中北大学关于汽车变速器的研究.docx
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中北大学关于汽车变速器的研究
毕业设计说明书
关于汽车变速器的研究
班级：
学号：
软件学院
姓名：
软件工程
学院：
王庆明郑智贞
专业：
指导教师：
2014年6月
关于汽车变速器的研究
摘要
发动机的输出转速非常高，最大功率及最大扭矩在一定的转速区出现。
为了发挥发动机的最佳性能，就必须有一套变速装置，来协调发动机的转速和车轮的实际行驶速度。
这就是汽车变速器。
它是一套用于来协调发动机的转速和车轮的实际行驶速度的变速装置，通过换挡可以改变传动比，改变发动机曲轴的转拒，使发动机工作在其最佳的动力性能状态下工作。
本文讲述了当今汽车工业发展背景下车辆变速器的现状及其发展趋势。
重点分析了各类变速器的工作原理及内部构造，以及他们各自在实际应用中的优缺点及适用范围。
在充分了解基础结构的情况下去研究新型变速器在性能上的改进是如何在构造原理上体现的，并对乘用车领域和商用车领域变速器研究开发的现状及未来发展趋势。
介绍了目前国内外在车辆变速器制造方面的一些先进技术及在的应用。
阐述了各类先进制造技术在汽车变速器上的应用趋势。
对相关制造设备业的发展提出了若干建议。
关键词：
汽车变速器，工作原理，应用趋势
Researchonautotransmission
Abstract
Theoutputoftheenginespeedisveryhigh,thespeedofthemaximumpowerandtorqueinacertainarea.Ordertoplaythebestperformanceoftheengine,youmusthaveavariablespeeddevice,tocoordinatethespeedoftheengineandtheactualspeedofthewheel.Thisisautotransmission.Itisatocoordinatefortheenginespeedandtheactualspeedofthewheelspeedchangedevice,byshiftcanchangethetransmissionratio,thechangeoftheenginecrankshaftturn,maketheengineworkintheconditionofitsoptimaldynamicperformance.
Thisarticletellsthestoryoftoday'sautomobileindustrydevelopmentunderthebackgroundofpresentsituationanddevelopmenttrendofvehicletransmission.Analysestheworkingprincipleofallkindsoftransmissionandtheinternalstructure,andtheirrespectiveadvantagesanddisadvantagesandapplicablescopeinpracticalapplication.Structureisthebasisoffullunderstandingthenewtransmissionontheperformanceofhowtoimproveonthestructureprinciple,andthepassengercarandcommercialvehicletransmissionresearchpresentsituationandfuturetrendofdevelopment.Athomeandabroadareintroducedintermsofvehicletransmissionmanufacturingsomeoftheadvancedtechnologyandtheapplication.Allkindsofadvancedmanufacturingtechnologyintheapplicationofautotransmissiontrend.Thedevelopmentofmanufactureofrelatedequipment,someSuggestionsareputforward.
Keywords:
Autotransmission,workingprinciple,tendencyofapplication
目录
1引言1
1.1本课题研究的目的和意义1
1.2本课题研究现状和发展2
2汽车变速器的初步认识3
2.1汽车变速器的作用3
2.1.1在较大范围内改变汽车行驶速度的快慢和汽车驱动轮上扭矩的大小3
2.1.2实现倒车行驶3
2.1.3实现空档3
2.2变速器的分类3
3自动挡变速器的研究4
3.1自动挡变速器的现状及发展4
3.1.1总述4
3.2自动变速器的特点4
3.2.1良好的行驶性能5
3.2.2操纵简单5
3.2.3高行车安全性5
3.2.4降低废气排放5
3.2.5可以延长发动机和传动系的使用寿命5
3.2.6提高生产率6
3.2.7提高了汽车的平顺性6
3.3自动变速器的基本组成6
3.3.1液力变矩器6
3.3.2变速齿轮机构6
3.3.3供油系统7
3.3.4自动换挡控制系统7
3.3.5换挡操纵机构7
3.4工作原理分析7
3.5自动变速器分类8
3.6自动变速器的主要生产厂家及维修等注意事项9
3.6.1国内外装配自动变速器比例9
3.6.2发达国家自动变速器维修模式9
3.6.3提高自动变速器一次修复率的方法10
3.6.4自动变速器安装注意事项10
3.6.5自动变速器使用规则11
3.7自动挡汽车变速器的技术进步12
3.7.1自动变速器技术的发展12
4手动挡汽车变速器的研究16
4.1手动变速器概述16
4.2手动变速器的分类17
4.3手动变速器的结构17
4.3.1两轴式17
4.3.2三轴式21
4.4设计细节21
4.4.1手动变速箱的齿轮组21
4.4.2关于换挡动作的控制形式21
4.4.3同步器22
4.4.4设计要求22
4.5手动变速器的改进22
4.5.1六速自动变速箱22
5手自一体变速器25
5.1概述25
5.2工作原理25
6变速器发展总体趋势及先进制造技术的应用27
6.1变速器发展总体趋势27
6.2现代设计技术的应用27
6.2.1概述27
6.2.2先进制造工艺及技术的应用27
6.2.3制造自动化技术应用28
6.2.4关注新工艺的推广应用29
6.2.5关注材料强化手段29
6.2.6关注制造时效性29
6.3对制造设备发展的一些建议30
6.3.1加强绿色制造技术的应用30
参考文献31
致谢33
1引言
1.1本课题研究的目的和意义
随着汽车工业的迅速发展,车型的多样化、个性化已经成为汽车重点的发展趋势，而变速器设计是汽车设计中重要的环节之一。
汽车变速器是影响整车经济性、动力性、舒适性的重要总成。
手动变速器具有结构简单、功率大、效率高、成本低等优势，但自动变速器已成为中国车企市场竞争的重要阵地。
随着消费者对汽车知识的积累和消费意识的提高，尤其是部分消费者购置家用第二部汽车时，汽车整车的市场竞争将从产品竞争转向技术、质量和品牌的竞争。
作为动力系统的重要组成部分，变速器是消费者在购买决策时的重要考虑因素。
中国乘用车（即轿车、SUV、MPV之和，不包括交叉乘用车）变速器虽仍以手动变速器为主，但手动变速器整体份额却在逐年下降。
美国汽车资讯公司CSM数据分析显示，2007年中国乘用车自动变速器市场占比为36%，2013年上升至45%左右。
而IHSGlobalInsight的最新数据显示，从2005年至2009年，手动变速器在中国乘用车市场的份额已从65%降至63%，而自动变速器的份额则从35%升至37%。
IHSGlobalInsight预测，到2015年自动变速器在中国乘用车市场的份额将进一步提升至47%。
图1.1手、自动汽车变速器比例分析表
与乘用车一般作为消费品不同，商用车主要用于生产经营，追求营运效益，因此对成本比较敏感。
手动变速器的生产及维修较自动变速器更简单，可以降低商用车的购买和使用成本。
因此在商用车变速器配备上，目前基本是手动变速器一统天下。
表1.1商用车需求量分析表
市场经济形势下，特别是当前国家对汽车变速器产品还拿不出完整规划的情况下.引进更先进的汽车变速器。
改进现有的变速器。
从市场广度开发转变为深度开发，使产品系列化，标准化，通用化。
只有组织好精益生产，降低成本，提高产品质量，才能逐步缩短同世界先进技术水平的差距。
1.2本课题研究现状和发展
从现代汽车变速器的市场状况和发展前景来看，全世界的各大广商都对提高AT的性能和研制无级变速器CVT表现积极，汽车业界非常重视CVT在汽车上的实用化进程。
然而,无级变速器技术难度很大，发展相对较慢,因而成为世界范围内尚未解决的难题之一。
目前世界上装车较多的汽车变速器是手动变速器、金属带链式无级变速器、电控液力自动变速器、双离合变速器、电控机变速器及环形锥盘滚轮牵引式无级变速器等数种，并各自具有优势，其中金属是无级变速器前景最看好。
ECT变扭器中的自动变速器油液在高速运动中，由于油液分子间的摩擦和油液分子与各工作轮叶片间的摩擦所消耗的部分能量与泵轮、涡轮狭窄处油液剪切等原因会产生油液温度升高造成成功率损失，存在传动效率低油耗较大的不足，另外存在结构复杂、成本高及维修难度大等明显缺点。
欧洲哥特拉克变速箱公司开发的电控机械自动变速器则克服了AT效率低等缺点。
与AT相比，具有更大的发展优势。
可是，AMT依旧需要复杂的电控系统来控制。
据该公司预测，到2008年，欧洲的50％的ＭＴ将会被AMT替代，同时部分市场也将会被占领。
总之，变速器是除发动机之外的主要装置之一，伴随着汽车汽车技术更新换代和市场需求，在想实现理想变速器发展过程中将会取得更大的成就。
变速器会应对市场朝传动效率高、低油耗、操控舒适、轻柔、环保与低噪音方向发展，汽车变速器市场的需求量将会继续持续增长。
2汽车变速器的初步认识
2.1汽车变速器的作用
2.1.1在较大范围内改变汽车行驶速度的快慢和汽车驱动轮上扭矩的大小
汽车行驶条件不相同，从而要求汽车行驶速度和驱动扭矩能在很大范围内变化。
而汽车发动机的特性是转速变化范围较小，而转矩变化范围更不能满足实际路况需要，这时候就需要汽车变速器去发挥作用。
它可以改变传动比，扩大驱动轮转速和转矩的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，同时使发动机在有利（功率较高而油耗较低）的工况下工作；
2.1.2实现倒车行驶
汽车发动机曲轴一般都是只能向一个方向转动，而汽车有时需要倒退行驶，因此，往往利用变速箱中设置的倒档来实现在发动机旋转方向不变情况下使汽车倒车行驶。
2.1.3实现空档
当离合器接合时，变速箱可以不输出动力。
例如可以保证驾驶员在发动机不熄火时松开离合器踏板且离开驾驶员座位。
变速箱由变速操纵机构和变速传动机构两部分组成。
变速传动机构的主要作用是改变转矩和转速的数值和方向。
操纵机构的主要作用是控制传动机构，实现变速器传动比的变换，利用空挡，中断动力传递，使发动机能够起动、怠速，并便于变速器换档或进行动力输出。
2.2变速器的分类
通俗上我们把发动机分为手动变速器（MT），自动变速器（AT），手自一体变速器（AMT），无级式变速器（CVT），双离合变速器（SG）。
手动变速器（MT），皮带取代了自动挡变速箱的传动齿轮，每个滑轮其实是由两个锥形盘组成的V形结构，引擎轴连接小滑轮，透过钢制皮带带动大滑轮。
其比传统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，使汽车的车速变化平稳，没有传统变速器换挡时那种“顿”的感觉。
无级变速器属于自动变速器的一种，但它能克服普通自动变速器“突然换挡”、油门反应慢、油耗高等缺点。
优点：
操控平顺，动力输出平滑顺畅，富有驾驶乐趣，燃油经济性大大提高甚至达到手动挡车型的水平。
缺点：
成本较高，另外，由于钢制皮带本身的承受力有限，因此大排量大扭矩的轿车不太适合。
3自动挡变速器的研究
3.1自动挡变速器的现状及发展
3.1.1总述
随着科学技术的不断进步，汽车工业相应得到了迅速发展。
如何快速而平稳地把发动机的动力传递到驱动车轮上，是影响汽车操纵方便性与平顺性的关键之所在，要想解决好这些问题，首先要了解自动变速器技术特别是液力变矩器等相关技术的发展。
汽车自动变速器目前在国际上已成为发展趋势。
与传统的手动变速器相比，汽车自动变速器在节能、可操控和驾驶舒适性等方面有显著优势。
因此，自动变速器在汽车工业发达国家和地区的市场占有率越来越高。
当前，自动变速器在美国汽车市场上的占有率接近90%，在日本汽车市场上占有率在80%以上，在欧洲乘用车市场上占有率在50%以上，而在我国目前6000多万辆的汽车保有量中，自动挡车约占10%以上。
在美国,AT（液力自动变速器）占有绝对优势。
这主要是因为其自动变速器发展较早，消费者要求汽车必须操控简单,驾乘舒适，且对油耗并不敏感。
这种消费习惯造就了美国以AT为主的自动变速器市场。
欧洲消费者注重驾驶体验和驾驶乐趣,喜欢手动操控对机械带来的控制感,并且对油耗比较看重，所以自动变速器发展空间一直不大。
具有节能和运动特性的DCT（双离合器式自动变速器）出现后,立刻成为欧洲市场的宠儿。
日本是世界上CVT（无级变速器）装车率最高的市场。
日本消费者对CVT这种可以使发动机一直工作在同一转速区间保持低噪声并连续加速的变速器青睐有加。
在我国,自动变速器市场近些年每年都在以20%的速度增长，但毕竟起步晚,基础薄弱,大量自动变速器仍然依赖进口。
自主品牌企业开发了一些新产品，但多数没有形成产业化,产品技术路线也不是十分清晰。
3.2自动变速器的特点
液力自动无级变速器也存在不足，如传动效率较低，结构复杂等。
但因其无比优越的性能，自动无级变速器的应用仍相当普及。
目前,国内大多数汽车采用手动变速器，手动变速器因采用机械传动，故传动效率高、工作可靠、结构简单。
但是，因其动载荷大，易使零件过早地磨损。
特别是手动变速器要求驾驶员在外界条件比较复杂的情况下，频繁地操纵离合器和换挡，增加了驾驶员的负担，使驾驶员易于疲劳，也不利于安全行车。
自动变速器能进行繁复的加速、减速变速器换挡等功能，具有变速平滑、驾驶轻便等优点。
可以根据发动机的工况和车速情况，自动选择挡位，而且具有很多显著特点。
3.2.1良好的行驶性能
自动变速装置的挡位变换不但快而且平稳，提高了汽车的乘坐舒适性。
通过液体传动和微电脑控制换挡，可以消除或降低动力传递系统中的冲击和动载，这对在地形复杂、路面恶劣条件下作业的工程车辆、军用车辆尤为重要。
试验表明，在坏路段行驶时，自动变速器的车辆传动轴上，最大动载转矩的峰值只有手动变速器的20%～40%。
原地起步时最大动载转矩的峰值只有手动变速器的50%～70%，且能大幅度延长发动机和传动系零部件的寿命。
3.2.2操纵简单
只需设置液压工作阀的位置，自动变速器就可以根据需要进行自动加挡和减挡，省去了起步和换挡时踏离合器、更换变速杆位置和放松油门等复杂的操作规程，大大减小了驾驶员的劳动强度。
3.2.3高行车安全性
在车辆行驶过程中，驾驶员必须根据道路、交通条件的变化，对车辆的行驶方向和速度进行改变和调节。
以城市大客车为例，平均每分钟换挡3～5次，而每次换挡有4～6个手脚协同动作。
正是由于这种连续不断的频繁操作，使驾驶员的注意力被分散，而且容易产生疲劳，造成交通事故增加；或者是减少换挡，以操纵油门大小代替变速，即以牺牲燃油经济性来减轻疲劳强度。
自动变速的车辆，取消了离合器踏板和变速操纵杆，只要控制油门踏板，就能自动变速,从而减轻了驾驶员的疲劳强度，使行车事故率降低，平均车速提高。
3.2.4降低废气排放
发动机在怠速和高速运行时，排放的废气中,CO或CH化合物的浓度较高，而自动变速器的应用，可使发动机经常处于经济转速区域内运转，也就是在较小污染排放的转速范围内工作,从而降低了排气污染。
3.2.5可以延长发动机和传动系的使用寿命
因为自动变速器采用液力变矩器和发动机“弹性”连接，外界的冲击负荷可以通过藕合器缓冲，有过载保护的功能。
在汽车起步换挡、制动时能吸收振动，相应减小了发动机和传动系的动载荷。
3.2.6提高生产率
换挡时功率基本没有间断，可保证汽车有良好的加速性和较高的平均车速，使发动机的磨损减少，延长了大修间隔里程，提高了出车率。
3.2.7提高了汽车的平顺性
因采用液力变矩器在汽车起步时，车轮上的牵引力逐步增加，无振动并减少车轮滑动，使起步容易平稳。
汽车在行驶中的稳定车速也可以降到最低，甚至为零。
行驶阻力增大时，发动机也不会出现熄火。
但自动变速器缺点是:
与手动变速器相比，其结构较复杂，零件加工难度大，生产成本较高，修理也较麻烦。
另外自动变速器的传动效率不够高，当然，通过与发动机的匹配优化、液力变矩器锁止、增加挡位数等措施，可使自动变速器的传动效率效率接近手动变速器的水平，同时也存在油耗大，容易发热，档位少的换挡有冲突，维修成本高等缺点[1]。
3.3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。
3.3.1液力变矩器
液力变矩器位于自动变速器的最前端，安装在发动机的飞轮上，其作用与采用手动变速器的汽车中的离合器相似。
它利用油液循环流动过程中动能的变化将发动机的动力传递自动变速器的输入轴，并能根据汽车行驶阻力的变化，在一定范围内自动地、无级地改变传动比和扭矩比，具有一定的减速增扭功能。
3.3.2变速齿轮机构
自动变速器中的变速齿轮机构所采用的型式有普通齿轮式和行星齿轮式两种。
采用普通齿轮式的变速器，由于尺寸较大，最大传动比较小，只有少数车型采用[5]。
目前绝大多数轿车自动变速器中的齿轮变速器采用的是行星齿轮式。
3.3.3供油系统
自动变速器的供油系统主要由油泵、油箱、滤清器、调压阀及管道所组成。
油泵是自动变速器最重要的总成之一，它通常安装在变矩器的后方，由变矩器壳后端的轴套驱动。
在发动机运转时，不论汽车是否行驶，油泵都在运转，为自动变速器中的变矩器、换挡执行机构、自动换挡控制系统部分提供一定油压的液压油。
油压的调节由调压阀来实现。
3.3.4自动换挡控制系统
自动换挡控制系统能根据发动机的负荷（节气门开度）和汽车的行驶速度，按照设定的换挡规律，自动地接通或切断某些换挡离合器和制动器的供油油路，使离合器结合或分开、制动器制动或释放，以改变齿轮变速器的传动化，从而实现自动换挡。
3.3.5换挡操纵机构
自动变速器的换挡操纵机构包括手动选择阀的操纵机构和节气门阀的操纵机构等。
驾驶员通过自动变速器的操纵手柄改变阀板内的手动阀位置，控制系统根据手动阀的位置及节气门开度、车速、控制开关的状态等因素，利用液压自动控制原理或电子自动控制原理，按照一定的规律控制齿轮变速器中的换挡执行机构的工作，实现自动换挡。
3.4工作原理分析
自动变速器之所以能够实现自动换挡是因为工作中驾驶员踏下油门的位置或发动机进气歧管的真空度和汽车的行驶速度能指挥自动换挡系统工作，自动换挡系统中各控制阀不同的工作状态将控制变速齿轮机构中离合器的分离与结合和制动器的制动与释放，并改变变速齿轮机构的动力传递路线，实现变速器挡位的变换[6]。
传统的液力自动变速器根据汽车的行驶速度和节气门开度的变化，自动变速挡位。
其换挡控制方式是通过机械方式将车速和节气门开度信号转换成控制油压，并将该油压加到换挡阀的两端，以控制换挡阀的位置，从而改变换挡执行元件（离合器和制动器）的油路。
这样，工作液压油进入相应的执行元件，使离合器结合或分离，制动器制动或松开，控制行星齿轮变速器的升挡或降挡，从而实现自动变速。
电控液力自动变速器是在液力自动变速器基础上增设电子控制系统而形成的。
它通过传感器和开关监测汽车和发动机的运行状态，接受驾驶员的指令，并将所获得的信息转换成电信号输入到电控单元。
电控单元根据这些信号，通过电磁阀控制液压控制装置的换挡阀，使其打开或关闭通往换挡离合器和制动器的油路，从而控制换挡时刻和挡位的变换，以实现自动变速。
液力变矩器利用液体的流动，把来自发动机的扭矩增大后传递给行星齿轮机构，同时，液压控制装置根据行驶需要（节气门开度、车速）来操纵行星齿轮系统，使其获得相应的传动比和旋转方向，实现升挡、降挡、前进或倒退。
以上过程中，扭矩的增大、油门开度和车速信号对液压控制装置的操纵、行星齿轮机构传动比和旋转方向的改变，都是在变速器内部自动进行的，不需要驾驶员操作，即进行自动换挡（变速）。
3.5自动变速器分类
按驱动形式分类分为前驱动式自动变速器、后驱动式自动变速器和四轮驱动自动变速器。
前驱动式自动变速器分为横置前驱动自动变速器和纵置前驱动自动变速器。
前驱动自动变速器除了具有与后驱动自动变速器相同的组成部分外，在自动变速器的壳体内还装有差速器，因此又称自动驱动桥。
它主要用于小排量中低挡车辆，如富康、标致,捷达、千里马、花冠、威驰、奇瑞等。
美国车中等排量多采用L型前驱动自动变速器，其最大特点是变矩器与变速器输入轴不在同一直线上，而是通过链条传动，从而有效减少了放置的空间。
它主要用于中等排量前驱动车型，如上汽别克、福特金牛、沃尔沃S80等。
纵置前驱动自动变速器的结构和布置与后驱动自动变速器基本相同，只是在侧面增加了一个差速器，如奥迪、帕萨特和克莱斯勒君王等。
后驱动自动变速器的变矩器和齿轮变速器的输入轴及输出轴在同一轴线上，发动机的动力经变矩器、自动变速器、传动轴、后驱动桥的主减速器、差速器和半轴传给左右两个后轮。
这种发动机前置，后轮驱动的布置型式，其发动机和自动变速器都是纵置的，因此轴向尺寸较大，在小型客车上布置比较困难。
它是一般大型豪华车上常采用的布置型式，如奔驰、宝马、凌志430、卡迪拉克5.7、林肯城市等。
四轮驱动自动变速器常在越野车及部分豪华车上使用，如奥迪A8、路虎等。
按控制系统分类，可分为电子控制自动变速器和液压控制自动变速器。
不难看出，液力控制自动变速器与电子控制自动变速器在控制原理和组成上没有本质的区别。
不同之处在于电子控制自动变速器将原先由拉线、调速器等为液控变速器提供换挡重要信号的机械结构改为依靠电子传感器、电脑等电子元件提供，从而大大增加了变速器的使用及舒适性能。
3.6自动变速器的主要生产厂家及维修等
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