鄭州大學畢業設計（附件）題目自動變速器液力變矩器的設計院系機械工程學院專業機械工程及自動化年級207級學生姓名高光明指導教師李懷正2011年5月30日目錄附錄1課題申請表1附錄2任務書2附錄3調研報告3附錄4開題報告10附錄5計劃進度表13附錄6中檢表15英文文獻16英文文獻翻譯29畢業設計（論文）課題申請表（由指導老師填寫）學院機械工程學院時間2010年11月12日課題情況課題名稱自動變速器液力變矩器的設計教師姓名李懷正職稱副教授學位博士教研室圖學課題來源A科研B生產C教學D其它課題類別A設計B論文實施地點新校區起止時間201年12月201年6月上機時數500擬指導學生數對學生的特殊要求熟悉SOLIDWORKS等軟件主要研究內容1、學習和熟悉液力變矩器的工作原理和設計步驟；2、學習和熟悉SOLIDWORKS、AUTOCAD等軟件的功能和使用；3、設計液力變矩器的三維實體模型；4、完成液力變矩器的設計和繪制工程圖；目標和要求1、查閱資料，翻譯資料，整理開題報告；2、分析液力變矩器的原理，計算液力變矩器的參數；3、完成液力變矩器的設計、動畫制作、繪制工程圖；4、撰寫設計計算分析說明書。特色三維建模設計。成果形式三維圖、工程圖、設計計算分析說明書成果價值用于汽車的連續變速、減震緩沖。科室審批意見同意。負責人簽字2010年11月24日學院審批意見同意。主管院長簽字2010年11月29日畢業設計（論文）任務書（由指導教師填寫）學生姓名高光明學號20070130705教師姓名李懷正職稱副教授題目自動變速器液力變矩器的設計主要研究內容1設計液力變矩器的結構；2制作爆炸圖和動畫；3繪制工程圖；研究與設計方法1分析計算液力變矩器參數、結構；2用SOLIDWORKS建立三維模型；3用AUTOCAD繪制工程圖；主要技術指標（或研究目標）1建立三維實體模型；2分析液力變矩器結構；3繪制工程圖；主要參考文獻1田晉躍車輛自動變速器構造原理與設計方法北京北京大學出版社，20052王文斌機械設計手冊北京機械工業出版社20073朱經昌液力變矩器的設計與計算北京國防工業出版社，199119LINYJ,COLELOMEXPLORINGTHETRANSITONALIMPACTSOFA2DTO3DDESIGNENVIRONMENTFORTHEDEVELOPMENTOFTORQUECONVERTERS,2004汽車變速器的調研報告調查時間2011年1月3月調查對象國內的汽車變速器調查方法通過網絡和參考文獻進行分析隨著國內汽車保有量持續快速增長，公路交通所消耗的石油資源占全國石油消耗總量的份額不斷攀升。提供給用戶低油耗并具備良好動力性能的汽車產品成為目前汽車企業追求的主要目標之一。對汽車的動力性和燃料經濟性影響最大的是發動機的運行特性以及傳動系統的速比和效率，因此，通過對目前各種汽車變速器的性能、技術特點進行調查比較，分析汽車變速器市場的現狀及對汽車變速器市場進行展望。一、汽車變速器的現狀及前景目前，汽車市場上裝備性能更佳、功能更多的自動變速器AT轎車迅速增加。為解決AT油耗高、動力性能低的問題，汽車廠商為AT設計可供選擇的多種使用模式，使其智能化適應不同駕駛需要。在經濟模式下，電控單元控制變速器的執行機構在發動機轉速較低時即按設定的規律曲線完成換檔，以減少功率輸出達到降低油耗的目的。在運動模式下，其設計的換檔規律曲線是控制變速器在發動機轉速較高時換檔，獲取發動機最多的功率，達到提高整車動力性能的目的。在變扭器鎖止離合器的控制上，盡量采取合理的工況鎖止條件方式選擇，以優化設計達到提高傳動效率的目的目前正在開發一種浸油離合器來替代液體變扭器式的AT，避免油介質在動能傳遞中能量的損失。但上述智能化設計，還是不能最終解決AT油耗高傳動效率低的問題。因為，無論采用哪種模式，都會對發動機功率或油耗作出選擇取舍。盡管普通手動齒輪變速器MT，存在許多不足，但因其結構簡單、效率高、功率大的優點，現在仍大量使用。為解決上述矛盾，在動力性和經濟性上超過MT的汽車變速器是CVTCONTINUOULYVARIABLETRANSMISSION無級變速技術。汽車變速器是汽車的主要裝置之一，汽車行駛速度隨工況、負荷的反復變化而不斷變化，因此需要汽車變速器傳動比的適應范圍盡量寬。只有選擇無級變速才能滿足，因為無級變速可實現傳動比的連續變化，使汽車行駛條件與發動機負載實現最佳匹配，充分發揮發動機的潛力，使發動機具有理想的動力性能，提高汽車的經濟性，降低排放污染及噪音。從現代汽車變速器的市場狀況和發展來看，全世界的各大廠商都對提高AT的性能及研制無級變速器CVT表現積極，汽車業界非常重視CVT在汽車上的實用化進程。目前世界上裝車較多的汽車變速器是手動變速器MT、電控液力自動變速器ECT、金屬帶鏈式無級變速器CVT、電控機械式自動變速器AMT、雙離合器變速器DCT及環形錐盤滾輪牽引式無級變速器IVT等數種，并具有各自優勢，但其中金屬帶式無級變速器前景看好。ECT變扭器中的自動變速器油ATF在高速運動中，由于油液分子間的內摩擦和油液分子與各工作輪葉片表面間的摩擦所消耗的部分能量及泵輪、渦輪窄隙處油液剪切等原因會產生油液溫度升高造成功率損失，存在傳動效率低油耗較大的不足，另外還存在結構復雜、成本高及維修難度大等較明顯缺點。歐洲格特拉克GETRAG變速箱公司開發的電控機械自動變速器AMT則克服了AT效率低等缺點，與AT相比，具有更大的發展優勢。可是，AMT依舊需要復雜的電控系統來控制。二、汽車變速器傳動技術（一）手動變速器MT自汽車發明以來，手動變速器一直得到廣泛應用。直到20世紀60年代，大部分的汽車變速器只有3個檔位，只有高速檔具備同步器。當時駕駛員駕駛車輛時，必須有很好的技術，才能平順地換檔。發展至今，大多數手動變速器也搭載有5檔，甚至6檔速率。低檔速率對節約燃料有好處，加快速度需要變高速檔。（二）自動變速器AT自動變速器自上世紀40年代開始使用，南美國制造商發展起來。當時，由于電子裝置還沒有發展起來，只有通過液壓系統才能控制有關的操縱裝置。隨著時代的發展，自動變速器的檔位數就像手動變速器一樣逐漸增加了。由于電子操縱裝置和增大齒輪的速比范圍，液力變扭器僅限于在車輛啟動的階段使用。這不但對降低燃料消耗有好處，而且也改善了轎車的性能。新型的5檔或6檔自動變速器，采用新的控制系統，與老一代產品相比，重量相當，但傳遞的扭矩大大增加。為了降低內部損耗，采用多檔位、小速比差可以減少燃料消耗，增加車輛行駛的平順性。從燃油經濟性、運動性能和舒適性雨言，當自動變速器的檔位不斷增多，速比差不斷減小，就很接近連續變速的CVT變速器了。（三）無級變速器CVT無級變速齒輪傳動裝置，是在上世紀中葉出現的。當時，由于沒有合適的自動化控制操縱裝置，在電子時代之前，所有的機械控制裝置，最終都沒有能夠成功地安裝在汽車上。這時，發動機的效率及行車條件都由駕駛者的行車能力來決定。直到上世紀80年代術期，CVT才首次運用在批量生產的汽車中。利用鏈條傳送動力的裝備的CVT，需要起動機離合器或液力變扭器。為了倒車還需要一套額外的倒車齒輪組。能量是通過輪盤和鏈子之間產生的摩擦從軸輪傳到另一個軸輪。這就是問題的關鍵所在，因為只能用專用的潤滑劑才可以避免在軸與軸之間會發生打滑或點蝕。CVT對扭矩是非常敏感的。同其他傳動系統相比，升級為更大能量的發動機需要進行更多詳細的檢查。發動機速度和車速度沒有固定的比率。此外，音響效果與手動變速器有很大的不同。由于這個原因，無級變速傳動有時小受客戶歡迎。噪聲的問題有時可導致另外叫做“橡皮筋兒作用”的問題。以上指的是，隨著車速度的增加，有可能發動機速度減低下來。為了同避這個問題，有些制造商提供以固定比率為7的CVT，這樣很像齒輪傳動。若軟件不仔細地被起動，軸輪就容易會破壞到極限。在這種條件下，無級變速傳動的作用無非是保證兩個齒輪良好地嚙合起來而已。由于動力傳遞完全取決于輪盤和鏈子之間的摩擦力，目前，使用CVT變速器的發動機扭矩極限大約為350到400NM。（四）自動變速的手動變速器AMT起初AMT很受人喜歡，因為價格比AT和CVT便宜得多。特別是在多檔位重型卡車上，這種自動化的變速器在歐洲、北美洲占有很大市場份額。就小轎車而言，AMT卻得不到廣泛認可。這主要是由于換檔時，會造成動力中斷，這被視為不利之處。決定是否使用AMT，主要要考慮車的重量和動力傳遞的特性的要求。（五）雙離臺變速器傳動DCT降低成本是發展任何一種變速器的主要驅動力。在AMT殺被廣泛采用之后，雙離合器變速器OCT成為了一個在AT和CVT之外的有趣選擇。雙離合器變速器中的零部件與手動變速器很相似。到目前為止，干式離合器的DCT，由于成本低，一直被認為是一種對小發動機有利的選擇。而濕式離合器則需要一套由油泵和油壓回路來驅動離合器和換檔同步器。所以，濕式離合器DCT比MT的內部損耗要多，但低于AT，更大大地低于CVT。特別是對于橫置發動機傳動系統更是如此。（六）混合動力傳動混合傳動是指，車上有兩個可交替或混合使用的動力源。在許多情況下，一臺動力源是內燃機，另一臺是由電池驅動的電動機。一般說來，混合動力的目的是減少燃料消耗和排放。這里，混合動力的關鍵問題是電動機的大小和它是從哪兒得到所需的能量。設計混合傳動的主要任務是從制動中獲得再生能源。所以可以獲得的再生電力的多少取決于車輛載荷循環因數即車輛停止和行駛的比例、電動機的大小和它的特征。可以想見，最近幾年有很多相關的新穎設計還在進行中。混合傳動在長途運輸中沒有太多的好處。在混合傳動系統中，電動機是個薄弱環節。因為能量和電流這兩方面的限制，并且電動機的重量大、體積大、價格也高。再說，到現在對它的壽命和可靠性的研究也只處于萌芽狀態而已。三、汽車變速器的特點（一）手動變速器手動變速器是最常見的變速器其換檔操作遵從駕駛者的意志、結構簡單、故障率相對較低，價廉枋美。近年來隨著汽車工業的發展、車輛設備性能、結構變化導致車輛傳動部的潤滑條件較過去更為苛刻1、齒輪箱體積更小。由于使用者對燃油經濟性要求提高、汽車制造商提高了后橋及變速器傳動功率密度、使齒輪箱內潤滑油容量變小齒輪溫度和負荷提高。2、空氣動力學設計改進。采用空氣動力學設計可以有效握高燃油經濟性但同時使后橋愛變速器周圍的空氣溘速降低。有OEM報道采用空氣動力學設計可能使重負荷卡車手動變速器的工作溫度提高2530。3、緩沖器的使用。容易在齒輪齒尖產生剝坑。4、同步器的廣泛應用。在同步耐久性、抗點蝕、杭擦傷性能上對變速器油提出了更高的要求。（二）自動變速器（AT）的運行特點自動變速器能自動進行反復的加速，減速、換檔等功能具有變速平滑駕駛輕便等優點，但其在油耗方面比手動變速器高515。（三）無級變速器（CVT）的運行特點無級變速器雖然具有變速柔和、舒適等特點，但變速器內能量損失過大，并不節油，承載扭矩具有局限性，成本較高。（四）自動變速的手動變速器（AMT）的運行特點自動變速的手動變速器比自動變速器和手動變速器節能，但由于其是基于手動變速器發展起來的，具有不可逾越的技術阻礙，即動力中斷現象，一般應用在緊湊型車河商用車上。（五）雙離合變速器（DCT）的運行特點雙離臺器變速器擁有2個離臺器和2套輸入輸出軸。其工作原理是可以同時有2個擋位嚙臺，汽車在正常行駛時，一個離臺器控制單數擋位齒輪，一個離合囂控制雙數檔位齒輪；變速囂在換檔過程中，保持動力不切斷。因此，雙離臺器變速器的優點是燃油經濟性好、響應時間短、扭矩傳遞沒有限制（與帶式無級變速器相比），扭矩傳進沒有中斷（與自動變速的手動變速器相比）。雙離臺器變速器的制造成本比自動變速囂和無級變速器低，也可以使用現有手動變速囂生產設備生產。由于雙離臺器變速器采用機械傳動，因此在調整控制程序、改變加遺度性能后。適用于中、高檔轎車和運動型汽車。雙離合變速器在節能方面比5速自動變速器高15如果與混合動力車相匹配，節能效果會更加明顯。四、汽車無級變速器的應用在汽車無級變速器CVT應用方面，國內與國外車型存在的差距也正在逐漸縮小。如本田開發的MULTIMATICS裝備在飛度轎車上，其優點表現在變速柔順、操縱穩定性好及節約能耗方面。此外，奧迪A6、A4、菲亞特派力奧、西耶耶、周末風、奇瑞旗云、風云、QQ、東方之子也有CVT可供選擇。目前裝備汽車的CVT大多數采用摩擦傳動，其功率小、效率低，如V型橡膠帶式、V型金屬帶式、多盤式、滾輪轉盤式等，主要通過靜摩擦力實現動力傳遞。從V型橡膠帶無級變速器到現代的金屬帶式無級變速器在汽車上的實際應用，期間經歷了一個世紀18861987。如今，金屬帶式無級變速器已經裝備在歐美日等國家地區生產的中小排量汽車上。近年下線的奧迪V628L轎車就裝備金屬鏈帶式無級變速器，輸出功率為142KW，這實際上代表現代無級變速器研發技術水平的最高成就。在奧迪A6裝備MULTITRONIC手動無級一體變速器的轎車上，預設6個手動檔位，換檔過程連續進行且分級變化。避免因操作而產生的遲滯頓挫感，提高舒適程度，操作簡便，又能充分體驗駕駛樂趣。據一汽大眾現場試車介紹，裝備MULTITRONIC手動無級一體變速器的奧迪A6轎車，在0100KMH加速時，比裝備手動自動五速變速器的轎車快14S，比裝備五速手動變速器的同類車型也快01S。且在油耗上，比手動自動一體的奧迪A6轎車變速器減少06L100KM，比手動五擋奧迫A6轎車減少02L100KM。這種變速器變速機構的核心部件是兩組帶輪，根據發動機工況變化通過控制系統，改變驅動輪和從動輪與金屬鏈帶的接觸工作半徑達到變速目的。變速范圍達56，傳動效率達95液力AT的傳動效率在87左右。目前無級變速器的傳動構件由帶輪驅動，分為金屬帶V型輪和金屬鏈V型輪二種形式。金屬帶鏈壓緊在主動與從動V型帶輪上，通過改變帶輪槽寬度即可改變金屬帶鏈與V型帶輪的接觸半徑，并因此改變傳動比。不論金屬帶式或金屬鏈式無級變速器，都由電控裝置、液控裝置和機械變速裝置包括濕式多片離合器、液力變矩器或電磁偶合器等機構組成。變速器工作時，電控單元依據節氣門開度信號和變速器輸出軸的速度信號，經計算后向液壓控制裝置輸出執行信號，再由液控裝置輸出油壓調節控制離合器與伺服油缸的工作，來改變動力傳遞的通道及改變主動、從動帶輪的工作半徑實現無級變速。奧迪MULTITROMIC無級變速器可承受280NM以上的扭力，能夠勝任與奧迪A624L發動機的匹配。在變速效率、速比范圍、重量及生產成本等方面，已逐步突破以前只有在小型轎車低功率上的使用局限。當前，世界各大汽車廠商為提高產品的競爭力都努力研發新一代的CVT性能安全轉矩容量更大，這是由于伴隨現代科學技術高度發展的背景支持和全球性的能源危機以及對環境保護壓力所采取的措施。例如，美國福特和通用汽車公司為研制1320L排量級的無級變速器也投入上億美元的巨資。現在，全世界的CVT轎車年產量大約50萬輛，其主要汽車品牌中，都有裝備CVT的轎車在銷售。汽車無級變速器無疑是當今汽車變速器發展的趨勢。2006年上半年國內轎車產量為25963萬輛，比上年同期增長403，在未來的1015年，中國汽車將會迎來全面發展的盛況。國內有關行業專家指出經過幾年的發展后，要做到手動自動變速產品品類齊全；手動變速箱產品升級；自動變速箱將優先發展AMT、適對發展DCT、適量生產ECT，全力推動自動變速箱開發的市場化進程。五、汽車變速器的發展趨勢手動變速器MT由于價格合理、燃料消耗低，估計今后手動變速器一定還會繼續獲得廣泛的應用。為改進手動變速器MT的性能，汽車工業的主要精力集中在下列方面1提高換檔的舒適性；2用輕金屬降低變速器的重量；3減少內損耗，例如使用低粘度潤滑油；4以合乎環境保護標準的生產工藝等有效生態方案補償成本膨脹；5發展能用現有設備和零部件相兼容的雙離臺器變速器的生產平臺。上述提到的情況，同時適用于前輪和后輪驅動車輛的變速器。為適應城市越來越多的汽車增長量和繁忙的交通情況，自動變速器將被廣泛開發和應用已達到提高效率，降低油耗的效果。其發展趨勢是（1）提高傳動效率，以提高油經濟性，強化駕駛性能；（2）復雜精密的電子控制；（3）提高駕駛的舒適性；（4）保障行車安全。本文介紹了不同變速器技術的發展和特點，重點介紹介紹了無級變速器在現代汽車中的應用，分析了未來汽車變速器的發展趨勢。變速器朝操縱舒適、輕柔、傳動效率高、低油耗、環保與低噪聲方向發展，汽車自動變速市場的需求量將繼續增長。由于世界能源和環境保護問題的日益突出及激烈的市場競爭，今后汽車變速器市場會呈現最佳優化設計的多層次多樣化狀態。手動變速器MT由于其傳動效率高、功率大，油耗小、結構簡單的明顯優點占市場的一部分。但具有高技術水準自動化控制的手動變速器因保持MT的優點同時又因其優化設計盡量避免MT的不足將取得進展，如雙離合器變速器DCT、自動變速的手動變速器（AMT）。汽車無級變速器，其摩擦傳動方式的無級變速器在歐洲、日本成功應用，但這種摩擦傳動的無級變速雖然有優勢卻又受到傳動效率較低及傳輸扭矩的限制，需要開拓新的途徑，在中小排量的汽車上占有一定市場比例。迫于全球性能源燃油經濟性與排放限制的壓力和汽車市場的激烈競爭，各汽車廠商都在投入，以利于研發性能更好的變速器滿足市場的多樣化、多層次需求，在汽車市場上新的變速器品種將會不斷出現。畢業設計（論文）開題報告題目名稱汽車變速器的設計學生姓名高光明專業機械工程及自動化班級07級7班一、選題的目的意義21世紀，汽車工業成為中國經濟發展的支柱產業之一，汽車企業對各系統部件的設計需求旺盛。其實，汽車與人一樣，也是有著整套健康系統的有機結合體。發動機是心臟，車輪、底盤與懸掛是軀干與四肢，然而連接它們的，是類似于人體經脈的變速器系統。如果汽車喪失了變速器這個中心環節，心臟、四肢與軀干再好，汽車只能如同植物人般成為廢鐵一堆可以說，變速器是伴隨著汽車工業出現的必然產物，是汽車上的必需品。在完成了最基本的傳動功能之外，我們對變速器的要求也是越來越高，這是變速箱演變過程的首要催產素。由此可見，對汽車的變速器進行研究具有十分重要的意義。作為汽車關鍵總成之一，變速器技術在汽車誕生的百年歷史中在不斷地與時俱進。手動變速器由于其傳遞動力的直接與高效性，加上制作技術的成熟與低成本，現代汽車中裝備手動變速器的汽車仍然占有很大比例。但隨著人們對汽車舒適性要求越來越高，現代汽車自動變速器裝備率越來越高卻是一個不爭的事實，尤其是當自動變速器也逐漸能夠兼顧操控性的時候。但傳統自動變速器技術卻由于其效率的低下而在等待一場革命。我們想要知道的是，自動變速器的未來究竟將走向何方在當前多種技術的研發中，自動變速器技術逐漸呈現出了比較明顯的三大發展趨勢，一是以德國大眾汽車公司為代表的雙離合技術，二是無級變速技術即CVT技術，三是多家公司已然推出的多擋位技術。通過進行本設計使學生對設計的一般過程包括市場調查與預測，技術調查，可行性分析，初步設計，技術設計，工作圖設計等有一個系統的了解，機器的設計過程，為在今后的工作中能夠較快地進入工作狀態打下一定的基礎。二、國內外研究綜述在中國，手動變速器仍然是車用變速器的主流。具體有兩個原因首先，目前國內企業已經基本掌握對手動變速器的開發，所以在一定程度上加大了手動變速器的價格優勢；另外，絕大多數中國駕駛者在學車時就用的是手動車，他們更加享受手動車帶來的駕駛樂趣。從技術、節能和基礎設施角度，對各種變速器在中國和國外的發展情況作以下簡要分析（1）手動變速器（MT）手動變速器應該說是最為節能的變速方式，另外由于中國企業已經掌握該技術，而且在生產方面也積累了長期經驗，從而在價格和質量方面會有較大優勢。所以在短期內仍將是變速器主流。其不足在于操控上的不便，尤其是在城市工況。（2）自動手動變速器（AMT）自動手動變速器實際上是由一個機器系統來完成操作離合器和選擋這兩個動作。駕駛者只要踩油門，選速器系統會自動選擇換擋的最佳時機，從而消除了發動機、離合器和變速器的錯誤使用，以避免錯換擋位。由選速器完成駕駛者踩離合器換擋的動作，選擇的換擋時機要比駕駛者完成得更準確。因此，在能源日益緊缺和CO2排放壓力越來越大這一背景下，AMT順應了“節能減排”這一趨勢，是一項非常適合中國市場的先進技術。（3）電子控制液力自動變速器（AT）電子控制液力自動變速器近些年新技術也不斷在使用，它正朝著多擋位、數字化控制等方面發展。電子控制模塊可以選擇更多的傳動比，傳動比取決于行駛條件，從而降低了油耗并提高了換擋平順性。發動機轉速與行駛狀態的最優化匹配意味著發動機提高了動力、燃油經濟性并降低了運行噪聲。（4）無級變速器（CVT）無級變速器則只需兩組可移動錐輪以及傳動帶或傳動鏈，即可實現無數個前進擋的變速過程。（5）雙離合器變速器（DCT）雙離合器變速器最早是德國大眾技術，因此在大眾車系里又稱DSG變速器。它可以說是目前世界上最先進的、具有革命性的變速器系統，根據我國汽車變速器的技術條件和市場情況，對于未來1020年的中國市場，可以得出以下結論手動變速器在短期內仍將主導市場，但自動變速器將不斷受到市場青睞，其中，雙離合器技術潛力巨大。三、畢業設計（論文）所用的方法1通過對市場和用戶的調查研究實地調查、電話查詢,科學預測國內外產品的發展動態并進行水平對比,尋求新的開發方向和目標，寫出調研報告。2技術調查。首先查閱資料,包括在圖書館查閱資料、購書中心查閱資料、上網查閱資料、借閱類似設備的設計資料。在獲得一定的資料后，通過分析、對比，寫出開題報告。3設計方案的論證。首先提出兩到三種設計方案，通過分析、比較確定一種設計方案，該方案要結合實際生產情況盡量采用新技術，新措施。4運用所學到的知識對主要設計參數進行計算,依據計算結果進行具體設計,再對設計進行理論驗算。5繪制相關圖紙,并完成畢業設計的其它工作。三、主要參考文獻與資料獲得情況1彭文生，張志明，黃華梁機械設計北京高等教育出版社。2劉惟信汽車設計北京清華大學出版社。3機械設計手冊4張洪欣汽車設計北京機械工業出版社。5陳家瑞汽車構造第二版北京機械工業出版社。6張文春汽車理論北京機械工業出版社。四、指導教師審批意見李懷正年月日計劃進度表學生姓名高光明學號20070130705教師姓名李懷正職稱教授題目汽車自動變速器液力變矩器的設計時間工作內容完成情況2011年1月3日201年1月16日2011年3月7日2011年3月27日2011年3月28日2011年4月10日2011年4月11日2011年5月15日2011年5月7日2011年6月5日一、文獻資料搜集閱讀階段到圖書館網上查閱與汽車總動變速箱相關的資料，練習運用SOLIDWORKS等繪圖軟件，根據任務書及所收集的資料，撰寫開題報告。二、翻譯外文階段查找相關的外文資料論文等，翻譯外文論文；三、方案設計，總體設計對前期收集整理的第一手資料進行認真閱讀，對汽車自動變速器液力變矩器部分進行初步方案設計及總體設計；四、裝配圖、零部件圖設計對汽車自動變速器液力變矩器進行詳細計算及設計，并繪制零部件的三維圖，對前期設計進行校核修正，并將零部件裝配成裝配體。五、編寫設計計算說明書對前期的工作進行總結，嚴格按照學校設計規范撰寫設計計算說明書，達到畢業設計目標；準備答辯。完成完成完成完成完成畢業設計中期檢查表題目名稱汽車自動變速器設計學生姓名高光明所學專業機械工程及自動化學號20070130705一、已完成的任務一、文獻資料搜集閱讀階段到圖書館網上查閱與汽車總動變速箱相關的資料，練習運用SOLIDWORKS等繪圖軟件，根據任務書及所收集的資料，撰寫開題報告。二、翻譯外文階段查找相關的外文資料論文等，翻譯外文論文；三、方案設計，總體設計對前期收集整理的第一手資料進行認真閱讀，對汽車自動變速器液力變矩器部分進行初步方案設計及總體設計；四、裝配圖、零部件圖設計對汽車自動變速器液力變矩器進行詳細計算及設計，并繪制零部件的三維圖。二、存在問題各部分的參數可能存在一定的不合理，我會在接下來的時間里進一步優化設計，在此畢業設計期間我得到了李老師的很大的幫助，我由此也學到了許多，非常感謝老師的指導與幫助。三、擬采取的研究方法和可行性分析查閱資料，和同學討論，并向老師請教。四、指導教師對學生勞動紀律、設計（論文）進展等方面的評語指導教師簽名李懷正2011年月日無級變速器概述無級變速器過去、現在和將來的研究凱文R朗2000年5月3日摘要隨著美國政府所頒布的針對汽車燃油經濟性和排放的新法規,無級變速傳動,或無級變速器,繼續成為提高內燃機IC引擎汽車的燃油效率的一個關鍵技術。無級變速器使用無限可調節的驅動比代替離散齒輪達到最佳發動機的性能。對于給定的車速度，由于引擎總是工作在最有效轉速,裝備無級變速器的比裝備傳統變速器的車輛達到較好耗油量和加速度。在汽車領域無級變速器并不是新的,但是在過去它們的轉矩性能和可靠性一直是受限制的。齒輪減速和制造業的新發展導致了更加穩定的無級變速器的產生,反過來那能讓他們被使用在更多樣的汽車應用上。無級變速器也與混合動力汽車被開發。隨著無級變速器的繼續發展,它的成本將進一步減少和性能將會繼續增加,而這反過來又會讓無級變速技術作進一步的發展和應用。本文評價了自動變速傳動裝置目前的發展狀況和即將面臨的研究,在過去的發展狀況及存在的與自動變速裝置相關的傳統問題的背景下，對潛在的理論和機構進行了探討。簡介經過一個多世紀的探索和發展,內燃機引擎IC接近完美變得陳舊除了燃料經濟性的進展和有效地排放降低，工程師繼續探索的IC效率和性能的外在限制,。雖然許多內燃機引擎車輛滿足車輛排放的標準,但在不久的將來，這些標準將被新的、更嚴格的政府法規。由于有限的改進余地,汽車制造商已經開始全面發展替代的動力的車輛。盡管如此,制造商也不愿放棄近一個世紀的發展和數十億或甚至萬億美元的IC基礎設施,尤其是對沒有商業成功史的技術。因此,理想的臨時解決辦法是進一步優化內燃機引擎車輛的整體效率。對于這種燃料經濟困境，一個可能的解決辦法是連續變化的傳動裝置（CVT）,一種古老的想法只是最近成為的汽車制造商希望的堡壘。，在混合動力和燃料電池車輛仍在繼續發展的時候自動變速器能潛在允許內燃機引擎車輛滿足第一次的燃油法規。與選擇一個,四個或五個齒輪相比，無級變速傳動裝置按理想的光滑轉矩速度曲線不斷改變它的齒輪傳動比來優化引擎效率相對于傳統的變速器，這提高了燃油里程和加速度。CVTS的基本理論有不可否認的潛力,但燃料法規的寬松近年來蓬勃發展的銷售給制造商一種自滿情緒如果消費者在購買數以百萬計的傳統的傳動裝置的汽車,為什么花數十億美元來進行開發及制造無級自動變速器呢雖然CVTS已經應用于汽車了幾十年,有限的轉矩的能力以及可疑的可靠性已經抑制他們的成長。然而,今天,正在進行的無級自動變速傳動裝置的研究已經導致了更加穩定的傳動裝置,從而更加多樣的用于汽車應用上。隨著無級自動變速傳動裝置的繼續發展,制造成本進一步降低和性能進一步提高,反過來也增加了它們進一步發展的需求。在世界的汽車基礎設施，這個改進的循環將最終給無級自動變速傳動器打下了扎實的基礎。無級自動變速傳動裝置理論和設計今天的汽車幾乎都利用傳統的手動或自動傳動裝置“多重行星齒輪傳動系統集利用積分離合器和選擇頻率達到離散齒輪傳動比”3。典型的自動機械使用四個或五個這樣的齒輪,而手動通常使用五個或六個。通過幾個基本的無級自動變速傳動裝置設計中的一個，連續變化的傳動裝置可代替無限可調節傳動裝置的離散齒輪傳動。驅動帶這種最常見的類型的無級自動傳動裝置用分割的鋼材堆疊在鋼帶上,如圖1。該帶傳輸功率在兩個錐形滑車、或滑輪上,一個固定的和一個可移動的3。用皮帶驅動大體上,一個傳感器測得發動機的輸出,然后滑輪間的距離增加或減少,從而驅動皮帶張緊。不斷變化的滑輪間距離它們彼此的傳動比類似于換檔。6圖1金屬推帶CVT的結構推帶無級自動變速傳動裝置幾十年前被開發,但在帶設計上的新進展最近已經引起了全世界的汽車制造商。環形牽引驅動器2環形CVT的結構這些傳動裝置使用高剪切強度的粘性流體傳輸扭矩在輸入和輸出帶環之間。隨著可移動曲面的線條的滑動,滾筒角度相對于傳動軸位置的變化可以看出,在圖2。這一結果在改變齒輪傳動3。變直徑彈性體帶這種類型的無級變速,代表如圖2,采用了平面、靈活的帶安裝在可移動的支承結構上。這些支承可以改變半徑進而改變齒輪傳動比然而,在高傳動比下，支承分離形成一種不連續的齒輪軌跡,參考圖3。這可能會導致的問題,那已經困擾無級變速器多年3。這個內在缺陷指導向推帶無級變速器方向研究、開發。其它無級變速器品種在汽車歷史的整個過程中，其他幾個種類的CVTS已經開發出來,但與推帶和環形CVTS相比，這些已經變得不那么突出。在無級變速傳動裝置中，下垂的牽引驅動使用一個旋轉的、錐形傳動軸圖3變直徑彈性體帶的結構來改變傳動裝置。隨著錐形體改變角度、入口半徑減小,而出口半徑增加,反之亦然,導致一個無限變化的齒輪傳動比3。可變的幾何體無級變速裝置用可調節的行星齒輪組改變齒輪傳動比,但是與傳統的無級變速相比，這看上去更像是一個靈活的傳統的傳動裝置。背景和歷史說無級變速器CVT了無新意將會是一個保守的陳述在1490，奧納多達芬奇勾勒下他的CVT的想法1。在汽車上應用上,CVTS已經幾乎和汽車本身一樣深入人心,和傳統的自動裝置一樣被了解。實際上在20世紀30年代初，通用汽車公司開發了一種環形的CVT,由于費用問題在最終決定實施一個傳統的,分級式齒輪自動裝置前，進行廣泛的測試。在20世紀60年代，通用汽車公司再次研究CVTS,但沒有見過產品2。英國制造商奧斯丁在它的一個小排量汽車上使用了一種CVT一些年,但“由于它的高成本、可靠性差,不充分的扭矩傳遞而被放棄”2。許多早期CVTS使用了一個簡單的橡膠傳送帶,圓錐體系統,像那個在1958年被荷蘭公司DAF開發1。然而,DAF的CVT只能運用在06L發動機上,噪聲和粗糙的問題開始傷害其聲譽1。這些早期的失敗使汽車制造商也在很大程度上避免CVTS直到最近,特別是在美國。固有的優點和效益當然,換擋傳動的金屬聲對所有的車手是熟悉的。相比之下,無級變速傳動是完全平穩的，它自然改變“齒輪傳動比”以致于司機或者旅客覺得只有穩定的加速度。從理論上講,CVT將更少的引起發動機疲勞,將成為一個更可靠的傳動裝置,換擋和離散齒輪使發動機運行在低于理想的速度上。此外,CVTS提供改進效率和性能。下面的表格1顯示了一個典型的五擋自動裝置的功率傳輸效率。也就是通過傳動裝置的發動機功率轉變百分比。這86的平均效率與97效率的典型的手動變速器3相比之下,下表2給出了幾個CVT設計的效率范圍。表1效率對自動變速器齒輪傳動比3表2各種CVT設計的效率3齒輪效率范圍CVT原理效率范圍16085橡膠皮帶909526090鋼帶909738595環形牽引709449095下垂牽引759658594可變幾何尺寸8593這些CVTS每一個在常規自動變速裝置上，提供了改進效率,以及與手動變速器相比他們的效率并不主要取決于駕駛習慣3。另外因為CVT允許一個發動機運行在這個最有效點幾乎獨立于車輛的速度信號,與傳統傳動裝置相比，裝備CVT的車輛具有燃油經濟性效益3ZFGETRIEBEGMBH幾年前通過測試發現“與四速自動變速器相比，CVT用至少節省10的燃料”利于美國環境保護署的城市和高速公路的循環。此外,在060英里/小時加速度測試，CVT用少于一秒的速度5。潛在的燃料效率,還可以帶進入本田的用戶被使用。在城市的高速公路上，使用傳統的自動變速裝置的用戶每加侖油平均行駛英里,而無級變速裝置的相同的汽車能達到3438英里4。本田已經使用了無級變速裝置多年,但這些是具有限的轉矩的能力的16升的汽車。不斷的研究和發展將必然地擴大CVTS的適用性，使它達到一個更寬廣的發動機和汽車的使用范圍。挑戰和限制因素由于各種各樣的原因,CVT的發展一直進展緩慢,但是大多數的發展延遲可歸咎于缺乏需求傳統手工和自動變速器已經長期提供足夠的性能和燃油經濟性。因此,CVT發展中遇到問題阻礙了它的發展。“設計師一直是徒勞地在試圖發展匹配CVT的最大扭矩能力、效率、大小、重量、和生產成本的變速裝置”6。對以前的CVTS最主要的抱怨是滑輪或傳動皮帶的滑移。這是由于缺乏離散齒,那構成了齒輪之間的剛性機械連接,特別是在高轉矩下，摩擦傳動更容易滑動。與50年代和60年代間早期的CVTS,配備CVTS的發動機運轉在極高的轉速上試圖“趕上”滑移帶。這將會發生車輛加速到峰值扭矩時的任何時間“對于承受壓力的帶,在傳遞扭矩這個過程中,微滑移發生在帶圖4通用的新CVT設計結構和滑輪之間。這個微滑移傾向于急劇增加傳遞扭矩超過某一定值”8多年來,對于這個問題，簡單的解決方法是僅在低扭矩的汽車引擎使用CVTS。另一個解決方案是采用變矩器想應用在傳統的自動裝置上一樣,但是這就降低了CVT的效率2。也許相比其他東西,CVT的發展受成本阻礙。低體積和缺乏基礎設施抬高了生產成本,這樣不可避免的生產更高的傳動裝置的價格。不斷增加的發展,在制造工藝、材料加工的大多數問題背簡單的改進解決。例如,日產的EXTROID來自于一個世紀的老概念,被現代技術，冶金、化工、電子、工程、精密制造完善”2。此外,無級變速的控制問題必須得到解決。即使CVT可以在任何速度以最優齒輪傳動比操作,怎么能讓它“知道”選擇什么傳動比手動變速器有手動控制，司機可以在他或她想換擋時進行換擋,自動變速器有相對簡單的換擋算法在3個到5個齒輪之間進行調節。然而,CVTS需要更復雜的演算法來調節無限分割的速度和齒輪傳動比。研究與開發而近些年內燃機的發展已經減慢，因此汽車制造商投入更多的資源來發展混合動力電動汽車HEVS和燃料電池汽車FEVS,CVT的研究和發展被迅速擴展。即使美國汽車制造商在無級變速上一直是落后的，直到最近揭幕的新設計；截至2002年，通用汽車計劃在一些車輛實施金屬帶無級變速裝置。6在CVT的發展上，日本和德國人繼續帶頭前進。憑借其“EXTROID”CVT，日產已經取得了令人矚目的一步,在國內市場上，它所提供了豪華轎車“塞德里克和格洛麗亞”。這種環形的CVT的費用超過傳統的皮帶驅動的無級變速器,但日產期望額外的成本通過豪華轎車的價格賺回2。EXTROID用高粘度流體在圓盤和滾軸之間來傳輸能量,而不是直接接觸。與變矩器相結合,這樣產生了“異常快速傳動比變化”。不過，最重要的是,EXTROID是可與渦輪增壓版的日產的產生285磅每英尺的扭矩的30升排量的V6相適應的對于無級變速起器的扭矩能力，這是一個新的紀錄2。奧迪的新CVT既提供了更好的圖5奧迪鏈條CVT的結構燃油效率比傳統的自動裝置和較好的加速度比手動變速裝置。此外,奧迪宣稱,它能提供無級變速裝置在輕微價格增加上1。為了處理多達280磅每英尺的扭矩，這種所謂“無級變速器”的無級變速裝置使用一個全鋼鏈節板槽而不是V帶1。此外,“奧迪聲稱A6無級變速器從0加速到100千米/小時比齒輪傳動的無級變速裝置少用13S,比同等型號的在“最佳狀態”使用五速手動變速箱快圖6奧迪CVT剖面結構01S1。如果成本能足夠的降低,這樣的傳動裝置可以用在幾乎所有的汽車上。近年來許多小型汽車已經使用CVTS,在不久的將來，更多的汽車還會用到它們。在某些小排量汽車，日產、本田及斯巴魯汽車當前使用與荷蘭的公司VDT開發的帶驅動的CVTS7。在日本公司AICHIMACHINE支持下,鈴木和大發共同開發的CVTS采用了芳綸纖維鋁/塑料復合材料帶。他們使用了一種輔助傳動裝置起動來避免低速滑移。超過6英里/小時后,CVT正常運轉7。”輔助齒輪組的直接耦合保證了足夠敏銳的起動和初始加速度”7。然而,AICHI的CVT只能操作52磅每英尺的扭矩。單就這一點，就直接否定了它在歐美市場的潛力。盡管如此,還有更多的CVTS產生在2000年比1999年,每個主要汽車展帶來更多新的CVTS注意事項。新的無級變速裝置的研究就在1997年,CVT的研究集中在驅動皮帶設計能量傳遞和的基本問題上。現在,由于VDT和其他的公司的帶特別有效,研究主要聚焦于控制和實施CVTS上。從20世紀70年代以來，日產汽車公司的無級變速裝置的研究一直處于領先地位。一項最近的研究分析金屬帶無級變速的滑移特性,導致了CVTS的滑動范圍和轉矩的能力仿真方法的出現8。這導致了引人注目的進步,此后CVTS的驅動皮帶技術可以用計算機模擬進行建模和分析,導致了快速的發展和更有效率的設計。日產對驅動帶CVTS扭矩范圍的研究還導致了變矩器的使用,此后幾家公司開始應用。變矩器被設計用來允許“爬行”，在那些無驅動感應加速度的自動變速汽車上低速度運行。變矩器增加了改良“在空轉時的爬行能力來改善在低速操縱性能和在上坡時起動性能”9。日產的EXTROID使用這樣的變矩器為了“平穩起動、減振、爬行特性”2。無級變速控制最近達到了研究的前沿,如果沒有一個智能的主動控制算法，即使一只機械的完美的CVT是無用的。最優CVT性能要求綜合控制，例如日產開發的系統得到要求的符合燃油經濟性的驅動轉矩13。控制系統決定了必要的基于目標轉矩,車輛速度,期望的燃油經濟性的無級變速速比。本田也形成了一套對CVTS的綜合控制算法,不僅僅考慮發動機的熱效率,又能減少傳動系統本身的配件12。本田使用原型車的算法的測試,導致了一個燃料經濟性百分比增長與傳統算法相比。雖然不是顯著的增長,本田公司聲稱其算法根本上是好的,因此它將成為下一代的發動機控制的基本技術之一12雖然CVTS正在生產,然而許多控