变速器换挡机构结构
自动变速器换挡机构的建模和结构参数优化
自动变速器换挡机构的建模和结构参数优化自动变速器是现代汽车中常见的传动装置之一，它通过将发动机的动力传递到车轮上，实现车辆的换挡和变速。
而自动变速器的核心部件就是换挡机构，它的设计和结构参数优化对于变速器的性能和可靠性有着重要影响。
换挡机构是自动变速器中负责实现不同挡位的切换的部件，它由一系列的齿轮、离合器、制动器和液压控制系统组成。
在车辆行驶过程中，换挡机构通过控制不同的离合器和制动器的工作来实现挡位的切换，从而使车辆在不同速度和负载下保持最佳的动力输出和燃油经济性。
换挡机构的建模是指利用数学和物理原理来描述和分析换挡机构的工作原理和性能。
建模的过程中，需要考虑到换挡机构的结构、工作原理、动力学特性等因素，以及与其它部件的耦合和协调。
通过建立准确的数学模型，可以对换挡机构的性能进行仿真和优化，为实际应用提供指导。
换挡机构的结构参数优化是指通过对换挡机构的结构和参数进行优化设计，以提高其性能和可靠性。
在优化设计中，需要考虑到换挡机构的传动比、齿轮模数、齿轮啮合角、离合器和制动器的切换时间等参数。
通过合理选择这些参数，可以使换挡机构在不同工况下实现平稳、快速和可靠的换挡操作，提高驾驶舒适性和操控性能。
换挡机构的优化设计是一个复杂的工程问题，需要综合考虑多个因素。
首先，需要考虑到换挡机构的工作可靠性和寿命，确保其在长期使用过程中不会出现故障和损坏。
其次，需要考虑到换挡机构的换挡速度和换挡平顺性，以提高车辆的加速性能和行驶舒适性。
此外，还需要考虑到换挡机构的制造成本和装配难度，以降低生产成本和提高生产效率。
为了实现换挡机构的优化设计，可以采用多种方法和技术。
例如，可以利用计算机辅助设计和仿真软件进行模拟和优化分析，以快速评估不同设计方案的性能和可行性。
同时，还可以借鉴先进的制造工艺和材料技术，以提高换挡机构的精度和耐久性。
自动变速器的换挡机构是其核心部件之一，其建模和结构参数优化对于变速器的性能和可靠性有着重要影响。
DSG变速器换挡系统的结构与工作原理分析
（ 州石 化职 业技 术 学院 ，甘 肃 兰州 ７０６ ） 兰 ３００
摘要 ：对 Ｄ Ｇ变速器换挡控制与液压操纵系统的结构进行 了研究 ，并通过绘 制出的 Ｄ Ｇ双离合变速器 电子控制与操 纵系统组 Ｓ Ｓ 成框图 ，以及挡位选择 器换 挡装 置、换挡拨叉 位置精 确度控制 装置及 高速开关 电磁 阀的结 构图 ，介绍 了 Ｄ Ｇ变速器 换挡 控制方 Ｓ 法 ，分析了 Ｄ Ｇ变速器 的电控系统和液压操纵系统的工作原理 。 Ｓ
中的能耗损失非常有限 ，大大提 高了车辆 的燃油经济性 ；反应 非常灵敏 ，具有很好的驾驶 乐趣 ；车辆在加速 过程中不会有 动 力中断的感觉 ，使车辆的加速 更加强劲、平稳 。汽 车从起步 到 加速到 １０ ｋ ／ ０ ｍ ｈ所用 时间比传 统手动 变速器 还短 ；与传统 自 动变速器 一样 可 以 实现 顺 畅换 挡 ，不 影 响 牵 引力。 可 以说 ，
０ 引 言
Ｄ Ｇ变速器采用了 ２个离合器和 ６或 ７个前进 挡的传统齿 Ｓ 轮变速器作 为动 力的传 动部件 。和传统 的 液力 自动 变速器 相 比 。Ｄ Ｇ自动变速器有着明显的 区别 ，Ｄ Ｇ没有采 用液 力变矩 Ｓ Ｓ
器 ， 自动换 挡 更 灵 活 ，车辆 的行 驶 性 能 更 加优 异 。 在 传 动 过 程
关 键 词 ：Ｄ Ｇ 变 速 器 ；电 控 系 统 ；液压 操 纵 ；换 挡 系 统 ；工 作 原 理 Ｓ
Ａｎａ ｙ ｉ ｆ Ｓ ｒ ｔ ｅ ａ ｄ Ｗ ｏ ｋ ｎｇ Ｐｒ ｎ ｉ ｌ ｆＤＳＧ ａ ｓ ｉｓｏ ｈｉｔＳｙ ｔ ｍ ｌ ｓｓ ｏ ｔ ｕｃｕｒ ｎ ｒ ｉ ｉ ｃｐｅ ｏ Ｔｒ ｎ ｍ ｓ ｉ ｎ Ｓ ｆ ｓｅ
Ｚ ＨＥＮ Ｊｎ Ｇ ｉ
（ ａｚｏ ｅ ｏｈ ｍ ｃｌ ｏ ｅｅｏ ｏａｉ ａ Ｔ ｃ ｎｌｇ ，Ｌ ｎｈ ｕＧ ｎｕ７ ０ ６ Ｌ ｎｈ ｕＰ ｔ ｃｅ ｉ ｌ ｇ ｆ ｃｔ ｎｌ ｅｈ ｏ ｙ ａｚｏ ａ ｓ ３ ０ ０，Ｃ ｉａ ｒ ａＣ ｌ Ｖ ｏ ｏ ｈｎ ）
CVT变速器典型结构各总成分解爆炸图1
CVT 型图库
CVT 型 自动无级变速器总成示意图
CVT 型 自动无级变速器总成示意图
CVT型自动无级变速器总成示意图
CVT型自动无级变速器总成示意图
总成分解示意图
总成分解图示
1 液力变矩器总成
2 前壳体总成
3 差速器总成
4 油泵总成
5 中壳体总成
6 换挡机构总成
总成分解图示
总成分解图示
总成分解图示
3 差速器总成4油泵总成 5 中壳体总成7 中间轴总成8 滤清器9 档位开关10 转速传感器11 输入轴总成12 后端盖13 阀块总成1
4 滤油器1
5 油底
壳总成
16 压力传感器17 后端盖纸垫18 加油管合件19 拉线支架20管夹支架
22 带轮转动机构23 线束24 换挡机构总成
部件总成分解
液力变矩器总成
1 液力变矩器外壳
2 导轮1
3 涡轮
4 导轮隔圈
5 涡轮底座
6 导论2
7 止簧卡圈8 单向锁止弹簧9 单向离合器座
差速器总成
①轴6208 ②半轴齿轮③垫片④差速器壳⑤行星轮⑥行星齿轮垫片⑦螺栓M10×25 ⑧差速器齿圈⑨轴承6008。
《换挡执行机构》课件
02
换挡执行机构的结构
齿轮部分
01
02
03
齿轮类型
详细介绍换挡执行机构中 使用的齿轮类型，如直齿 、斜齿、锥齿等，以及各 自的特点和应用场景。
齿轮材料
介绍用于制造齿轮的材料 ，如铸钢、锻钢、铸铁、 有色金属等，以及材料选 择的原则和考虑因素。
齿轮精度
解释齿轮精度等级对换挡 执行机构性能的影响，以 及不同精度等级的应用场 合。
03
换挡执行机构的应用
汽车行业
汽车变速器
换挡执行机构是汽车变速器中的 重要组成部分，用于实现挡位的 切换，从而控制汽车的行驶速度
和动力输出。
节能减排
随着环保意识的提高，换挡执行 机构在节能减排方面也发挥了重 要作用，通过智能控制换挡逻辑 ，可有效提高燃油效率和减少排
放。
自动驾驶
在自动驾驶汽车领域，换挡执行 机构需要与控制系统紧密配合， 实现快速、准确的挡位切换，以 确保车辆在不同行驶状态下的稳
智能网联技术
智能网联技术的发展将促进换挡执行机构与车载信息娱乐系统、导航 系统等智能设备的集成，提供更加便捷、智能的驾驶体验。
市场前景
01
市场需求增长
随着汽车工业的发展和消费者对驾驶体验要求的提高，换挡执行机构的
市场需求将不断增长。
02
技术创新推动市场发展
技术创新将不断推动换挡执行机构的发展和改进，提高产品的性能和可
工作原理
工作流程
驾驶员通过操作换挡杆或按钮等输入装置发出换挡指令，换挡执行机构接收指 令后，通过推拉换挡叉或旋转换挡轴等动作，实现变速器的档位切换。
关键元件
换挡叉、换挡轴、同步器、齿轮等。
分类与特点
分类
换挡机构的组成和作用
换挡机构的组成和作用
一、组成
换挡机构是汽车变速器的重要组成部分，主要由以下几个部分组成：
1. 档位选择器：也称为换挡手柄或档把，用于选择前进档、倒档或者空挡。
2. 换挡轴：连接档位选择器和变速器，用于传递驾驶员的换挡动作。
3. 换挡拨叉：位于变速器内部，用于将档位从一个位置切换到另一个位置。
4. 同步器：用于在换挡过程中同步齿轮的速度，以减少换挡冲击。
5. 排挡杆：位于变速器外部，用于控制变速器的排挡。
二、作用
换挡机构的作用是将驾驶员的换挡动作传递到变速器，实现汽车档位的切换。
具体来说，换挡机构的作用包括以下几个方面：
1. 切换档位：驾驶员通过操作档位选择器和排挡杆，可以选择前进档、倒
档或者空挡等不同的档位。
2. 传动动力：换挡机构将发动机的动力传递给变速器，并通过变速器的变
速和变向功能，将动力输出到车轮，驱动汽车行驶。
3. 便于维修：换挡机构方便驾驶员对汽车进行维修和保养，如更换机油、
轮胎等操作。
4. 优化性能：通过不同的换挡策略，驾驶员可以根据不同的行驶需求和路
况选择合适的档位，以优化汽车的行驶性能和燃油经济性。
以上是换挡机构的组成和作用的信息。
手动变速器换挡原理与动力传递
改善润滑系统：确保变速器内 部的润滑效果良好减少换挡时
的摩擦阻力
定期维护与保养：按照规定进 行变速器的维护和保养保证其
正常运转
换挡过程中的动力中断：平顺 的换挡应尽量减少动力中断
换挡过程中的振动和噪声：低 振动和低噪声是平顺性的重要 指标
换挡杆的操纵力：合适的操纵 力可以提升驾驶员的舒适感
换挡过程的响应时间：快速的 响应时间可以提高驾驶的响应
变速器内部零件松动：检查并紧固变速 器内部零件
变速器内部零件损坏：更换损坏的变速 器内部零件
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汇报人：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
性
试验设备：手 动变速器、测 试台架、传感
器等
试验步骤：安装 变速器到测试台 架连接传感器设 定测试参数进行 换挡操作并记录
数据
试验指标：换 挡力、换挡时 间、转速波动
等
试验结果分析： 对采集的数据 进行分析评估 换挡平顺性的
优劣
常见故障与排除方 法
离合器踏板故障：检查离合 器踏板是否正常必要时更换
同步器的工作原理：通过同步环与同步齿的摩擦力使同步齿与同步环同步旋转实现换挡时的同 步
同步器的优点：提高换挡平顺性降低换挡冲击提高驾驶舒适性
换挡杆：用于控制换 挡动作
换挡拨叉：用于传递 换挡杆的力
同步器：用于同步换 挡齿轮的速度
换挡齿轮：用于改变动 力传递的方向和速度
换挡杆支架：用于固 定换挡杆和换挡拨叉
左右半轴将动力 传递到车轮驱动
车辆前进
踩下离合器将变速器挂入三挡 发动机通过离合器将动力传递给变速器 变速器将动力传递给主轴主轴带动中间轴转动 中间轴带动副轴转动副轴带动差速器转动 差速器将动力传递给左右半轴左右半轴带动车轮转动 车轮转动车辆前进
自动变速器换挡执行机构
滚柱斜槽式(one—way roller clutch) 楔块式(one—way sprag clutch)
单向离合器
（1）滚柱斜槽式单向离合器
（2）楔块式单向离合器
接作用的，其连接和固定也只能是单方向的。当与之相 连接的元件的受力方向与锁定方向相同时，该组件即被 固定或连接；当受力方向与锁定方向相反时，该组件即 被释放或脱离连接。
三、单向离合器
1.单向离合器结构与工作原理
• 单向超越离合器无须控制机构，其动作完全由相连接的
组件的受力方向来控制，它能随着行星齿轮变速器挡位 的变换，在与之相连接的基本组件受力方向发生变化的 瞬间即产生接合或脱离，可确保换挡平顺无冲击，同时 还能大大简化液压控制系统。
汽车自动变速器理论
第6讲 自动变速器换挡执行机构
行星齿轮机构
• 行星齿轮组或行星排(gear set)
由1个太阳轮(sun gear)、1个内齿圈(ring gear)、1个行星架 (planet carrier)和支承在行星架上的几个行星齿轮(planet pinion gear)组成。
结构特点：
外花键齿安装在制动鼓内花键内齿圈中，或直接安装在变 速器壳体上的内花键内齿圈中，摩擦片则通过内花键和制 动壳上的外花键连接。
• 当制动器不工作时，钢片和摩擦片之间没有压力，制动器
壳可以自由旋转；当制动器工作时，来自控制阀的工作油 进入制动器鼓内的液压缸中，油压作用在制动器活塞上， 推动活塞将制动器摩擦片和钢片紧压在一起，使得与摩擦 片连接的构件起制动约束的作用，与行星排某一基本元件 连接的制动器壳被固定住而不能旋转。
连杆式制动器
三、单向离合器
1.单向离合器结构与工作原理
变速器换挡机构结构
安徽工业大学2013-2014学年第一学期《汽车设计》课程作业题目：桑塔纳轿车5挡手动变速器换挡机构结构分析改进姓名：学号：班级：车辆工程指导老师：***桑塔纳轿车5挡手动变速器换挡机构结构分析改进目前驾校用车一般就是桑塔纳轿车，本人在学车的时候发现桑塔纳轿车5挡手动变速器挡换的平顺性和舒适性有待改进，变速器的换挡舒适性一般是用户对于汽车性能最初步也是最直观的评价。
目前，桑塔纳轿车变速器的换挡性能以无法满足用户日益提高的对舒适性的要求，期望着桑塔纳变速器的操作舒适性不断提高。
概述：研究桑塔纳轿车5 挡手动变速器换挡机构结构，通过对换挡机构相关零件的力学分析和模拟整车状态下的换挡力测试数据材料，发现变速器定排销的定排力和同步器弹簧的弹力对桑塔纳变速器的换挡力有着明显的影响，为此对定排销定排力和同步器弹簧的弹力对变速器换挡力的影响进行了测试，验证在静态换档阶段同步器弹簧的弹力和定排销的定排力对整个换挡力有直接影响，进而提出了一种变速器同步器弹簧直径改进方案来降低变速器选换挡轴处的换挡力。
桑塔纳变速器是手动“二轴五速”变速器，其换挡结构和大部分手动变速器的换挡结构类似，即通过选换挡轴进行选挡，由拨叉轴、拨叉、同步器总成、挡位齿轮结合齿实现挂挡。
在桑塔纳变速器换挡机构中，1／2 挡拨叉轴控制1挡和2挡，3／4挡拨叉轴控制3挡和4挡，5倒挡拨叉轴控制5挡和倒挡。
本文通过对桑塔纳变速器3／4 挡换挡机构的结构剖析，进一步了解变速器的换挡过程。
桑塔纳手动变速器换挡过程经过如下几个步骤(图1 和图2)：操作者通过操纵杆和外部连杆机构作用选换挡轴一选换挡轴推动拨叉轴一拨叉轴带动拨叉一拨叉推动同步器齿套一同步器齿套推动同步器滑块，同时压缩同步器弹簧一同步器滑块推动同步器齿环一同步器齿环受滑块的推力在齿轮的锥面上形成摩擦力矩，使得齿轮转速与同步器齿套转速等同(同步过程)一同步器齿套通过同步器齿环梅角和挡位齿轮梅角l的引导，滑人挡位齿轮结合齿实现挂档。
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安徽工业大学2013-2014学年
第一学期《汽车设计》课程作业
题目：桑塔纳轿车5挡手动变速器换挡机构结构分析改进姓名：
学号：
班级：车辆工程
指导老师：***
桑塔纳轿车5挡手动变速器换挡机构结构分析改进
目前驾校用车一般就是桑塔纳轿车，本人在学车的时候发现桑塔纳轿车5挡手动变速器挡换的平顺性和舒适性有待改进，变速器的换挡舒适性一般是用户对于汽车性能最初步也是最直观的评价。
目前，桑塔纳轿车变速器的换挡性能以无法满足用户日益提高的对舒适性的要求，期望着桑塔纳变速器的操作舒适性不断提高。
概述：研究桑塔纳轿车5 挡手动变速器换挡机构结构，通过对换挡机构相关零件的力学分析和模拟整车状态下的换挡力测试数据材料，发现变速器定排销的定排力和同步器弹簧的弹力对桑塔纳变速器的换挡力有着明显的影响，为此对定排销定排力和同步器弹簧的弹力对变速器换挡力的影响进行了测试，验证在静态换档阶段同步器弹簧的弹力和定排销的定排力对整个换挡力有直接影响，进而提出了一种变速器同步器弹簧直径改进方案来降低变速器选换挡轴处的换挡力。
桑塔纳变速器是手动“二轴五速”变速器，其换挡结构和大部分手动变速器的换挡结构类似，即通过选换挡轴进行选挡，由拨叉轴、拨叉、同步器总成、挡位齿轮结合齿实现挂挡。
在桑塔纳变速器换挡机构中，1／2 挡拨叉轴控制1挡和2挡，3／4挡拨叉轴控制3挡和4挡，5倒挡拨叉轴控制5挡和倒挡。
本文通过对桑塔纳变速器3／4 挡换挡机构的结构剖析，进一步了解变速器的换挡过程。
桑塔纳手动变速器换挡过程经过如下几个步骤(图1 和图2)：操作者通过操纵杆和外部连杆机构作用选换挡轴一选换挡轴推动拨叉轴一拨叉轴带动拨叉一拨叉推动同步器齿套一同步器齿套推动同步器滑块，同时压缩同步器弹簧一同步器滑块推动同步器齿环一同步器齿环受滑块的推力在齿轮的锥面上形成摩擦力矩，使得齿轮转速与同步器齿套转速等同(同步过程)一同步器齿套通过同步器齿环梅角和挡位齿轮梅角l的引导，滑人挡位齿轮结合齿实现挂档。
图1变速器换挡机构结构示意
1.选换挡轴
2.输入轴
3.挡主动齿轮
4. 3／4 挡同步器总成
5.4挡主动齿轮
6拨叉7拨叉轴8定排销
整个换挡过程中主要经历了两个阶段：第一阶段是从“选换挡轴受外部连杆机构作用”到“同步器齿套推动同步器滑块”，这一过程的作用力与输入轴转速无关，称它为静态换挡阶段；第二阶段是从“同步器齿环受滑块的推力在齿轮的锥面上形成摩擦力矩”到“同步器齿套滑人齿轮结合齿”，这一过程的作用力与输入轴的转速有关，称它为动态同步阶段。
图2同步器总成剖面示意
1.3 挡主动齿 2 .4．同步器齿环3．同步器齿套5．4 挡主动齿
6.输入轴
7.同步器齿毂
8.同步器滑块
9.同步器弹簧
静态换挡阶段换挡力力学分析
拨叉轴受力分析(将拨叉轴视为质点，未计人重力)如图3所示。
图中，为拨又轴的移动方向，F为外部连杆机构的作用力 (选换挡产生的摩擦力所占比例较小，在此未计人)；P 为定排销的定排力f p为拨叉轴和定排销间的摩擦力；N 1为壳体对拨叉轴为拨叉轴和定排销间的摩擦力；N 1为壳体对拨叉轴的支持力为拨叉轴和壳体间的摩擦力；N 2 f N1 为轴承箱对拨又轴的支持力,f N2为拨又轴和轴承箱间的摩擦力，T 为同步器产生的阻力。
T 、f p 、f N1 、f N2、是静态换挡阶段换挡力的重要组成部分，其关系式如下：
F p = μp*P (1) f N1=μ*N1(2 )
f N2=μ*N 2 (3 ) P=N I+N 2 (4 )
式中，u 、u 为摩擦系数。
图3拔叉轴受力分析
综上所述，影响静态换挡阶段换挡力的主要因素是定排销的定排力 P 、同步器弹簧的弹力、同步器滑块斜面角度。
静态换挡阶段同步器齿套和同步器齿毂的相对摩擦力可忽略不计。
静态换挡阶段换挡力台架测试同步器弹簧直径改进方案
试验在换挡性能临时试验台架上进行试验设备包括拉压传感器(型号：JLBS ；规格：0～100 kg)波形分析仪等。
针对同一台桑塔纳变速器总成.采用 2种状态连续换挡 ,采集20组数据,去掉 2个最大值和2个最小值所得平均值见表1所列。
表中，状态1为静态、桑塔纳变速器中装入 3／4 挡同步器但去除了 3挡、4挡齿轮和3挡、4 挡同步器齿环的梅角 (排除静态换挡时梅角切人时产生的附加力)，状态2为静态、桑塔纳变速器中未装入3／4 挡同步器条件下所进行的测试。
表中数据由换挡力曲线图谱的电压值换算得到。
表1静态阶段变速器换挡力台架测试结果数据
从表 1中
可看出静态换挡阶段同步器产生的作用力占整个静态换挡阶段换挡力 (进挡力 )的 45％。
依据表中数据可以从下面环节进行改进。
同步器弹簧直径改进方案，同步器产生的作用力来自于同步器弹簧的弹力 。
查阅相关资料可知 ，PO LO 和赛欧等车辆的手动 5 挡变速器同步器弹簧均采用直径为 1．5m m 的钢丝。
考虑此种情况，本文分别对1．5 m m 的钢丝和1．6 m m 的钢丝所制成的同步器弹簧的换挡力进行了台架测试。
测试结果如下表2
对试验数据进行分析可知，钢丝直径为 1．5 m m 的同步器弹簧比钢丝直径为 1．6 m m 的同步器弹簧动态同步阶段的同步力提高近 l0 N 左右。
综上所述，使用钢丝直径为 1．5 m m 的同步器弹簧相比钢丝直径为 1．6 m m 的同步器弹簧可降低进挡力21 N 左右，并对整个换挡性能无附加影响。
通过上述改进后，提高了变速器的换挡舒适性。
参考文献
1.余志生．汽车理论．北京 ：机械工业出版社。
2.《汽车技术》杂志。