变速箱基础知识

JA培训中心教材

变速箱基础知识

（第一版）

变速箱设计部主编

JAC出版社

前言

伴随着这些年我国汽车工业的迅猛发展，变速箱箱新产品新结构层出不穷，新技术、新概念的变速箱产品也在积极的孕育之中。

变速箱是汽车的重要组成系统之一，汽车设计人员掌握其结构和工作原理是非常重要的，为此，本书将重点讲述变速箱的任务、基本组成、结构原理、参数的选择等知识，提供给有关同志参考。

目录

第一章传动系的主要任务、组成及传动比 (2)

第一节汽车的行驶条件 (2)

第二节传动系的基本任务和组成 (3)

第二章手动变速器的设计 (5)

第一节变速箱档位和各档传动比的关系 (5)

第二节变速箱换档原理与操作 (6)

第三节齿轮传动的基本知识 (7)

第四节变速箱的故障及排除 (7)

第三章 AMT的基本知识 (8)

第一节自动变速箱分类 (8)

第二节AMT的基本概念........................... (8)

第三节AMT的结构 (9)

第四节AMT的工作原理 (10)

第四章AT的基本知识 (11)

第一节AT的基本概念 (11)

第二节自动变速器结构 (11)

第五章其他自动变速箱 (14)

第一节CVT的基本知识 (14)

第二节DCT的基本知识 (15)

第三节总结 (16)

第一章传动系的主要任务、组成及传动比

第一节汽车的行驶条件

汽车行驶中包含着许多的矛盾，如牵引力和行驶阻力的矛盾、高速行驶和行车安全的矛盾、动力性和经济性的矛盾等，其中牵引力和行驶阻力这对矛盾决定着汽车的行驶状态，所以是汽车行驶中的主要矛盾。

●汽车行驶的牵引力和阻力

汽车所以能够行驶，是依靠本身发动机的动力，经过传动系传到驱动轮上，产生牵引力克服行驶阻力而行驶的，如图所示，发动机传到驱

动轮上的扭矩为

k

T，车轮的工作半径为

k

r，则车轮外缘的切向力为F：

k

k

r

T

F=

由图可知，P为推动汽车前进的动力，称为汽车行驶的牵引力，则

k

k

k r

T

F

F=

=

如果发动机的输出扭矩为e M ，传动系传递效率为m η，传动系的总传动比为总i ，那么：

k

m e k r i T F 总

η=

汽车行驶的阻力主要包括滚动阻力f F 、空气阻力w F （俗称风阻）、上坡阻力i F 、加速阻力j F 四种，下面主要介绍前两种阻力：

滚动阻力f F 主要是由于轮胎和路面之间的变形引起的，汽车的自重越大、轮胎和路面的变形越大，则滚动阻力越大，表述为：

f G F f ∙=

f 为滚动阻力系数，其具体数值与路面、轮胎、车速等具体状态有

关，所以不同的情况f 值是不一样的。如果汽车行驶在坡路上则表述为：

αcos ∙∙=f G F f

空气阻力主要是因为迎面受空气流的压力、车后受空气压力降低形成的旋涡影响、同时车身周围空气粒子对车身的摩擦力影响而形成的，其大小主要与车辆行驶速度、迎风面积、及车身造型结构有关，表述为：

13

2

KSv F w =

● 汽车行驶的条件

以下，我们将讨论各种条件下汽车行驶的条件。

汽车平地（上/下坡）起步条件，这时由于车辆的速度很小，我们可以忽略风阻的影响，所以行驶条件为：

平地：j f k F F F +≥

上/下坡：i j f k F F F F ±+≥

汽车速等速行驶时，此时，牵引力与阻力大小相等，汽车所受到的阻力可能包含上述四种阻力的影响，所以其行驶条件为：

i j w f k F F F F F ±±+≥

上述方程式也称为牵引平衡方程式。

以上方程式虽然从牵引力和阻力两方面表述汽车行驶的条件，但却忽略了汽车本身的附着力ϕF 。

所以汽车能够行驶的条件有二：①牵引力必须大于等于行驶阻力之和；②牵引力必须小于附着力；以上称为汽车牵引的附着条件，其方程式表述为：

i j w f k F F F F F F ±±+≥≥ϕ

第二节 传动系的基本任务和组成

传动系的基本任务是：将发动机提供的扭矩提供给驱动车轮，同时为适应驾驶条件，适当地改变扭矩。 ● 发动机与汽车牵引条件的矛盾

大家都知道，现代发动机具有扭矩小、转速高、扭矩变化范围小、发动机不能反转、不能带负荷启等特点，所以，上述特性与汽车的正常工作对牵引力的要求存在一些矛盾，具体表现为下述五对矛盾：

第一，是扭矩小的问题，例如一台2吨的汽车，发动机所能提供的最大扭矩为250Nm ，最高转速为5500rpm ，轮胎半径为0.35m ，静摩擦系数为0.05，平地起步，除滚动阻力外忽略其他阻力的影响，那么该车启动所需的扭矩为：

m N .34305.035.08.92000=⨯⨯⨯

第二，发动机不能直接提供343Nm 的扭矩。 其次，发动机的高转速对驱动轮来说又是不必要的，假如直接将发动机连接到驱动轮，并且能进行行使那么汽车的速度为：

h Km /34.7251000

60

550014.3235.0=⨯⨯⨯⨯

该速度显然不可能出现在日常的驾驶中。

第三，发动机扭矩变化范围小，不能应付如上坡、加速、起步或者其他困难条件下的行驶。

第四，在行驶过程中，汽车不仅需要前进，有时也

但发动机不能反转。 第五，发动机不能带负荷启动，所以在发动机启动时必须要有动力中断装置。 因此，为了解决上述五对矛盾，汽车传动系中必须要出现相应的系统

来解决，对于第一、二两对矛盾，我们在汽车中加入主减速器，它的作用是将输入转速与输入扭矩进行变换后再行输出，通常它对转速和扭矩的变换比率为一常数，我们称为主减速比主i ：

主输入输出i T T ⨯=

主

输入

输出i ϖϖ=

为了解决第三、四对矛盾，我们在汽车中加入变速箱，它的作用是将输入扭矩与输入转速进行多选择的转换，有时，还能根据需要输出与发动机转速相反的转速和扭矩，从而实现倒车功能。

为解决第五点矛盾，我们在传动系中加入离合器系统（或液力变矩器系统），从而实现在汽车启动和选换档时的扭矩中断。

除了以上三个系统外，传动系还包括前左/右半轴、传动轴及万向节、差速器、后左/右半轴、分动器（四驱车）等，

● 传动系的最小传动比、主减速比和最大传动比的设计

最小传动比min 总i 的设计与整车的最高车速max V 关系非常大，一般情况下，只有在设定整车的最大车速后，再根据发动机的性能参数设定整车的min 总i ，整车传动比总i 与整车V 的关系为：

h km i i n

r h km i i n r s m i i n r n r V k e k k e k k e k k k /377.0/6026.3/6026020

00⋅⋅=⋅⋅=⋅==

πππk i 表示变速箱速比；0i 表示主减速比；e n 表示发动机转速；k r 表示轮胎

半径；k n 表示轮胎转速，其中0i i i k ⋅=总，所以min 总i 为：