变速器设计毕业论文初稿.docx

毕业论文初稿
变速器设计的意义：
变速器用于转变发动机曲轴的转矩及转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同条件下对驱动车轮牵引力及车速的不同要求的需要。变速器在汽车中起着重要的作用，它能使汽车以非常低且稳定的车速行驶，而这种低的车速只靠内燃机的最低稳定转速是难以达到的。随着汽车工业的不断壮大，以及汽车行业持续快速的发展，如何设计出更经济实惠，工作可靠，性能优良，符合中国国情的汽车已经是当前汽车设计者的紧迫问题，也是我们作为汽车工程本科毕业生必须肩负的重任。在面临着前所未有的机遇的同时，我们要努力为我们的汽车工业做出应有的贡献。经过四年的刻苦学习， 我掌握了四十多门基础知识和专业知识，阅读了大量的专业书籍，为从事汽车行业的工作打下了坚实的基础。在大学毕业，即将走向工作岗位之际，按国家教委的要求，进行了这次设计。毕业设计是对我们在大学期问所学知识的一次检阅，充分体现了一个设计者的知识掌握程度和创新思想。毕业设计总体质量的好坏也直接体現了毕业生的独立创造设计能力。由于毕业设计具有特殊的重要意义，在两个多月的毕业设计时间里，我们到单位实习，并阅读了大量的汽车资料，虚心向老师请教，且在老师的指导下，将老师传授的设计方法运用到自己的设计中，使本次毕业设计得以顺利完成。
一、变速器的概述
（一）变速器的发展史
早在1886年，德国人哥德利普·戴姆勒在一辆四轮马车上安装了自己研制的汽车发动机，以每小时18千米“令人窒息”的速度行驶，人类历史上第一辆四轮汽车诞生了。汽车工业发展至今，各项技术逐渐成熟，但成功的背后总会有坎坷，它们经过了怎样的过程才破茧成蝶？下面我们就来聊聊汽车变速箱的发展历史。
1、最早的出现的变速箱被成为“有级变速箱”，即我们现在所说的“手动挡（MT）”由法国人“标致”于1889年研制成功。传统手动变速箱具有结构简单、成本低、传动效率高，虽然操作相对复杂但仍然具有独有的优势。手动变速器是自动变速器相对而言的，其实在自动变速器出现之前所有的汽车都是采用手动变速器。手动变速器是利用大小不同的齿轮配合而达到变速的。最常见的手动变速器多为3~5个前进档和1个倒档，在重型载货汽车用的组合式变速器中，则有更多的档位。所谓的变速器档数是指前进挡位数。
一般来说，手动变速器的传动效率要比自动变速器的高，因此驾驶者技术好，手动变速的汽车在加速、超车时比自动变速车快，也省油。
优点：操控乐趣高、结构简单可靠、燃油经济性好，与自动变速器相比较可以给汽车驾驶爱好者带来更多的操控快感。 传输效率比自动变速箱为高，当然理论上会比较省油。维修保养上会比自动变速箱便宜。 如果愿意以较高成本使用自动手排，则可以兼顾自排的方便性及手排的高效率。引擎煞车的效能较强。缺点：操作复杂，新手使用困难，面对越来越堵的交通状况，开着可能会很累。
2、在手动变速箱出现的19年后，福特汽车应用了“自动变速箱（AT）”，虽然它只有两个速率比，但仍然属于划时代的产物。我们现在应用最多的也是“自动变速箱”。随着行业的发展和用户需求的不断提升，自动变速箱由4AT演变到目前8AT，甚至9AT，行车更加平顺，燃油经济性也有所加强。汽车自动变速器常见的有四种型式：分别是液力自动变速器（AT)、机械无级自动变速器（CVT)、电控机械自动变速器（AMT)、双离合器自动变速器（Dual Clutch Transmission--DCT）。轿车普遍使用的是AT，AT几乎成为自动变速器的代名词。
AT是由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。其中液力变扭器是AT最重要的部件，它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，兼有传递扭矩和离合的作用。之所以说自动变速箱是划时代的产物，主要在于它更有力的将汽车推广为人人都能驾驶的产品
优点：上手很快，操作非常简单，适合在拥堵城市行驶。缺点：缺乏操控乐趣，加速感没有手动档强烈，燃油经济性差。
如果你既想体验手动档的驾驶乐趣，又想开车简单方便，该怎么办呢？为了迎合市场需求，自然而然的也就出现了“手自一体变速箱”。这类变速箱上都有显著的＋／-标志，驾驶者可以自由切换手动档与自动档两种模式。顾名思义，手自一体变速器就是将汽车的手动换挡和自动换挡结合在一起的变速方式。该变速器结合了自动变速器和手动变速器的优点，最大限度地减少了变速系统的功率损耗。手动挡因为自己可以自由调节挡位及转速，驾驶起来有种畅快的感觉，运动感十足，富有驾驶乐趣。技术先进的手自一体式变速器越来越多的装备到国产车中。其中最具代表性的为：标致307的Tiptronic、奥迪的Multitronic、福特蒙迪欧的Durashift5等。虽然看上去很美，但普通手自一体的手动模式在响应速度上完全不能同手动变速箱相提并论，提升驾驶乐趣非常有限。
优点：能随意切换两种操控模式。缺点：大部分手自一体变速箱实际的驾驶感并不强，手动的配置很少被使用。
4、目前的汽车市场除了传统的手动变速箱拥有忠诚的拥护者之外，其他类型的变速箱基本是互相叫板，下面我们就来聊聊被广大车主关注或使用的“CVT无级变速箱”。 CVT 即无极变速器。它与自动变速器和手动变速器的工作原理截然不同。正如其名，CVT所能实现的无级变速功能便是自动变速器和手动变速器梦寐以求但是却永远也不能实现的。CVT无极变速器可以在一定传动比范围内能线性的调节传动比，如果让自动变速器和手动变速器来实现相似的效果那便需要无数个档位才能实现，庞大的齿轮系统在工程上完全不可行的。抛弃齿轮传动结构正是CVT无极变速器突破“小巷思维”的灵感。CVT的传动结构与原理很简单：它由两个锥型盘和一条钢带组成。锥型盘就是由两个圆锥型的盘片组合在一起形成一个带V型槽的驱动盘，在行驶中，CVT变速器会根据车速和路况自动调整两个锥型盘的工作直径便可以连续的改变变速比，实现无极变速。CVT最大的优势便在于它可以连续可变传动比，搭载CVT无级变速器的车型在加速时，车速表与转速表同时上升，当转速表达到最大值时即达到最高车速，整个加速过程平缓无任何冲击。
5、相比自动变速器与手动变速器而言，CVT最大的优势便在于它可以连续可变传动比，而自动变速器与手动变速器作为有级变速器则只能在几个固定的速比上工作。在实际驾驶中，CVT无极变速器所带来的感受是完全不同的。与自动变速器和手动变速器每次换挡后，发动机转速都会有几千转陡降的特性相比，搭载 CVT无级变速器的车型在加速时，车速表与转速表同时上升，当转速表达到最大值时即达到最高车速，整个加速过程平缓无任何冲击。这一加速期间，发动机转速不会发生下降，而CVT无级变速器则在默默无闻的不断改变传动比，从而使传动系统与发动机一直保持最佳匹配。正是因为CVT这一独特特性，在燃油经济性与动力性方面，CVT都超出自动变速器与手动变速器。自动变速器和手动变速器在每次换挡后，发动机转速都会有几千转陡降的特性（如图黑色线条所示）而匹配CVT无极变速器时，整个加速过程发动机转速都不会发生下降（蓝色线条所示）正是因为CVT这一独特特性，在燃油经济性与动力性方面，CVT都超出自动变速器与手动变速器。在连续上下坡时，普通自动变速器车型需要进行烦琐的换档操作和制动操作。而第三代Xtronic CVT在较长的爬坡过程中无需进行反复的周期性变速。此外，在下坡过程中还可以通过一定的发动机制动实现稳定日产Xtronic CVT的核心技术在于高抗拉强度的钢带结构，它是由很多高强度薄刚片组成的可以实现终生免更换。
优点：省油，有很好的平顺感，动力响应直接。缺点：应用车型少，配件价格高。
6、变速箱发展至今，走的另一条道路就是“双离合变速器”。 双离合器变速箱(Dual Clutch Transmission，以下简称DCT)是当前发展最迅速的新型变速箱，它以传统手动变速箱为基础加入双离合器和电控组件，获得优异的性能表现和良好的燃油经济性。它不仅近乎完美的传承了自动档的传动率，也有自动档的方便快捷，更是将换挡速度提升到快过专业车手。通过两套离合器的交替使用，达到快速、平顺的换挡效果。简单说来DCT是两个传统手动变速箱的集合体(分别为奇数和偶数挡)，拥有两个离合器，两根输入轴，但仅有一根输出轴。离合器的分离与接合，以及挡位切换都在电脑的掌控下通过液压机构进行控制，因此也能提供手动换挡模式。动力传递效率高(意味着油耗低)、挡位切换迅速和成本低于传统自动变速箱是双离合器变速箱的三大优势，已经成为继可变气门正时、可变气门升程、涡轮增压和缸内直喷之后的又一个技术亮点。
优点：
1、相比传统行星齿轮式自动变速箱更利于提升燃油经济性，油耗大约能够降低15%
2、在换挡过程中，几乎没有扭矩损失
3、当高挡齿轮已处于预备状态时，升挡速度极快，达到惊人的8毫秒
4、无论油门或者运转模式处于何种状况，换挡时间至少能达到600毫秒(从奇数挡降到奇数挡，或者从偶数挡降偶数挡时，耗时约为900毫秒，例如从第5挡降到3挡)
缺点：
1、由于电控系统和液压系统的存在，双离合器变速箱的效率仍然不及传统手动变速箱，特别是用于传递大扭矩的湿式双离合器变速箱更是如此
2、双离合器变速箱的研制费用较高，双离合器精密而复杂，导致车价偏高
3、当需要切换的挡位并未处于预备状态时，换挡时间相对较长，在某些情况下甚至超过1秒
4、双离合器变速箱相比传统手动变速箱更重
5、双离合器变速箱的最大传递扭矩偏低，限制了发动机的改装空间
6、早期的双离合器变速箱可靠性欠佳
7、变速箱润滑油需要根据厂家要求定期更换，并且更换费用并不便宜
变速器的发展距今已有一百多年的历史，随着时代的进步，其中出现了多种多样、形式各异的变速器，但手动变速器仍然是中国市场上占据销售份额比较大的一种，其独特的操纵方式使其具有独特的魅力。

（二）变速器国内外的研究现状
日本和北美市场自动变速器的普及率较高。北美市场由于AT自动变速器的技术实力较强，生产能力较大，随着多档位AT变速器的开发，其性能完全可以与CVT变速器抗衡，同时其传递扭矩的能力还要好于CVT变速器。因此，在北美的汽车厂家，为了利用现有AT自动变速器的生产资源，其仍在大力发展AT变速器（现已开发8AT变速器），而在CVT变速器的开发投入工作较少，在MT、AMT变速器的投入就更少了；日本自动变速器市场仍然是传统的AT自动变速器占主导地位。
欧洲市场受驾乘习惯与汽车燃油供给的影响自动变速器普及率不高，手动机械式变速器仍占据变速器的主导地位。引领手动变速器开发的也是欧洲的整车厂和变速器公司，比如大众，格特拉克等。就乘用车的手动变速器而言，在过去的20年里面主要从5速向6速方向发展。由于机械部分设计、工艺已经相当成熟，在要有突破性的发展空间已经非常小了，因为整车开发的需要，降低排放，油耗是目前发展方向，所以有更多的厂商也将当的目标瞄准了DCT。在手动变速器方面，一方面是系统集成性，安装性还有发展空间，另外就是新的材料、工艺，比如冲压零件，注塑零件替代产品的加工工艺。
在国内，仍然以手动变速器为主，自动变速器比例很低，并且主要来自进口。中国乘用车用手动档变速器生产企业分为两类，一类是像一汽、东风、上汽等整车生产集团，集团内自产变速器为其整车配套；另外一类是独立的变速器生产企业，专门为各整车厂配套。其中以一汽集团作为代表，一汽集团除了主要研究手动变速器以外，更以6AT、AMT和7DCT作为开发重点。其发展趋势为:a.以手动变速器开发为基础，以自动变速器开发为重点b.重点提升制造能力和水平c.重点发展DCT、AMT，适时发展AT。d.产品平台系列化，适用面更广。目前虽然我国手动变速器技术发展已日益成熟，但相对发达国家水平依然存在一定的差距，因此对于手动变速器的研究依然十分重要。
变速器的分类
从控制上分为手动档变速器、自动档变速器。
从布局传动形式上分纵置变速器、横置变速器
手动档变速器简称MT（manual Transmission)
自动档变速器又分AT、AMT、DCT、CVT、IVT等
AT（Automatic Transmission)绝大多数自动变速器都是AT变速器，吉利曾研发过3AT（三个前进档）；国内最多的是4AT（四个前进档），但是这种技术在日本90年代就开始淘汰了;好像也有5AT（五个前进档），我没接触过；国内好一点的车用的是6AT；比较高端的是8AT，国内的盛瑞研发出来了，能不能大量批产还不清楚，高端的像宝马有采用8AT的；简单的说不同速比对应不同车速范围内，保持车辆输出功率不变，大概是这个意思，这样理论上最省油，但是由于AT采用液力变矩器作为发动机与变速器传递动力的中间桥梁，液力变矩器本身传动效率比较低（低于离合器），所以相对较费油。
AMT（Auto Manual Transmission)电控机械式变速器，很多人把它认为是“手自一体”，这是有局限的，所有自动档的变速器，理论上都可以做成手自一体的。
CVT（ContinuouslyVariableTransmission)无级变速器，理论上最省油，缺点:由于采用钢带传动，受制于钢带的强度，无法承载大扭矩。
日本车用的最多。
DCT（Dual Clutch Transmission）双离合变速器，是自动变速器的一种发展趋势，比AT省油，比AMT舒适性好，可以比CVT承载更大扭矩。是自动变速器的发展趋势之一，但是技术难度大。
大众推出的DSG（直接换档变速器）就是双离合变速器，名称不同而已。
IVT知道这个概念的人绝对不多，业内人士也不见得知道，五十铃研发的一种无极变速器，只用在了五十铃的汽车上，国内有没有不清楚。
手自一体自动变速器的原理及发展
手自一体变速器的原理及结构
原理结构：在结构上，手自一体变速器主要由普通的齿轮箱（和手动变速器一样）、电子控制离合器、自动换档操纵机构和电子控制部分等组成。电子控制离合器的作用是根据需要自动地使离合器分离、接合或者"吊"离合器，工作时由变速器ECU控制步进电机推动离合器拨叉，使离合器分离或接合。自动换档操纵机构的作用是根据需要自动地挂入相应的档位，一般设置两个步进电机，都由变速器ECU来控制。其排档杆的设置和普通自动变速器相似、没有离合器踏板。该变速器的工作实际上是利用自动控制部分来模拟人工的换档工作，正常驾驶时和液压自动变速器没有什么区别，只是在停车时，离合器是分离的，所以如果停在坡道上时，一定要踩刹车，否则会溜车。如果使用手动模式，会觉得好象是在驾驶手排档车一样，动力来得非常直接，还省去了踩离合器的动作，而且不需要一档一档地加减档，可以跳跃加减档。

　　总体上看，手自一体变速器实际上就是一款电控的液压自动变速器，其硬件方面只是在排档杆的操纵台下面增加了三个传感器，分别为加档传感器、减档传感器和手动模式传感器；软件方面，在控制系统里增加了一些手动控制的程序，利用传感器来感知变速器是否处于手动模式，接收加档或减档信号，控制系统根据加减档信号去控制变速器的升档或减档。另外还增加了一些保护措施，例如当发动机转速超过6000转时，控制系统就会发出升档的指令，使变速器自动升档，当发动机转速和车速都比较低时，如果驾驶员加档，则控制系统还是不会发出升档的指令，相反，如果此时档位较高，而驾驶员没有减档，则控制系统就会发出降档的指令，使变速器降入低档位。所以其在本质上和自动变速器没有太大的区别。
另外，在手自一体变速器的控制系统中多增加了三个传感器，如果其中有一个损坏的话，变速器也会被锁档。

发展：如今，随着技术日趋成熟和成本降低等因素，这种以前堪称奢侈的装备离我们普通消费者越来越近。这种手动/自动变速系统首先由德国专业高性能跑车生产厂家保时捷在其911车型上推出，称之为Tiptronic。作为保时捷的扛鼎之作，自问世7年以来，以其高稳定性及领先的科技，在世界范围内广受各方赞誉。它的出现使得高性能跑车不必受限于传统的自动挡的束缚。让驾驶者也能享受手动换挡的乐趣。
手自一体变速器驾驶功能：手动方法：
切换到手动模式后要加档就往加号推一下，减档就往减号推一下，就这么简单，当然，掌握好换档时机是关键，换档时机是加速拉到2000到3000转加档，减速减到1000到2000转左右减档。

手控的档位就是人为操作加档和减档目的是为了增加驾驶乐趣和手动档不同就是没离合器 所以换挡是直接的 但是也根据车速来换不然的话就会伤害汽车了因为在自动模式时换档是根据车速来的而且是定死了不可改变当在手动模式时就可以人为控制根据时机换档，当然换的速度是不可以太离谱的要等速度起来才行。
有人曾做过实验。发现这个和手动的完全不一样，因为手动时一般司机在60时速就上5档了。但手自一体是 1档20时速，2档40时速，3档60时速，4档80时速，到了100时速才上5档不信你可以将车开到90左右。在“D”档的位置拨过去。会发现还是显示4档。至于怎么上档的，你会开车就肯定会。往前推一推上一档。往后拉下一档。除了没有离合器踏板，操作方式和手动挡的一样。
自动方法：
P 停车档，R 倒车档，N 空档，D 行车档， 3、2、1 指强制把变速器限制在某一档以下，比如3 就是把变速器强制限制在3档以下。好了，记住这些，很重要的。如果你知道停车，倒车，行驶，中性这些词英文怎么说，相信比较容易记住那些档位的符号。自动档车的开法之初级：首先，推不动档位杆时千万别用力，99％以上的可能是你做错了什么。比如，SO 车的杆下面有一拉杆，拉上它才能从P 档拉出或推入P 档。在POLO 上，是拇指位置的按钮，需要按下。千万注意，设这机关是为了防止误操作，什么行驶中推入R 档或P 档这些万分危险的动作！1. 停车时必须挂P 档并拉手刹。这里停车是指较长时间停放，人可能离开车辆。2. 发动机只有在P 和N 两个档位可以点火。而且，因为第一点，停车后重新启动时，必定在P 档。一般发动机点火前也无法挂其他档。正确的点火动作：2.1. 把钥匙转1（或2）格；仪表盘上许多灯亮，此时车内的电脑开始自检（相当于PC 的启动），同时，油泵开始工作。几秒钟以后，各灯熄灭。根据车的不同，有的灯点火以后才会熄灭。2.2. 踩下刹车，点火。2.3. 等发动机怠速下降到正常转速，水温表指针开始动以后，踩下刹车，挂D 档，松手刹。2.4. 松刹车，走。上面点火过程同样适用于手动档的车，只是手动档的车必须踩离合点火。如果你认为环保或热车烧掉的一点点汽油比发动机寿命更重要，请跳过热车这一步。3. 和电脑游戏一样，踩油门加速，踩刹车减速。4. 遇见红灯或其他原因需要短时间停一停，踩刹车保持车静止。松刹车起步。5. 长时间停车，比如在铁路道口等火车通过，或者清楚地知道这个红灯时间很长；见第一点。6. 从D档到P 档或R 档，或者从R档挂到D 档之前（车库里可能需要这么做），请确认车已经完全停下。 7. 没了。一句话，前进的时候一直放D 档；后退放R 档；停车离开的时候是P 档。

变速器设计要求
变速器的功用:
1改变传动比,扩大驱动轮转矩和转速的变化范围,以适应经常变化的行驶条件, 如起步、加速、上坡等,同时使发动机在有利的工況下工作;
2在发动机旋转方向不变的前提下, 使汽车能倒退行驶;
3利用空挡,中断动力传递,以使发动机能够起动、息速,并便于变速器换档或进行动力输出。

因此变速器通常还设有倒档, 在不改变发动机旋转方向的情況下汽车能倒退行驶; 设有空档, 在滑行或停车时发动机和传动系能保持分离 。 变速器还应能进行动力输出 。

为保证变速器具有良好的工作性能, 设计变速器必须满足以下的使用条件和基本要求:

1应该合理地选择变速器的本当数和传动比, 使汽车具有良好的动力性和经济性;
2工作可靠,在使用过程中不应该有自动跳档、脱档和换档冲击现象发生;此外,还不允许出现误挂倒档的现象;
3操纵轻便, 以減轻驾驶员的劳动强度;
4传动效力高、噪音小。为了减少齿轮的啮合损央,应设有直接档。此外合理地齿轮形式以及结构参数, 提高其制造和安装精度, 都是提高效率和減小噪声的有效措施 。
5结构紧凑,尽量做到质量轻、体积小、制造成本底。
6制造容易、成本低廉、维修方使、使用寿命长,
7 贯彻零件标准化、 部件通用化及总成系列化等设计要求, 遵守有关标准规定;
8需要时应设置动力输出装置。
手自一体变速器主要结构
液力变矩器；湿式多片离合器；变速器轴分类，档位布置，齿轮形式，换挡结构形式，同步器，轴承形式，操纵机构布置方案，传动方案最终设计，变速器主要参数选择与齿轮设计，轴的结构和尺寸设计（ATautomatic transmission MTmanultransmission
AMT CVT无极变速)
液力变矩器：
湿式多片离合器：
变速器传动机构布置的方案
三轴式与两轴式比较与选择
倒档的布置方案
变速器的主要零部件的结构与分析
齿轮形式
换挡结构形式
自动脱档
轴承型式
变速器操纵机构布置方案
传动方案最终设计（附图）
变速器的主要参数的选择与齿轮设计
挡位数
传动比的确定
中心距
变速器外形尺寸
齿轮参数的选择
各档位齿轮齿数与传动比的计算
变速器齿轮的变位与螺旋角的调整
变速器的设计与计算
齿轮材料选择
各档位齿轮强度校核
轮齿应力强度的校核
轴的结构和尺寸设计
轴的刚度和强度校核