重型车amt液压驱动系统设计毕业设计论文.docx
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重型车amt液压驱动系统设计毕业设计论文
摘要
AMT是一种经济型的自动变速器，在重型载货车上具有广阔的应用空间。
目前，中国重型车辆装用的都是手动机械式变速器，并且形成了相当规模的生产能力。
与AT相比，AMT更适合中国汽车工业的现实，国内重型车采用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。
在电控机械式自动变速器设计开发中，离合器和选换档执行机构的设计及优化是AMT设计的重点和难点之一，其性能直接影响AMT系统的性能，本文以法士特12JS200TA变速器为基础，进行AMT系统液压驱动执行机构的设计。
本文的主要工作内容如下:
1.分析了国内外重型车自动变速技术的发展，对重型车AMT的关键技术问题及操纵系统结构进行了阐述。
2.分析了AMT液压驱动系统的设计要求及结构，并针对法士特12JS200TA12挡带同步器的手动变速器，在原有离合器和变速器操纵机构的基础上设计了新型的液压驱动自动操纵机构。
3.进行了AMT液压驱动机构的元件计算、选型及系统仿真、分析。
对液压回路重要元件进行了选型并对动态响应速度进行了动态分析。
关键词：
AMT；液压驱动；换挡执行机构；离合器执行机构；节气门执行器
ABSTRACT
AMTisaneconomicalautomatictransmission;thereforeithasextensive，applicationspaceintheheavytruck.Currently,heavyvehiclesareallequippedwithmanualtransmission,andformsproductioncapacityonaquitescale.AMTismoresuitableforautomotiveindustryrealityinchinathanAT.ThedevelopmentandproductionofAMTmayretainpreviousproductlineofmanualtransmissionandgreatlysavetheinvestmentforreconstructionofprofessionalproductionlineandequipment,soithasimportantrealitymeaning.
DuringthedesignanddevelopmentofAMT,designandoptimizationofselection-shiftactuatorisoneofkeyandspecialdifficultiesforAMTdesign.TheperformancewillhavedirecteffectonthewholeperformanceofAMTsystem.Inthispaper,Takingfocusonamanualtransmissionofheavytruck,combingwithscienceandtechnologyresearchplanofChongqing,shiftactuatorwithhydraulicdriveforAMTsystemisdevelopedanddesignedanditsperformanceisresearched.
Inthispaper,themaincontentsareshowedasfollows:
1.Thedevelopmentofautomatictransmissiontechniqueforheavytruckbothhomeandabroadisintroduced.Thekeytechniqueofautomatictransmissionforheavytruckandoperationsystemconfigurationareillustrated.
2.AnalysisoftheAMThydraulicdrivesystemandstructuraldesignrequirements,andfileforFast12JS200TA12manualtransmissionwithasynchronizer,theoriginalclutchandtransmissioncontrolmechanismbasedonthedesignofanewtypeofhydraulic-drivenauto-controlmechanism.
3.FortheAMTcalculationofthehydraulicdrivemechanismofthecomponents,selectionandsystemsimulationandanalysis.Importantcomponentsofthehydrauliccircuitandthedynamicresponseoftheselectionofthedynamicanalysis.
Keywords:
Atotomaticmanualtransmission（AMT）；Hydraulicdrive；Shiftexecutingagency；Clutchexecutingagency；Airdamperactuator
目录
摘要I
AbstractII
第1章绪论1
1.1AMT发展及研究现状1
1.1.1AMT技术国外研究1
1.2AMT自动变速系统的关键技术3
1.3AMT系统执行机构5
1.3.1AMT的系统机构5
1.3.2AMT的液压驱动操纵机构5
1.4主要研究内容6
1.4.1研究意义6
1.4.2研究的主要工作7
第2章液压驱动系统设计8
2.1拟订液压驱动系统图8
2.1.1制订液压回路方案8
2.1.2液压系统的组合设计8
2.2液压元件的选取9
2.2.1液压泵选型9
2.2.2电机选型10
2.2.3辅助元件的选择10
2.3液压回路动态分析11
2.3.1液压油粘度11
2.4液压系统的影响12
2.5本章小结12
第3章离合器执行机构设计13
3.1离合器执行机构设计13
3.2液压缸的设计13
3.2.1液压缸杆的设计14
3.2.2活塞杆的强度计算15
3.2.3缸壁的计算与选取15
3.2.4电机选型15
3.3机构工作原理16
3.4离合器执行机构仿真分析16
3.5本章小结17
第4章换挡执行机构设计18
4.1换挡执行机构设计要求18
4.2液压缸设计19
4.2.1液压缸活塞杆的设计20
4.2.2缸壁厚度设计20
4.2.3活塞杆强度校核21
4.2.4举例说明21
4.3机构工作原理22
4.4本章小结23
第5章节气门执行器设计24
5.1概述24
5.1.1发展的制约因素24
5.2电液式节气门执行器的组成结构27
5.2.1液压缸设计27
5.2.2液压缸杆的设计28
5.2.3活塞杆的强度计算28
5.2.4缸壁的计算与选取29
5.3本章小结29
结论30
参考文献31
致谢32
附录33
第1章绪论
1.1AMT发展及研究现状
1.1.1AMT技术国外研究
电控机械式自动变速器（AMT）是在原来干式离合器和定轴齿轮式有级机械变速器所组成的手动变速系统基础上采用电子控制和液压（电动、气动）操纵装置组成的系统。
与液力机械自动变速器AT（AutomaticTransmission）相比，AMT具有如下一些特点：
传动效率髙，燃油经济性好；结构简单，成本相对低廉，适合各种车型。
综合比较，可以看到：
AMT具有较高的性能价格比，代表了重型车自动变速技术新的发展方向，国外各大重型车厂商均把AMT技术列为研究的重点。
微机控制技术的飞速发展，成为传统的手动变速器获得新生的重要基础。
纵观AMT的发展历程，可分为三个阶段：
半自动阶段、全自动阶段及智能阶段。
西欧、美国在这一领域占有主导地位。
AMT发展的第一个阶段是半自动阶段（SAMT）,这一阶段主要是半自动变速器的发展和成熟阶段。
标志性的是瑞典Scannia公司的CAG系统和德国DaimlerBenz公司的EPS系统，以及美国Eaton公司开发的SAMT系统。
第二阶段是全自动阶段。
主要有五十铃公司于1984年首先投放市场NAVI-5,同时期出现的还有日本Nissan、Hino、美国的Ford、Eaton、意大利的FIAT、法国的Renault等。
第三阶段是智能化阶段（IAMT）。
模糊推理、神经网络方法及GPS等新技术新方法引入到AMT的档位决策和控制中，极大地提高了AMT的智能化水平。
重型车通常指装载质量在8t以上（含8t）的各类汽车，其具有总质量大、品种多、使用工况复杂等特点。
对于重型车变速器来说，要求具有足够大的速比范围，足够多的档位数。
目前各种重型汽车机械变速器的档位数一般为5〜18档，而且越来越多地釆用带副变速器的多档位变速器。
基于重型车变速器的结构特点，致使变速器负载大，选换档操纵沉重，使驾驶员劳动强度大，容易疲劳，在行驶过程中带来了不安全因素。
自动变速技术的运用可保证发动机稳定地在高扭矩的经济转速下工作，换档操作容易，大大减轻了驾驶员的劳动强度，使驾驶变得更加轻便，而且使汽车零部件寿命延长，车辆使用率提高，动力性、经济性均较好。
根据统计调查显示重型车辆配置自动变速器的比例逐年增长，如美国的肯沃思公司和弗莱特林那公司生产的重型牵引车中釆用自动变速器的比例已达到15%以上。
世界上主要生产自动变速箱的厂家在欧美，美国艾里逊和德国ZF两家的市场占有率达95%以上。
综合比较，AMT技术正在成为重型车辆自动变速发展的重要方向，其装车率呈逐年上升趋势，用户的认同度也在不断上升，同时复杂工况下工作的车辆的换挡品质和起步性能也在不断得到提高。
从20世纪90年代开始，美国、德国生产的重型车开始采用AMT自动变速器。
瑞典沃尔沃公司、美国伊顿公司、日本铃木公司、德国奔驰公司等著名重型车辆生产商均生产了AMT载重汽车，形成了自己的产品系列。
目前各大公司正着手AMT的智能化研究以进一步提高AMT自动变速技术。
据欧洲用户统计，使用AS-Tronic平均节约燃油3%,对驾驶员技术要求低，同时延长了传动系统部件的寿命。
该变速器主要由六部分组成：
12速或16速机械变速器、气动换档操纵机构、气动离合器操纵缸、档位选择器、显示器和电控单元。
离合器操纵安装在变速器壳体上，以机械形式与离合器连接，气动执行器活塞推动离合器结合或分离，并由电子装置控制。
行程传感器检测离合器位置并向电控系统传递信号。
气动换档操纵机构以很小的体积安装在变速器壳体上部，包括气动换档to、电控气压阀、传感器、限压阀等，集成控制变速器所有功能。
传感器检测档位，变速器输入、输出轴转速与油温等参数。
变速器电子控制单元与电控柴油机的电控单元通讯，完成发动机与离合器的协同动作，实现换档的舒适性和换档的高速度，具有手动和自动两种操纵模式。
德国ZF公司在2004年推出了两款新型自动变速器，As-Tronic系列中的mid和lite产品。
其中As-Tronicmid的技术是基于重型汽车用带有段位和插档式副箱三级12速主变速器的结构原理,专为中重型货车或者长途运输车而设计。
As-Troniclite用于最大扭矩500~1050NM的轻型货车。
该自动变速器的技术基础是6S850手动换档变速器。
它同mid的根本区别是，它不是气动操纵而是电液操纵。
首先是在尺寸上，液压控制的尺寸更加紧凑，因此它易于装在一个结构空间有限的变速器之中，其次，液压操纵不受制于压缩空气，因为并不是所有的轻型载货车都装备压缩空气供气系统。
1.1.2AMT技术国内研究
我国在AMT研究工作方面起步较晚，始于上世纪八十年代中期。
已开展这方面研究工作的主要有吉林大学、北京理工大学、上海交通大学、重庆大学、哈尔滨埃姆特汽车电子有限公司以及烟台欣源蔑有限公司等等，取得的研究成果多是把AMT换档技术应用在轿车上。
国内重型车辆装用的都是手动机械式变速器，自动变速传动系统的幵发生产尚处于起步阶段。
综合评估AT和AMT这两种自动变速技术，在结构上,显然AMT的结构比AT更简单，其制造技术要求也低得多；在经济性上，建一条AMT生产线所需资金是建一条液力自动变速器生产线1/25左右，显然AMT具有更高的性价比。
目前，国内大型汽车企业及各高校都在开展重型车自动变速技术的研究工作。
2004年8月配备自动变速器的重庆红岩“新大康”闪亮登场，这意味着：
重型汽车变速器产品升级换代的髙科技化趋势已明显，自动变速器产业化的进程已加快。
北京理工大学适用于大功率柴油机为动力的重型车辆的电控机械式自动变速器技术已经形成了自己的特点。
吉林省汽车产业2005-2010年发展规划中已将AMT产品列为重点研发项目。
2006年北京齿轮总厂自行研制幵发成功具有独立知识产权的电控机械式自动变速器（AMT）。
其具有手动换档与自动换档互换的优点，可应用于卡车、公交车、大客车和其他车辆。
目前装配中青旅公司进行车辆试验，己完成2万公里的路试。
尽管国内在AMT研究方面投入了很多力量，也取得了不少成果，但到目前为止还没有真正实现AMT技术的商品化。
AMT的产业化进程并不顺利，仍存在一些关键技术问题需要解决，尤其是系统的性能稳定性和可靠性，一直是困扰AMT产业化的核心问题。
1.2AMT自动变速系统的关键技术
与液力机械自动变速和无级自动变速相比，AMT控制参数多，系统控制难度大，其关键技术有以下几个方面：
⒈离合器控制
AMT技术的核心问题之一就是离合器的最佳控制，它是保证汽车起步、换档过程的品质，减少传动系统零部件的冲击，提高使用寿命和驾驶舒适性的关键。
在结构上，AMT离合器操纵机构由于取消了离合器踏板，只能通过加速踏板反映驾驶员意图。
离合器起步和换档过程中要保证其迅速分离、平稳接合。
起步工况变化多样，受载荷、坡道、路面等因素的影响。
分离、接合过程中需要与发动机油门幵度协调配合，同时离合器模型本身存在着非线性、时变、滞后等问题，离合器起步控制问题成为AMT技术的关键换挡过程中，离合器要自动分离和接合，最主要的还是接合速度控制问题。
接合过快会造成严重冲击，影响乘坐舒适性和传动系寿命，甚至造成发动机熄火；接合过慢，导致离合器滑磨时间过长，温度急剧上升，会加速摩擦副的磨损，也影响车辆的动力性，所有这些都使离合器控制问题复杂化。
⒉换档策略
AMT系统在换档过程中，是由换档执行机构按预先制定的换档控制策略，在电控单元的控制下实现档位的自动变换的。
换档策略一般是指动力性和经济性换档规律，其优劣是衡量车辆在釆用自动变速技术后能否充分发挥其动力性、经济性及可驾驶性的关键。
换档规律应该是单值，即对输入变量的每一组合，仅存在唯一的输出状态。
制定换档策略要综合考虑各种因素，诸如道路环境、驾驶员、车辆的运行状况等，力求设计出能够尽量满足不同的工作状态需要，各方面综合最优的换档策略，以提高车辆的动力性和燃油经济性。
⒊发动机转速控制
在换档过程中，离合器切断动力再次接合时必然会产生冲击，因此必须对发动机转速进行自动控制。
在起步过程中，为了使车辆具有良好的起步品质，就要减少车辆的冲击和离合器的磨损，所以必须通过对离合器结合速度及发动机转速的控制，保证在冲击和离合器磨损最小的情况下，迅速平稳地完成起步过程。
所以发动机的转速控制是提高电控机械自动变速换档品质，改善车辆起步及行驶平稳性和延长离合器使用寿命的关键。
⒋执行机构设计与优化
AMT自动操纵动作是靠执行机构来完成的。
执行机构包括选换档执行机构、离合器分离结合执行机构，主要有电控液动（气动）和电控电动两种型式。
执行机构性能直接影响系统的性能，必须保证响应速度快，工作稳定可靠。
可以说，其动态特性的好坏直接影响起步、换档品质及整个系统的可靠性。
在经济成本上，应充分利用重型车辆带有的液压和气动装置，最大程度地节约开发成本。
所以根据系统的工作特点和使用要求，对执行机构的结构参数进行设计及优化是AMT技术走向产品化过程中的一个重要环节。
⒌电控单元开发
电控单元是AMT控制系统的核心，包括发动机控制单元、离合器控制单元、变速器控制单元。
由于汽车工作环境的多样性，必须保证电控单元能在各种复杂环境条件下可靠工作。
这就对电控单元的设计提出了非常严格的要求。
除考虑速度、精度、功能等控制性能外，还应着重考虑抗干扰、耐振动及温度适应范围等问题。
电控单元的可靠性问题是AMT走向商品化的重要前提条件。
目前重型车已部分采用电控发动机，AMT系统发动机的控制可釆用CAN总线与电控单元（ECU）通讯的方式，但电控发动机多为国外产品，其通讯协议不幵放，可以采用添加油门控制装置实现发动机的目标控制。
1.3AMT系统执行机构
1.3.1AMT的系统机构
AMT系统主要由四大部分组成：
被控制系统、电子控制单元（ECU）、传感器、执行机构。
根据电控机械自动变速系统选换挡和离合器的操纵方式不同可分为液压驱动式、气压驱动式和电机驱动式3种。
液压驱动式电控机械自动变速器系统中选换挡和离合器的操纵靠油压来实现，离合器和换挡执行机构为高速开关电磁阀控制的液压缸。
液压驱动式AMT系统具有容量大、操作简便、易于实现安全保护、有一定的吸收振动与吸收冲击的能力以及便于空间布置等优点，现已被广泛采用。
1.3.2AMT的液压驱动操纵机构
AMT的液压驱动操纵机构主要包括离合器操纵机构、选换档机构、发动机油门控制装置及各类速度、位置、压力传感器等。
1）离合器执行机构
对于离合器的自动操纵，其执行机构要保证离合器的快速分离与缓慢结合，另外对响应速度，控制精度的要求也很高。
目前，离合器执行机构主要有两种形式：
髙速幵关电磁阀控制液压紅结构和直流电机驱动离合器结构。
为保证系统工作可靠且成本低廉，离合器控制油路一般采用性能可靠且经济实用的数字控制髙速开关电磁阀进行控制。
离合器接合速度的控制，可通过对不同的阀的开启组合和对每个阀的开启均釆用数字脉宽调制（PWM）的流量控制方法来实现。
2）选换档执行机构
变速器执行机构有平行式和正交式两种，后者又称为X-Y型布置方式，即选档液压缸和换档液压紅正交布置。
主要由选档作动器和换档作动器以及2个分别控制选档和换档的三位四通电磁阀组成，也可以采用4个二位三通阔进行控制。
当釆用三位四通电磁阔时，其滑阔机构具有如下功能：
当阔芯处于左或右位置（即左或右电磁铁通电）时，能使液压缸的左、右腔油液换向流动，而当阔芯处于中间位置（左右2个电磁铁均断电）时，能使主油道与油缸两腔接通，以确保变速器在2个电磁铁均断电时保持处于空档位置。
选档和换档作动器具有相同的结构和工作原理，一般都是采用三位置油缸。
3）发动机油门控制机构
发动机油门控制机构有2种方式：
电液驱动式和电机驱动式。
对于釆用电控柴油发动机的重型车，AMT可与发动机电控单元共享资源，釆用CAN总线通讯的方式使其在起步与换档时，按要求加油或收油，并使发动机点火延迟以提高换档品质与降低污染。
4）传感器与开关
AMT的传感器包括速度传感器（发动机转速传感器，输入轴转速传感器，车速传感器）、油门位置传感器、档位传感器等。
A.加速踏板传感器与开关。
这是一个与加速踏板轴相连的电阻式角位移传感器，用来反映各种踏板位置，且有2个开关，它们分别反映加速踏板的极限位置：
怠速状态和全幵状态。
驾驶员的操纵意图可通过加速踏板传感器信号反映。
B.油门传感器与开关。
油门传感器与开关的关系和加速踏板传感器与开关的关系完全相同，并一一对应。
油门电位计式角位移传感器反映了发动机的负荷状况，并将油门实际开度信号反馈给电控单元。
C.转速传感器。
转速传感器通常釆用磁电式或霍尔转速传感器，相应轴的转速由检测头测得脉冲频率，经整形电路得到等脉宽方波后，输入电控单元。
通常需要检测3个转速参数，发动机转速、变速器中间轴转速和变速器输出轴转速。
D.离合器行程传感器。
离合器行程传感器是安装在发动机飞轮壳上以分离杠杆比反映离合器的行程。
E.档位传感器。
选档和换档执行油缸分别装有微动行程开关，它把2个作动器的工作位置信号送给微处理机，反映变速器选档与换档动作的完成情况和工作状态。
F.液压油压力传感器。
液压油压力传感器安装在液压油路的主油道上，以反映液压源的压力情况，油压低于所要求的值时，微处理机发出信号。
1.4主要研究内容
1.4.1研究意义
AMT是一项经济实用的成熟技术，是中国重型车自动变速技术的必然选择。
具体来说，具有下面几种优势：
1）发展趋势表明，AMT的装车率在逐年上升，客户的认同度在不断增高，欧美各国都把AMT技术的研究放在了重要位置；
2）国内变速器生产技术力量雄厚，建立了多种手动变速器生产线，已形了相当规模的生产能力，为国内重型车AMT的发展提供了物质基础。
在此基础上装备AMT非常符合中国的实际情况；
3）国外AMT产品己经产业化、商品化，国内对于AMT应用在轿车上的技术研究也相对成熟，这为国内开发重型车辆AMT系统提供了成熟的范例；
4）虽然AT技术已很成熟，并受到了广泛的欢迎，但在产品易变型、多品种、批量小及汽车工业整体技术水平尚不高的情况下，使得AT的适用范围受到了局限。
因此AMT成为优先考虑的重型车实用自动变速技术。
在对重型车AMT研究和开发的过程中，换挡执行机构的研究与开发一直是AMT设计的重点和难点之一。
对执行机构的参数进行优化设计，以使AMT机构实现良好的移植性是AMT产品化过程中的一个关键技术环节。
该技术环节对发展国内重型车自动变速技术及推动国内重型车AMT产业化进程十分重要。
1.4.2研究的主要工作
进行液压驱动系统的方案确定、离合器执行机构设计、换挡执行机构设计、节气门执行器设计及液压元件的选取。
1、带传动所需夹紧力的计算；
2、液压元件的选用；
3、执行元件的设计；
4、调压阀的设计；
第2章液压驱动系统设计
2.1拟订液压驱动系统图
液压系统图从右路原理上具体体现了设计任务书的各项要求，因此液压系统图的拟订是整个液压系统设计中最重要的一环。
在拟订液压系统图的过程中，首先通过分析对比制订出各种适合的液压回路方案，然后将这些回路组合成完整的液压系统。
2.1.1制订液压回路方案
构成液压系统的回路有主回路和辅助回路两大类，每一类中按照具体功能还可进一步详细分类，这些回路的具体结构形式可参阅相关手册。
通常根据系统的级数要求及工况图，参考这些现有成熟的各种回路及同类主机的先进回路加以选择和制订。
在液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟订液压系统的核心问题。
方向控制一般用换向阀或插装阀来实现。
对于一般中小流量的液压系统，大多采用换向阀实现所要求的各动作。
液压系统的右路循环方式有开式和闭式两种，在此设计中，采用开式系统循环，其特征是液压泵从邮箱西游，压力油经系统释放能量后，再排回油箱，结构简单，而且造价低，一台泵可
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