摘 要

双离合器式自动变速器(DCT)使液力机械式自动变速器与电控机械式自动变速器的优点得到了很好的综合，在实现动力换挡的同时、有效减少换挡时间且使换挡品质得到提升、同时汽车的操纵性与乘坐舒适性也得到提升。DCT被认为是乘用车变速器新的研究方向，并且市场前景广阔。因此为实现我国汽车行业的自主创新，则需要对DCT进行更加深入的研究。

本设计在现有乘用车用双离合器式自动变速器结构与工作原理的基础上，对其结构特点进行了总结；对双中间轴式DCT齿轮传动比与齿轮轴系的设计方法与参数选择方法进行了分析，并确定本设计所用设计方法；分析了干式DCT的布置形式与结构特点，并确定本设计所用设计方法；按照本设计选用的干式离合器设计方法，对离合器摩擦片与膜片弹簧的重要参数进行了计算与选取；最后绘制了双离合器式自动变速器的部分零件图与总装图纸。

关键词：双离合自动变速器；干式离合器；传动方案；设计方法

Abstract

Dual Clutch Transmission (DCT) is a type of automatic transmission what combines the advantages of Automated Mechanical Transmission and Automatic Transmission. It also has the function of power shifting, reducing shift time and improving the shift quality. Besides, the maneuverability and comfort of vehicle will be improved a lot. The Dual Clutch Transmission has become a new direction in vehicle automatic transmission research field and it certainly has a infinity foreground of broad market. Thus, further study of DCT will be necessary for independent innovation.

The summary of structure features in this thesis is based on the working principle and structural characteristics of DCT. Transmission ratio design methods and selective principles of parameter for DCT with dual intermediate shafts are analyzed and the basic design methods also are determined; Layout of dry DCT and structural characteristics are analyzed and the basic design methods are determined; According to the methods made above, the calculations and parameter selections of friction disk and diaphragm spring are been done; Finally draw the part and assembly drawings of DCT.

Key Words：Dual Clutch Transmission；Dry clutch；Transmission Scheme；Design Method

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究目的及意义 1

1.2 国内外现状及发展趋势 1

1.3 课题研究内容及基本技术路线 2

第2章 双离合器自动变速器传动方案分析及选择 4

2.1 双离合器式自动变速器工作原理 4

2.2 不同结构类型DCT传动方案分析 6

2.3 湿式和干式离合器DCT传动方案分析 6

2.3.1 湿式离合器性能分析 6

2.3.2 干式离合器性能分析 7

2.3.3 湿式与干式离合器DCT性能比较 7

2.4 DCT基本结构方案的确定 8

2.5 本章小结 9

第3章 双离合器式自动变速器齿轮轴系的参数设计 10

3.1 DCT传动系统结构基本参数 10

3.1.1 挡位数 10

3.1.2 变速器最大传动比值的确定 11

3.1.3 其他挡位传动比设计 12

3.1.4 齿轮轴中心距设计 13

3.2 DCT齿轮结构参数设计 13

3.2.1 齿轮参数选取与设计 13

3.2.2 各挡位齿轮的齿数分配 14

3.2.3 齿轮轮齿强度计算与校核 17

3.3 DCT轴的结构参数设计 19

3.3.1 初选轴的直径 20

3.3.2 轴的刚度计算 21

3.3.3 轴的强度计算 25

3.3.4 轴承的选择及寿命计算 27

3.4 同步器主要参数的设计 29

第4章 干式双离合器基本参数的设计 31

4.1 离合器后备系数的选择 31

4.2 摩擦片主要参数的确定 31

4.3 离合器摩擦片主要参数的校核 32

4.3.1 单位压力p₀的校核 32

4.3.2 单位面积摩擦片传递的转矩校核 32

4.3.3 单位摩擦面积滑磨功校核 33

4.3.4 按单位面积车辆总质量的验算 33

4.4 压盘的主要参数的设计 33

4.5 膜片弹簧参数的设计计算 34

4.5.1 膜片弹簧参数选择 34

4.5.2 膜片弹簧的载荷与变形关系 35

结论 37

参考论文 38

致谢 39

绪论

课题研究目的及意义

根据IHS Automotive的预测，中国乘用车的年产销量在2019年将达到2500万，而自动挡车型在其中的份额约占57%，并且采用双离合器式自动变速器（Dual Clutch Transmission，DCT）的汽车约达400万辆，其数据与2013年相比增长278%^[1]。与其他变速器相比，DCT是欧洲与中国发展较为快速的汽车核心部件之一。双离合器式自动变速器继承了电控机械式自动变速器（AMT）的部分优点，其结构紧凑、传动效率高、成本适当。由于DCT在换挡过程中动力不发生中断，因此车辆除了具有优良的换挡品质之外，在动力性与燃油经济性也会获得提升。与市场上主要的AT变速器相比，相同扭矩的双离合自动变速器产品采用平行轴齿轮传动机构，取消了液力变矩器，使得变速器（湿式双离合变速器）在综合传动效率上提升近10%，由于响应时间变得更快，动力性方面也得到了显著的提升^[2]。DCT克服AT变速器的燃油经济性差、AMT变速器的动力中断、CVT变速器的扭矩限制等现有缺点，兼具驾驶乐趣与乘坐舒适型，DCT变速器适用于经济型轿车到跑车等各个类别、各种级别的汽车。目前国内外普遍认可双离合器自动变速箱有良好的市场前景。

国内外现状及发展趋势

美国博格华纳公司从首台车用双离合器式自动变速器开始不断致力于双离合自动变速器的革新。近年来博格华纳跟众多大型汽车企业联合推出搭载双离合自动变速器的车型。自2010年起博格华纳全面开始发展双离合自动变速器，宣布每年为两百多万个双离合自动变速器提供最新的Dual Tronic技术^[3]。

德国大众集团不仅在其高端车型搭载双离合器式自动变速器，近年来更为旗下所有车型同时推出配备双离合器式自动变速器的产品。大众集团主流车型均有搭载DQ250 6速自动变速器。此款变速器对外界环境适应性高，可传递转矩较大，方便与前置发动机配合工作，在全球范围得到了广泛的认可。近年来大众的双离合战略推动了双离合自动变速器技术的快速发展与日趋成熟。德国保时捷则与德国采埃孚公司合作开发并在其旗下部分车型装载配备了PDK湿式双离合器式自动变速器。

由此可见，越来越多国内外汽车都在使用双离合式自动变速器，DCT已经成为世界上主流变速器，将来在变速器市场的份额定会迅速增加。

作为新型离合器技术，在跨国公司中DCT双离合器式自动变速器往往是其公司的核心技术。国内企业对DCT的研发仍处于初期起步阶段，则对DCT的深入研究将助力早日实现我国汽车变速器的完全自主研发。我国科技部将双离合器式自动变速器列为“汽车开发先进技术”重大项目。在国家政策的支持下，上海汽车变速器公司与华晨集团签订了联合开发DCT的协议。2013年长安汽车有限公司将自主研发的双离合器式自动变速器匹配到了当年的量产车型中。目前比亚迪已经将其6速DCT配备于2015年推出的比亚迪“元”级SUV。吉利汽车也在沃尔沃变速器技术的基础上重新优化开发了全新的7速DCT项目。

我国自动变速器行业正处于发展的重要时期，市场需求巨大，而通过合资引进、跨国合作，中国正在掌握其核心技术。

课题研究内容及基本技术路线

设计基本内容为以2017款全新福克斯三厢紧凑型轿车为参考，进行7160紧凑轿车双离合器式自动变速器的设计。主要包括动力计算、总体设计，绘制总布置图、总成图和零部件图。

设计采用双离合实现动力不中断的总体布置方案，首先简述 DCT 变速器的功能与要求，以参考车型的主要性能参数为基础，计算分析确定DCT的传动结构方案和各部分的主要参数。说明DCT主要性能参数的设计方法、传动齿轮的参数计算与应力校核过程、齿轮轴的尺寸设计和应变校核过程。本设计计算部分主要由变速器传动比设计、传动齿轮的强度计算，轴的强度与刚度校核等部分组成。其技术路线如图1.1所示。

计划最终设计展示中设计图纸包含零件图与装配图，总的制图量折合不可少于2.5张0号图纸，且所有图纸的内容不可重复。设计说明书的正文内容不可少于1万字，文献检索不可少于15篇。

双离合自动变速器的原理分析

双离合自动变速器的结构分析及确定

双离合自动变速器的主要参数计算

齿轮参数计算

轴的尺寸计算

齿轮参数校核

轴的尺寸校核

轴承的选用及校核

干式双离合器的主要参数设计

图1.1 技术路线图

第2章 双离合器自动变速器传动方案分析及选择

双离合器式自动变速器（DCT）的生产及其在车上的应用，兼顾了AMT和AT的优点。目前在DCT的结构上各公司设计各有不同，所以本部分将对不同双离合自动变速器结构进行分析总结，并为本设计选取最合理的传动方案。

2. 1. 双离合器式自动变速器工作原理

双离合器式自动变速器（DCT）在结构上最大的特点为配有两个离合器，并且每个离合器单独连接一根输入轴，工作过程中两个离合器轮流替换，保证随时有且仅有一个离合器在接合工作，因此DCT在换挡工程中可保证转换传动比而不会发生动力中断的间隙，则可以大幅度缩短换挡时间，从而使装配DCT的汽车的换挡品质得到较高的提升。

图2.1 单中间轴双离合器式自动变速器

图2.1所示为单中间轴双离合器式自动变速器的结构简图。如简图所示，此种结构方案中，DCT组成部分包括双离合器、两根输入轴、一根输出轴、各挡传动齿轮及各挡同步器等。特点为奇偶数挡位分别与两个离合器连接，其中离合器CL1与变速箱1、3、5挡连接，离合器CL2与变速箱2、4、6挡连接。

在汽车为驻车状态时，两个离合器均被置于分离状态。当车辆启动准备起步时，挡位先被切换为1挡，然后CL1离合器逐渐结合，车辆则开始起步，此时CL2离合器不传递动力，处于分离状态。当ECU检测到汽车速度接近2挡换挡点时，挡机构提前使换挡齿轮的结合。当速度到达2挡换挡点时，在离合器CL1开始分离过程的同时离合器CL2开始接合过程，当离合器CL1分离完成时，离合器CL2则同步接合完成，此时换挡过程全部完成，车辆运行挡位为2挡。ECU将根据汽车上各传感器信号持续判断车辆运行状态并控制挡位选择，若车辆减速，则下个挡位选择为1挡，若车辆加速，则下个挡位选择为3挡。由于1挡与3挡为奇数挡位，共同连接与同一根输入轴，并且与其连接的离合器CL1此时处于分离状态，不传递动力。当车辆到达换挡点时，离合器CL2被分离，处于分离状态的离合器CL1接合，换挡完成，车辆继续行驶。由于此种换挡过程中动力不会发生中断，则被称为动力换挡^[4]。

图2.2 双中轴双离合器式自动变速器