive line. The shifting of planetary gears is actuated by the use of hydranlic force .An inticate system of valves is used to control and direct pressurized fluid in the closed system.Under proper sperating conditions it provides overdrive ,reverse,Forward reduction, neutral and direct drive. Key Words：Automatic transmission; Planetary gear; Hydraulic control system; Internal gear; Driver I 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 緒論 1 1.1 選題的理論意義和應(yīng)用價值 1 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.3 設(shè)計內(nèi)容 2 2 自動變速器的設(shè)計參數(shù) 3 2.1 變速器基本參數(shù) 3 2.2 發(fā)動機主要性能指標 3 3 液力變矩器的設(shè)計 4 3.1 液力變矩器的結(jié)構(gòu) 4 3.2 液力變矩器的選型 5 4 自動變速器的設(shè)計 6 4.1 四檔自動變速器工作原理 6 4.2 四檔自動變速器工作表 10 4.3 行星齒輪的設(shè)計 11 4.4 軸與軸承 13 5 自動變速器控制系統(tǒng) 18 6 結(jié) 論 19 參 考 文 獻 20 致 謝 30 微型汽車自動變速器的設(shè)計 1 緒論 1.1 選題的理論意義和應(yīng)用價值 自動變速器是除了發(fā)動機以外汽車上最重要的一個部分,汽車的很多技術(shù)和相關(guān)性能都與它有著必不可少的聯(lián)系,比如汽車的動力性、經(jīng)濟性、操縱性以及汽車的某些零部件,甚至汽車行駛的安全性、乘坐舒適性與變速器的性能都相關(guān)緊密。[1]當汽車的自動變速器在行駛過程中因為長時間的工作損耗了自身的性能,而導(dǎo)致變速器失效時,這對汽車運行的速度會有很大的影響,從而會降低了客戶對汽車的滿意度。因此，研究汽車自動變速器的可靠性優(yōu)化設(shè)計有著重要的作用,不僅可以提升顧客的滿意度,而且對汽車的整體性能也有幫助。 汽車變速器對汽車的動力性操縱性以及尾氣排放都有著重要的影響,是汽車里面僅次于發(fā)動機的重要組成部分,自動變速器的產(chǎn)生和應(yīng)用對汽車各方面的性能發(fā)揮了重要的作用,不僅使汽車的駕駛舒適性和形式的安全性得到了改善 , 而且對汽車運行的速度更接近于理想 的性能。目前汽車自動變速器在汽車行業(yè)界受到了廣泛的關(guān)注,因其能對汽車性能得到實質(zhì)性的改變以及良好的發(fā)展前景,各汽車廠家對自動變速器都投入了大量的人力物力來研制開發(fā),建立了很多自動變速器的開發(fā)與生產(chǎn)基地 ,自動變速器的技術(shù)也日趨成熟。[2] 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 變速器是汽車傳動系中最主要的部件之一。隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，車輛性能不斷優(yōu)化，電子化程度不斷加強，搭載汽車自動變速器的轎車正在逐漸取代手動變速器已經(jīng)成為主流，也是汽車變速器市場發(fā)展不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。目前，產(chǎn)業(yè)化技術(shù)成熟的自動變速器在車輛上的應(yīng)用主要有四種；液力自動變速器AT、電控機械式自動變速器AMT、無級自動變速器CVT和雙離合器自變速器DCT。日趨嚴格的法律法規(guī)和汽車駕駛者日益提高的環(huán)保意識使汽車產(chǎn)業(yè)開始意識到，混合動力在汽車行業(yè)將贏得越來越重要的市場地位。一個新的驅(qū)動系統(tǒng)在這樣的背景下脫穎而出：混合動力專用變速器DHT正在作為新的混合動力驅(qū)動，主要在歐洲發(fā)展起來。[2] 隨著時間的推移，手動變速器的市場占有率會逐漸降低，自動變速器將不斷增加。發(fā)展趨勢緊緊圍繞安全、環(huán)保、節(jié)能、操縱輕便化、換擋自動化、智能化、整車電子集成控制一體化等方面展開。 目前我國匹配各類型變速器的車型的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，我國手動變速器比例在總體上呈下降趨勢，但仍然處于主導(dǎo)地位，絕對數(shù)值超過50%自動變速器中的AT處于絕 對多數(shù)地位，DCT增長速度最快，CVT在近幾年呈現(xiàn)快速增長的勢 頭，AMT已有應(yīng)用。近年來，國內(nèi)部分汽車及變速器企業(yè)通過引進先進的技術(shù)與設(shè)備，并通過不斷的吸收創(chuàng)新，逐步縮小在自動變速器領(lǐng)域與國際先進水平的差距。中國自動變速器產(chǎn)業(yè)化總體上已經(jīng)進入起步階段，盡管不同類型自動變速器的技術(shù)成熟度不同，不同企業(yè)根據(jù)自身條件和產(chǎn)品定位，所走的技術(shù)路線也不同，但AT/AMT/CVT/DCT多元化技術(shù)路 線的格局已經(jīng)形成，并將長期保持下去。在不同類型自動變速器競爭中，高效率、可靠性、開發(fā)時間、性能和價格將成為競爭的關(guān)鍵因素，市場將最終做出選擇。[3] 1.3 設(shè)計內(nèi)容 本設(shè)計在現(xiàn)有自動變速器的條件下，做了一些改變。其一是用液力變矩器取代液力耦合器。液力變矩器在正常工作時，貯于環(huán)形內(nèi)腔中的工作液除有繞變矩器的軸做圓周運動以外，還有在循環(huán)圓中的循環(huán)流動，故能將轉(zhuǎn)矩不變地從泵輪傳遞至渦輪上。由于在結(jié)構(gòu)上比耦合器多了一個導(dǎo)輪機構(gòu)，在工作液循環(huán)流動的過程中，固定不動的導(dǎo)輪給渦輪一個反作用力矩，使渦輪輸出的轉(zhuǎn)矩不同于泵輪輸入的轉(zhuǎn)矩，起到變距的作用[4]。當汽車起步或在壞路面上行駛時，變矩器起作用，這使其充分發(fā)揮其自動適應(yīng)行駛阻力劇烈變化的優(yōu)點。第二個特點是在辛普森三速行星齒輪機構(gòu)前添置一個超速檔行星齒輪機構(gòu)。使得超速行星排因獲得大于發(fā)動機輸入軸傳遞的扭矩而使行駛速度得以提升。這在充分利用燃料方面又邁進了一大步。 本設(shè)計旨在提高汽車的燃料利用率和車輛行駛的平順性兩方面作出努力。安裝了此變速器的車輛具有操作簡便、換檔平穩(wěn)、乘坐舒適、過載保護性好等優(yōu)點。而且大大減輕了駕駛員的勞動強度，提高平均車速，有效提高發(fā)動機和傳動系的使用壽命，影響深遠。 由于國內(nèi)研制自動變速器尚屬起步階段，故而在資料方面便顯得有些捉襟見肘。在大量閱讀美國、日本、英國等國外技術(shù)資料后，才得出此設(shè)計意圖。結(jié)合《行星齒輪傳動技術(shù)》、《自動變速箱》、《進口豐田轎車新結(jié)構(gòu)的維修》等書目，便開始著手展開設(shè)計。本設(shè)計主要內(nèi)容有自動變速器的機構(gòu)組成，工作原理，超速檔行星齒輪機構(gòu)和辛普森式三速行星齒輪機構(gòu)是本次設(shè)計的著眼點。分參數(shù)選取、理論分析、設(shè)計計算和強度校核四大步展開的。將得到一套完整的自動變速器總體方案的設(shè)計。 2 自動變速器的設(shè)計參數(shù) 2.1 變速器基本參數(shù) 設(shè)計基本參數(shù)如表2.1所示。 表2.1變速器基本參數(shù)表 (1)發(fā)動機排氣量：0.94L； (2)空車質(zhì)量：1460Kg； (3)最大總質(zhì)量：1800 Kg； (4)載客量：5人； (5)汽車車輪直徑：60mm； (6)發(fā)動機最大功率：120kW； (7)發(fā)動機最大扭矩：200N?m； (8)變速器質(zhì)量：250 Kg； (9)各檔位傳動比：iD-1=2.75；iD-2=1.5；iD-3=1；iD-4=0.71；iR=-2.5。 2.2 發(fā)動機主要性能指標 （1）發(fā)動機最大功率Pemax及其相應(yīng)轉(zhuǎn)速np Pemax=magfvamax3600+CDAvamax376140ηT 發(fā)動機基本參數(shù)如表2.2所示。 表2.2發(fā)動機基本參數(shù)表 Pemax——發(fā)動機最大功率Kw g——重力加速度 9.8ms2 ηT——傳動系的傳動效率取ηT＝0.9 ma——汽車總質(zhì)量取ma＝1800kg f——滾動阻力系數(shù)f=0.0165+0.0001(va-50) 取va=125Km/h 所以f＝0.024 vamax—最高車速取vamax=200Km/h Cd——空氣阻力系數(shù) Cd＝0.4 A——汽車正面投影面積 A≈0.78BH≈0.78×1.8×1.55＝2.18m2 所以 Pemax=1800×9.8×0.024×2003600+0.4×2.18×2003761400.9 =127.9kW np=5200rpm （2）發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩Temax及其相應(yīng)轉(zhuǎn)速nT Temax=αTp=7019Pemax∕np α—發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩適應(yīng)系數(shù)α＝1.2；np—最大功率時的轉(zhuǎn)速np=5200rpm 所以 Temax=7019×1.2×127.9∕5200=207.2N?m nT=np∕1.6=5200∕1.6=3250rpm （3）發(fā)動機適應(yīng)系數(shù)：∮=α?np∕nT=1.2×1.6=1.92 3 液力變矩器的設(shè)計 3.1 液力變矩器的結(jié)構(gòu) 液力變矩器主要由可旋轉(zhuǎn)的泵輪、渦輪及固定不動的導(dǎo)輪三個元件組成[5]。工作輪通常包括泵輪、渦輪和導(dǎo)輪。所有工作輪裝配完以后，通過軸線的縱端面呈現(xiàn)環(huán)形的形狀。工作液完全充滿在環(huán)狀殼體中。要使渦輪和導(dǎo)輪葉片都彎成一定弧度(泵輪的葉片可以不用彎曲），葉片的端面要求是彎曲面，且與工作半徑方向是相對傾斜排列的目的是保證液力變矩器能夠發(fā)揮更優(yōu)質(zhì)的性能及保證液流很好的循環(huán)。 圖3.1為目前汽車市場上普遍采用的綜合式液力變矩器的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3.1 液力變矩器結(jié)構(gòu)示意圖 利用同時具有偶合和變距兩種工況的液力變矩器取代了單一工況的液力耦合器，使其充分發(fā)揮自動適應(yīng)行駛阻力變化的能力，對車輛行駛的平順性的改善也是一大突破。讓駕駛員換檔平穩(wěn)，同時能夠乘坐舒適，也使機件的使用壽命得以延長。 3.2 液力變矩器的選型 本設(shè)計采用單級雙向三元件閉鎖式綜合式液力變矩器。其中，“單級”指只有一個渦輪；“雙向”指有變矩和偶合兩種工況；“三元件”指有泵輪、渦輪和導(dǎo)輪三個元件；“閉鎖”指有鎖止離合器閉鎖功能。  4 自動變速器的設(shè)計 4.1 四檔自動變速器工作原理 本設(shè)計自動換檔手柄“P、N、R、D、2、L”有六個位置。手柄在D位時，可在Ⅰ-Ⅳ檔變換，而且Ⅲ檔會產(chǎn)生發(fā)動機制動作用；手柄在L位時，可在Ⅰ－Ⅱ檔變換，并且Ⅰ、Ⅱ均有發(fā)動機制動作用。 三行星排辛普森式四檔行星齒輪變速器換檔執(zhí)行元件共有10個。各位置的檔位情況分析如下： 1.O/D檔行星架，2．O/D檔太陽輪，3．O/D檔齒圈，4．中間軸，5．前齒圈 6.太陽輪，7.后齒圈，8.輸出軸，9.后行星架，10.前行星架 圖4.1 四檔自動變速器工作分析圖 （1）如圖4.1所示，當換檔手柄位于“P”位時，C0工作。把超速行星排的行星架與其太陽輪連鎖在一起，超速行星排處于直接檔狀態(tài)。 （2）當換檔手柄位于“N”位時，C0工作。把超速行星排的行星架與其太陽輪連鎖在一起，超速行星排處于直接檔狀態(tài)。從超速行星排輸入的轉(zhuǎn)矩沒有變化地傳至中間軸4，但因C1、C2都不工作，所以動力無法向后傳遞，變矩器處于空檔。Error! Reference source not found. 圖4.2 四檔自動變速器工作分析圖 （3）如圖4.2所示，當換檔手柄位于“R”位時，C0、C2、F0、B3工作。C0、F0把超速行星排的行星架于太陽輪連鎖在一起，超速行星排處于直接檔狀態(tài)。 變速器的傳動比即太陽輪6與齒圈7的轉(zhuǎn)速之比。設(shè)前排齒圈與太陽輪齒數(shù)比為 u1=Z5∕Z6,后排齒圈與太陽輪齒數(shù)比為u2=Z7∕Z6。則倒檔傳動比為： iR=n6∕n7=-u2=-Z7∕Z6 （4.1） 圖4.3 四檔自動變速器工作分析圖 （4）如圖4.3所示，當換檔手柄位于“D”位時。發(fā)動機負荷較大，行駛速度較低時，變速器處于Ⅰ檔工況。換檔執(zhí)行元件中，C1、C0、F2、F0工作。其中C0、F0把超速行星排行星架與太陽輪連鎖在一起，超速行星排處于直接檔狀態(tài)。Ⅰ檔傳動比即為前齒圈5與后齒圈7的轉(zhuǎn)速之比[5]。前排行星齒輪機構(gòu)的運動特性方程為： n6+u1?n5-(1+u1)?n10=0 （4.2） 后排行星齒輪機構(gòu)的運動特性方程為： n6+u2?n7-(1+u2)?n9=0 （4.3） 因為 n7=n10；且F2固定后行星架9，所以 n9＝0。將 4.2代入4.3中，整理得Ⅰ檔傳動比為： i4.1=n5n7=1+(1+u2u1) 圖4.4 四檔自動變速器工作分析圖 （5）如圖4.4所示，當手柄位于“D”位時，發(fā)動機速度與行駛速度適合換Ⅱ檔時，換檔執(zhí)行元件中，C1、C0、B2、F1、F0工作，其中C0、F0使輸入軸與中間軸直接傳遞動力。C1把動力傳遞到前齒圈5。在Ⅱ檔時，后行星輪處于無載荷的自由旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。[5] 由于Ⅱ檔時后行星輪無載荷地自由旋轉(zhuǎn)，故Ⅱ檔傳動比只由前行星排齒輪機構(gòu)決定，且前行星排為齒圈輸入行星架輸出，太陽輪固定[5]。根據(jù)前排行星齒輪機構(gòu)的運動特性方程式T2,因為n6=0；所以Ⅱ檔傳動比為： i4.2=n5n10=1+(1+u1) 圖4.5 四檔自動變速器工作分析圖 （6）如圖4.5所示，當手柄位于“D”位時，發(fā)動機速度與行駛速度適合換Ⅱ檔時，換檔執(zhí)行元件中，C1、C2、C0、B0、F0工作，其中C0、F0使輸入軸與中間軸直接傳遞動力。變速器處于直接檔工況，傳動比為1。Error! Reference source not found.此時B2雖然工作，但不傳遞動力。 圖4.6 四檔自動變速器工作分析圖 （7）如圖4.6所示，當手柄位于“D”位時，發(fā)動機速度與行駛速度適合換Ⅳ檔時，換檔執(zhí)行元件中，C1、C2、B2、B0工作[6]。變矩器處于超速檔工況，此時B2雖然工作但不傳遞動力。 設(shè)超速行星排齒圈與太陽輪齒數(shù)比為u0=Z3∕Z2，則由(4.2)超速行星排特性方程： n2+u0?n3-1+u0?n11=0 （4.5） 因為n2=0；所以超速檔傳動比為： i4.4=n11n3=u0∕(1+1∕u0) (8)換檔手柄位于“2”位時，變速器只能接通Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ檔，這三個檔位的工作原理與換檔手柄位于“D”位的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ檔基本相同換檔手柄位于“D”位，變速器接通Ⅱ檔時，由于F1不能阻止太陽輪順時針方向旋轉(zhuǎn)，所以太陽輪在無載荷狀態(tài)下順時針方向旋轉(zhuǎn)，前齒圈與前行星架連在一起的輸出軸之間不能傳遞扭矩，發(fā)動機不能產(chǎn)生制動效果[6]。 （9）換檔手柄位于“L”位,變速器只能接通Ⅰ、Ⅱ、檔，這兩個檔位的工作原理與換檔手柄位于“2”位時的基本相同，只是在一檔時還有B3工作。此時后行星架9有順時針旋轉(zhuǎn)的趨勢。由于B3工作，固定了后行星架，致使后行星輪順時針旋轉(zhuǎn)，促使太陽輪逆時針旋轉(zhuǎn)，故前行星輪將繞其軸順時針旋轉(zhuǎn)，使前齒圈順時針旋轉(zhuǎn)，來自輸出軸的作用力，被傳遞至中間軸，再經(jīng)超速行星排傳至發(fā)動機曲軸。由于發(fā)動機轉(zhuǎn)速低，則起到發(fā)動機制動作用[6]。 換檔手柄位于“D”或“2”位，變速器以Ⅰ檔行駛時，將不具備發(fā)動機制動功能。這時由于B3不工作，F(xiàn)2又不能阻止后行星架順時針旋轉(zhuǎn)，這樣后行星齒輪機構(gòu)空轉(zhuǎn)，不能將作用力由輸出軸傳遞給輸入軸[6]。 4.2 四檔自動變速器工作表 變速桿位置 檔位 C0 C1 C2 B0 B1 B2 B3 F0 F1 F2 P 停車 ○ R 倒車 ○ ○ ○ ○ N 空檔 ○ D 1 ○ ○ ○ ○ D 2 ○ ○ ○ ○ ○ D 3 ○ ○ ○ ○ ○ D O/D ○ ○ ○ ○ 2 1 ○ ○ ○ ○ 2 2 ○ ○ ○ ○ ○ ○ 2 3 ○ ○ ○ ○ ○ L 1 ○ ○ ○ ○ ○ L 2 ○ ○ ○ ○ ○ ○ 表4.2四檔自動變速器工作表 注：1、在L位2檔只能降檔，無升檔； 2、○表示投入工作。 4.3 行星齒輪的設(shè)計 4.3.1 行星齒輪傳動齒數(shù)的選配 設(shè)計行星齒輪傳動時，其齒數(shù)的選配除了滿足所需的傳動比之外，同時還應(yīng)滿足同心條件。 (1)傳動比條件 已知：iD-1=2.75， iD-2=1.5，iD-3=1，iD-4=0.71，iR=-2.5， u1=Z5∕Z6，u2=Z7∕Z6，iR=-Z7∕Z6，iD-1=1+(1+u2), 所以：u2=2.5，u1=2。 取 Z6=24，則 Z7=60，Z5=48。 因為iD-4=u0∕(1+u0)， 故u0=2.46。 由于u0=Z3∕Z2 ， 取Z3=64，故Z2=26。 (2)同心條件 由中心齒輪的齒數(shù)需要滿足行星輪與各中心輪的中心距相等， 即Atx=Aqx, 式中Atx－行星輪和太陽輪的中心距，Aqx－行星輪和齒圈的中心距 4.3.2 齒輪的幾何尺寸的計算 (1)對于超速行星排，設(shè)定：Z1=19, Z2=26, Z3=64。 由微型汽車齒輪模數(shù)取值范圍m=2.25～2.75，故取m=2.5。 計算齒輪基本參數(shù)： d1=m?Z1=2.5×19=47.5， d2=m?Z2=2.5×26=65， d3=m?Z3=2.5×64=160， 齒頂高：ha=m=2.5， 齒根高：hf=1.25?m=1.25×2.5=3.125, 齒全高：h=2.25?m=5.625, 齒頂圓直徑：da=m?(Z+2), da1=m?Z1+2=2.5×19+2=52.5, da2=m?Z2+2=2.5×26+2=70, da3=m?Z3+2=2.5×64+2=165, 齒根圓直徑：df=m?Z-2.5, df1=m?Z1-2.5=2.5×19-2.5=41.25, df2=m?Z2-2.5=2.5×26-2.5=58.75, df3=m?Z3-2.5=2.5×64-2.5=153.75, 由齒寬b=?d?d1b, 在此取?d=1,故而b1=1×47.5=47.5,取B1=53,B2=B3=48, (2)對于前行星排： Z10=12,Z6=24,Z5=48； 由微型汽車齒輪模數(shù)取值范圍m=2.25~2.75， 故取m=2.5, 由公式d=m?Z, 所以有：d10=m?Z9=2.5×12=30； d6=m?Z6=2.5×24=60； d7=m?Z7=2.5×48=120； 齒頂高ha=m=2.5, 齒根高hf=1.25?m=1.25×2.5=3.1255, 齒全高h=2.25?m=5.625, 齒頂圓直徑da=m?(Z+2), 所以da10=m?Z10+2=2.5×12+2=35, da6=m?Z6+2=2.5×24+2=65, da5=m?Z5+2=2.5×48+2=125； 齒根圓直徑df=m?Z-2.5, 所以 df10=m?Z10-2.5=2.5×12-2.5=23.75, df6=m?Z6-2.5=2.5×24-2.5=53.75, df5=m?Z5-2.5=2.5×48-2.5=113.75。 由齒寬b=?d?d01 ， 在此取?d=1，故而b10=1×30=30； 取B10=35，B5=B6=30， （3）對于后行星排：Z9=18，Z6=24，Z7=60； 由微型汽車齒輪模數(shù)取值范圍：m=2.25～2.75，故取m=2.5； 由公式d=m?Z, 所以有：d9=m?Z9=2.5×18=45， d6=m?Z6=2.5×24=60， d7=m?Z7=2.5×60=150。 齒頂高ha=m=2.5， 齒根高hf=1.25?m=1.25×2.5=3.125， 齒全高h=2.25?m=5.625， 齒頂圓直徑da=m?(Z+2) 所以da9=m?Z9+2=2.5×18+2=50， da6=m?Z6+2=2.5×24+2=65， da7=m?Z7+2=2.5×60+2=155； 齒根圓直徑df=m?Z-2.5 所以 df9=m?Z9-2.5=2.5×18-2.5=38.75， df5=m?Z5-2.5=2.5×24-2.5=53.75， df7=m?Z7-2.5=2.5×60-2.5=143.75； 由齒寬 b=?d?d9， 在此取?d=1，故而b9=1×45=45； 取B9=50， B2=B3=45。 整理如表4.3所示： 表4.3行星齒輪參數(shù)表 Z m d da df ha hf h Z1 19 2.5 47.5 52.5 41.25 2.5 3.125 5.625 Z2 26 2.5 65 70 58.75 2.5 3.125 5.625 Z3 64 2.5 160 165 153.75 2.5 3.125 5.625 Z10 12 2.5 30 35 23.75 2.5 3.125 5.625 Z6 24 2.5 60 65 53.75 2.5 3.125 5.625 Z5 48 2.5 120 125 113.75 2.5 3.125 5.625 Z9 18 2.5 45 50 38.75 2.5 3.125 5.625 Z6 24 2.5 60 65 53.75 2.5 3.125 5.625 Z7 60 2.5 150 155 143.75 2.5 3.125 5.625 4.4 軸與軸承 4.4.1 軸的剛度驗算 （1）軸的彎曲變形的條件和允許值 軸的彎曲剛度的驗算主要驗算軸上裝齒輪和軸承處的撓度和傾角。各類軸的撓度和裝齒輪軸承處的傾角應(yīng)小于彎曲剛度的許用值即y≤[Y]；θ≤[θ],理論上要求滿足Y=0.01~0.03mm(其中mm指軸的跨距)，mm=2.5；Y=0.075在變形部位裝軸承處θ=0.0025，裝齒輪處θ=0.001. （2）軸的彎曲變形計算 計算軸本身彎曲變形產(chǎn)生的撓度及傾角時，一般常將軸簡化為集中載荷下的簡支梁，然后結(jié)合機械設(shè)計手冊中有關(guān)公式進行計算。 當軸的直徑相差不大且計算精度要求不高時，可把軸看作是等徑軸，取第三根軸為研究對象，受力分析如圖所示： a=78mm, b=203mm,c=68mm,L=349mm,E=2.1×105MPa 圖4.7 軸的受力分析圖 在B處,Qx=2Mnd, Mn=97400N Qx=2×97400×127.9×0.8÷60÷3800=87.4N Qy=1∕2 Qx=43.7N 在C處,Px=2Mn∕d ,Mn=97400 Px=2×97400×127.9×0.8×0.96÷60÷3800=84N Py=1∕2 Px=42N 1）當Q單獨作用時， 圖4.8 軸在Q單獨作用時的受力分析圖 在B點處有： yx=-Qx?b+c?a?12-b+c2-a26E?I?L =-87.4×271×78×(3492-2712-782)∕(6×2.1×105×3.97×104×349) =0.0046mm yy=12yx=-0.00223mm 在C點處有： yx =-QX?a?c?12-c2-a26E?I?L =-87.4×78×68×(3492-682-782)∕(6×2.1×105×3.97×104×349) =-0.00292mm yy =12yx=-0.00146mm 在A點軸承處有： θx=Qx?b+c?[1-b+c2-3x2]∕6E?I?L =87.4×271×(3492-2712-3×0)∕(6×2.1×105×3.97×104×349) =0.000066(rad) θy=1∕2θx=0.000033(rad) 在B點處有： θx =-Qx?b+c?[12-b+c2-3x2]∕6E?I?L =-Qx?b+c?[12-b+c2-3a2]∕6E?I?L =-87.4×271×(3492-2712-3×782)∕(6×2.1×105×3.97×104×349) =-0.000038(rad) θy =12θx=-0.000019(rad) 在C點處有： θX =-Qx?a[12-a2-3c2]∕6E?I?L =-87.4×78×(3492-782-3×682)∕(6×2.1×105×3.97×104×349) =-0.000038(rad) θy =12θx=-0.000019(rad) 在D點處有： θx=Qx?a[12-a2]∕6E?I?L =87.4×78×(3492-782)∕(6×2.1×105×3.97×104×349) =0.000046(rad) θy=12θx=0.000023(rad) 2）當P單獨作用時： 圖4.9 軸在P單獨作用時受力分析圖 在B點處有， yx=Px?c?a?[12-c2-a2]∕6E?I?L =84×68×78×(3492-682-782)∕(6×2.1×105×3.97×104×349) =0.0027mm yy=1∕2yx=0.00135mm 在C點處有： yx=Px?(a+b)?c?[12-c2-a+b2]∕6E?I?L =84×281×68×（3492-682-2812）∕（6×2.1×105×3.97×104×349) =0.0035mm yy=1∕2yx=0.00175mm 在A點軸承處有： θx=-Px?c?[12-c2-3x2]∕6E?I?L =-84×68×(3492-682-3×0)∕(6×2.1×105×3.97×104×349) =-0.00004(rad) θy=12θx=-0.00002(rad) 在B點處有： θx=Px?c?12-c2-3a26E?I?L =84×68×(3492-682-3×682)∕(6×2.1×105×3.97×104×349) =0.000032(rad) θy=12θx=0.000016(rad) 在C點處有： θx=Px?(a+b)?[12-(a+b)2-3c2]∕6E?I?L =84×281×(3492-2812-3×682)∕(6×2.1×105×3.97×104×349) =0.00004(rad) θy=12θx=0.00002(rad) 在D點處有： θx=-Px?(a+b)?[12-(a+b)2-0]∕6E?I?L =-84×281×(3492-2812)∕(6×2.1×105×3.97×104×349) =-0.00006(rad) θy=12θx=-0.00003(rad) 現(xiàn)將所求得的值列表如下： 表4.4 軸的受力分析表 撓度 y(mm) 坐標方向 作用在B點的力產(chǎn)生的撓度 作用在C點的力產(chǎn)生的撓度 疊加后的撓度 合成后的撓度 計算值 允許值 續(xù)表4.4 軸的受力分析表 Q X -0.00446 -0.00292 -0.00738 0.01 0.075 Y -0.00223 -0.00146 -0.00369 P X 0.0027 0.0035 0.0062 0.00847 0.075 Y 0.00135 0.00175 0.0031 傾角θ （rad） 坐標方向 作用在B點的力產(chǎn)生的傾角 作用在C點的力產(chǎn)生的傾角 疊加后的傾角 合成后的傾角 計算值 允許值 Q X -0.000038 -0.000038 -0.000076 0.0001 0.001 Y -0.000019 -0.000019 -0.000038 P X 0.000032 0.00004 0.000072 0.000098 0.001 Y 0.000016 0.00002 0.000036 傾角θ （rad） 坐標方向 作用在A點的力產(chǎn)生的傾角 作用在D點的力產(chǎn)生的傾角 疊加后的傾角 合成后的傾角 計算值 允許值 Q X 0.000066 0.000046 -0.000442 0.00015 0.0025 Y 0.000033 0.000023 -0.000221 P X -0.00004 -0.00006 0.00056 0.00014 0.0025 Y -0.00002 -0.00003 0.00028 由此得知，該軸滿足要求。 4.4.2 軸承壽命計算 由軸承壽命計算公式可知： Lh=10660n?(CP)ε 其中，角接觸球軸承ε=3，n=3250rpm；設(shè)計預(yù)期壽命 Lh=100000h。 P=fP?(x?Fr+Y?Fa) 因為載荷系數(shù)fp在受中等沖擊或中等慣性力時取值范圍： fp=1.2～1.8。 本設(shè)計中取 fp=1.2。 因為 Fa=0，查表知x=1，Y=0, 所以 P=1.2×1×114.7+0×0=137.7N 查設(shè)計手冊知對于71806C角接觸球軸承C=28800N 所以， Lh=10660n?CPε=10660×3250?28800137.73=46.9×106h； 所以合格。 5 自動變速器控制系統(tǒng) 自動變速器其動力傳遞和基本控制系統(tǒng)如下圖所示： 信號油壓； 主油路 1——發(fā)動機；2——液力變矩器；3——變速箱；4——驅(qū)動輪；5——油門踏板；6——油門信號油壓；7——換檔閥；8——速度信號油壓；9——油泵；10——變矩器壓力；11——油門調(diào)壓閥； 12——速度調(diào)壓閥；13——選檔閥；14——選檔手柄；15——主調(diào)壓閥；16——主油路壓力 圖5.1 自動變速器控制系統(tǒng)示意圖 發(fā)動機驅(qū)動油泵及變矩器的動力由變矩器經(jīng)變速箱傳到驅(qū)動輪。油泵輸出流量經(jīng)主壓力閥一路去變矩器，另一路以主壓力閥調(diào)節(jié)的主油路壓力進入由換檔手柄控制的選檔閥，經(jīng)選檔閥將主油路和油門調(diào)壓閥、換檔閥及速度調(diào)壓閥接通，油門調(diào)壓閥根據(jù)油門踏板位置輸出油門信號油壓進入換檔閥，速度調(diào)壓閥根據(jù)車速輸出速度信號油壓也進入換檔閥，根據(jù)這兩個信號油壓，換檔閥使某些換檔執(zhí)行機構(gòu)（換檔離合器、制動器）作用，變速箱便在某一檔位工作。當油門開度和車速變化到一定程度則換檔控制閥將根據(jù)信號油壓自動使變速箱升入高檔或降至低檔。 6 結(jié) 論 本設(shè)計研究的是被廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)中的自動變速器。設(shè)計發(fā)動機排氣量0.94L，載客量為5人，最大汽車總質(zhì)量1800Kg，汽車車輪直徑60mm，各檔位變速比為： iD-1=2.75；iD-2=1.5；iD-3=1；iD-4=0.71；iR=-2.5，是一臺液控液動自動變速器。 對自動變速器的結(jié)構(gòu)組成加以剖析并詳細敘述了各檔位的工作情況。對選用的液力變矩器的結(jié)構(gòu)加以闡述，涉及其工作原理。超速檔行星齒輪和三速行星齒輪機構(gòu)的設(shè)計是此次設(shè)計的主要著眼點。分參數(shù)選取、理論分析、設(shè)計計算和強度校核四大部分展開的。 本設(shè)計是在原有的自動變速器的基礎(chǔ)上加以增刪。即利用具有偶合和變距兩種工況的液力變矩器取代了單一工況的液力耦合器，使其充分發(fā)揮自動適應(yīng)行駛阻力劇烈變化，對車輛行駛的平順性的改善方面是一大突破。讓駕駛員有換檔平穩(wěn)的感覺，同時乘坐也相當舒適，也使機件的使用壽命得以延長。本設(shè)計作出另外一個改進即是在原有辛普森三速行星齒輪的基礎(chǔ)上添置一超速檔，從整車性能改善的角度來講，此舉在燃料利用率提高方面邁進了一大步。 參 考 文 獻 [1] 鄧定瀛. 自動變速器原理與運用[M].重慶：重慶大學出版社，2002. 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[17] Vladimir Rassokha， Vladimir Isaychev.New Design of the Automatic Gearbox Providing Driving Simplification and Driver Fatigue Decrease[J].Transportation Research Procedia,2017,20:544-549. 致 謝 首先要感謝的是我的指導(dǎo)老師秦力舒老師，畢業(yè)設(shè)計過程中有很多不懂的地方，是導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)讓我順利完成了畢業(yè)設(shè)計。感謝您循循善誘，督促我們及時完成工作進度，時刻對我有疑惑的地方進行認真解答，在繁忙的工作當中還不忘了解我們學習情況。感謝機械工程學院的各位老師，是您們教我懂得很多機械方面的知識，這次設(shè)計才能夠完成。感謝在我畢業(yè)設(shè)計期間給我?guī)椭耐瑢W，你們讓我感到同學之間的友情。 三個月緊張而充實的畢業(yè)設(shè)計結(jié)束了，在這次設(shè)計中我收獲頗多。畢業(yè)設(shè)計對于我們每一個大學生來說都是非常重要。它不僅是對我們大學四年學過的各科知識的綜合運用，而且是把我們所學的知識應(yīng)用于實踐的一次檢驗。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我重溫了一遍大學的課程如機械制圖、理論力學、機械設(shè)計等專業(yè)知識，還涉及了一些以前從未深入了解的知識，使我開闊了眼界，并增長了知識，對自己的所學進一步鞏固，為畢業(yè)后走向社會工作崗位奠定了一定的基礎(chǔ)。 在汽車變速器的設(shè)計過程中，除了應(yīng)用到以前學過的專業(yè)知識，我還查閱了大量的相關(guān)資料，使我對這一領(lǐng)域有了一定的了解和認識并掌握了查找資料這項基本技能。在設(shè)計過程中，第一次將自己所學的理論知識真正運用到實際中，使理論知識在實踐中得到檢驗。使我學會面對設(shè)計中出現(xiàn)的各種問題，如何去分析、并最終解決問題。而且培養(yǎng)了我精益求精、科學嚴謹、認真對待問題的工作精神，并且鍛煉了我的創(chuàng)造能力和獨立解決問題的能力。 - 29 -