【文章內(nèi)容簡介】 理 現(xiàn)在主流的自動(dòng)變速箱都 只有 一臺(tái) 離合器，換擋 過程 要 分為三個(gè) 步驟 ： 第一步 離合器分離 ，第二步 撥叉撥動(dòng)同步器換擋 ，第三步 離合器 再 結(jié)合， 所有的擋位切換都要完成這三步 。 駕駛 者 在換擋時(shí) 要先 踩下離合器踏板， 使 離合器斷開接觸 ，再另所掛擋齒輪嚙合， 完成齒合后再松開離合器，再接通發(fā) 動(dòng)機(jī)動(dòng)力，這就不能實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞的連續(xù)性 。 雙離合 式 自動(dòng)變速器 的 傳動(dòng)部分 是 機(jī)械式齒輪傳動(dòng)，與傳統(tǒng)的手動(dòng)變速器相似。 其工作原理可以 理解 為 兩臺(tái) 手動(dòng)變速箱 分別工作，每當(dāng)換擋時(shí)總是兩臺(tái)變速箱交替工作 ，學(xué)士學(xué)位論文 6 并 把他們放在 一 個(gè) 變速箱內(nèi) 。 汽車 運(yùn)行時(shí)， 總有一個(gè)擋位的 齒輪 組 嚙合， 在駕駛者根據(jù)路況要換擋時(shí) ， 車載 電腦 會(huì) 根據(jù)汽車 在不同路 況的 行駛 對(duì)駕駛者的換擋意圖做出判斷，并且預(yù)先準(zhǔn)備將 另一臺(tái)離合器 接合，實(shí)際上還沒有接合 ；當(dāng)換擋時(shí)， 使用中的離合器分離，帶動(dòng)使用中 擋位 的齒輪與發(fā)動(dòng)機(jī) 傳來動(dòng)力中 斷， 同時(shí)另一臺(tái)離合器 閉合 ，已被預(yù)先準(zhǔn)備掛擋的齒輪嚙合。 在 車輛形式過程中，每個(gè)擋位的轉(zhuǎn)換始終都會(huì)有 一 個(gè) 擋 位的 齒輪在輸出動(dòng)力，從而不會(huì) 發(fā)生 動(dòng)力 傳遞 中斷的 情形 。換 擋 時(shí) 只要 切換 雙 離合器 交替閉合與斷開就行 ，所以， 變速器 擋 位數(shù)量的多少， 對(duì) DCT 的工作原理都 不會(huì)有影響 。 從換擋開始到結(jié)束 時(shí)間不會(huì)超過 ， 不會(huì) 讓駕駛者感到換擋 時(shí) 所 產(chǎn)生的不流暢 [15]。 以 雙中間軸式布置的自動(dòng)變速器 換擋過程為例， 其 運(yùn)動(dòng) 簡圖如下圖 所示。 如圖 所示， 車輛在行駛時(shí)需要 從 2 擋 掛到 3 擋 時(shí) 的換擋過程 的 動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)輸入軸 —離合器 2—2 擋主 動(dòng)齒輪 —2 擋被動(dòng)齒輪 —同步器 —中間軸 —差速器 —輸出軸。掛到 3擋后，車載 電 腦 會(huì)根據(jù)不同路況的行駛情況進(jìn)行判斷，如果車速減慢，則會(huì)預(yù)掛2 擋，如果車輛加速行駛，則會(huì)判斷可能要加速，預(yù)掛 4 擋。 換其他擋位時(shí)也是如此 。 圖 雙離合自動(dòng)變速器內(nèi)部 運(yùn)動(dòng)簡 圖 第 2 章 DCT 的 總體方案 7 DCT 完成換擋過程與 液力自動(dòng)變速器的換擋 時(shí)的控制 過程 相同 。 其控制原理如圖 所示 [1617]。 現(xiàn)在國內(nèi)車上比較常用 的 自動(dòng)變速器 是五擋的，五擋為最高速度的直接擋，進(jìn)口車型或者中高檔車型有使用六擋自動(dòng)變速箱的， 最高檔可設(shè)置成超速擋，次高擋為直接擋 。乘用車 的 變速器 一般都只設(shè)置 一個(gè) 倒擋， 只有少數(shù)跑車等車型才會(huì)有兩個(gè)倒擋。雙離合式自動(dòng)變速器的擋位設(shè)置也遵循主流擋位設(shè)計(jì)，但倒擋的布置卻根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同會(huì)有兩種形式。 一種 是倒擋只用 一個(gè)惰輪 傳遞動(dòng)力，這就造成這個(gè) 惰輪 要 同時(shí) 承受來自 主動(dòng)齒輪 與 中間軸上 所帶來的彎曲應(yīng)力影響。 第二種 倒擋 是布置兩個(gè) 惰輪， 兩個(gè)惰輪在一根倒擋軸上， 一個(gè)倒擋齒輪和輸入軸上的齒輪連接帶動(dòng)倒擋軸轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)倒擋齒輪通過倒擋軸再與倒擋輸出齒輪嚙合，傳出動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)車輛倒退，這樣設(shè)計(jì)使每個(gè)倒擋齒輪只受一次彎曲載荷，工作環(huán)境更穩(wěn)定，還可以增大倒擋傳動(dòng)比 [18]。 DCT 的結(jié)構(gòu)有多種設(shè) 計(jì)形式，在本文中按照齒輪軸的中間軸 布置形式分為 ， 可以 將其 分為兩軸式、單中間軸和雙中間軸式三種型式。 兩軸式 DCT：不布置 中間軸， 將各擋主動(dòng)齒輪按奇偶擋分別布置在實(shí)心 輸入軸 與空心輸入軸 上 ，與他們嚙合的從動(dòng)齒輪布置在輸出軸上，掛擋時(shí) 動(dòng)力傳輸直接 從輸出軸 輸出 ， 如 圖 所示 。 優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。 缺點(diǎn) ：（ 1）擋位 不能過多。 由于兩軸式變速器的擋位都是布置在 實(shí)心輸入軸和輸出軸 上， 擋位數(shù)過多 時(shí) ，會(huì)增加 軸向 長度 ，易使軸彎曲變形 。 （ 2）噪聲大，磨損較大。 車圖 雙離合器自動(dòng)變速系統(tǒng)控制原理圖 學(xué)士學(xué)位論文 8 輛行駛時(shí)，高擋位使用時(shí)間更久 ，而兩軸式 沒有直接擋，因此 長時(shí)間 使用 高擋 位 工作 會(huì)造成 齒輪和軸承均 受較大負(fù)荷 ，噪聲 大，也增 加了磨損。 應(yīng)用：這種布置多在中、小型轎車上常見。 單中間軸式 DCT ：單 中間軸 式 自動(dòng)變速器 動(dòng)力傳輸過程是 通過發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力 — 雙離合器 — 輸入軸 — 各擋 齒輪副 — 中間軸 — 輸出軸齒輪 — 輸出軸 。輸入軸 和 輸出軸 同軸線布置 ，中間軸平行 布置 外側(cè) 。 如圖 所示單中間軸式 DCT 結(jié)構(gòu)簡圖。 優(yōu)點(diǎn)： 能夠布置直接擋 。 缺點(diǎn)：（ 1） 軸 向長度過 長。 與兩軸式一樣，單 中間軸式 DCT 的各擋位齒輪都沿軸向布置，擋位數(shù)過多會(huì)增加軸的長度，使軸強(qiáng)度剛度較低，易變形，不穩(wěn)定。 （ 2）結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 每 擋的從動(dòng)齒輪都經(jīng)過中間軸再傳遞回輸入軸，增加長度的同時(shí)還要保證剛度，在中間軸中間要布置支撐保證強(qiáng)度，使箱體變復(fù)雜。 （ 3）傳動(dòng)效率低。 只有在最高速擋運(yùn)行時(shí)傳動(dòng)效率才比較高，其他擋位傳動(dòng)效率都不高 。 應(yīng)用： 常見于較寬的車型上 。 圖 兩軸式 DCT 傳動(dòng)簡圖 第 2 章 DCT 的 總體方案 9 雙中間軸 DCT： 布置有兩根中間軸， 兩根中間軸上分別布置者奇數(shù)擋位和偶數(shù)擋位，奇 數(shù) 擋 位的 齒輪 與實(shí)習(xí)輸入軸 連接，偶數(shù)擋位的齒輪與 空心輸入軸 連接 ，換擋時(shí) 通過控制 雙離合器 的閉合與 分離，帶動(dòng)實(shí)心輸入軸 上擋位的齒輪輸出動(dòng)力或 空心輸入軸 上的齒輪輸出動(dòng)力。 其結(jié)構(gòu) 簡圖 如圖 所示。 優(yōu)點(diǎn)：（ 1）軸向尺寸較小。 奇偶擋從動(dòng)齒輪分別布置在兩根 中間軸 上，能有效 減小軸向尺寸。（ 2） 能 布置多 個(gè) 擋位 。把擋位分為奇偶擋分別布置在兩根中間軸上，使結(jié)構(gòu)緊湊，減小了軸向尺寸和變速器的尺寸。 （ 3）軸強(qiáng)度高。相對(duì)于單中間軸和兩軸式布置的變速器，雙中間軸布置使軸向長度大大減小，有效的提高了軸強(qiáng)度。 圖 雙中間軸式 DCT 結(jié)構(gòu)簡圖 圖 單中間軸式雙離合器自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)簡圖 學(xué)士學(xué)位論文 10 缺點(diǎn)：（ 1）徑向尺寸變大。由于采用兩根中間軸與輸入軸的平行布置，在減少軸向尺寸的同時(shí)，徑向尺寸不得不變大。（ 2）傳動(dòng)效率較低。 每一擋位 的動(dòng)力輸出都要經(jīng)過至少 兩對(duì)齒輪嚙合才能將動(dòng)力輸出， 每一級(jí)齒輪傳動(dòng)都會(huì)使傳動(dòng)效率變低，在三種布置中，它的效率最低 。 應(yīng)用：常用 在 前置前驅(qū)動(dòng)乘用車 上 ，或 在需要較大轉(zhuǎn)矩的車型中。 雙離合器的分析及選用 DCT 的 第一部分為雙離合器 ，雙 離合器的選擇是設(shè)計(jì)變速箱的第一步。 從 Luk 公司 提供的離合器負(fù)載指數(shù)和能力指數(shù)的對(duì)比圖，讓我們對(duì)離合器的選用有了更為明確的方向， 如圖 所示 。 在 選擇 雙離合器用 干式 還是 濕式時(shí) ，可以根據(jù)表 所提供的兩種離合器性能對(duì)比進(jìn)行綜合考慮 [19]。 結(jié)合圖 和表 的分析可以知道： 濕式雙離合器有快速冷卻裝置，能使離合器因?yàn)槟Σ廉a(chǎn)生的熱量迅速冷卻，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。 而與之相比 ，膜片彈簧 在干式離合器上的使用彌補(bǔ)了它尺寸大的不足，同時(shí)還使干式離合器更易于制造，傳動(dòng)效率也變高，唯一的不足就是不能提供大的轉(zhuǎn)矩，只能應(yīng)用于輕型車上。 圖 負(fù)載指數(shù)和能力指數(shù)對(duì)比分析 第 2 章 DCT 的 總體方案 11 表 兩種離合器 的性能比較 項(xiàng)目 干式 DCT 濕式 DCT 熱負(fù)荷性能 低 高 負(fù)載性能 ~ 250 ~ 傳動(dòng)效率 90%左右 85%左右 燃油經(jīng)濟(jì)性 高 較高 成本及維護(hù) 成本低、易維護(hù) 成本較高、不易維護(hù) 結(jié)構(gòu) 簡單緊湊 復(fù)雜 質(zhì)量 輕 較重 適用車型 中、小型乘用車 大型轎 車、越野車、賽車 儲(chǔ)備系數(shù) 大 小 換擋可控性 好 較好 DCT總體設(shè)計(jì)方案 的確定 根據(jù)上述 DCT 的 組成 、 工作原理 和 所確定的傳動(dòng)方案 ，并 結(jié)合本文 參考 的原型車特點(diǎn)和要求，確定 本文 所要 設(shè)計(jì)的 DCT 總體方案： ① 通過雙離合器的選擇分析 ， 本文 采用干式雙離合器的結(jié)構(gòu) 。 ② 通過對(duì) 常見的 三種 DCT 結(jié)構(gòu) 優(yōu)缺點(diǎn) 及其適用的乘用車的布置形式 的分析 ， 確定了 采用 雙中間軸式 DCT 的布置形式： 1 擋 、 2 擋 、 3 擋和 4 擋 布置在中間軸 1 上， 5 擋和6 擋 以及 倒 擋 布置在中間軸 2 上 ，外加一根倒擋軸用于布置倒擋的兩個(gè)惰輪。 1 擋和倒擋齒輪工作時(shí) 承受較大的載荷 ， 設(shè)計(jì)時(shí) 一般 都把它們放 在支撐附近。 其 結(jié)構(gòu)簡圖如圖 所示。 圖 雙中間軸式 DCT 結(jié)構(gòu)簡圖 學(xué)士學(xué)位論文 12 ③ 箱體 的設(shè)計(jì)和潤滑密封 要參考有關(guān)車型的變速箱結(jié)構(gòu)，還要考慮齒輪軸的裝配和變速箱在整車上的安裝。 本章小結(jié) 本章詳述了雙離合器自動(dòng)變速器的基本工作原理和結(jié)構(gòu) 特點(diǎn) 。 雙離合器自動(dòng)變速器的基本工作原理相當(dāng)于采用了兩個(gè)機(jī)械式自動(dòng)變速器交替工作，使車輛在行駛換擋過程中實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的 不中斷 傳 遞 。 分析了 DCT 的 三種布置形式 的 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ， 通過分 析比較 最終確定了 雙中間軸式布置的 機(jī)械式齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)， 變速器具有軸向間距小，能夠布置 6個(gè) 擋 位， 安裝在 前置發(fā)動(dòng)機(jī) 的 車輛上 。 比較 了 干式與濕式 雙離合器的特性， 通過性能分析、適用范圍分析以及參考同類型車型的相關(guān)應(yīng)用 選出本設(shè)計(jì)的雙離合器為 干式雙離合器 。 第 3 章 DCT 變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 13 第 3章 DCT變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 本文設(shè)計(jì)的 DCT齒輪箱 總體結(jié)構(gòu) 如圖 。 兩根輸入軸分別與雙離合器相連，換擋時(shí)通過 對(duì) 兩個(gè)離合器的離合 ， 控制兩根輸入軸傳遞動(dòng)力。 1擋、 2擋、 3擋和 4擋從動(dòng)齒輪布置在中間軸 1 上， 5 擋和 6 擋從動(dòng)齒輪布置在中間軸 2 上，并且奇數(shù)擋主動(dòng)齒輪布置在實(shí)心輸入軸上，偶數(shù)擋主動(dòng)齒輪布置在空心輸入軸上，倒擋采用兩個(gè)惰輪布置在倒擋軸上。從 動(dòng)齒輪通過同步器與輸出軸連接傳遞動(dòng)力。 各軸的布置位置如圖 所示。 圖 雙中間軸式變速箱裝配圖 1— 2 擋齒輪； 2— 4 擋齒輪； 3— 3 擋齒輪； 4— 1 擋齒輪； 5— 5 擋齒輪； 6— 倒擋齒輪 R1； 7— 6 擋齒輪； 8— 倒擋齒輪 R2； 9— 倒擋軸； 10— 中間軸 2； 11— 空心輸入軸； 12— 實(shí)心輸入軸； 13— 中間軸 1 變速箱采用整體式箱體，分為兩部分，主箱體主要是安裝齒輪軸系，箱體蓋主要是用于離合器的安裝和變速箱整體安裝在車上。箱體兩部分采用密封圈密封，也用調(diào)整 軸 學(xué)士學(xué)位論文 14 向間隙。各部件具體設(shè)計(jì)過程如下。 圖 各軸的空間布置 1— 中間軸 1； 2— 實(shí)心輸入軸與空心輸入軸； 3— 倒檔軸； 4— 中間軸 2 DCT齒輪箱 結(jié)構(gòu)基本參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算 本設(shè)計(jì)采用的是六擋自動(dòng)變速器，計(jì)算具體齒輪軸系需要先確定各擋的傳動(dòng)比，再根據(jù)傳動(dòng)比和齒輪模數(shù)才能設(shè)計(jì)出具體齒輪輪軸系的布置位置。 ① 擋位數(shù)的選擇 本 文 設(shè)計(jì)的車型 變速箱的安裝為 前橫置 ，發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器安裝在同一軸線上。如圖 所示。 第 3 章 DCT 變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 15 目前在所有 小型和中型的車輛通常都采用前橫置傳動(dòng)系，前橫置傳動(dòng)布置能夠?yàn)槌擞密噦鬟f更大轉(zhuǎn)矩，同時(shí)能提高其強(qiáng)度與剛度。 雙離合器自動(dòng)變速 器的 擋位數(shù) 選擇 參考表 。 表 擋位的 最優(yōu)組合 轉(zhuǎn)矩 手動(dòng)變速器 自動(dòng)變速器 180Nm 5 擋 6 擋 180~350 Nm 6 擋 6 擋 350 Nm 6 擋 6 擋 根據(jù)整車設(shè)計(jì)參數(shù)選擇設(shè)計(jì)為 6 擋 變速器，即有六個(gè)前進(jìn)擋和一個(gè)倒退 擋 構(gòu)成 [2022]。 ② 傳動(dòng)比的初步確定 變速器的設(shè)計(jì)步驟先從傳動(dòng)比的計(jì)算開始。汽車變速器的 直接擋 傳動(dòng)比為 ， 超速擋 的 傳動(dòng)比為 ～ 。本設(shè)計(jì)為六 擋 變速器，其中五 擋設(shè) 為直接 擋 ，即傳動(dòng)比為 1，六 擋 為超速 擋 ，傳動(dòng)比小于 1。 傳動(dòng)比的確定要先確定最低擋的傳動(dòng)比，再根據(jù)初定的直接檔計(jì)算出其它擋位傳動(dòng)比。 1 擋傳動(dòng)比的確定主要考慮兩方面：一是汽車爬最大坡度時(shí)用 1 擋傳動(dòng)，輸出扭矩最大；二是在 1 擋低速行駛時(shí)，車輛在路面上不能出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輪打滑現(xiàn)象 。 汽車爬坡 為最大角度 時(shí) ，需要用最大轉(zhuǎn)矩 ， 即掛 1 擋行駛，此時(shí)行駛速度很慢， 忽略 空氣阻力 ， 轉(zhuǎn)化成物理受力分析， 則最大驅(qū)動(dòng)力 要大于等于 輪胎與地面間的滾動(dòng) 摩擦 力及汽車重量在沿斜面的分力 。故有： 0 c o s s in+T m a x m a xe m a x g 1 ar mx T i i η m g f = m gr? ? ? ? ? ? ? ??? (31) 圖 前橫置布置的發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱 學(xué)士學(xué)位論文 16 則由 式（ 31） 可計(jì)算出車輛爬 最大 坡度 時(shí)所需要的 傳動(dòng)比為 范圍 ： 1 0 ?? ????? max rg emax Tmg ri Ti (32) 式中： m—汽車總質(zhì)量，由設(shè)計(jì)參數(shù)得 m=2021kg g—重力加速度， g=f—滾動(dòng)阻力系數(shù)，選 max? —最大爬坡角，乘用車的最大爬坡度約為 30%，即 max?? ，取