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变速器 编辑词条词条保护

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变速器简介

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变速器(Transmission)又称变速箱,是用来改变来自发动机的转速和转矩的机构,它能固定或分挡改变输出轴和输入轴传动比。

变速器由变速传动机构和操纵机构组成,有些汽车还有动力输出机构。传动机构大多用普通齿轮传动,也有的用行星齿轮传动。普通齿轮传动变速机构一般用滑移齿轮和同步器等。

变速器可以在汽车行驶过程中在发动机和车轮之间产生不同的变速比,通过换挡使发动机在X的动力性能状态下工作。

变速器

变速器简史

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米尔顿·里夫斯于1879年发明了一种无级变速装置用于锯铣。在欧洲,戴姆勒与奔驰于1886年注册了X个车用摩擦带式无级变速器专利。

1889年,法国人Louis-René Panhard和Emile Levassor研制成功的齿轮变速箱就是手动变速器的雏形。1894年,这对兄弟向人们展示了3速手动变速箱。

美国人斯特蒂文特兄弟于1904年成功开发自动变速器,具有两个前进挡。1908年,亨利·福特在T型车上采用了2挡变速器,并且装备了采用行星齿轮的倒挡。第二次世界大战前法国人阿道夫·凯格雷斯发明了双离合变速器。1934年,美国通用(GM)开发了一款半自动变速器,仍然需要离合器来控制发动机与变速器的齿合。同时,克莱斯勒则在研究利用液力耦合的自动换挡装置,但从未应用。直到1939年、GM才正式X次量产了名为“Hydra-Matic”的自动变速器,并于1940年装备在汽车上。

1958年无级变速器开始量产并应用,荷兰DAF公司的HubvanDoorne博士研制成功了名为Variomatic的双V形橡胶带式CVT,并装备于DAF公司制造的Daffodil轿车上。1995年,DAF公司被德国博世公司X,博世将橡胶带改成钢带,使CVT技术水平得到了飞速提升。丰田、本田、日产奥迪和斯巴鲁等多款车型上大量配装了CVT。

20世纪50年代,汽车企业们才开始应用4速手动变速箱。奥迪与保时捷在20世纪80年X始将双离合变速器应用于赛车。2002年,采埃孚与宝马在7系车上推出E65X6速自动变速器。2003年,梅塞德斯奔驰推出7G-Tronic的7速自动变速器;同年,大众开始在Golf车型上正式使用双离合变速器。2007年,丰田在Lexus LS460上应用8速自动变速器。2014年,吉普Cherokee率先量产了世界上X9速自动变速器。

变速器工作原理

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变速器的原理包含齿轮机械和杠杆的原理。降挡时,实际上是将被动齿轮切换成了更大的齿轮,根据杠杆原理,此时变速器输出的转速就会相对降低,但转矩增大;反之升挡时,实际上是被动齿轮切换为小齿轮,此时变速器输出的转速就会提高,但转矩会减小。

变速器基本结构

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变速器由壳体、传动部分和换档操纵装置组成

壳体

壳体是基础件,用以安装和支承变速器的全部零件以及存放X油,其上有安装轴承的精确镜孔。变速器承受变载荷,所以壳体应有足够的刚度,X有加强筋,形状复杂,多为铸件(材料为灰铸铁,常用HT200)。

为便于安装,传动部分和换档操纵装置常做成剖分式,箱盖与壳体用螺栓连接并可靠定位。壳体上有加油、放油口,油面检查尺口,还应考虑散热问题。

传动部分

传动部分即变速器的齿轮、轴、轴承等传动件。轴的几何尺寸通过强度、刚度校核计算确定:其材料的选择主要取决于刚度是否满足要求,而碳钢与合金钢的X模量近乎相等,所以一般用碳钢(常为45钢)制造,只有齿轮与轴制成一体或轴承受重载时才用合金钢。齿轮通常采用低碳合金钢(如20CrMnTi、20MnCrS等)制造。轴与齿轮多为花键连接,其具有对中性好,能可靠传递动力,挤压应力小等优点。轴的花键部分和安装轴承处经表面浓火处理。轴多用滚动轴承支承,其X简单,效率高,径向间隙小,轴向定位可靠,X方式多采用飞溅X(u>25m/s,只要黏度适宜即可甩到壁上)。

换档操纵装置

在手动变速器中,由驾驶人员操纵实现换档。自动变速器则依靠大量自动化技术,部分或完全由电子执行系统完成换档,空档、倒档、驻车档依然由驾驶人员通过操纵换档操纵装置完成。换档操纵装置中元件的选用与变速器类型和车辆类型有关。乘用车变速器的换档元件主要包括:

1、内部换档元件:换档拨叉、换档同步器、锁止装置、多片离合器、制动器等。

2、外部换档元件:换档杆系、拉索机构、变速杆等。

基本分类

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变速器可以按照传动比变化方式或操纵方式来分类。

按传动比变化方式分类

1、有级变速器。有级变速器是目前使用最广的一种。它采用齿轮传动,具有若干个定值传动比。按所用轮系形式不同,有轴线固定式变速器(普通变速器)和轴线旋转式变速器(行星齿轮变速器)两种。目前,轿车和轻、中型货车变速器通常有3~5个前进档和一个倒档。

2、无级变速器。无级变速器的传动比在一定的数值范围内可无限多级变化,常见的有电力式和液力式(动液式)两种。电力式无级变速器的变速传动部件为直流串激电动机,除在无轨电车上应用外,在超重型自卸车传动系中也有广泛应用的趋势。液力式无级变速器的传动部件为液力变矩器。

3、综合变速器。综合变速器是由液力变矩器和齿轮式有级变速器组成的液力机械式变速器,其传动比可在最大值与最小值之间的几个间断的范围内无级变化,目前在轿车上应用较多。

按操纵方式分类

1、手动变速器。这种变速器靠驾驶员直接操纵变速杆进行换挡。其换挡机构简单、工作可靠且节能。

2、自动变速器。其传动比的选择和换挡是自动进行的。所谓“自动”,是指机械变速器每个挡位的变换是借助反映发动机负荷和车速的信号系统来控制换挡系统的执行元件来实现的。驾驶员只需操纵加速踏板和制动装置来控制车速即可。此种方式因操作简便,目前运用较多。

3、半自动变速器。这种变速器有两种形式:一种是几个常用挡位可自动操纵,其余几个挡位由驾驶员操纵;另一种是预选式,即驾驶员先用按钮选定挡位,在踩下离合器踏板或抬起加速踏板时,接通自动控制和执行机构进行自动换挡。

变速器发展趋势

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节能、环保、安全、高效是变速器发展的主题,从消费者角度,追求舒适性、经济性和安全性;从法规角度,追求高效、低碳、环保。这就要求各变速器公司应用先进、高效的设计技术、制造技术、控制技术及先进的材料,实现变速器的宽传动比及多档化、换档策略的优化、传动效率的提高、变速器的轻量化。

手动变速器

(1)变速器多档化和大传动比化。三轴式结构6档变速器逐渐取代二轴式结构5档变速器,由欧洲、美国、日本的一些公司主导的这种更新换代从两三年前开始。采埃孚公司向保时捷911卡雷拉及卡雷拉S车型供应7速手动变速器,这是乘用车首次使用7速手动变速器。其低档传动比增大,档位更加合理,实现了动力性与经济性的综合优化。

(2)高效化及降低NVH。为了提高变速器的效率,可采取以下措施:变速器的多档化;降低差速器浸入X油的高度,X方式将由传统的齿轮飞溅X变为齿轮飞溅X与导油槽引导X相结合的方式,从而降低了X油搅油损失;使用球轴承+滚柱轴承代替传统圆锥轴承,降低轴承摩擦损失;采用高效变速器X油。对于降低噪声的要求,除了对变速器本身采取相应措施,如精确控制变速器配合齿轮的齿侧间隙、选择合适的齿轮材料、应用低噪声轴承、设计阶段充分考虑齿轮齿合激励对变速器结构的影响之外,还应考虑离合器及传动轴与变速器的X匹配。

(3)轻量化和低成本化。采用先进的成形技术以及合理应用塑料等非金属材料,可实现轻量化和低成本化。基于CAE的变速器壳体轻量化设计,可缩短开发周期长,降低开发成本,提高产品竞争力。

(4)进一步减少变速器占用空间,优化各零部件的空间和尺寸。由于停车起步系统的应用,通过可靠的空档位置信号的探测,可识别空档和倒档的低成本、高可靠性的高度集成性解决方案获得了应用。

自动变速器

(1)液力变矩器发展趋势液力变矩器实现扁平化,变矩系数逐渐减小,闭锁范围及滑摩范围扩大,液力变矩器效率得到提高。随着发动机增压技术的运用,发动机转矩不断提高,对变速器减振提出了更高的要求,出现了带离心式钟摆吸振器的变矩器和带涡轮吸振器的变矩器,显著地提高了变矩器的减振性能。对液动部分进行优化,提高液力变矩器容量和优化轴向空间。

(2)AT的多档化。6~9档自动变速器正逐步取代4档或5档变速器的主导地位,档位增多可以使变速器具有更大的传动比范围和合理的传动比分配。目前采埃孚公司已成功研发出9AT,一些公司已经开始研发10AT。

(3)AT模块化设计模块化设计在AT中体现得非常明显,主要包括液力变矩器的模块化、液压阀体的模块化、离合器的模块化、制动器的模块化等。根据不同用户的需求,通过不同的模块组合,即可实现各种方案,减少了设计变动,缩短了开发周期,提高了产品竞争力。

(4)多电磁阀的应用采用多电磁阀控制换档,可明显改善换档质量。在采埃孚公司的6AT中,为了控制系统压力实现换档,设置了6个高流量特点的PWM电磁阀,简化了阀体结构,提高了变速器的综合性能。若使用无泄漏电磁阀或近无泄漏电磁阀,则可进一步提高变速器的效率。

(5)零部件集成化以减小质量例如,ZF6H26变速器采用一种名为Lepetler的齿轮,整个变速器齿轮组质量减小了11kg;丰田公司A750E/A750F变速器把3个离合器合成一体,装入同一离合器毂内;ZF9HP采用犬牙式离合器,该离合器比普通离合器长,但其直径小,看起来像花键:有的变速器公司采用镁合金变速器箱体,进一步减轻了变速器的重量。

(6)采用新材料、新工艺新型轻质高强度材料的应用、冲压成形技术的应用,在降低成本及减轻重量方面均有很大的贡献。

无级变速器

1、提高CVT效率

(1)减少锥盘压紧损失。通过应用转矩传感器,对施加的压紧力进行优化,对调节和压紧面积加以优化,可有效降低调节过程中液压系统的流量,从而可以采用更小的液压泵,既减少了泵的油耗,又减少了相关的能量损失。

(2)减少链条损失。采用连接片和摆动销设计,它具有效率高、尺寸小、工作可靠、噪声低的特点。

(3)减少液压泵损失,采用低能耗电动液压泵。

(4)减少CVT轴承损失,利用离合器代替液力变矩器等。

2、降低CVT成本、从加工工艺上,使用钢板冲压成形的锥盘组作为主要零件,可以降低成本和重量,使用冷挤压加工成形的轴也可以降低成本;根据市场需求的不同,可以采用干式离合器或湿式离合器代替液力变矩器,以降低成本;对CVT壳体进行优化设计,也可以减轻重量,降低成本。

3、发动机与CVT精确控制综合优化转矩传感器已经有了广泛应用,尤其是对于小批量增压发动机,它能够对压紧力进行优化,实现CVT的精确控制;将它与发动机集成在一起进行综合控制,可进一步降低油耗和排放

4、增大传动转矩,增大CVT传递转矩一直是其研发的重点,新结构CVT传动系统的研发,如BOSCH公司应用新的柔性环材料设计出的钢带动力性更好、成本更低、效率更佳、中心距更小,可传递更大的转矩。模块化设计可以满足快速发展市场下客户的特殊要求,缩短研发周期,提高市场竞争力。CVT是混合动力汽车发动机与驱动电机的耦合机构之一,采用CVT传动系统的混合动力汽车油耗可以降低30%,排放可以降低50%。

双离合自动变速器

(1)宽传动比、多档化、轻量化。在保证传动效率的前提下,实现宽传动比、多档化、轻量化。

(2)模块化设计。如电机控制式DCT双离合器的电液执行机构、选换档执行机构和湿式双离合器等。

(3)集成控制。将DCT控制同发动机、ABS、ESP、EPS、ACC控制相结合,实现动力传动系统一体化控制,提高传动系统性能,优化控制效果。

(4)混合动力传动。DCT与电动机/发电机相结合,形成混合动力传动,可以实现发动机单独驱动、电机单独驱动、发动机和电机联合驱动,制动时电动机/发电机处于发电状态,汽车动能转化为电能储存起来。此种方案为混合动力汽车提供了易于实现的动力耦合装置。

(5)集成化、智能化。变速器所有功能被集成在一个单元内,通过一体化,减少故障源,提高可靠性。在控制策略上,采用自适应控制、模糊控制等智能控制方法,提高DCT的自适应能力。

机械式自动变速器

(1)动力传动系统一体化应用集成控制将AMT控制同发动机ABS、ESP、EPS、ACC控制相结合,实现动力传动系统一体化控制,提高传动系统性能,优化控制效果。7

(2)采用新结构例如,英国Zeroshift公司发明了一种新的AMT技术,通过使用一系列滑动爪和齿槽来实现换档时两齿轮在同一时间齿合,它拥有双离合器的全部优点,设计简单、成本低廉。7

(3)混合动力传动AMT与轮边电动机/发电机结合,形成混合动力传动,可以实现发动机单独驱动、电动机单独驱动、发动机和电动机联合驱动。换档期间由电动机驱动汽车,提高汽车动力性;制动时电动机/发电机处于发电状态,汽车动能转化为电能储存起来。此种方案为混合动力汽车提供了易于实现的动力耦合装置。7

(4)集成化、智能化变速器所有功能被一体化在一个单元内,通过一体化,减少故障源,提高可靠性;在控制策略上采用自适应控制、模糊控制等智能控制方法,提高AMT的自适应能力。

 

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