车辆工程专业毕业论文_

车辆与动力工程学院毕业设计说明书 1 变速器

所有变速箱技术中，手动变速器的效益最高，输出功率可达到输入功率的96%，但并不是所有的人都能驾驭手动变速箱，也不是所有人愿意用它。因为用手动变速器需要踩离合器，这是在交通繁忙的时候很不舒服，驾驶员容易疲劳，而由扭矩中断导致的“点头”效应也会使乘客很难受。 由驾驶员操纵离合器而产生的扭矩中断是手动变速器主要的缺点。在换档加速时，驾驶员都必须通过松开油门并踩下离合器来使扭矩中断，完成整个过程大概需要一秒，但在这段时间里车辆会暂时停止加速，速度也会降低。 与此截然不同的是自动变速箱，到目前为止现代汽车自动变速器是汽车上最复杂的元件。它是一种可以自己换挡的变速器。力矩转换器或流体联合器被用来代替手动离合器连接发动机。 汽车上变后轮驱动或前轮驱动是车辆自动变速器的两种基本类型。在一个后轮驱动的速器通常放在发动机后面凸起后长板旁边气体踏板下方的位置。驾驶杆连接变速器后端，最终驾驶的准确位置在后轴，用操纵力控制后轮。发动机的动力简单连续的在这个系统中循环，在通过变速器时改变力矩，通过传动轴后在主减速器分流到两后轮。 在前轮驱动汽车中，变速器常常兼有最终驱动叫做变速驱动桥。前轮驱动汽车通常在发动机的后下方安装有横向变速驱动桥。前桥直接连接在发动机的变速驱动桥上为前轮提供动力，动力从发动机出发转过一个大链条后经180°转变传给变速器。从而，将主动力通过变速器后分流传到驱动轴再送到两前轮。 也有一些其他方式的前轮驱动车辆，车架前方代替另一边的其他系统驱动四轮，但在这儿仅对其中的两个系统进行说明。相对于前轮驱动来说最流行的是后轮驱动，在发动机上连接一个输出轴，将改变后的力矩传给后驱动轮。这个系统是探寻前后轴实施改进的新的节能动力平衡装置。另一个驱动系统是把所有的驱动零件都按在后轮上。这种排列方式发动机通常后置。 现代自动变速器由许多的部件和系统组成，它们有行星齿轮组、液压系统、密封圈和密封衬垫、变矩器、油压调节器、调制器、节气门拉线、电子车辆与动力工程学院毕业设计说明书 2 控制装置等，经精心设计运转协调，其中的电子控制装置经历了多年的发展，已经以巧妙的形式溶入了许多人性化的设计。 汽车上的行星齿轮主要用在两个地方，一是驱动桥减速器、二是自动变速器。很多网友都想知道，行星齿轮有什么功能，为什么汽车少不了它。 我们熟知的齿轮绝大部分都是转动轴线固定的齿轮。例如机械式钟表，上面所有的齿轮尽管都在做转动，但是它们的转动中心（与圆心位置重合）往往通过轴承安装在机壳上，因此，它们的转动轴都是相对机壳固定的，因而也被称为"定轴齿轮"。轴线固定的齿轮传动原理很简单，在一对互相啮合的齿轮中，有一个齿轮作为主动轮，动力从它那里传入，另一个齿轮作为从动轮，动力从它往外输出。也有的齿轮仅作为中转站，一边与主动轮啮合，另一边与从动轮啮合，动力从它那里通过。 在包含行星齿轮的齿轮系统中，情形就不同了。由于存在行星架，也就是说，可以有三条转动轴允许动力输入/输出，还可以用离合器或制动器之类的手段，在需要的时候限制其中一条轴的转动，剩下两条轴进行传动，这样一来，互相啮合的齿轮之间的关系就可以有多种组合：动力从其中一个太阳轮输入，从另外一个太阳轮输出，行星架通过刹车机构刹死；动力从其中一个太阳轮输入，从行星架输出，另外一个太阳轮刹死；动力从行星架输入，从其中一个太阳轮输出，另外一个太阳轮刹死；两股动力分别从两个太阳轮输入，合成后从行星架输出；两股动力分别从行星架和其中一个太阳轮输入，合成后从另外一个太阳轮输出；动力从其中一个太阳轮输入，从另外一个太阳轮和行星架分两路输出；动力从行星架输入，分两路从两个太阳轮输出。 由于采用了变矩器，这种变速器的换档质量不错但效率相对较差虽然目前有所改进。因此，目前进行了许多研究，试图发现传统变速器的有效的代替方案。 主要的技术还是无级变速器（CVT）、双离合变速（DCT）和手自一体（AMT）变速器。它们在不同的方面优于传统的行星齿轮式自动变速器。 无级变速器采用带、链或锥盘滚轮来产生无限多种速比，与传统自动变速器相比其效率和成本都有所改善。之所以有这些优点，是因为它结构简单，这种变速器的零部件很少，通常只有一根橡胶或金属传动带、一个液压作用的驱动带轮、一个机械扭矩感应式驱动带轮、一些微处理器和传感器等。 这种变速器的工作原理是改变两个主带轮表面之间的距离，带轮上挂传车辆与动力工程学院毕业设计说明书 3 动带的地方开了V形槽，一侧的带轮沿轴向固定，另一侧的带轮可在液压的作用下移动。 在驱动轮后，液压缸可增加或减少带轮两侧之间的距离，这样会使传动带在带轮侧壁上的位置上下变动，变动的方式取决于驾驶情况。这样就会使变速比改变。锥盘滚轮型变速器的工作原理与此类似但用的是驱动盘和动力滚轮。 CVT（无极）变速器的特点对技术人员最具有吸引力。因为这样没有档位，CVT可使发动机保持在最佳的功率范围内。这样可以使效率提高并在相同的油耗下增加行驶里程。CVT可将发动机工作曲线上的每一点转变为其本身工作曲线上相应的点。 这种变速器最受日本汽车制造商青睐，并且日本变速器生产商JACTO是主要生产者，但在欧美国家，情况就有所不同。尽管奥迪和其它一些制造商在一些车型上推出了CVT，但在这方面他们追赶的步伐仍然很缓慢。 DCT实际上是将两台手动变速器合在一起，换档过程是通过两台变速器的离合器之间的相互切换来实现的。这种变速器的换档质量和传统的自动变速器相同，但由于系统会发生滑动、液体阻力和液压损失，其效率和加速性只比传统行星齿轮自动变速器稍有提高，开发控制系统的成本也很高。 “最近在传统自动变速器技术上所取得的进展，使开发和生产CVT或DCT的呼声有所降低。”变速器生产企业Zeroshift公司的执行总裁比尔马丁说，“由于成本过高，有些汽车厂已经取消了DCT项目。” AMT是成本最低的自动变速器技术，AMT用执行器来代替传统的离合器踏板和换档杆，这种变速器保留了手动变速器的高效率和加速性能，但某些型号的变速器换档质量不高，扭矩中断和“点头”效应仍是主要的缺点。 那么什么是最好的代替方案？变速器方面的新技术是层出不穷的，但Zeroshift公司声称其变速器的效率优于手动变速器，提高失去驾驶的燃油经济性，同时，其换档效率可以和改进后的自动变速器相媲美。 Zeroshift公司采用的是一种改进版的AMT技术，这种技术用先进的犬牙啮合系统代替同步器。 犬牙啮合技术许多年前就已经在赛车运动中采用，目的是为了加快换档速度。传统的犬牙式变速器并不适合在公路上，因为驱动环或犬牙之间的空隙很大，会产生后坐——由扭矩突然转向而产生的一种不舒适的窜动。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 4 Zeroshift公司通过增加第二套驱动犬牙来解决这一问题，这种技术还使每组犬牙只能传递两种相反方向扭矩中的一种。“通过对两套犬牙的啮合和分离，可在上一个档位没有分离的情况下换入新的档位。”马丁说，“换档质量超过采用现代化的6档变速器的豪华轿车。” 换档可在瞬间完成，而扭矩不发生中断，而且这种方法既可用于升档又可用于降档。 “在使用传统的AMT变速器时，由于需要关闭并重新打开油门，换档过程中排放会达到高峰，而通过这种无过渡的换档方式可以消除这种现象。”马丁说，“这样还能降低燃油消耗。” “尽管在技术上变速器领域还比较新，但公司称已经引起了欧美各大汽车制造商的注意，最大的吸引力在于其成本比DCT低”，马丁说。 由于可以保留大部分手动变速器的结构，这种变速器的成本和复杂性都不会高于传统的AMT变速箱。控制系统的成本也会大大降低，这对试图减少排放和削减成本的工程师来说是个好消息。 “大部分制造商都来参观过，”马丁说，“有些公司马上就和我们签合同，另一些未作决定，拒绝的一个都没有。”这再清楚不过的表明了汽车制造商现在正在将动力系统开发的重点转移到变速箱上。 Zeroshift公司的变速系统是怎样工作的呢？它的硬件部分包括两套犬牙，安装在两个独立的犬牙环上并受其驱动，两套犬牙有一个共同的盖，盖和一个花键轴相连。 每个犬牙都有特殊的轮廓。在一侧是用于啮合的直角面。这些直角面是沿对角线相对的，这样的犬牙在对某一个档位具有驱动功能的同时，对另一个档位具有超越传动的功能。啮合面有轻微的后向锥度，以保证犬牙能在加载时锁定在啮合齿轮上。 相对角上有一个斜坡，可在新档位啮合后将犬牙从前一个档位推离。 在空档时，两个犬牙环处于变速比的中间位置。选一档时，犬牙会发生移动并和犬牙啮合面发生啮合。犬牙通过与换档执行器相连的换档拨叉驱动。 驱动犬牙将一档齿轮与输出轴锁定在一起，将扭矩从齿轮传递到输出轴。一档的超越传动犬牙也会移动并将齿轮以相反的方向和输出轴锁定。这样可以在油门关闭且发动机倒拖时将扭矩从齿轮传递到输出轴。这样就消除了犬牙啮合式变速器常见的后坐现象。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 5 在加大油门换档时，一档齿轮的超越传动犬牙卸载后和二档齿轮啮合。然后换入二档时，前一个驱动环卸载。 如果犬牙之间不能完全啮合，即实现两个犬牙面之间的啮合，由于相对速度差的存在，二档齿轮会打开一个啮合缺口。在犬牙抵住啮合面后，在拨叉和执行器的共同作用下，储存的能量会将犬牙送入缺口内。 此时，一档超越传动犬牙成为二档的驱动犬牙。在换入二档后，一档的驱动犬牙随即卸载。这时候，这些犬牙不再受其固定面固定，可以被执行器或犬牙上的斜面推离档位。