摘 要

与传统的手动变速器相比，自动变速器具备驾驶方便、平顺、行车安全等良好性能。其中，液力自动变速器在国内应用最为普遍，因此本文以宝来2018款1.5L自动时尚款为参数依托，进行了本次设计。所设计的液力式自动变速器，有6个前进挡以及1个倒挡。本文采用相似设计法和机械工程设计方法重点对液力变矩器和行星齿轮变速器进行了设计计算和校核，同时，简单分析了几种不同的换挡控制策略。

本次设计最终实现了对液力式自动变速器传动机构的设计、部件的工程图绘制以及换挡控制策略的分析，可作为液力式自动变速器的传动结构设计及换挡控制的参考。

关键词：自动变速器设计；液力变矩器；行星齿轮机构；换挡控制策略分析

Abstract

Compared with the traditional manual transmission, the automatic transmission has better driving convenience, riding comfort and driving safety. Among them, the hydraulic automatic transmission is most widely used in China. Therefore, this paper designs an automatic transmission based on the parameters of Polo 2018 1.5L automatic fashion funds, which has 6 forward gears and one reverse gear. In this paper, the design calculation and check of the hydraulic torque converter and the planetary gear transmission are focused on the similar design method and the mechanical engineering design method. At the same time, several different shift control strategies are simply analyzed.

The design finally realizes the design of the transmission mechanism of the hydraulic automatic transmission, the drawing of some important parts and the analysis of the shift control strategy, which provides a certain reference for the design of the transmission structure and the shift control decision of the hydraulic automatic transmission.

Key Words：The design of automatic transmission; Hydraulic torque converter; Planet gear mechanism; The analyze of shift control strategy

目录

第1章 绪论 1

1.1国内外研究现状 1

1.2设计内容概述 1

第2章 总体方案设计 2

2.1车型参数 2

2.2常见自动变速器性能比较 2

2.3液力变矩器 2

2.4行星齿轮机构 3

2.4.1单排行星齿轮机构 3

2.4.2辛普森行星齿轮机构 4

2.4.3拉维挪行星齿轮机构 4

2.5换挡执行机构 4

2.5.1离合器 4

2.5.2制动器 4

2.5.3单向离合器 5

2.6液压控制系统 5

2.7挡位布置形式分析 5

2.7本章小结 6

第3章 液力变矩器设计 8

3.1循环圆设计 8

3.1.1循环圆形状设计 8

3.1.2循环圆尺寸确定 8

3.1.2叶片设计 10

3.1.3叶轮形式及排列位置 10

3.2单向离合器设计 11

3.2.1尺寸设计 11

3.2.2滚柱表面接触应力校核 12

3.3锁止离合器设计 12

3.3.1摩擦片设计 13

3.3.2减振器设计 14

3.4本章小结 14

第4章 行星齿轮机构设计 16

4.1确定传动比 16

4.1.1一挡传动比 16

4.1.2各挡传动比 16

4.2齿轮齿数设计 17

4.3齿轮参数计算 19

4.3.1单排行星齿轮 19

4.3.2拉维挪单排齿轮 20

4.3.3拉维挪双排齿轮 22

4.4齿轮校核 23

4.4.1装配条件 23

4.4.2齿轮强度校核 24

4.5本章小结 28

第5章 换挡控制策略分析 30

5.1换挡控制 30

5.2几种不同的换挡控制策略 30

5.2.1基本换挡规律 30

5.2.2模糊控制理论 30

5.2.3有限状态机理论 31

5.3本章小结 31

第6章 结论与展望 32

参考文献 33

致谢 34

第1章 绪论

1.1国内外研究现状

1904， Sturtan发明了世界上首款自动变速器，随后第二年便产生了液力耦合器。造船业的发展，使得液力变矩器取代了液力耦合器^[1]。1938年，美国克莱斯勒公司将液力自动变速器装在本公司生产的汽车上，从此液力自动变速器开始在汽车上得到了大量应用。1969年，法国RenaultS.A.公司将使用电控换挡的自动变速器装在了汽车上，由此打开了自动变速器商品化市场。至80年代，汽车市场的主流即为微机控制的自动变速器。1992年，德国BMW公司展出能够识别驾驶员操作习惯、道路环境和详细工况的自适应控制系统的自动变速器，该自动变速器还可以精确修正换挡规律^[2]。日本三菱公司率先提出在控制系统中使用模糊算法，计算机能够自行选择最优的换挡控制方法。

我国首辆国产的自动变速汽车为红旗CA770高级小轿车，随后，一汽大众捷达、上海通用别克及富康988“领导者”都先后装配了自动变速器。2010年，通过引进三菱技术，东安动力自主生产了4速自动变速器。2013年，具有中国自主专利的8AT，由盛瑞传动股份有限公司研发而成。2017年6月20日，东安汽车发动机制造有限公司正式下线了国内首款自主研发的6AT^[3]。预计到了2020年，我国自主品牌将达到650万左右的搭载量及36%左右的市场占有率。

1.2设计内容概述

本次设计按照任务书的要求，顺利完成了以下方面的内容：首先对各种变速器的性能进行了分析比较，然后对液力变矩器、行星齿轮机构和液压控制系统进行了介绍和选型，接着参考图书馆文献资料和设计手册，分别设计了液力变矩器和行星齿轮机构，包括动力传动路线和传动比的设计。根据宝来2018款1.5L自动时尚款的基本参数，确定了它们的结构尺寸参数。最后简单分析了换挡控制策略，也绘制了AT相应的装配图和部分零件图。

第2章 总体方案设计

2.1车型参数

本次设计参考的是宝来2018款1.5L自动时尚款，其基本参数如下：

表2.1宝来2018款1.5L自动时尚款主要技术参数

2.2常见自动变速器性能比较

自动变速器种类很多，目前比较常见的有液力自动变速器（AT）、电控机械式自动变速器（AMT）、无级自动变速器（CVT）和双离合自动变速器（DCT）^[4]。

AT由液力变矩器和行星齿轮机构传动，控制系统一般是电控液压系统。由于有液力变矩器，AT可以在一定范围内实现无级变速，保持车辆平稳起步，减小了换挡时传动系统的冲击，且对外界负载具有较好的自适应性，因而在国内应用最为广泛。

AMT是在MT的基础上改进得来的，保留了其中的大部分部件，加装了自动操纵机构和电控系统。与AT相比，AMT结构简单、制造成本低，但是存在动力中断问题，舒适性较差。

无级自动变速器由金属带、液压泵、主从动工作轮、起步离合器和控制系统这些组成。它可以实现无级变速，并且零件少、体积小、动力性和燃油经济性的潜力较大，但是金属带和带轮的制造难度较大，传递扭矩能力较小。

双离合自动变速器内部有两根平行轴，齿轮分别布置在两根轴上，通过两根轴上齿轮啮合实现奇数挡和偶数挡的变换，可以无动力中断换挡。

2.3液力变矩器

普通液力变矩器，由泵轮、涡轮和导轮组成。泵轮和涡轮可以转动，导轮固定不动，与变速器壳体相连。在汽车上，这些工作轮由钢板冲压焊接而成。正是由于有了导轮，液力变矩器才可以变矩，即涡轮输出转矩与泵轮输入转矩不同。轿车用液力变矩器为三元件综合式液力变矩器，泵轮、涡轮和导轮各一个，导轮安在离合器外座圈上。综合式液力变矩器，同时具有普通液力变矩器和偶合器的优点。在涡轮低转速时能增大输入转矩，高转速时效率高，增加了高效率工作范围。

当把导轮分割成两个后，可形成四元件综合式液力变矩器。红旗CA770高级轿车，采用的就是这种结构。一方面双导轮可以扩大变矩器的高效率工作范围，但是另一方面，它的结构也变得更加复杂了，因此使用很少。

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