【正文】 ................................................................... 30 齒輪接觸應(yīng)力計(jì)算 ............................................................................................. 32 軸強(qiáng)度校核 .................................................................................................................. 33 軸的剛度驗(yàn)算 ..................................................................................................... 33 軸的強(qiáng)度驗(yàn)算 ..................................................................................................... 36 軸承強(qiáng)度校核 .............................................................................................................. 38 本章小結(jié) ...................................................................................................................... 39 結(jié)論 .......................................................................................................................................... 40 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 41 攻讀學(xué)士學(xué)位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果 .............................................................. 43 致謝 .......................................................................................................................................... 44 第 1 章 緒論 1 第 1章 緒論 雙離合器自動(dòng)變速器 的產(chǎn)生背景 隨著 社會(huì)經(jīng)濟(jì)的 快速 發(fā)展 ，汽車已成為日常中必備的交通工具，步入千家萬戶，人們對(duì)于汽車駕駛的追求已經(jīng)不再是簡(jiǎn)單 的代步工具。 如今 越來越多 汽車公司將生產(chǎn)出來的車輛 裝備 自動(dòng)變速箱， 先后 出現(xiàn)了多種自動(dòng)變速器。為了克服換擋動(dòng)力中斷這一問題，通過巧妙的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將兩個(gè)獨(dú)立的離合器有機(jī)耦合為一體的機(jī)械離合器自動(dòng)變速器， 這樣就可以 充分的利用 傳統(tǒng)變速器的 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、傳動(dòng)效率高、工作可靠 的 優(yōu)點(diǎn) [1]。 DCT的研究目的及意義 現(xiàn) 在 主流車輛上應(yīng)用 的變速箱 有手動(dòng)和自動(dòng)兩種變速箱 ， 他們各有優(yōu)缺點(diǎn)，在不同的駕駛者手里存在不同的感覺。 雙離合式自動(dòng)變速箱 是一種 綜合 傳統(tǒng)的自動(dòng)變速箱的 特 點(diǎn) ， 并發(fā)展了 它們的優(yōu)點(diǎn) 的新一代自動(dòng)變速箱 。 進(jìn)入二十一 世紀(jì)以來隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，我國開始意識(shí)到 能否掌握自動(dòng)變速箱 技術(shù) 的自主研發(fā)在未來汽車發(fā)展中將起到重要影響。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀 雙離合自動(dòng)變速器 最早出現(xiàn)在 二十 世紀(jì) 三十 年代末 ，由 德國 工程師 設(shè)計(jì)出 第一代的 雙離合 變速器 ， 如 下圖 所示。 其動(dòng)力 通 過 雙 個(gè)離合器 分別傳遞 到與他們相連的兩根輸入軸 上 ，相鄰各 擋 的 從 動(dòng)齒輪 分別布置在中間軸上，換擋時(shí)，通過控制兩個(gè)離合器的分離與閉合帶動(dòng)要換擋齒輪 交錯(cuò)與兩輸入軸 上主動(dòng) 齒輪嚙合 ， 不用切斷發(fā)動(dòng) 機(jī)與變速箱之間連接就能實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比的轉(zhuǎn)換。 二十世紀(jì) 70 年代 ， Porsche 把雙離合變速器應(yīng)用到專業(yè)賽車上 。 隨著電腦集成控制技術(shù)快速發(fā)展 ， 對(duì)雙離合式 自動(dòng)變速器的 控制方法有了更大的進(jìn)步空間 ， 并將電子控制的 DCT 應(yīng)用到越來越多的車輛上 。近年來獲得最 大成功的要數(shù) 德國 Volkswagen 公司與 美國 B Warner 聯(lián)合 開發(fā)的 DCT 變速器，如圖 所示。 截至 2020 年底，除 Volkswagen 公司外，已有 Porsche、 BMW、 NISSAN、Ford Motor Company、 Volvogroup、 AudiAG 等多家汽車公司生產(chǎn)裝備 DCT 的車型 [6]。 主要 研究方向也集中在 操控 方面 ，做這些研究的多是大學(xué)研究機(jī)構(gòu)或者車企的相關(guān)研究所。 我國在“ 十一五 ” 863 項(xiàng)目中關(guān)于 “汽車開發(fā)先進(jìn)技術(shù) ”重大項(xiàng)目中 變速器的開發(fā)占了重要比重 。 在 國內(nèi) ，幾大汽車 企 業(yè) 正 在轉(zhuǎn)變發(fā)展方向， 由直接引進(jìn)到自主研發(fā) 自動(dòng)變速器 的過渡。 奇瑞汽車 經(jīng)過近十年的研究，在 國家 863 計(jì)劃的部分 DCT 成功得到展示，奇瑞第一款干式雙離合式自動(dòng)變速器圖 大眾與博格華納合作生產(chǎn)的 DCT 系統(tǒng) 學(xué)士學(xué)位論文 4 裝在車 A520 上 。 安裝雙離合自動(dòng)變速器的車型在中國正在進(jìn)一步受到熱捧，政府和企業(yè)研究機(jī)構(gòu)正加大投入，使自主品牌的 DCT 占有更大的市場(chǎng)份額。通過查閱文獻(xiàn)資料，確定總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，分析 校核 計(jì)算，選擇合適的零部件，并繪制裝配圖即零件圖。 2) 根據(jù)所選總體結(jié)構(gòu)布置方式設(shè)計(jì)本文所要設(shè)計(jì)的變速器擋位和分配傳動(dòng)比；根據(jù)機(jī)械式齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)齒輪軸系的具體結(jié)構(gòu)尺寸；參考相關(guān)車型的雙離合變速箱箱體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)本文的變速箱箱體結(jié)構(gòu)和密封潤(rùn)滑方式。確定本文設(shè)計(jì)的變速箱是否合理 。 現(xiàn)在在汽車上已經(jīng)有比較成熟的雙離合式自動(dòng)變速器，參考同型號(hào)的相關(guān)車型選出本文設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)如表 所示。 DCT的組成和 工作原理 DCT的 組成 雙離合式自動(dòng)變速器 大體可分 為 ： 雙離合器 部分 、齒輪箱和機(jī)電控 制部分 。 本設(shè)計(jì)主要考慮機(jī)械傳動(dòng)部分，即 設(shè)計(jì)主要為 齒輪箱的傳動(dòng)齒輪軸系和齒輪箱箱體的 設(shè)計(jì)。 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 。 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 ，并 把他們放在 一 個(gè) 變速箱內(nèi) 。 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 。 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]。 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。 換其他擋位時(shí)也是如此 。 其控制原理如圖 所示 [1617]。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。 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。 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。 優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。 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(zhǎng)度 ，易使軸彎曲變形 。 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(zhǎng)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。 單中間軸式 DCT ：?jiǎn)?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 。 如圖 所示單中間軸式 DCT 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 缺點(diǎn)：（ 1） 軸 向長(zhǎng)度過 長(zhǎng)。 （ 2）結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 （ 3）傳動(dòng)效率低。 應(yīng)用： 常見于較寬的車型上 。 其結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)圖 如圖 所示。 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。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。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(zhǎng)度大大減小，有效的提高了軸強(qiáng)度。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。 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 。 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。 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]。 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。 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。 其 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 所示。 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) 。 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 。 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 DCT變速箱總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本文設(shè)計(jì)的 DCT 齒輪箱 總體結(jié)構(gòu) 如圖 所示 。 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。 各軸的布置位置如圖 所示。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。 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 DCT的擋位數(shù)和傳動(dòng)比設(shè)計(jì) 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。如圖 所示。 雙離合器自動(dòng)變速 器的 擋位數(shù) 選擇 參考表 。 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。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。 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 。故有： 0 c o s s i n+Tm 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=2020kg 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??176。 ?max —道路最大阻力系數(shù) r —驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑 ,驅(qū)動(dòng)車輪滾動(dòng)半徑根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)為 r = emaxT —發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，即 ?m 0i —主減速比 ， 轎車 0i 在 3~ 之間，取 0i = ?T —汽車傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率，有極機(jī)械變速器傳動(dòng)系的轎車，其傳動(dòng)效率可取為~，取為 帶入 式（ 32） 數(shù)據(jù)