摘 要

自动变速器自研发以来，换挡操作的自动化给驾驶员带来了极大的驾驶方便性和安全性，而对于越野车来说，配置有液力变矩器的液力式自动变速器更是极大的发挥了其越野性能。所以，本文以BJ2036CJE3北京轻型越野汽车为参数依托，设计了一款6速的液力式自动变速器。该变速器由液力变矩器、行星齿轮变速器以及液压控制系统组成，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，简单设计和分析了液压控制系统的油路和油泵以及智能化换挡控制策略。

本次设计最终实现了对液力式自动变速器传动机构的三维设计建模、部件的工程图绘制以及智能换挡控制策略的分析，为液力式变速器的传动结构设计及换挡控制决策提供一定的参考意义。

关键词：自动变速器；液力变矩器；行星齿轮机构；设计与建模；换挡控制策略

Abstract

Since research and development of automatic transmission, the shift operation of automation has brought the driver great convenience and safety. As for off-road vehicles, the hydraulic automatic transmission equipped with hydraulic torque converter is greatly exert its off-road performance. So, based on the parameters of BJ2036CJE3 Beijing light off-road vehicle , a six-speed hydraulic automatic transmission is designed in this paper. The transmission consist of hydraulic torque converter, planetary gear transmission and hydraulic control system. In this paper, hydraulic torque converter and planet gear transmission calculation are highlighted designed and checked by using similar design method and mechanical engineering design method. At the same time, we simply design and analyze the oil and the oil pump and intelligent shift control strategy .

The design Finally achieved the 3D models of AT driving mechanism, engineering drawing of some important parts and analysis of the intelligent shift control strategy which can improve the transmission efficiency to some extent, which all of above may provide certain reference significance for structure design and shift control strategy to hydraulic transmission .

Key Words: Automatic transmission; Hydraulic torque converter; Planet gear mechanism; The design and modeling; Shift control strategy

目录

第一章 绪论 1

1.1 国内外研究现状 1

1.2 设计内容及方案 1

第二章 总体方案设计 2

2.1 参考车型基本参数 2

2.2 各种类型变速器的性能比较 2

2.3 液力变矩器选型 3

2.4 行星齿轮变速器的选型 4

2.4.1行星齿轮机构 4

2.4.2换挡操纵机构 5

2.5 液压控制系统主要部件的选型 6

2.5.1液压泵的选型 7

2.5.2 控制机构阀组 7

2.6 挡位布置形式分析 7

2.7 本章小结 9

第三章 液力变矩器的设计 10

3.1 液力变矩器的结构设计 10

3.1.1 循环圆设计 10

3.1.2 叶片设计 16

3.2 单向离合器设计 16

3.2.1 初选材料和尺寸设计 16

3.2.2 滚柱表面接触应力校核 17

3.3 锁止离合器设计 17

3.3.1 摩擦片设计 18

3.3.2 减震器设计计算 19

3.3.3 其他结构设计 20

3.4本章小结 20

第四章 行星齿轮机构的设计 22

4.1传动比的设计 22

4.1.1一档传动比的计算 22

4.1.2各档传动比的确定 23

4.2 齿轮的齿数设计 24

4.3 齿轮的尺寸设计 27

4.3.1 前排齿轮尺寸计算 27

4.3.2 拉维诺单排齿轮尺寸计算 28

4.3.3 拉维诺双排齿轮尺寸计算 30

4.4 校核验算 31

4.4.1装配条件验算 31

4.4.2齿轮强度校核 32

4.5 本章小结 38

第五章 液压传动部分设计计算 39

5.1 变速箱油路设计 39

5.2 油泵设计 39

5.2.1 油泵材料选择 39

5.2.2 转子线型设计 39

5.2.3 壳体与转子间间隙值设计 40

5.3 本章小结 40

第六章 液力自动变速器的三维建模 41

6.1软件介绍 41

6.2 主要零件的三维建模 41

6.2.1液力变矩器三维模型 41

6.2.2 行星齿轮变速器三维模型 43

6.3本章小结 45

第七章 换挡控制策略分析与优化 46

7.1换挡控制的基本原理 46

7.1.1 换挡控制的内容 46

7.1.2 换挡品质评价指标 46

7.2智能化换挡控制研究现状 47

7.3基于几种不同理论的换挡控制策略 47

7.3.1 有限状态机理论 47

7.3.2 模糊控制理论 48

7.4本章小结 48

第八章 结论与展望 49

参考文献 50

致谢 51

第一章 绪论

1.1 国内外研究现状

近百年来，自动变速器的研究有着发展飞速，自1889年第一台变速器问世，1914年Benz公司提出了全自动齿轮变速器，1926年Buick轿车采用了液力机械传动，1939年GM-Oldsmobile轿车将液力耦合器运用到其4档液力变速器中，1950年Ford公司则对其自动变速器进一步改善，运用了液力变矩器，1977年Chrysler公司为改善燃油经济性和降低油温提出了带锁止离合器的液力变矩器，而1980年代以后，多挡位的液力自动变速器以及多种类的自动变速器如CVT、AMT、DSG、SMG等也被大量研发和使用在各种车型，如本田1996CivcHX型轿车配置的金属带式无极变速箱，1998年德国大众Lupo轿车配置的电子控制机械式自动变速箱，1990年代至今，大量的电子技术被广泛运用^[1]。明显的，随着“电子化，轻量化，节能化”的汽车生产大环境走向，相对于液力式自动变速箱，电控式自动变速器的在未来的发展前景更具有可预见性，而且，电控式自动变速箱性价比更高，生产继承性较好，改造成本低，硬件开发和软件研制的通用性更广，所以我国未来的研发对象很有可能是以电控式自动变速器为主。

但是，单纯从越野车来看，考虑到其行驶路况的复杂性，虽然目前市场上主要配置的有手动变速器和液力自动变速器，但是装备有液力变矩器的变速器，具有更好的自适应性，使得汽车的越野性能更好。而另一方面，虽然自动变速器的传动效率不及手动，但是从70 年代的闭锁离合器、80 年代的多挡位行星齿轮变速器、90 年代的电子技术的应用以及现如今的CAD/CAM技术等都在一定程度上提高了变速器的传递效率，很好的改善了其燃油经济性。所以，就越野车这一特殊车种的变速器来看，液力式自动变速器仍然会是其研发的主流载体，未来极有可能会更大程度的在控制部分结合电子技术，提高燃油水平。

1.2 设计内容及方案

本次设计主要分为三个部分：几种常用自动变速器的分析比较、液力式自动变速器的结构设计以及控制策略的分析，其中，最主要的是液力式自动变速器的结构设计。它主要由液力变矩器、行星齿轮机构以及液压控制系统组成。液力变矩器选用的是三元闭锁式液力变矩器，采用相似设计法对循环圆进行设计计算，同时采用机械设计法对单向离合器和闭锁离合器进行设计计算；行星齿轮机构采用的单排行星齿轮机构和拉维诺式行星齿轮机构组合的形式，依据北京轻型越野汽车的基本参数，对行星齿轮变速器进行结构参数设计。确定了他们的结构尺寸后，运用Catia 对其建模和装配。

第二章 总体方案设计

2.1 参考车型基本参数

本次变速器的设计以BJ2036CJE3北京轻型越野汽车为参考，查阅网络资料可得其主要参数如下表所示：

表2.1 北京轻型越野汽车主要技术参数

2.2 各种类型变速器的性能比较

变速器目前主要分为6类：MT（手动变速器）、AT（液力式自动变速器）、AMT（电控机械式变速器）、CVT（无级变速器）、DCT（双离合器自动变速器）及SMG（顺序换挡离合器）。