汽车自动变速器动力传动设计及运动分析 毕业设计文献综述

毕业设计文献综述

设计题目：汽车自动变速器动力传动设计

及运动分析

学院机械工程学院

专业年级2007级机制

学生姓名学号 2007111426 指导教师职称副教授

设计地点重庆工商大学

日期 2011 年 4 月 5 日

目录

前言 (3)

一、自动变速器 (3)

1.自动变速器的组成、发展及应用 (3)

1.1自动变速器的基本组成 (3)

1.2自动变速器的发展概况 (4)

2.自动变速器的几种形式及原理、优缺点概述 (5)

2.1 AT—液力自动变速器 (5)

2.2 手自一体变速器 (5)

2.3 CVT—无级自动变速器 (6)

2.4 DSG—双离合自动变速器 (7)

3 .普通斜齿轮式自动变速器设计各文献的简述 (8)

3.1 自动变速器的动力传动示意图及传动原理 (8)

3.2四速普通斜齿轮自动变速器各档位的传动路线 (9)

二、软件应用简介 (11)

1.CATIA (11)

三、自动变速器相关的问题研究 (11)

参考文献 (12)

前言

随着汽车工业的迅猛发展，车型的多样化、操纵系统自动化、个性化已经成为汽车发展的趋势。而变速器设计是汽车设计中重要的环节之一。它是用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，因此它的性能影响到汽车的动力性和经济性指标，对轿车而言，其设计意义更为明显。在对汽车性能要求越来越高的今天，车辆的舒适性也是评价汽车的一个重要指标，而变速器的设计如果不合理，将会使汽车的舒适性下降，使汽车的运行噪声增大。本设计针对乘用车变速器进行系统深入的研究。

本设计基于雅阁变速器，结合机械变速器的设计方法，深入研究了变速器传动比的计算，挡数的分配，齿轮参数的计算，轴及轴承的选择等，从而使乘用车的舒适性和动力性有进一步的的提高。

一、自动变速器

1.自动变速器的组成、发展及应用

世界经济一体化给我国带来了机遇和挑战，我国汽车工业迅速兴起，从数量上已成为汽车大国。世界各国汽车公司都争先恐后地涌入我国，有原来向中国出口汽车，转为在中国国内合作生产汽车，并带来了大量先进的技术，其中汽车自动变速器就成为典型的汽车新技术。AMT是一种经济型的自动变速器,与AT相比,AMT更适合中国汽车工业的现实,国内采用AMT自动变速技术既可以保留原有的手动变速器生产线,又可大大节省用于重建专业生产线及设备的投资,具有重要的现实意义。文献[1][2][3]对自动变速器的发展和应用进行了阐述，了解到自动变速器主要组成机构的一个发展历程及自动变速器的基本组成和应用。

1.1自动变速器的基本组成

自动变速器的厂牌型号很多，外部形状和内部结构也有所不同，但它们的组成基本相同，都是由液力变矩器和齿轮式自动变速器组合起来的。常见的组成部分有液力变矩器、行星齿轮机构、离合器、制动器、油泵、滤清器、管道、控制阀体、速度调压器等，按照这些部件的功能，可将它们分成液力变矩器、变速齿轮机构、供油系统、自动换挡控制系统和换挡操纵机构等五大部分。

1.2自动变速器的发展概况

自动变速汽车对于使用者的意义, 已从最初的操纵方便扩展到今天的节能、环保、舒适、安全与方便并重。用户需求的不断增加和传动、电子及自动控制等相关技术的进步, 推动了各种自动变速技术的发展。汽车自动变速器按其技术特点可分为三类:第一类是液力自动变速器, 即 AT；第二类包括AMT 和DCT；第三类是无级变速器，即CVT。在分析三类自动变速技术发展现状的基础上,展望了其发展趋势。

? AT 技术发展现状

AT 的优点在于动力换挡(换挡时间短、冲击小)、起步平稳、对转矩变化的适应能力强,其不足之处是传动效率偏低。AT近年的发展主要体现在提高性能(燃油经济性和整车动力性)、传动效率和换挡品质上。

文献[4]在提高性能方面提出：多挡化是当前各大汽车和自动变速器公司普遍采用的手段之一, 4 挡和 5 挡变速器正逐步为6 挡和7 挡乃至更多挡位的变速器所取代,扩大速比范围的同时亦减少了各相邻前进挡位之间的速比级差,因此, 多挡化在增大转矩容量的同时,亦增加了发动机在经济工况下运行的机会。除多挡化以外, 变速器的轻量化和紧凑化结构设计也是提高传动效率、进一步提高动力性和燃油经济性的关键。

?AMT 和DCT 技术发展现状

在手动机械变速箱基础上实现起步、换挡自动化操纵的AMT, 由于结构简单、可直接使用手动变速箱的生产设备(成本低)、传动效率高。由动力中断换挡而产生的冲击,使传统AMT 的换挡品质不及AT, 因此,缩短动力中断时间并减少换挡冲击是提高AMT 换挡品质的关键。在动力传动系统结构改进方面, 在AMT 变速箱内输入轴与中间轴之间增加了一个多片湿式换挡离合器,以提供换挡过程中转矩辅助传递旁路,通过转矩辅助机构实现换挡过程的转矩和转速控制, 因此, 换挡更为平顺、换挡时间更短, 同时还保留了传统AMT 结构紧凑、成本低的优点。在执行机构改进与优化方面,采用一种可线性移动的具有强磁力密度的拨叉轴直接驱动动器,代替液压或电机差动器, 在简化结构的同时,取消了差动器的机械传动部分,具有更好的动态响应及关断状态零功率消耗的潜力。

?自动变速器主要组成机构的发展过程

液力变矩器：液力耦合器→液力变矩器→带锁子离合器的液力变矩器；行星齿轮机构：二档行星齿轮机构→三档行星齿轮机构→四档行星齿轮机构；操纵方式：手动操纵→液力操纵→电离控制液力操纵。

2.自动变速器的几种形式及原理、优缺点概述

文献[5][6][7][8]通过图片及文字注解的形式，清晰直观地表示出自动变速器的几种不同形式、组成部件及原理。

2.1 AT—液力自动变速器

图2.1 AT—液力自动变速器

自动变速器是通过液力变矩器以及行星齿轮来传动发动机的动力，传动效率低，经济性较差。同时行星齿轮结构复杂维修成本较高。相对于手动变速器来说自动变速器能让开车变得简单方便，易于新手上路。

特点：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。而驾驶者只需要操纵加速踏板控制车速即可。

优点：操作简单，使用方便。自动变速器具有操作容易、驾驶舒适、能减少驾驶者疲劳的优点，已成为现代轿车配置的一种发展方向。装有自动变速器的汽车能根据路面状况自动变速变矩，驾驶者可以全神贯注地注视路面交通而不会被换挡搞得手忙脚乱。

缺点：传动效率低，经济性不好；结构复杂，维修成本高。

2.2 手自一体变速器

手自一体变速器其实就是在手动变速器的基础上增加了自动变速操纵系统而组成，因此操作起来更加灵活，档位越多操控也就越精确，燃油经济性也更好。不过手自一体变速器同样存在成本的问题，该类车型售价往往较高，日后的维护保养费用也比一般车型要多。

图2.2 自一体变速器

特点：手自一体变速器，驾驶者可以结合路况及驾驶需要随时加减档，使驾驶感受得以提升。

优点：操作简单，使用方便，燃油经济性好。

缺点：价格较高，后续维修保养费用较高。

2.3 CVT—无级自动变速器

图2.3 无极变速器

CVT采用传送带和工作直径可变的主、从动轮相互配合来传递发动机的动力，代表的自动变速器的发展方向。它突出的特点就是没有传统自动变速器换挡时会出现的顿挫感，加速连续性更好，燃油经济性也更高。

特点：无级变速器系统是由两组变速轮盘和一条传动带组成的，要比传动自动变速器结构简单，体积更小。另外，它可以自由改变传动比，从而实现全程无级变速，使汽车的车速变速平稳，没有传统变速器换档时那种“顿”的感觉。

优点：驾驶平顺性、加速性、经济性以及排放都较好。CVT最大优点就是无级控制输出的速比，在行驶中达到行云流水的感觉，没有换档的感觉，加速也会比自动变速器快。由于行驶中减少了转速的不必要波动，对省油也大有好处。

缺点：技术还不完善;价格较高，维修成本较高。

2.4 DSG—双离合自动变速器

图2.4 双离合变速器

DSG双离合变速器的系统主要由两组离合器片集合而成的双离合器装置，一个由实心轴及其外套筒组合而成的双传动轴机构，以及控制单数和双数档位的两组齿轮。在整个换档过程中，总是保持有一组齿轮在输出动力，不会出现动力传递的间断，也就保证了加速的连续性和换挡过程中不会出现顿挫感。这款变速器集合了手动挡的操控性和经济性以及自动挡的便利性，可以说是目前国内最为先进的变速器。

特点：操控系统指挥换档齿轮在比当前运动档位高一级的档位上“待命”，随时进入工作状态，以实现快速换档，使得整个换档过程仅仅在百分之几秒内即顺利完成。

优点：加速连续性非常好，没有换挡的顿挫感。DSG双离合变速器以快速换档保证了精准的动力传输，使驾驶既有运动特性又具备便捷舒适性，更重要的是油耗更低，各方面的性能都超过了传统自动变速箱。

缺点：刚刚进入国内市场，使用中的效果有待检验。

3 .普通斜齿轮式自动变速器设计各文献的简述

文献[2][3]指出本田B7XA自动变速器主要是与早期的本田雅阁1998-2002年3.0L的V6发动机配合使用。B7XA自动变速器为一款电子液压混合控制式的，并采用普通斜齿轮式的齿轮变速机构的自动变速器。通过其内部的齿轮变速机构与换挡执行机构的有机组合，该变速器可以实现四个前进挡和一个倒档。

该自动变速器主要由定轴式齿轮变速传动机构、液压控制系统和电子控制系统等三大部分组成。改装置与发动机曲轴成直线排列，其主要特点如下：

1）采用定轴式齿轮变速传动机构，而日产、丰田及大多数欧美汽车自动变速器采用的是行星齿轮变速传动机构。

2）固顶轴式自动变速器采用普通外齿合齿轮，各相对齿轮都是固顶齿合，但动力传动与否取决于相对应离合器是否齿合。

3）固顶轴式变速器多由三条平行轴构成，变速器的总长度较小，故一般都用在前轮驱动的轿车上。固顶轴式变速器的操作组件只有多片式离合器和单向离合器，没有制动器；操作件的数目较少，结构更紧凑。

4）除液压控制系统外，还增设有电子控制系统，是车辆在各种道路条件下均有平顺的驾驶操纵性和最佳的档位选择。

3.1 自动变速器的动力传动示意图及传动原理

图3.1 自动变速器动力传动示意图

3.2四速普通斜齿轮自动变速器各档位的传动路线

图3.2 1档的动力传动路线图

1）1档的动力传动路线：输入轴/主轴→主轴惰轮→中间轴惰轮→副轴惰轮→1档离合器→1档主动齿轮→1档从动齿轮→中间轴→主减速器主动齿轮→主减速器从动齿轮→差速器→半轴

图3.3 2档的动力传动路线图

2）2档的动力传动路线：输入轴/主轴→主轴惰轮→中间轴惰轮→副轴惰轮→2档离合器→2档主动齿轮→2档从动齿轮→中间轴→主减速器主动齿轮→主减速器从动齿轮→差速器→半轴

图3.4 3档的动力传动路线图

3）3档的动力传动路线：输入轴/主轴→3档离合器→3档主动齿轮→3档从动齿轮→中间轴→主减速器主动齿轮→主减速器从动齿轮→差速器→半轴

图3.5 4档的动力传动路线图

4）4档的动力传动路线：输入轴/主轴→4档离合器→4档主动齿轮→4档从动齿轮→结合套→滑套/花键毂→中间轴→主减速器主动齿轮→主减速器从动齿轮→差速器→半轴

图3.6 R档的动力传动路线图

5）R档的动力传动路线：输入轴/主轴→4档离合器→R档主动齿轮→R档从动齿轮→结合套→滑套/花键毂→中间轴→主减速器主动齿轮→主减速器从动齿轮→差速器→半轴

文献[3][11]在体系和内容上，参考了国内现有的“汽车设计”教材类，结合教学实践

经验和目前车辆工程专业学生的学时数安排，进行了精心编排和取舍，力求使我们在掌握传统汽车设计方法的同时，了解新的汽车设计方法。主要内容包括：汽车整车设计、底盘主要总成设计、数字车身设计的基本知识，以及汽车现代设计方法的基础知识。文献[11][12]分别介绍了汽车传动系、行驶系、结构方案的选择。主要参数的确定、主要零部件的强度计算等。文献[13][14][15][16]着重从变速器主要零部件的设计方法、原理、参数、设计原则等方面进行了阐述，使我们的设计更科学、合理。

二、软件应用简介

1.CATIA

1.1 CATIA概述

CATIA（Computer Aided Three-dimensional Interaction Application）软件是法国达索公司于1975年推出的集CAD/CAM/CAE功能于一身的大型综合性软件，在国际、国内均享有极高的知名度和影响力，是当今主流软件的佼佼者。CATIA软件起源于航空工业，如今也广泛应用于汽车制造、造船工业、机械制造、电子电器及消费品工业等行业中。尤其在汽车制造业中，CATIA软件已成为名副其实的工业产品设计标准，世界前20名的汽车企业有18家采用CATIA软件作为核心设计软件。CATIA软件模块多、功能强，是当今任何一个软件无法比拟的。它的集成化技术覆盖所有产品设计与开发的全过程，包括三维建模、零件装配、工业产品渲染、机构运动与仿真、工程分析、模具设计、NC加工、逆向工程、人体造型设计以及电气设备和支架造型设计等，能满足各行业、各类型企业的工业设计需求。CATIA在汽车、航空航天领域的统治地位不断增强。同时,CATIA也大量地进入了其他如摩托车、机车、通用机械、家电等行业。国际一些著名的公司如空中客车、波音等飞机制造公司，宝马、克莱斯勒等汽车制造公司都将CATIA 作为他们的主流软件。国内10几家大的飞机研究所和飞机制造厂选用了CATIA，一汽集团、二汽集团、上海大众集团等10多家汽车制造厂都选用CATIA作为新车型的开发平台。

三、自动变速器相关的问题研究

对于本次设计的变速器来说，其特点是：较大的扭矩变化范围可以满足不同的工况要求，结构简单，易于生产、使用和维修，价格低廉，而且采用结合套挂挡，可以使变速器挂挡平稳，噪声降低，轮齿不易损坏。在设计中采用了4+1档自动变速器，通过较大的变速器传动比变化范围，可以满足汽车在不同的工况下的要求，从而达到其经济

性和动力性的要求；变速器挂档时用同步器，虽然增加了成本，但是使汽车变速器操纵舒适度增加，齿轮传动更平稳。本着实用性和经济性的原则，在各部件的设计要求上都采用比较开放的标准，因此，安全系数不高，这一点是本次设计的不理想之处。

自动变速器的结构设计及分析对汽车设计具有极重要的意义，它将直接汽车的输出功率、效率、扭矩和使用寿命。通过本文对汽车传动系的研究和探索，结合研究中的不足之处，可以总结出以后研究的具体内容:

1、继续学习深化自动变速器相关知识，掌握现代分析方法。

2、再次对自动变速器的进行优化设计，模拟装配并通过CAE分析软件分析以获得传动效率更好的传动装置。

参考文献

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[2]刘岩东.汽车自动变速器构造与原理分析.北京：机械工业出版社，2009.12

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[4]现代汽车开发出6速自动变速器[J]. 汽车与配件,2009.2

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[10]王望与.汽车设计.北京：机械工业出版社，2000.5

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