摘 要

双离合变速器（DCT）于上世纪九十年代末兴起于欧洲，属于自动变速器的一种，它不仅拥有MT的高效及AT的舒适性外，还能提供无间断的动力输出，并且相对CVT来说，能够传递更大的扭矩。国内的双离合器自动变速器研发起步较晚，但是由于其具有良好的起步换挡表现和较好的燃油经济性，依然引起了国内厂商极大的兴趣，投入了大量资源进行研发。

本文以某款中级轿车为例，设计了一款湿式双离合器，考虑到离合器传递动力时应当足够平稳，而湿式双离合器内部无法安装传统离合器中的扭转减振器，因此设计了一款配套的双质量飞轮，来实现扭转减振的功能。

设计过程中，对双质量飞轮和湿式双离合器的结构和尺寸进行了选型计算，并使用UG软件绘制了三维模型和二维结构图。经过仿真和校核，各零部件之间无干涉产生，能够实现目标功能，关键零部件的强度符合要求。故本次设计的湿式双离合器是满足任务书要求的。

关键词：湿式双离合器；双质量飞轮；UG12.0

Abstract

The dual clutch transmission (DCT) emerged in Europe in the late 1990s and is a type of automatic transmission that not only has the efficiency of the MT and the comfort of the AT, but also provides uninterrupted power output. And with respect to the CVT, it can transmit more torque. The development of the domestic dual-clutch automatic transmission started late, but due to its good starting shift performance and better fuel economy, it still attracted great interest from domestic manufacturers and invested a lot of resources in research and development.

In this paper, a mid-size sedan is taken as an example. A wet double clutch is designed. Considering that the clutch should transmit power, it should be very stable. However, the wet double clutch cannot be equipped with a traditional torsional vibration damper, so a dual quality is designed. Flywheel to achieve the function of torsional vibration reduction.

During the design process, the structure and size of the dual mass flywheel and the wet double clutch were selected and calculated, and the 3D model and 2D structure diagram were drawn using UG software. After simulation and verification, no interference occurs between the components, the target function can be achieved, the strength of the key components meets the requirements, and the critical bearing life meets the design requirements. Therefore, the wet double clutch designed this time meets the requirements of the mission book.

Key Words：DCT；DMF；UG12.0

目录

第1章 绪论 1

1.1双离合器式自动变速器介绍 1

1.1.1双离合器式自动变速器的工作原理 1

1.1.2双离合器的结构 1

1.2国外DCT双离合器研究现状 2

1.3国内DCT双离合器研究现状 2

1.4本文的主要研究内容 2

1.5参考车型参数 3

第2章 双质量飞轮（DMF）的设计计算 4

2.1双质量飞轮（DMF）简介 4

2.2双质量飞轮的设计计算 4

2.2.1整体选型 4

2.2.2周向长弧形弹簧双质量飞轮结构设计 4

2.2.3周向长弧形弹簧双质量飞轮参数设计 5

2.2.4长弧形螺旋弹簧设计计算 6

2.2.5齿圈设计计算 10

第3章 双离合器的设计计算 12

3.1双离合器的选型 12

3.1.1干式双离合与湿式双离合 12

3.1.2湿式双离合器的布置形式 13

3.2摩擦副设计计算 14

3.2.1摩擦副材料和摩擦系数的选择 14

3.2.2摩擦副尺寸计算 14

3.3压盘的结构形式和驱动方式 16

3.3.1液压缸尺寸设计 16

3.3.2液压缸计算 17

3.3.3离合器活塞轴承的选择 18

3.4回位机构 18

3.4.1外离合器蝶形弹簧 18

3.4.2内离合器蝶形弹簧 19

3.5离合器摩擦片与对偶钢片支撑体结构 20

第4章 三维模型的建立 21

4.1双质量飞轮三维模型 21

4.1.1第一质量前盖 21

4.1.2齿圈 21

4.1.3弹簧组 22

4.1.4传力板 22

4.1.5第一质量后盖 23

4.1.6次级飞轮 23

4.2湿式双离合器三维模型 24

4.2.1外离合器支架 24

4.2.2外离合器对偶钢片和摩擦片 25

4.2.3内离合器支架 25

4.2.4内离合器对偶钢片和摩擦片 27

4.2.5离合器活塞 28

4.3双质量飞轮与湿式双离合器的装配 28

4.3.1主飞轮总成 29

4.3.2次飞轮总成 29

4.3.3内外离合器支架总成 29

4.3.4离合器毂总成 30

4.3.5总装配 30

第5章 运动干涉分析 32

5.1双质量飞轮干涉分析 32

5.2湿式双离合干涉分析 34

第6章 关键零部件有限元分析 35

6.1外离合器对偶钢片 35

6.2内离合器对偶钢片 36

6.3外离合器活塞 37

6.4内离合器活塞 38

第7章 总结 39

参考文献 40

附录A 三维模型爆炸展示 42

致谢 47

第1章 绪论

汽车诞生一百多年来，其内部动力传动装置在不断地更新换代，在变速器领域，更是出现了不同种类、各有优劣的结构。从侧链传动到手动变速器，到自动变速器，再到双离合器自动变速器和无极变速器，不同的变速器给驾驶者带来了不同的驾驶体验。变速器主要分为手动变速器和自动变速器两类，由于自动变速器操作简单，换挡结合过程中舒适性好，因此近年来自动变速器的应用越来越广泛。

双离合器式自动变速器（Dual Clutch Transmission，简称DCT）则是在自动变速器家族中新兴的佼佼者，DCT可以实现动力换挡，传递效率高，在市场上颇受欢迎，因此也成了各大车企和变速器专业厂商竞争的焦点。

1.1双离合器式自动变速器介绍

1.1.1双离合器式自动变速器的工作原理

双离合自动变速器（简称DCT）基于传统的手动变速器改进发展而来，与手动变速器不同之处在于，DCT中共有两幅离合器，分别与两根输入轴相连，换挡和离合通过电子控制器和液压系统完成。一般来说，离合器1通过轴与挡位1、3、5及倒挡相连，那么离合器2通过轴与挡位2、4、6相连。在加速工况中，假设以一挡行驶，当控制器识别到目前为加速趋势，会提前结合好二挡齿轮组的同步器，换挡时，离合器1分离的同时，离合器2开始结合，以此实现无动力中断的换挡，反之亦然。

1.1.2双离合器的结构

图1.1 一般双离合器结构剖视图

1.2国外DCT双离合器研究现状

德国的Ke gresse.A在1939年申请了双离合器变速器的专利，因技术条件限制未能批量生产。20世纪90年代，大众汽车公司和博格华纳合作研发了DirectShiftGearbox（DSG）。沃尔沃和宝马紧随其后推出了自研双离合器变速器。2009年菲亚特宣布自主研发的双离合器自动变速器即将上市。此外，本田开发的WDCT产品应用在思铂睿等车型上，戴姆勒公司开发的7G-DCT应用于奔驰A180等车型上，德国LUK 公司也研发了电动操纵双离合器变速箱，格特拉克公司正在开发基于电子泵及蓄能器的双离合器自动变速箱。

1.3国内DCT双离合器研究现状

目前，我国自动变速器领域发展还不是很成熟，因此国内车企主要是借鉴国外自动变速器发展比较成熟的技术。我国的诸多汽车企业和高校对双离合器变速器进行了深入研究。

企业方面，2003年，奇瑞研究了双离合变速器的减震系统和液压控制系统等。而一汽、江淮汽车、长城汽车和长安汽车纷纷选择与国外已有技术储备的变速箱公司合作开发DCT，开发出了6WDCT和7WDCT等DCT产品，应用于国产车中。此外，上汽自研的6WDCT已经量产，应用于荣威系列。

高校方面，吉林大学的代孝红等人对湿式双离合自动变速器液压控制系统进行了分析与仿真研究，合肥工业大学的邱明明等人对考虑动态特性的DCT双离合器结合过程多滑模控制方法进行了研究，华中科技大学的邓在标等人对湿式双离合器自动变速器设计方法进行了研究。此外，华南理工大学、解放军装甲兵工程学院也对双离合器变速器进行了相关研究^[1，3]。

1.4本文的主要研究内容

本次设计根据给定的中级轿车基本参数，确定其DCT双离合器和DMF双质量飞轮的类型，完成结构设计与分析。主要内容如下：

（1）DMF双质量飞轮基本类型的确定；

（2）DMF各零部件参数的确定；

（3）DCT双离合器基本类型的确定；

（4）DCT双离合器内部结构的设计；

（5）摩擦片材料选定计算和回位机构的设计计算；

（6）离合器液压执行机构的设计计算；

（7）使用UG12.0软件建立DMF和DCT的三维模型；

（8）对离合器进行运动学仿真以及对关键零部件进行有限元分析，找出运动干涉的部位和强度不合格部位，提出改进措施。

1.5参考车型参数

本次毕业设计的目标车型是大众CC（2019款380TSI双离合魅颜版），具体参数如下表所示。

表1.1 大众CC具体参数

第2章 双质量飞轮（DMF）的设计计算

2.1双质量飞轮（DMF）简介

根据适配发动机的不同和整车动力传动系统不同的匹配需求，双质量飞轮的结构出现了较大的差异，主要有如下几种。

（1）长弧形螺旋弹簧周向布置的双质量飞轮

长弧形螺旋弹簧式双质量飞轮扭转减振器（简称DMF-CS）在主飞轮和主飞轮后盖之间形成一个密闭空腔。空腔内周向布置有长弧形螺旋弹簧，此外空腔内还填充有油脂，起到阻尼和润滑的双重作用。优点在于长弧形弹簧的有效压缩量较大，可以得到较大的相对转角，最大可达到45度^[13]。

（2）采用短直螺旋弹簧的双质量飞轮

短直螺旋弹簧式双质量飞轮减振器（简称DMF0CSS）的弹性元件为短直螺旋弹簧，多级非线性弹性特性来自于弹簧的线性刚度不同和各接触面之间距离也不同。该种弹簧布置形式与传统离合器中从动盘式减振器类似。但是传动系统达到一定转速之后，弹簧有径向变形，进而弹簧与窗口产生摩擦，影响减振器的寿命^[13]。

（3）弹簧径向布置双质量飞轮

弹簧径向布置式双质量飞轮（简称DMF-RS）采用短直螺旋弹簧，沿飞轮径向布置，该种双质量飞轮具有逐渐变硬的非线性弹性特性，与周向长弧形螺旋弹簧双质量飞轮相比，该种双质量飞轮弹性特性和阻尼特性较为稳定，结构简单。

（4）橡胶弹簧双质量飞轮

该种双质量飞轮就是使用橡胶弹簧替代了上述几种使用的金属弹簧，解决了金属磨损的问题，使得减振器寿命得到延长，然而由于橡胶材料易发热老化，因此实际使用寿命并无明显提高。

2.2双质量飞轮的设计计算

2.2.1整体选型

在各种双质量飞轮中，周向长弧形弹簧式双质量飞轮研究较多，使用较为广泛，技术相对而言比较成熟，并且可以得到较大的相对转角，因此本次设计采用周向长弧形弹簧双质量飞轮。

2.2.2周向长弧形弹簧双质量飞轮结构设计

周向长弧形弹簧式双质量飞轮主要包括第一质量、第二质量和扭转减振器三个部分，其中第一质量由主飞轮、弹簧滑道、密封圈和启动齿圈组成，第二质量由从动飞轮和传力片组成。扭转减振器包括周向长弧形螺旋弹簧和粘性油脂，螺旋弹簧作为弹性机构，粘性油脂作为阻尼机构并起到润滑作用。

第一质量的主飞轮与发动机曲轴通过螺栓连接，第二质量中的次级飞轮与传力片铆接，弹簧滑道内布置有长弧形螺旋弹簧，主飞轮通过压缩弹簧带动次级飞轮转动进而传递扭矩。

（1）储能及传动元件：

根据结构简单的设计要求，弹性元件采用两组四根弹簧。

（2）阻尼元件：

在双质量飞轮中，阻尼元件起到耗散振动能量、抑制共振峰处传递率的作用。阻尼元件分为流体阻尼、辐射阻尼和固体阻尼。一般情况下,流体阻尼装入弹簧滑道内，由主飞轮和后盖进行密封。流体阻尼在实现阻尼作用的同时，可以给弹簧和飞轮之间接触面进行润滑，可以一定程度上解决周向分布长弧形弹簧的磨损问题。故本次设计采用高粘度油脂作为阻尼元件。

（3）连接轴承选择：

主飞轮和次级飞轮之间使用轴承连接，以降低两部分质量之间相对转动的磨损。由于双质量飞轮需要承受系统的轴向力，且结构力求简洁。根据经验，可以选择的轴承有角接触球轴承和带止推缘的滑动轴承。角接触球轴承对中精度高，极限转速高，可以同时承受双向轴载荷，润滑简单。滑动轴承对中精度也较高，并且安装空间小，节省空间，然而缺点也很明显，摩擦阻尼大，润滑比较困难^[13]。

综合考虑到所有因素，选择角接触球轴承。

（4）主飞轮与内盖连接方式：

因为选择了流体阻尼，所以主飞轮和内盖之间要进行紧密的连接。一般有激光焊接和螺钉连接两种，激光焊接较为先进，焊缝饱满、平整、无焊珠和凹陷，可以实现主飞轮和内盖的无缝连接，满足了对高粘度油脂密封的要求。螺钉连接的密封效果次于激光焊接，但是整体造价较低。考虑到主飞轮结构上无法布置较好的螺钉孔，因此选择激光焊接，结合密封圈的使用，完成对弹簧滑道的密封。

2.2.3周向长弧形弹簧双质量飞轮参数设计

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