《常用变速器原理与应用》课件

常用变速器原理与应用变速器是汽车动力传动系统中的关键部件，负责调节发动机输出的转速和转矩，使车辆能够适应不同的行驶工况本课程将深入探讨各类常用变速器的工作原理、结构特点、应用场景及维护保养方法通过系统学习，您将掌握从手动变速器到现代自动变速器的完整知识体系，理解变速器技术的发展趋势，为汽车工程领域的学习和工作奠定坚实基础课程概述变速器地位变速器作为汽车动力传动系统的核心组件，承担着调节转速与转矩的重要功能，直接影响车辆的动力性、经济性与舒适性技术发展从年代的简单手动变速器，到现代智能化电控自动变速器，变速器技1940术经历了机械控制、液压控制到电子控制的革命性发展市场分布全球市场中，自动变速器占比约，手动变速器占比，双离合变速65%20%器与共占，各类型变速器技术各有特点与应用场景CVT15%学习目标通过本课程学习，学生将掌握各类变速器的工作原理、结构特点、优缺点分析及故障诊断维修技能，为未来从事相关工作打下坚实基础第一章变速器基本概念变速器定义与作用变速器是汽车传动系统中连接发动机与驱动桥之间的机构，主要功能是改变传动比，调节输出转速与转矩，使发动机始终工作在最佳状态传动系统组成汽车传动系统主要由离合器、变速器、万向传动装置、主减速器、差速器和半轴组成，共同完成动力传递和转速转矩调节功能关键作用变速器在动力传递中起着变速变矩器的关键作用，能够使车辆在不同路况和工况下都能充分发挥发动机性能发展简史从年戴姆勒发明的简易变速器，到现代智能化变速器系统，变速器技术1885经历了手动、自动、双离合、等多条技术路线的革命性发展CVT变速器的基本功能转速与转矩调节实现倍的转矩放大

1.5-

4.5实现倒车功能改变输出轴旋转方向怠速分离发动机怠速时中断动力传递多种工况适应提升的工况适应性35-50%提升经济性与舒适性优化燃油消耗与驾驶体验变速器的核心功能是通过改变传动比来调节输出轴的转速和转矩，使发动机能够在最佳工作区间运行在起步和爬坡时，选择低挡位可以获得较大的转矩输出；在高速巡航时，选择高挡位可以降低发动机转速，减少燃油消耗此外，变速器还通过怠速分离功能使车辆停车时发动机可以继续运转，通过倒挡机构实现车辆倒车行驶，大幅提升了车辆的操控性和实用性变速器的分类方法按结构特点分类按控制方式分类按传动方式分类手动变速器机械控制变速器齿轮传动变速器•MT••自动变速器液压控制变速器液力传动变速器•AT••双离合变速器电子控制变速器电控传动变速器•DCT••无级变速器复合控制变速器混合传动变速器•CVT••电控机械式自动变速器•AMT根据年全球市场数据，自动变速器占据主导地位，市场占比达到；手动变速器占比下降至；双离合变速器稳定在202552%18%14%左右；无级变速器约占；电控机械式自动变速器及其他类型共占12%4%各类变速器因其独特的技术特点和性能优势，在不同区域市场和车型应用中占据不同比例欧洲市场手动和双离合变速器占比较高，北美市场自动变速器占据绝对优势，亚洲市场则呈现多元化发展趋势变速器的基本参数传动比定义为输入轴转速与输出轴转速之比输入轴转速输出轴转速传动比大于表示减i=/1速增扭，小于表示增速减扭合理的传动比设计是变速器性能优化的关键1速比范围最低挡位传动比与最高挡位传动比之比，反映变速器的速比覆盖能力典型的乘用车变速器速比范围为，越大越能适应复杂工况

3.5-

6.0挡位数量现代乘用车变速器挡位数量从挡发展到挡不等，挡位越多，发动机工作点控制越精410确，但结构复杂度和成本也相应提高效率与扭矩容量传动效率反映动力传递损失，手动变速器效率为，自动变速器为扭92-98%85-92%矩容量范围决定了变速器的适用车型范围150-800N·m第二章手动变速器发展历史结构组成手动变速器是最早应用的变速器类型，从早主要由输入轴、输出轴、中间轴、同步器和期的滑动齿轮变速器发展到现代同步啮合变换挡机构组成的三轴式结构速器市场趋势工作原理在全球范围内市场份额逐步下降，但在经济通过手动操纵换挡杆，驱动同步器实现不同型车和运动型车中仍有一定应用齿轮的啮合，从而获得不同的传动比手动变速器凭借其结构简单、成本低廉、维修方便、传动效率高等优点，在全球汽车市场占有重要地位尽管近年来自动变速器技术迅速发展，但手动变速器在经济型车型、商用车和运动型车型中仍有广泛应用现代手动变速器技术也在不断发展，包括多挡位化、轻量化设计、换挡手感优化等方向，以满足不断提高的市场需求和排放标准随着汽车电气化趋势加强，手动变速器在传统燃油车中的占比预计将进一步下降手动变速器结构输入与输出轴系统输入轴连接离合器，输出轴连接传动轴，共同构成动力传递的主通道齿轮副与同步器各挡位齿轮副实现不同传动比，同步器实现平顺换挡换挡机构包括换挡杆、拨叉轴和拨叉等，用于传递驾驶员的换挡操作壳体与润滑系统壳体支撑内部零件，润滑系统保证正常工作手动变速器的核心结构是三轴系统，包括输入轴、输出轴和中间轴（副轴）输入轴通过离合器与发动机连接，接收动力输入；中间轴上装有与各挡位对应的主动齿轮；输出轴上装有各挡位从动齿轮和同步器装置同步器是手动变速器的关键部件，它能够在换挡过程中使待啮合的齿轮与轴的转速达到同步，实现无冲击换挡壳体除了支撑作用外，还需要承受齿轮啮合产生的反作用力，通常采用铝合金或铸铁材料制造，并配备完善的润滑和冷却系统手动变速器工作原理动力输入发动机通过离合器向输入轴传递动力动力分配输入轴带动中间轴转动，中间轴齿轮与输出轴齿轮啮合挡位切换同步器锁止所需挡位齿轮，完成换挡过程动力输出输出轴将动力传递至驱动桥，最终驱动车轮手动变速器的工作原理基于不同齿轮组合产生不同的传动比在低挡位时，小齿轮驱动大齿轮，实现减速增扭；在高挡位时，大齿轮驱动小齿轮，实现高速低扭换挡过程中，同步器需完成秒的同步过程，确保齿轮无冲击啮合

0.2-

0.5倒挡通过增加一个中间齿轮改变动力传递方向，实现输出轴反向旋转整个传动系统效率高达，是所有变速器类型中效率最高的但换挡过程中会出现短暂92-98%的动力中断，这是手动变速器的固有特性同步器结构与工作原理°6-8锥面角度同步器锥面的最佳设计角度，既能提供足够的摩擦力，又能避免自锁秒

0.2同步时间正常工况下完成同步过程所需的平均时间4工作阶段同步器完成同步过程的四个关键阶段初始接触、压紧同步、转速同步、齿顶啮合98%传递效率现代同步器在理想工况下的最高动力传递效率同步器是手动变速器中实现平顺换挡的关键部件，主要由同步器环、锥环、滑套、齿套和轮毂等组成其核心工作原理是利用摩擦锥面产生的摩擦力使待啮合齿轮与轴的转速达到同步，然后再实现齿轮啮合现代同步器通常采用多锥面设计，增加摩擦面积，缩短同步时间同步器材料多采用高强度铜合金或碳纤维复合材料，以提高耐磨性和散热性能同步器技术的进步直接影响变速器的换挡平顺性和使用寿命，是变速器研发的重点领域之一不同挡位的传动比设计手动变速器结构实例分析以某五速手动变速器为例，其输入轴采用优质合金钢制造，表面经过渗碳淬火处理，硬度达到齿轮采用20CrMnTi HRC58-62精密磨齿工艺，齿轮精度等级达到标准的级，确保传动平稳和低噪音GB/T100956-7同步器锥环采用铜基合金材料，摩擦系数稳定在之间，确保同步过程平顺可靠轴承多采用圆锥滚子轴承和滚针轴承组合

0.10-

0.12设计，以承受径向和轴向载荷壳体采用铝合金压铸成型，既保证了强度，又实现了轻量化设计，整体重量比传统铸铁壳体减轻约25%手动变速器优缺点分析成本优势维修便捷高效率结构简单，制造成本较自动变故障率低万公传动效率高达，油耗MTBF:15-2092-98%速器低，是经济型车里，维修成本低，适合使用条表现优异，燃油经济性突出20-30%型的首选件有限的地区便利性不足操作相对复杂，驾驶疲劳度高，换挡平顺性较差，舒适性不足手动变速器作为最传统的变速器类型，其最大优势在于结构简单、成本低廉和传动效率高由于没有复杂的液压系统和电控单元，故障点少，维修简单，使用寿命长这些特点使其在经济型车型和追求驾驶乐趣的运动型车型中仍有广泛应用然而，手动变速器也有明显缺点，主要是操作便利性差，需要驾驶员频繁操作离合器和换挡杆，增加了驾驶疲劳度在拥堵路况下尤为明显同时，换挡过程中的动力中断会影响驾驶平顺性和加速性能随着自动变速器技术的进步和成本下降，手动变速器的市场份额正逐步减少第三章自动变速器早期发展年，通用汽车推出首款液力自动变速器，开启了自动变速技术的新纪元1939电子控制时代世纪年代，电子控制技术应用于自动变速器，大幅提升了换挡质量和适应性2080多挡位发展世纪初，六速、八速甚至十速自动变速器相继问世，进一步优化了动力性和经济性21智能化阶段当前，自动变速器结合人工智能技术，实现了自适应学习和预测性换挡控制自动变速器是目前全球市场占有率最高的变速器类型，其核心优势在于操作便捷和舒适性高从最初的两速自动变速器发展到现在的十速自动变速器，其技术不断进步，性能不断提升现代自动变速器不仅具有出色的换挡平顺性，还能根据驾驶风格和路况自动调整换挡逻辑自动变速器的主要类型包括普通液力自动变速器、行星齿轮自动变速器、锁止式自动变速器等随AT着电子控制技术的发展，现代自动变速器已经能够实现接近手动变速器的传动效率，同时保持优异的舒适性和便利性，成为豪华车和舒适型车的首选配置自动变速器构成液力变矩器自动变速器的起步装置，通过液力传动实现平顺起步和转矩放大由泵轮、涡轮和导轮组成，通常配备锁止离合器以提高高速巡航效率行星齿轮系自动变速器的核心传动机构，通过控制不同行星齿轮组件的锁止和释放，实现多种传动比现代变速器通常使用组行星齿轮组合设计2-4液压与电控系统换挡执行和控制系统，包括液压阀体、电磁阀、传感器和电子控制单元负责根TCU据车辆工况决定换挡时机和过程控制润滑与冷却系统自动变速器工作温度较高，需要专门的润滑和冷却系统包括油泵、油道、滤清器和冷却器，确保变速器在最佳温度范围内工作液力变矩器工作原理液体循环扭矩放大变矩器内部充满变速器油，通过泵轮旋转带动油导轮改变油流方向，在低速大负荷时实现

2.0-液循环流动倍的扭矩放大

3.0锁止功能动力传递高速工况下锁止离合器啮合，实现直接机械传动，泵轮带动油液撞击涡轮，使动力从发动机传递到提高效率变速器输入轴液力变矩器是自动变速器的起步装置，通过流体动力学原理实现动力传递和扭矩放大工作时，与发动机连接的泵轮带动变速器油旋转，产生离心力使油液向外流动；油液撞击涡轮叶片，推动与变速器输入轴相连的涡轮转动；导轮改变油液流向，使油液以最佳角度再次进入泵轮在低速大负荷工况下，液力变矩器能实现倍的扭矩放大，有效提升车辆起步性能但在高速工况下，为了减少液力传动的滑移损失，现代液力变矩器

2.0-

3.0普遍采用锁止离合器设计，在合适条件下实现泵轮与涡轮的直接机械连接，将传动效率从提升至接近85%100%行星齿轮组的结构与工作原理太阳轮位于行星齿轮组中心位置的齿轮，通常与输入轴或其他行星排的部件相连太阳轮直径较小，但转速较高，是行星齿轮组的核心驱动部件之一行星轮与行星架环绕太阳轮旋转的多个小齿轮，通常为个，由行星架支撑行星轮在旋转的同时还可以绕太阳轮公转，这种复合运动是行星齿轮组实现多种传动比的基础3-5内齿圈位于最外层的带内齿的齿圈，与行星轮啮合通过控制内齿圈的固定或释放，可以改变动力传递路径，是变速器实现不同挡位的关键部件行星齿轮组是自动变速器的核心传动机构，其独特之处在于可以通过控制三个基本元件太阳轮、行星架和内齿圈的状态，获得多种传动比当三个元件中的一个被固定，另外两个成为输入和输出时，就形成了一个传动比；通过改变固定的元件或输入输出关系，可以获得不同的传动比行星齿轮变速原理一挡工作状态通常固定第一组行星架和第二组内齿圈，输入轴驱动太阳轮，输出从第二组行星架获得挡位切换通过离合器和制动带控制不同元件的固定与释放，改变动力传递路径多挡位实现两组行星排的组合可以实现四个前进挡和一个倒挡，三组行星排可实现六个前进挡互锁保护液压系统确保不会同时啮合冲突的离合器和制动带，防止变速器损坏行星齿轮变速原理的核心在于通过离合器和制动带控制行星齿轮组三个基本元件太阳轮、行星架和内齿圈的工作状态，从而改变动力传递路径和传动比例如，在低挡位时，通常固定某些元件以获得较大的减速比；在高挡位时，则释放某些元件并锁止其他元件，以获得接近的直接传动比1:1现代自动变速器通常采用两到三组行星齿轮组的组合设计，通过精心设计的离合器和制动带控制系统，可以实现六到十个前进挡位每次换挡过程中，需要精确控制离合器和制动带的结合与分离时序，以确保平顺换挡和避免动力中断自动变速器换挡控制液压控制系统电子控制单元智能换挡策略主油泵提供系统工作压力采集车速、节气门开度、发动机转速经济模式优先考虑燃油经济性•••等信号压力调节阀控制系统压力运动模式延迟升挡提高动力响应••根据预设程序确定最佳换挡点换挡阀控制离合器和制动带的接合与•手动模式允许驾驶员干预换挡••分离通过电磁阀控制液压系统•坡道模式自动识别并保持适当挡位•调节阀控制换挡过程中的压力变化实现自适应学习和故障诊断功能••自动变速器的换挡控制是一个复杂的电液结合系统液压系统作为执行部分，负责提供工作压力并控制离合器和制动带的结合与分离；电子控制单元作为决策部分，根据车辆工况信息确定最佳换挡时机和过程控制策略现代自动变速器的换挡控制越来越智能化，不仅能根据驾驶员选择的模式调整换挡策略，还能学习驾驶员的驾驶习惯，自动调整换挡参数此外，通过与导航系统和前方道路信息的结合，可以实现预见性换挡控制，进一步提升驾驶舒适性和燃油经济性典型自动变速器结构实例系列八速自动变速器采用四组行星齿轮组和五个离合器的设计，实现了的总速比范围，覆盖了从经济型到高性能车型的ZF8HP

8.7需求其创新的嵌套式行星排布置大幅减小了变速器轴向尺寸，整体重量仅为公斤，比前代产品轻了约9015%第二代六速自动变速器采用雷帕尼奥式行星排布置，通过两组行星齿轮组和六个液压元件实现六个前进挡其特点是可靠性高、AISIN传动效率优异，尤其适合中型车应用系列十速自动变速器则采用了四组行星齿轮组和六个离合器的复杂结构，实现了更精GM10L细的挡位划分和更宽的速比范围，显著提升了燃油经济性和驾驶平顺性自动变速器优缺点分析优点缺点应用趋势操作简便，无需频繁操作换挡杆和离传动效率相对手动变速器较低，典型随着技术进步，现代自动变速器已在合器，大幅降低驾驶疲劳度换挡平效率在之间，影响燃油经济不断改进缺点，如采用锁止式变矩器85-92%顺性好，换挡冲击度控制在以内，性结构复杂，零部件数量多，制造减少滑移损失，增加挡位数量优化工

0.3g提供舒适的驾驶体验智能电控系统和维修成本高液力变矩器在某些工作点，采用轻量化设计降低重量在能根据不同工况自动调整换挡策略，况下存在滑移损失，影响动力响应性中高端车型市场占据主导地位，并逐适应性强步向小型车渗透自动变速器凭借其卓越的操作便利性和舒适性，成为全球最受欢迎的变速器类型尤其在城市拥堵路况下，其无需频繁换挡的特性极大减轻了驾驶员的疲劳度现代自动变速器通过电子控制系统能够精确控制换挡过程，使换挡冲击度控制在人体几乎感觉不到的范围内第四章双离合器变速器DCT发展历史双离合器技术最早源于赛车应用，年大众首次将其应用于量产车型，开创了兼具手动变2003速器效率和自动变速器便利性的新技术路线2工作原理采用两套离合器分别控制奇数挡和偶数挡，通过预选机制实现无动力中断换挡，兼具手动变速器的高效率和自动变速器的平顺性结构特点双输入轴设计，奇偶挡分离布置，电液控制系统精确控制离合器结合与分离，换挡时间可达秒

0.08-

0.2市场趋势在运动型车和高端车型中占有一定市场份额，但因成本和可靠性因素，市场增长速度低于预期双离合器变速器是融合了手动变速器和自动变速器优点的创新产品，它保留了手动变速器的高效齿轮传动结构，同时通过双离合器和电控系统实现了自动换挡功能其核心优势是能够实现无动力中断换挡，DCT大幅提升了换挡速度和加速性能技术在欧洲市场较为流行，尤其在德系车型中应用广泛近年来，随着技术成熟度提高和成本下降，也逐渐向中国和其他新兴市场渗透未来，将继续朝着多挡位化、轻量化和控制策略优化方向发DCT DCT DCT展，以进一步提升性能和可靠性双离合器变速器结构组成双离合器系统双输入轴系统控制系统的核心部件，分为干式和湿式两种采用同轴套装的双输入轴设计，内负责离合器结合与分离控制以及换挡执DCT DCT干式离合器结构简单、成本低、效率高，轴通常连接奇数挡齿轮，外轴连接偶数行的系统，通常包括液压单元、电子控但散热能力有限；湿式离合器散热能力挡齿轮这种设计使得变速器可以在当制单元和执行机构控制系统的精度直强、耐久性好，但效率略低、成本较高前挡位工作的同时，预先选择下一个挡接影响换挡品质位离合器压力精度控制在±•

0.1bar干式离合器扭矩上限约内轴控制、、、挡•350Nm•1357换挡执行时间控制在毫秒级•湿式离合器扭矩可达以上外轴控制、、挡和倒挡•800Nm•246双离合器变速器的内部齿轮排布类似于两套手动变速器的组合，但输出轴通常共用一个齿轮通常采用直齿设计，以提高传动效率换挡执行机构可采用液压、电液或电机驱动形式，负责将选定的齿轮与相应的输入轴连接双离合器工作原理起步状态挡齿轮预先啮合，号离合器逐渐结合实现平顺起步11预选过程2车辆在挡行驶时，挡齿轮已预先啮合但号离合器分离122换挡过程换挡时号离合器逐渐分离同时号离合器逐渐结合12完成换挡号离合器完全结合，动力传递至挡，同时预选挡223双离合器变速器的工作原理基于一个离合器分离的同时另一个离合器结合的交替工作机制当车辆在某一挡位行驶时，该挡位对应的离合器处于结合状态；同时，系统已经预先选择了下一个可能使用的挡位，但该挡位对应的离合器处于分离状态换挡过程中，控制系统精确控制两个离合器的结合与分离时序，使正在使用的离合器逐渐分离的同时，下一个挡位的离合器逐渐结合，实现无动力中断换挡整个过程通常只需秒，比传统自动变速器快倍这种无缝换挡不仅提升了加速性能，还显著改善了换挡平顺性

0.08-

0.25-10换挡控制策略DCT换挡预判基于车速、油门开度等参数预测下一挡位离合器控制2精确控制两个离合器的结合与分离过程平顺性控制保持换挡冲击度在以内

0.2g工况适应针对不同驾驶模式和路况调整控制策略换挡控制的核心是离合器交替控制策略系统需要精确计算两个离合器的结合与分离时序，以确保换挡过程中的动力传递连续性和平顺性控制精度要求极高，DCT离合器压力控制精度通常需要达到±，离合器位置控制精度需要达到±

0.1bar

0.1mm现代控制系统通常采用基于模型的控制策略，结合自适应学习算法，能够根据不同的驾驶风格和车辆工况动态调整控制参数例如，在运动模式下，系统会采用DCT更快的换挡速度和更积极的离合器结合策略；在经济模式下，则更注重平顺性和燃油经济性特殊工况下，如坡道起步，系统会采用专门的防溜坡控制策略，确保起步安全和舒适典型实例分析DCT优缺点分析DCT高效率快速换挡结构复杂可靠性挑战传动效率高达，换挡时间仅需秒，零部件数量多，制造精度要干式离合器在高负荷频繁起94-96%

0.08-

0.2接近手动变速器水平，比传大幅提升加速性能和驾驶乐求高，成本比普通自动变速停工况下耐久性不足，维修统自动变速器高趣器高成本高5-10%15-25%双离合器变速器的最大优势在于它成功融合了手动变速器的高效率和自动变速器的便利性，同时实现了无动力中断的快速换挡这使得搭载的车辆DCT既有出色的加速性能和燃油经济性，又具备良好的驾驶舒适性特别是在运动驾驶场景下，其快速换挡特性能够提供接近赛车的驾驶感受然而，也存在明显缺点首先是结构复杂度高，制造和维修成本较高其次，尤其是干式在低速拥堵路况下的耐久性和平顺性表现不佳，容易DCTDCT出现抖动和顿挫此外，控制系统的复杂性也带来了更高的开发难度和潜在可靠性风险随着技术的进步，这些问题正在逐步改善，但仍是制约大DCT规模应用的因素第五章无级变速器CVT1早期发展年荷兰公司首次将钢带式应用于量产车型，开创了无级变速技术新纪元1958DAF CVT2技术成熟年日本公司开发出应用于中型车的链条式，显著提升了扭矩承载能力1989JATCO CVT电控发展世纪初，电子控制技术与结合，实现了精确的速比控制和模拟换挡功能21CVT当前趋势现代朝着高扭矩容量、高效率和驾驶乐趣方向发展，在小型和紧凑型车市场占有重要CVT地位无级变速器是一种能够实现无级调速的自动变速器，其核心原理是通过改变传动部件的有效半径，CVT实现无级变化的传动比与传统有级变速器相比，能够使发动机始终工作在最佳效率区间，理论上可CVT以实现最佳燃油经济性和排放性能技术在日系车型中应用最为广泛，特别是本田、丰田和日产等品牌近年来，随着技术的进步，CVT的扭矩承载能力不断提高，应用范围从小型车扩展到中型车和部分同时，通过模拟换挡控制CVT SUV策略的应用，现代也在努力改善驾驶者对橡皮筋效应的负面感受，提升驾驶乐趣CVT结构组成CVT钢带链条主从动锥轮//的核心传动部件，连接主动锥轮和从动锥轮钢带由成百上千个由固定锥盘和可移动锥盘组成，通过液压控制可移动锥盘的轴向位置，CVT金属片和两条层叠钢带组成，扭矩容量较小；链条由数百个金属块和多改变钢带链条的工作半径，从而实现传动比的无级变化锥面角度通/层钢带组成，扭矩容量较大，最高可达常为度，表面硬度要求高450Nm11-12液压控制系统电子控制单元负责控制主从动锥轮的夹紧力和轴向位移，是实现精确速比控制根据车辆工况和驾驶员需求，计算最佳速比并控制液压系统执行现代CVT的关键系统包括油泵、压力控制阀、流量控制阀和执行缸等组件，工电控单元通常集成了多种控制策略，如经济模式、运动模式和模CVT作压力通常为拟换挡模式等5-7MPa工作原理CVT锥轮径向位移速比变化通过液压系统控制锥轮轴向位移，改变钢带链主动锥轮半径减小同时从动锥轮半径增大实现低/条工作半径速大扭矩，反之实现高速低扭矩2无级调速扭矩传递锥轮位置连续变化实现无级调速，理论速比范围通过锥轮对钢带链条的夹紧力产生足够摩擦力/约为传递扭矩6-8的工作原理基于锥轮和钢带链条的摩擦传动当车辆需要大扭矩时如起步或爬坡，主动锥轮的可动盘向外移动，减小钢带链条工作半径；同时从动锥CVT//轮的可动盘向内移动，增大钢带链条工作半径，形成大传动比，实现减速增扭/当车辆高速巡航时，主动锥轮的可动盘向内移动，增大工作半径；从动锥轮的可动盘向外移动，减小工作半径，形成小传动比，实现高速低扭状态整个过程中，液压系统需要精确控制锥轮的夹紧力，既要确保足够的摩擦力传递扭矩，又要避免过大的夹紧力导致效率下降和部件磨损控制策略CVT起步控制起步阶段采用较大传动比并精确控制锥轮夹紧力，确保平顺起步和防止打滑最佳效率控制根据发动机效率图谱实时调整传动比，使发动机始终工作在最佳效率区间模拟换挡控制通过阶段性调整传动比模拟传统自动变速器的换挡感，改善驾驶体验特殊工况控制爬坡、超车等特殊工况下采用专门控制策略，提升动力响应和安全性控制策略的核心目标是在保证动力性和驾驶舒适性的前提下，最大化燃油经济性起步阶段，系统采CVT用较大传动比提供足够的起步扭矩，同时精确控制离合器结合过程，确保平顺起步正常行驶时，系统根据负荷和车速实时调整传动比，使发动机保持在最佳效率区间为了改善驾驶者对传统橡皮筋效应的负面感受，现代普遍采用模拟换挡控制策略当驾驶员深CVTCVT踩油门时，系统会先提高发动机转速，然后保持转速不变，通过逐渐减小传动比来提高车速，模拟传统自动变速器的换挡感在运动模式下，这种模拟换挡会更加明显，以提升驾驶乐趣典型实例分析CVT系列JATCO JF作为全球最大的供应商，的系列是应用最广泛的之一可承载扭矩，适用于小型车；扭矩容量提升至，适用于中型车和其特点是可靠CVT JATCOJF CVTJF016E250Nm JF017E380Nm SUV性高、效率优良，采用先进的油液控制技术爱信CVT爱信的系列采用独特的宽速比设计，速比范围高达，领先行业水平其低速大扭矩性能优异，高速工况下的燃油经济性表现出色新一代产品还集成了启停系统兼容设计，进一步提升燃K CVT

7.3油经济性本田多模式CVT本田的地球梦采用创新的多模式设计，集成了液力耦合器起步装置，显著改善了低速工况下的平顺性同时，其独特的换挡逻辑能够在加速时提供更直接的动力响应，减轻橡皮筋CVT G-Design效应各厂商在技术路线上存在差异和爱信主要采用推动式结构，即将主从动锥轮的可动盘设计在皮带链条的外侧；而博格华纳等厂商则采用拉动式结构，将可动盘设计在内侧两种设计各有优缺点，推动式结构控制精度更高，拉动式结构则在高负CVT JATCO//荷下更稳定优缺点分析CVT优点缺点适用场景平顺性优异，无明显换挡冲击扭矩承载能力有限，一般不超过小型到中型乘用车•••理论上可实现最佳工况匹配350Nm城市通勤为主的使用环境••传动效率相对较低，典型效率燃油经济性优良，较传统自动变速器•88-注重燃油经济性的车型••提升94%5-8%对平顺性有较高要求的用户•橡皮筋效应影响驾驶乐趣结构相对简单，重量轻••中低负荷使用工况•高负荷工况下可靠性有待提高成本适中，维护需求低••维修成本高，专业性要求强•的最大优势在于其无级变速特性能够使发动机始终工作在最佳效率区间，理论上可以实现最优的燃油经济性同时，由于没有明CVT显的换挡过程，驾驶平顺性非常出色这些特点使特别适合城市通勤车型和注重燃油经济性的市场CVT然而，也存在明显不足传统钢带式的扭矩承载能力有限，限制了其在高性能车型中的应用虽然链条式提高了扭矩容CVT CVT CVT量，但仍难以满足大型和豪华车的需求此外，特有的橡皮筋效应（加速时发动机转速迅速升高而车速增加缓慢）也影响SUV CVT了驾驶乐趣，虽然现代通过模拟换挡技术部分缓解了这一问题CVT第六章电控机械式自动变速器AMT早期发展最早可追溯到年代，最初应用于赛车和高性能车辆，通过电液执行机构实现换挡自动化，但AMT1990仍保留明显的动力中断特性技术成熟年代初，马格纳、格特拉克等公司开发出商业化系统，欧洲小型车率先采用，以其低成本2000AMT和高效率优势获得一定市场份额控制优化近年来，技术重点发展方向是换挡品质优化，通过精确控制离合器和换挡执行机构，大幅减AMT少动力中断时间，提升驾驶舒适性市场定位当前主要定位于入门级自动变速方案，在新兴市场和经济型车型中有一定应用，但市场AMT份额有限，主要受换挡品质限制电控机械式自动变速器是在手动变速器基础上，用电机或电液执行机构代替人工操作离合器和换挡机构AMT的自动化变速系统它保留了手动变速器的核心结构，但通过添加控制系统实现了自动换挡功能，是一种兼顾成本和便利性的解决方案在成本敏感的市场和车型中有一定应用，特别是在印度、巴西等新兴市场的入门级车型欧洲小型车也AMT曾广泛采用，但随着双离合变速器和新一代自动变速器成本下降，的市场空间正在被挤压未来AMT AMT技术发展的关键是如何进一步提升换挡平顺性，缩小与传统自动变速器的差距AMT结构组成AMT基础结构的核心是标准手动变速器，包括输入轴、输出轴、中间轴、同步器和各挡位齿轮组这AMT些部件与普通手动变速器完全相同或稍作修改，保证了成本优势和零部件通用性执行机构替代人工操作的电动或电液执行装置，主要包括离合器执行机构和换挡执行机构离合器执行机构通常采用电机驱动或电液驱动方式；换挡执行机构则负责选择和啮合不同挡位传感器系统监测系统工作状态的各类传感器，包括输入输出轴转速传感器、挡位位置传感器、离合器位/置传感器等这些传感器为控制单元提供实时工况数据，是精确控制的基础控制单元的大脑，负责根据车辆工况和驾驶员需求，控制执行机构完成换挡过程现代控AMTAMT制单元通常集成了多种控制策略和自适应学习功能，能够根据不同工况优化控制参数工作原理AMT换挡决策离合器分离换挡执行离合器结合控制单元根据车速、负荷等参数确定最执行机构控制离合器分离，中断动力传执行机构完成挡位选择和啮合动作离合器平稳结合，恢复动力传递佳挡位递的工作原理与人工操作手动变速器基本相同，但由电子控制系统取代了人工操作换挡过程首先由控制单元根据车速、发动机转速和负荷等参数确定最佳换挡时机；随后控AMT制离合器执行机构分离离合器，中断动力传递；接着控制换挡执行机构完成挡位选择和啮合动作；最后控制离合器执行机构平稳结合离合器，恢复动力传递为了减少换挡过程中的动力中断时间，现代采用多种优化技术例如预测性换挡控制，在实际需要换挡前提前准备；发动机转速主动控制，通过调节节气门配合换挡过程；AMT离合器滑动控制，在换挡过程中允许适当滑动以平衡动力传递这些技术能将换挡时间从传统的秒缩短到秒，显著改善驾驶体验

1.5-

20.8-

1.2控制系统AMT数据采集收集车速、发动机转速、油门位置等实时数据换挡决策根据预设算法和模式确定最佳换挡时机执行控制精确控制离合器和换挡执行机构的动作时序自适应学习根据使用情况不断优化控制参数控制系统的核心是精确的执行机构控制离合器控制需要模拟人工操作的渐进性和平顺性，通常采用位置闭环控制或扭矩闭环控制方式换挡执行机构控制则需AMT要准确的位置控制和力控制，确保挡位选择准确和啮合可靠现代控制系统通常具备多种驾驶模式，如经济模式、运动模式和手动模式经济模式下优先考虑燃油经济性，尽早升挡；运动模式下延迟升挡提高动力响应；手AMT动模式则允许驾驶员通过拨片或换挡杆手动选择挡位此外，针对特殊工况如坡道起步、急加速超车等，控制系统还设有专门的控制策略，提高适应性和安全性优缺点分析AMT优点缺点结构简单，在手动变速器基础上增加较少部件换挡过程中存在明显动力中断，平顺性较差••成本优势明显，比自动变速器低换挡时间较长，影响加速性能•30-40%•传动效率高，接近手动变速器低速工况下易出现顿挫感•90-95%•维修便捷，大部分零件与手动变速器通用驾驶舒适性不如传统自动变速器••自动手动模式灵活切换，满足不同驾驶需求离合器系统在频繁起停工况下寿命较短•/•作为一种低成本自动化解决方案，其最大优势在于保留了手动变速器的高效率和低成本特点，同时提供了自动换挡的便利性这AMT使得特别适合成本敏感的入门级车型和新兴市场此外，相比传统自动变速器重量更轻，进一步提升了燃油经济性AMT AMT然而，的最大不足在于换挡品质，特别是换挡过程中的动力中断和顿挫感，严重影响了驾驶舒适性虽然现代通过优化控AMT AMT制策略有所改善，但与传统自动变速器和双离合变速器相比仍有明显差距这是限制大规模应用的主要因素未来技术发AMT AMT展的关键在于如何在保持成本优势的同时，进一步提升换挡平顺性第七章特种变速器除了常见的汽车变速器外，工业和特种装备领域还广泛应用各类特种变速器这些特种变速器针对特定应用场景设计，具有独特的结构特点和性能优势摆线针轮减速器以其高精度、高刚度和大传动比特点，广泛应用于工业机器人和精密机床；谐波齿轮减速器凭借零背隙和超大传动比优势，成为航空航天和精密控制系统的理想选择工程机械领域则采用专用的动力换挡变速装置，满足高负荷、高可靠性和极端环境的要求此外，各类无极变速器的特殊形式如摩擦轮变速器、液压变速器和磁流变液变速器等，在特定领域也有广泛应用这些特种变速器虽然应用范围相对有限，但在特定领域发挥着不可替代的作用摆线针轮减速器结构组成工作原理1主要由输入轴、偏心轴套、摆线轮、针轮和输出轴利用偏心轴带动摆线轮绕针轮做行星运动，实现减组成速增扭应用领域传动比范围广泛应用于机器人、自动化设备和精密机床单级传动比可达，多级组合可达数千30-200摆线针轮减速器是一种高精度、高刚度的特种减速器，其核心工作原理是利用摆线轮绕针轮做行星运动实现减速当输入轴带动偏心轴套旋转时，与偏心轴套连接的摆线轮做偏心运动，在针轮的约束下形成类似行星运动的复杂轨迹由于摆线轮齿数比针轮少个，每转一圈只前进个齿，从而实现大传动比1-21-2摆线针轮减速器的最大特点是传动比大、体积小、承载能力强和精度高单级传动比可达，远高于普通齿轮减速器；同时具有以上的高传动效率和极小的背30-20095%隙通常小于弧分此外，其特殊的啮合方式使多齿同时受力，承载能力是同体积齿轮减速器的倍这些优势使其成为工业机器人和精密机床的理想选择13-5谐波齿轮减速器结构组成由波发生器、柔性轮和刚性轮三大部件组成工作原理波发生器使柔性轮变形与刚性轮部分啮合，实现减速传动特性传动比大、零背隙、高精度、体积小50-320应用领域航空航天、机器人、精密仪器等高精度场合谐波齿轮减速器是一种利用金属弹性变形实现传动的特种减速器其核心部件波发生器通常为椭圆形凸轮或带有滚动轴承的椭圆轮，能使柔性轮薄壁杯状结构产生椭圆变形；柔性轮外表面有齿，变形后与刚性轮内齿圈在长轴方向啮合当波发生器旋转时，柔性轮与刚性轮的啮合点沿圆周移动，由于柔性轮齿数比刚性轮少，每转一圈柔性轮相对刚性轮只移动少量齿数，实现大传动比谐波齿轮减速器的最大优势是零背隙或极小背隙通常小于弧秒，这使其在精密定位控制系统中有不可替代的地位同时，其单级传动比可达，远高于常规减速器1050-320此外，谐波减速器结构紧凑、重量轻、运行平稳，特别适合空间受限的应用场景然而，其也存在承载能力有限、柔性轮疲劳寿命问题等不足，在高负荷应用中需谨慎选择其他特殊形式减速器周转轴行星减速器一种采用非平行轴线设计的行星减速器，利用锥齿轮和周转轴实现三维空间内的复杂传动其特点是结构紧凑、传动比大、承载能力强，但加工精度要求高，成本较高广泛应用于工程机械和重型设备领域摩擦轮变速器利用摩擦轮之间的压力和摩擦力传递动力，通过改变接触点位置实现无级变速其优点是结构简单、调速平稳、噪音低；缺点是承载能力有限、易受磨损影响主要应用于低负荷、需要精确调速的场合，如实验设备和轻型机械液压变速器利用液压泵和液压马达组成的闭式回路系统实现动力传递和无级变速其特点是调速范围大、控制灵活、过载保护能力强，但效率相对较低、系统复杂广泛应用于工程机械、船舶和重型车辆，特别适合高负荷、频繁起停的工况除上述减速器外，磁流变液变速器是一种利用磁场控制磁流变液粘度变化实现无级变速的创新产品其核心优势是响应速度快、控制精度高、无机械磨损，但目前仍处于发展阶段，成本高且承载能力有限机械无级变速器推盘式无级变速器多圆盘式无级变速器球面式无级变速器利用旋转盘和推盘之间的摩擦力传递动力，通过由多个输入圆盘和输出圆盘组成，通过改变圆盘利用球体与环形轨道的接触传递动力，通过改变改变推盘接触点位置调节传动比优点是结构相之间的挤压力和接触角度调节传动比其特点是球体倾斜角度调节传动比这种设计具有高效率、对简单，控制方便；缺点是承载能力有限，推盘承载能力较大，传动比调节平稳；缺点是结构复低磨损的特点，但制造精度要求极高最新技术易磨损传动比范围通常为，适用于中小杂，需要高精度制造应用于需要精确速度控制可实现以上的传动效率，是未来机械无级变

0.3-596%功率场合的中等功率设备速领域的发展方向机械无级变速器与的核心区别在于传动介质和工作原理主要依靠钢带或链条与锥轮的摩擦传动，而机械无级变速器通常采用直接的点接触或线接触传动CVTCVT这使得机械无级变速器在某些应用场景中具有独特优势，如更高的传动效率、更简单的控制方式和更强的环境适应性然而，机械无级变速器也面临着承载能力有限、接触点高应力、磨损严重等技术挑战近年来，新材料和表面处理技术的应用显著提高了机械无级变速器的使用寿命和可靠性未来，随着纳米材料和新型润滑技术的发展，机械无级变速器有望在特定领域实现更广泛的应用第八章变速器故障诊断与维修故障类型包括机械故障齿轮、轴承、同步器磨损、液压故障泄漏、压力异常和电控故障传感器、执行元件异常故障诊断通过症状分析、电脑诊断、液压测试和噪声振动分析等方法确定故障原因维修技术根据故障性质采取部件更换、液压系统清洗、电控系统重置等维修措施预防维护通过定期保养、油液分析和使用习惯改善等方式预防故障发生变速器故障诊断是一项复杂的技术工作，需要综合考虑机械、液压和电控系统的相互影响现代变速器故障诊断通常采用症状原因解决方案的系统化方法，先通过故障现象初步判断可能的故障部位，再通过专业诊断--设备和流程进一步确认具体故障原因，最后制定针对性的维修方案随着变速器技术的发展，特别是电控系统的广泛应用，变速器维修也越来越依赖专业诊断设备和厂家技术支持现代变速器维修不仅需要传统的机械技能，还需要掌握电子诊断、软件操作和系统标定等技术这对维修人员的综合素质提出了更高要求，也使得变速器维修越来越专业化和技术密集化手动变速器常见故障自动变速器常见故障30%电控系统故障包括传感器异常、线束接触不良和故障，是现代自动变速器最常见的故障类型TCU25%换挡延迟主要由液压压力控制故障、阀体污染或油液变质引起，表现为换挡响应慢20%换挡冲击通常由换挡阀卡滞、电磁阀故障或控制参数异常导致，严重影响舒适性15%打滑故障主要由液力变矩器损坏、离合器磨损或油压不足引起，表现为动力传递不足自动变速器故障诊断比手动变速器更复杂，因为需要考虑机械、液压和电控三个系统的相互作用现代诊断方法通常先通过故障码读取和数据流分析初步确定故障区域，再结合路试和压力测试等手段进一步确认具体故障点自动变速器维修一般分为三个层次不拆箱维修如更换电磁阀、传感器、外部油封等；部分拆解维修如阀体维修、油泵更换等；全面翻修完全拆解并更换所有磨损件由于自动变速器结构复杂，翻修难度大，对技术和设备要求高，通常建议在专业变速器维修中心进行特别是电控系统故障，还需要专用诊断设备和最新的维修数据支持变速器维护与保养油液定期更换油质检查滤清器更换手动变速器通常万定期检查油液颜色、气自动变速器应与油液同4-6公里更换一次，自动变味和金属颗粒，及时发时更换滤清器，保证系速器根据使用工况现潜在问题统清洁4-8万公里更换电控系统检测定期进行电脑诊断，确保控制系统正常工作正确的使用习惯是变速器长寿命的关键对于手动变速器，应避免半联动操作、猛踩离合器和强行挂挡；对于自动变速器，应避免挡位未完全进入时加速、长时间挡停车和频繁换挡冷车起动后应适D当怠速预热，使变速器油温升高后再正常行驶，特别是在寒冷天气变速器油液选择也至关重要手动变速器通常使用或级齿轮油，粘度根据气候选择GL-4GL-5或；自动变速器则需使用符合厂家规格的专用油液，不同品牌和型号对油液75W-9080W-90ATF要求差异很大，切勿混用或替代使用劣质油液或超期使用会导致变速器早期磨损、换挡质量下降甚至严重故障第九章变速器技术发展趋势多挡位与宽速比新材料与轻量化传统自动变速器挡位数量从挡发展到混合动力专用变速器6高强度铝合金、镁合金和碳纤维等轻挡，实现更精细的速比划分和更宽电气化与智能化10为满足混合动力系统需求，专用变速质材料在变速器中的应用越来越广泛，的总速比范围更宽的速比覆盖既提现代变速器正朝着更高程度电气化和器技术快速发展多模式混合动力变显著减轻重量并提高散热性能新型升了低速扭矩输出能力，又优化了高智能化方向发展先进传感器和微处速器能够实现发动机、电机和车轮之高性能润滑油和表面处理技术的应用速巡航经济性，满足日益严格的排放理器的应用使换挡控制更精确、更智间的多种动力传递路径，显著提升系减少了摩擦损失，提高了传动效率和法规要求能，能够预测驾驶员意图并主动适应统效率功率分流型混合变速器通过使用寿命道路条件互联网技术和大数据分析行星齿轮组实现发动机动力的灵活分使变速器能够基于云端数据优化控制配，成为主流技术路线策略，不断自我学习和完善新能源汽车变速系统纯电动车传动系统混合动力变速系统未来发展方向纯电动汽车通常采用单级减速器结构，混合动力车辆采用专用变速系统，需要随着电动化程度提高，变速系统呈现多传动比在之间由于电机具有宽广协调发动机和电机的工作功率分流型元化发展趋势一方面是向更简单的单8-10的转速范围和平坦的转矩曲线，无需多混合变速器通过行星齿轮组实现发动机级减速器方向发展；另一方面，为了进挡变速器即可满足大部分使用工况减动力的灵活分配，是丰田和通用等公司一步提高效率和性能，多速电驱动系统速器通常采用行星齿轮或平行轴齿轮结的主流技术；型并联混合系统则在传也在研发中，如保时捷采用的两P2Taycan构，追求高效率、低噪音和轻量化统变速器基础上增加电机，结构相对简速变速箱和部分新型四驱电动车采用的单前后桥差速比设计传动效率高达•97-98%系统采用单行星排设计集成式电驱动桥成为趋势重量仅为传统变速器的•THS••1/3-1/4系统采用双行星排结构多速电驱变速器提升性能结构简单，可靠性高•GMC Voltec••能实现多种工作模式转换轻量化设计持续优化••总结与展望技术演进变速器技术将持续向智能化、高效化和集成化方向发展电气化影响电动化浪潮重塑变速器技术路线，传统变速器与电驱动深度融合智能控制人工智能技术应用使变速器控制更精确、更智能、更高效绿色发展节能环保要求推动变速器向更高效、更轻量方向发展本课程系统介绍了从手动变速器到现代自动变速器的全系列产品，涵盖了基本原理、结构特点、控制系统、故障诊断及未来趋势各类变速器各有特点手动变速器结构简单高效但操作便利性差；自动变速器舒适便捷但效率较低；双离合变速器兼具高效和便捷但成本高；平顺经济但扭矩容量有限；成本低但换挡品质差CVT AMT未来变速器技术将呈现多元化发展趋势传统燃油车领域，多挡位自动变速器和高效将继续主导市场；新能源车领域，专用混合动力变速器和高效电驱动减速器将快速CVT发展随着车联网和人工智能技术的应用，变速器控制将更加智能化，能够基于大数据预测最佳工作状态，进一步提升燃油经济性和驾驶体验在选择和研究变速器时，应根据应用场景、性能需求和成本因素综合考量。