辛普森式商務車自動變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計【行星齒輪變速箱優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計含6張CAD圖紙+帶開題報告+文獻綜述+外文翻譯】-jxsj62

辛普森變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計

摘　　要

目前，自動變速器在汽車領(lǐng)域的應用越來越廣泛。其中主要原因是自動變速器能夠根據(jù)路面狀況自動改變車速，這極大地方便了駕駛者。不僅能夠緩解駕駛者駕駛疲勞減少路面交通事故，而且還能夠提高汽車的燃油經(jīng)濟性。同時，還能提高汽車的動力性。行星齒輪變速箱主要結(jié)構(gòu)為行星齒輪機構(gòu)，行星齒輪機構(gòu)主要由太陽輪、外齒圈、行星輪、行星架組成。由于行星齒輪機構(gòu)具有兩個自由度，因此行星齒輪機構(gòu)沒有固定的的傳動比，不能直接應用于變速器。為了能夠?qū)⑿行驱X輪變速器應用于自動變速器，必須將齒輪機構(gòu)中的元件固定使其具有一個自由度。只有一個自由度的行星齒輪機構(gòu)具有固定的傳動比，因此可以應用于自動變速器中。我設(shè)計的為商務車行星齒輪變速箱，行星齒輪機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、剛度大、傳動平穩(wěn)等優(yōu)點。行星齒輪變速箱動力改變由液力變矩器進行控制，其操縱機構(gòu)為離合器和制動器，并通過液壓油進行控制，從而實現(xiàn)自動換擋。但是，自動變速器結(jié)構(gòu)比較復雜。通過這次畢業(yè)設(shè)計我對自動變速器原理做了大量的工作并參考商務車車型最終確定了其傳動方案，并對各檔傳動比做了詳細的說明。

關(guān)鍵詞：自動變速器  行星齒輪變速箱  液力變矩器  

Abstract

At present, more and more widely applied in the field of automatic transmission in car.The main reason is that automatic transmission can change the speed automatically according to the road conditions, it has made great drivers.Not only can alleviate drivers driving fatigue reduce road traffic accidents, but also can improve the fuel economy of the car.At the same time, it can improve power performance of car.Planetary gear transmission main structure for a planet gear mechanism, the planetary gear mechanism is mainly composed of the sun wheel, outer ring gear, planetary wheel, planet carrier.Because the planet gear mechanism has two degrees of freedom, so the planet gear mechanism has no fixed transmission ratio, cannot be directly applied to the transmission.In order to be able to will be applied in the automatic transmission planetary gear transmission, the gear mechanism of components must be fixed exhibit a degree of freedom.There is only one degree of freedom of planet gear mechanism has a fixed ratio, thus can be used in the automatic transmission.I design for commercial vehicles planetary gear transmission, the planet gear mechanism has the advantages of compact structure, large rigidity, smooth transmission.Planetary gear transmission power changes controlled by hydraulic torque converter, its operating mechanism for the clutch and brake, and the control with the hydraulic oil, so as to realize automatic shift.However, the automatic transmission structure is more complex.Through this graduation design I made a lot of work on automatic transmission principle and refer to commercial vehicles models ultimately determine the transmission scheme, and has made the detailed instructions for each transmission ratio. 

KeyWords:automatic transmisson  lanetary gearbox  torque converter  

目  錄

摘　　要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第1章　自動變速器的基本組成 1

第2章　行星齒輪和液力變矩器的工作原理 4

2.1　行星齒輪的結(jié)構(gòu)及工作原理 4

2.2　液力變矩器的工作原理 5

第3章　自動變速器傳動方案及傳動原理 6

3.1　自動變速器的傳動方案 6

3.2　自動變速器的傳動原理 6

3.2.1　空擋或駐車擋的傳動原理 6

3.2.2　D位D1擋汽車加速與滑行時傳動原理 7

3.2.3　汽車在L位一擋時前后行星排的傳動原理 10

3.2.4　D位D2擋傳動原理圖 13

3.2.5　二擋時自動變速器的傳動原理圖 16

3.2.6　D位D3擋時，自動變速器的傳動原理 18

3.2.7　超速擋傳動原理 19

3.2.8　自動變速器的倒檔傳動原理 21

第4章　行星齒輪機構(gòu)設(shè)計及計算…………………………………………..23

4.1　變速器齒輪傳動的設(shè)計及計算 23

4.1.1　各擋位傳動比分析 23

4.1.2　齒輪參數(shù)設(shè)計及計算 23

4.1.3　實際傳動比 25

4.1.4　齒輪強度校核 25

4.2　換擋執(zhí)行機構(gòu) 26

4.2.1　多片離合器 27

4.2.2　制動器 27

4.2.3　單向超越離合器 28

第五章　結(jié)論 29

致　　謝 30

參考文獻 31

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CAXA圖紙副本

動力傳遞路線---A3.dwg

后行星排齒輪輸入軸A2.dwg

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液力變矩器外殼體A1.dwg

液力變矩器總成A1.dwg

裝配體A0.dwg

輸入軸A2.dwg

辛普森變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計.docx

辛普森式商務車自動變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計【行星齒輪變速箱】開題報告.doc

辛普森式商務車自動變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計【行星齒輪變速箱】文獻綜述.doc

摘 要 目前，自動變速器在汽車領(lǐng)域的應用越來越廣泛。其中主要原因是自動變速器能夠根據(jù)路面狀況自動改變車速，這極大地方便了駕駛者。不僅能夠緩解駕駛者駕駛疲勞減少路面交通事故，而且還能夠提高汽車的燃油經(jīng)濟性。同時，還能提高汽車的動力性。 行星齒輪變速箱 主要結(jié)構(gòu)為行星 齒輪機構(gòu)， 行星齒輪機構(gòu)主要由太陽輪、外齒圈、行星輪、行星架組成。由于行星齒輪機構(gòu)具有兩個自由度，因此行星齒輪機構(gòu)沒有固定的的傳動比，不能直接應用于變速器。為了能夠?qū)⑿行驱X輪變速器應用于自動變速器，必須將齒輪機構(gòu)中的元件固定使其具有一個自由度。只有一個自由度的行星齒輪機構(gòu)具有固定的傳動比，因此可以應用于自動變速器中。我設(shè)計的為商務車行星齒輪變速箱，行星齒輪機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、剛度大、傳動平穩(wěn)等優(yōu)點。行星齒輪變速箱動力改變由液力變矩器進行控制，其操縱機構(gòu)為離合器和制動器，并通過液壓油進行控制，從而實現(xiàn)自動換擋。但是，自動變 速器結(jié)構(gòu)比較復雜。通過這次畢業(yè)設(shè)計我對自動變速器原理做了大量的工作并參考商務車車型最終確定了其傳動方案，并對各檔傳動比做了詳細的說明。 關(guān)鍵詞 ： 自動變速器 行星齒輪變速箱 液力變矩器 t in of in is to it of it of a is of of so no be to to be to be in of be a of is of of a be in of by so as to is a of on to 目 錄 摘 要 .............................................................................................................. Ⅰ ............................................................................................................... Ⅱ 第 1 章 自動變速器的基本組成 ........................................................................ 1 第 2 章 行星齒輪和液力變矩器的工作原理 .................................................... 4 星齒輪的結(jié)構(gòu)及工作原理 ............................................................... 4 力變矩器的工作 原理 ....................................................................... 5 第 3 章 自動變速器傳動方案及傳動原理 ........................................................ 6 動變速器的傳動方案 ....................................................................... 6 動變速器的傳動原理 ....................................................................... 6 擋或駐車擋的傳動原理 ........................................................ 6 位 汽車加速與滑行時傳動原理 ................................. 7 車在 L 位一擋時前后行星排的傳動原理 ......................... 10 位 傳動原理圖 ........................................................... 13 擋時自動變速器的傳動原理圖 .......................................... 16 位 時，自動變速器的傳動原理 ............................... 18 速擋傳動原理 ...................................................................... 19 動變速器的倒檔傳動原理 .................................................. 21 第 4 章 行星齒輪機構(gòu)設(shè)計及計算 ………………………………………… .速器齒輪傳動的設(shè)計及計算 ......................................................... 23 擋位傳動比分析 .................................................................. 23 輪參數(shù)設(shè)計及計算 .............................................................. 23 際傳動比 .............................................................................. 25 輪強度校核 .......................................................................... 25 擋執(zhí)行機構(gòu) ..................................................................................... 26 片離合器 .............................................................................. 27 動器 ...................................................................................... 27 向超越離合器 ...................................................................... 28 第五章 結(jié)論 ...................................................................................................... 29 致 謝 .............................................................................................................. 30 參考文獻 .............................................................................................................. 31 1 第 1章 自動變速器的基本組成 自動變速器的種類和型號有很多，它們的形狀和結(jié)構(gòu)也很復雜并且不相同。與此同時，大部分自動變速器組成大致相同。 液力變矩器齒輪機構(gòu)是自動變速器的重要組成部件。自動變速器在現(xiàn)代汽車中是迄今為止比較復雜的汽車部件之一，根據(jù)成份元件的工作原理，大致可以將這些成份元件分為五大主要部分。 自動變速器結(jié)構(gòu)圖如圖 1示。 圖 1動變速器結(jié)構(gòu)圖 （ 1）液力變矩器 液力變矩器是在汽車中比較關(guān)鍵的部件，其主要的功能是改變發(fā)動機輸入的轉(zhuǎn)矩從而可以改變汽車的行駛車速。發(fā)動機與汽車變矩器相連接，功能主要是改變汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)矩相連接。油液流動過程中，工作液體能量的變化，從而可以使發(fā)動機的動力能夠傳遞到其輸入軸，同時它能根據(jù)汽車在行駛過程中路面狀況來判斷汽車應具有的車速。液力變矩器如圖 1示。 圖 1力變矩器 2 （ 2）行星齒輪機構(gòu) 自動變速箱的行星齒輪在自動變速器中是比較關(guān)鍵的部件，自動變速器的變速機構(gòu)有普通齒輪和行星齒輪變速機構(gòu)式兩種。由于普通齒輪式變速器的缺點較多，因此在自動變速器方面應用較少。普通齒輪變速器主要缺點為尺寸比較大，同時所能提供的傳動比小。因此，普通齒輪式變速器只在少數(shù)車型采用（本田車型上大都采用此類變速器）。相對目前汽車市場而言，行星齒輪變速箱在自動變速器中的應用較為廣泛。 自動變速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1示。 圖 1動變速器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 自動變速器是迄今為止汽車中比較復雜的組成汽車部件。 同時，自動變速器也在汽車變速器中發(fā)揮重要。自動變速器可以極大地緩解駕駛者駕駛偏勞，從而減少汽車交通事故的發(fā)生。與此，自動變速器的燃油經(jīng)濟性以及汽車動力性相比普通變速器的要好。 自動變速器供油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，主要通過油泵進行齒輪變速箱內(nèi)部油路的供給。目前，電控系統(tǒng)越來越多地應用于自動變速器，這也極大地改善了汽車的控制系統(tǒng)和操縱機構(gòu)。 自動變速器具有很多優(yōu)越性，其主要特點有： 1、自動變速器車容易駕駛。 2、自動變速器車換擋平順，提高乘坐舒適性。 3、自動變速器傳動平穩(wěn)，降低了輪胎的磨損，提高了輪胎的使用壽命，使發(fā)動機、傳動系的壽命都有所提高。 4、自動變速器能夠根據(jù)相應狀況，自動改變車速，及大地改善了汽車的燃 3 油經(jīng)濟性，節(jié)省了汽車行駛油耗量，降低了汽車尾氣對環(huán)境的污染。 5、自動變速具有良好的通過性。汽車在陡坡上行駛時，不存在手動車下滑問題。 4 第 2 章 行星齒輪和液力變矩器的工作原理 星齒輪的結(jié)構(gòu)及工作原理 行星齒輪變速器被廣泛地 用于現(xiàn)代汽車變速器中，而 我們 知道 的 齒輪大部分都是軸線固定 。 轉(zhuǎn)動軸都是 通過 軸承固定 在 機器的機體上。所以 ，它們 的轉(zhuǎn)動中心對機器的機體是相對 固定的 。有定軸齒輪與此同時那么就有動軸齒輪 ， 然后我們所不太熟悉的一類齒輪被稱為行星齒輪。我們知道這類齒輪 的轉(zhuǎn)動軸線是不固定的， 這類齒輪的轉(zhuǎn)動軸線 安裝在一個 支架上，這個 支架 是可以轉(zhuǎn)動的 。行星齒輪 不僅可以 像定軸齒輪 一樣，按著 轉(zhuǎn)動軸 轉(zhuǎn)動中心進行 轉(zhuǎn)動之外， 同時， 它們的轉(zhuǎn)動軸 中心不斷地進行轉(zhuǎn)動， 還 跟著 支架 隨著其他支架而運動 。 跟隨 自己軸線 轉(zhuǎn)動中心進行 的轉(zhuǎn)動 被 稱為 自轉(zhuǎn)。反而言之，隨 其它 軸線的中心進行運動而被稱為公轉(zhuǎn)。與行星的運轉(zhuǎn)非常類似，由此，其被稱為行星齒輪，結(jié)構(gòu)如圖 2示。 圖 2星齒輪結(jié)構(gòu)圖 軸線 被 固定 在機器機體上的 的齒輪 ，其 傳動原理 我們都很熟悉。一對齒輪進行相互嚙合的過程中 ， 一個稱為 主動輪， 從它那里不斷輸入動力 ，另 外 一個齒輪被稱為 從動輪，從它 那里通過軸傳出動力 。 同時，也有的 齒輪僅 僅 作為 傳遞動力而不參與傳動比改變 ， 因此被我們稱為惰輪。惰輪對動力的傳動有很大作用，它不改變齒輪傳動的速比，而只改變動力傳動的方向。因而，從它那里 通過， 而不改變傳動速比，只改變傳動方向 。 我們所了解的 行星齒輪的齒輪系統(tǒng) 與定軸齒輪 ，它們的分析辦法就有所不同 。 與此同時可以 用離合器或制動器 作為操縱機構(gòu) ， 根據(jù)條件 限制其中一條軸的轉(zhuǎn)動，剩下兩條軸 就可以 進行 動力 傳動 進行動力輸出。 5 由此可以得出，行星 齒輪 傳動的 之間的關(guān)系 的組合就可以變?yōu)楹芏喾N，常見的組合類型有： 動力從太陽輪輸入，從外齒圈輸出，行星架通過機構(gòu)鎖死； 動力從太陽輪輸入，從行星架輸出，外齒圈鎖死； 動力從行星架輸入，從太陽輪輸出，外齒圈鎖死； 動力從行星架輸入，從外齒圈輸出，太陽輪鎖死； 動力從外齒圈輸入，從行 星架輸出，太陽輪鎖死； 動力從外齒圈輸入，從太陽輪輸出，行星架鎖死； 兩股動力分別從太陽輪和外齒圈輸入，合成后從行星架輸出； 兩股動力分別從行星架和太陽輪輸入，合成后從外齒圈輸出； 兩股動力分別從行星架和外齒圈輸入，合成后從太陽輪輸出； 動力從太陽輪輸入，分兩路從外齒圈和行星架輸出； 動力從行星架輸入，分兩路從太陽輪和外齒圈輸出； 動力外齒圈輸入，分兩路從太陽輪和行星架輸出。 行星齒輪傳動 能得到廣泛應用，其優(yōu)點主要是 是 剛度大 承載能力 好 ， 同軸線占用空間小，傳動 平穩(wěn)。制造 行星齒輪要求的精度較高 。 有些 行星齒輪傳動 機構(gòu)效率高， 這類行星齒輪機構(gòu)傳動比較小 。 當用行星齒輪機構(gòu) 作減速器時， 行星齒輪機構(gòu) 效率 則 隨 著 傳動比的增大而減小。 力變矩器的工作原理 液力變矩器是自動變速器中比較重要的組成部件，被用于商務車上的液力變矩器。泵輪通過發(fā)動機帶動進行旋轉(zhuǎn)，泵輪內(nèi)的工作液體受到泵輪葉片的作用而流向外緣。流動的液體通過泵輪流出，經(jīng)過一段時間的流動變化后，渦輪葉片被流動的液體所沖擊，相連的輸出軸被渦輪帶動而不斷轉(zhuǎn)動。經(jīng)過渦輪流出的工作液體，工作液體的能逐漸被消耗。輸出軸的能量就是由工作液體的能量轉(zhuǎn)化而來。流入導輪的液體先經(jīng)過導輪，導輪因為被固定而不能夠轉(zhuǎn)動。工作液體通過葉片不斷變化，液流的方向被導輪不斷改變，液體通過改變能量來實現(xiàn)能量的改變與轉(zhuǎn)化。 自動變速器有液力 變矩器有前置后驅(qū)液力自動變速器，與此同時，自動變速器也有前置前驅(qū)動液力自動變速器。液力自動變速器通過工作泵輪，液體流動過程能量改變來實現(xiàn)改變發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩。 6 第 3 章 自動變速器傳動方案及傳動原理 動變速器的傳動方案 通過對商務車車型分析以及結(jié)合其發(fā)動機動力方面，總體分析自動變速器在商務車中的布置形式，結(jié)合商務車成本的考慮，本次設(shè)計的自動變速器，其傳動原理圖如 3示。 圖 3動變速器傳動方案 動變速器的傳動原理 通過分析，自動變速器來實現(xiàn)擋位自動變化，從而實現(xiàn)不同速比的擋位，下面我們就通過行星齒輪機構(gòu)的不同組合方式，來分析自動變速器中的一種即辛普森式行星齒輪，并分析其原理。 擋或駐車擋的傳動原理 自動變速器空擋或駐車擋傳動原理如圖 3示。 7 圖 3 擋或駐車擋傳動原理圖 當選擋桿置入 擋時，主油路壓力油便通過常開油道進入離合器 時由于離合器 合，已把超速擋箱內(nèi)的行星齒輪機構(gòu)中的太陽輪與行星架連成一體。當機構(gòu)中任意兩個自由運動元件連接在一起時，另一元件便不連自連，三元件成為一個剛體，彼此間無任何相對運動。由此可見，在 N 擋或 P 擋時，超速擋箱便把液力變矩器渦輪的轉(zhuǎn)速直接向后輸出。因超速擋箱以外的各制動器和離合器均沒有投入工作，因此此時只是超速擋的輸出軸在空轉(zhuǎn)，對外不傳遞動力，稱之為空擋或駐車擋。因為汽車行駛速度在 3 擋范圍內(nèi)，變速器 以在 3 擋范圍內(nèi)，超速擋始終把發(fā)動機的扭矩直接向外輸出。 位 汽車加速與滑行時傳動原理 傳動原理圖 如圖 3示。 圖 31 擋傳動原理圖 8 當選擋桿置入 D 位時，而汽車車速在 范圍內(nèi)時，從工作圖表可知，其中元件 與工作另一元件 入工作，與此同時，結(jié)合離合器共同工作。 從圖 3機構(gòu)中任意兩元件連接在一起時，另一元件便不連自連，三元件成為一個剛體，彼此間無任何相對運動，只能隨主動軸一同順時針旋轉(zhuǎn)。此傳動情況發(fā)生在除超速擋以外的各擋。 當選擋手柄在 D 位時，汽車在 圍內(nèi)時，離合器 油道打開，從而，液壓油推動活塞工作，從圖可知，離合器 作后，把主動軸和后齒圈連成一體，于是后齒圈便成為兩個行星排中的主動件，同主動軸一起順時針旋轉(zhuǎn)，因后行星排的齒圈順時針主動旋轉(zhuǎn)，導致 向離合器將將前行星排的行星架制動，于是前后行星排的傳動原理如圖 3示。 從圖 3 知，后排齒圈在變矩器渦輪帶動下順時針主動旋轉(zhuǎn)，因此后排行星輪輪齒必受齒圈輪齒一個推力 排行星輪在 作用下必順時針旋轉(zhuǎn)，由于后排行星輪順時針旋轉(zhuǎn)，行星輪輪齒必然給太陽輪輪齒一個 作用力，使后排太陽輪逆時針旋轉(zhuǎn)，但由于前后排太陽輪公用，所以便把動力傳給了前排太陽輪，前排太陽輪主動反轉(zhuǎn)，因此前排太陽 圖 31 擋加速時前后行星排傳動原理圖 同時齒圈的運動阻力也必給行星輪輪齒一個反作用 見前排行星輪輪齒受 合力作用有帶動前排行星架反轉(zhuǎn)的趨勢，但前排行星架的反轉(zhuǎn)趨勢被單向離合器 動，于是便形成前排太陽輪主動反轉(zhuǎn)，而前排行星架被制動，齒圈成為被動的輸出件而順時針旋轉(zhuǎn)的情況。 綜上可知，在 汽車加速時，后排齒圈主動順時針旋轉(zhuǎn)，后排行星輪被 9 動順時針自轉(zhuǎn)并帶動后排行星架順時針公轉(zhuǎn)，所以后排行星架及輸出軸便在前齒圈帶動下順時針旋轉(zhuǎn)而將動力輸出。 1 擋汽車滑行時的傳動原理 當汽車在 范圍內(nèi)，發(fā)動機收油，汽車滑行時 ，因此時 工作，而 合器也處于結(jié)合狀態(tài)，此時前后行星排的傳動原理如圖 3示。 從圖可見，當汽車滑行時，因慣性使后行星架仍以原速順時針旋轉(zhuǎn)，但此時因發(fā)動機收油，與渦輪相連的齒圈則降速順時針轉(zhuǎn)，由于后排行星架轉(zhuǎn)速高于齒圈的轉(zhuǎn)速，使齒圈的輪齒必給行星輪輪齒一個阻力 的作用下，行星齒輪除隨行星架順時針公轉(zhuǎn)外，又產(chǎn)生了繞其行星架逆時針自轉(zhuǎn)的情況，從圖中可以看出，后排齒輪又受到 作用，使后排太陽輪變成順時針旋轉(zhuǎn)。 圖 3車滑行時前后行星排傳動原理圖 前后行星排太陽輪公用，因此前排太陽輪也順時針旋轉(zhuǎn)，因此前排齒圈也在輸出軸帶動下原速順時針旋轉(zhuǎn)，在兩元件轉(zhuǎn)速差的作用下，使前排行星輪輪齒受太陽輪輪齒一個 推力，受齒圈輪齒一個阻力 此，汽車滑行時，發(fā)動機對滑行無制動作用。 綜上所述，汽車滑行時，后排行星架以慣性原速順時針旋轉(zhuǎn)，后排齒圈與渦輪同速順時針減速旋轉(zhuǎn)。而前行星排因其太陽輪與后排太陽輪公用，所以前排太陽輪必順時針旋轉(zhuǎn)，前排齒圈在慣性力的作用下，同后排行星架一體順時針旋轉(zhuǎn)。 經(jīng)以上討論可知，單向離合器 參與使汽車加速時，發(fā)動機扭矩通過單向離合 器的作用傳給變速器的輸出軸，而當汽車滑行時，單向離合器解鎖，而使變速器輸出軸與發(fā)動機脫節(jié)，以確?；袝r發(fā)動機對汽車滑行不干擾。 此外，我們通過一擋的傳動過程再來看看單向離合器 作用，單向離合 10 器與離合器 并聯(lián)形式，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)但變速器沒掛擋時，因發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)，油泵轉(zhuǎn)速很低，通過離合器 常開油道進入離合器 油壓也較低，但因此時處于空擋，超速擋箱無負荷空轉(zhuǎn)，因此雖然油壓較低，但離合器 不會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，如果將選擋手柄推入 D 位，則離合器 結(jié)合，于是汽車行駛阻力便加在自動變速器的輸出軸上，這 樣因離合器 油壓不足，則必造成 合器打滑，但離合器 壓的提高是從掛擋到慢慢加油需要一定的時間，因此如無別的措施，離合器 然出現(xiàn)短期打滑，久而久之，使離合器 由于汽車怠速運轉(zhuǎn)， 合器工作，把行星架與太陽輪連成一體，此時因空擋，超速擋行星排的齒圈無負荷，齒圈隨太陽輪和行星架一同旋轉(zhuǎn)，當選擋桿推入 D 擋后，便使圖 3的齒圈受到行駛阻力，因此，在行星架主動順轉(zhuǎn)時，其行星輪齒便因齒圈輪齒的阻礙而受一 作用力，在 用力的作用下，行星齒輪便有一個逆時針旋轉(zhuǎn)的力，這個逆時針 旋轉(zhuǎn)的力便通過行星輪輪齒加在了太陽輪的輪齒上，使太陽輪有一個順時針旋轉(zhuǎn)的趨勢，即有一個使 合器打滑的趨勢，但因太陽輪有順時針旋轉(zhuǎn)趨勢時，單向離合器 制動作用，使太陽輪不可能相對行星架運動，于是，在離合器 壓尚低時， 到了協(xié)助作用，防止了從掛 D 擋到起步前離合器 油壓不足而打滑的弊病。 車在 L 位一擋時前后行星排的傳動原理 車加速時前后行星排傳動原理 當選擋桿推入 L 擋，而汽車在 1 擋范圍內(nèi)行駛時，從圖 3傳動圖中可知， 作，使超速擋箱內(nèi)的行星齒輪機構(gòu) 三元件均連成一體隨渦輪一同順時針旋轉(zhuǎn)。 圖 3 檔時前后行星排的傳動原理圖 11 工作把雙行星排之后行星排的齒圈與超速擋箱的齒圈也連成一體，因此汽車加速時后行星排齒圈便主動順時針旋轉(zhuǎn)，制動器 作，所以汽車加速時前后行星排便發(fā)生了如圖 3示的傳動過程。 圖 3車加速時 L 擋 1 擋前后行星排傳動示意圖 齒圈輪齒便給后排行星輪輪齒一個 作用力，在 用力的作用下，其輪齒必給太陽輪輪齒一個 排太陽輪必逆時針旋轉(zhuǎn)，后排太陽輪輪齒的反轉(zhuǎn)阻力必給行星輪一個反作用力 以行星輪在 順時針自轉(zhuǎn)外，還要帶動行星架順時針公轉(zhuǎn)。后排太陽輪的轉(zhuǎn)動阻力是因前排行星架制動造成的。 因前排太陽輪與后排太陽輪一體，因此在前行星排汽車加速時，前行星排太陽輪逆時針主動旋轉(zhuǎn)，前排行星輪必順轉(zhuǎn)，因前排行星架已被 動，并使其輪齒給前排齒圈一個推力 作用下，前排齒圈必克 服行駛阻力而順時針旋轉(zhuǎn)，將發(fā)動機扭矩傳遞出去。 綜上可知，汽車在 1 擋加速行駛時，后行星排齒圈主動順時針旋轉(zhuǎn)，后排行星輪即順時針自轉(zhuǎn)，又隨后排行星架順時針公轉(zhuǎn)，后排太陽輪則逆時針旋轉(zhuǎn)，齒圈則順時針旋轉(zhuǎn)而輸出。 擋汽車滑行時前后行星排傳動原理 在 1 擋行駛時，發(fā)動機收油，汽車滑行時，前后行星排的傳動原理如圖 3發(fā)動機收油后齒圈有降低轉(zhuǎn)速的趨勢。 12 圖 3 擋汽車滑行時前后行星排傳動原理 由于汽車的慣性，使前排齒圈與后排行星架保持原來的速度順時針旋轉(zhuǎn)，因此前齒圈輪齒必給前排行星輪輪齒一個推力 作用下，前排行星輪必按原速被動順時針旋轉(zhuǎn)，因此時前排行星架仍被制動，所以前排行星輪輪齒必給前排太陽輪輪齒一個推力 作用下在后行星排，因后排太陽輪與前排太陽輪一體，使后排行星輪仍以原速順時針旋轉(zhuǎn)，又因后排行星架仍按原速旋轉(zhuǎn)，所以后排行星輪輪齒必給后排齒圈輪齒一個作用力 后排齒圈在 作用下，被動按原速順時針旋轉(zhuǎn)，因此便帶動發(fā)動機按原速旋轉(zhuǎn)，使發(fā)動機在 1 擋時對汽車滑行產(chǎn)生制動 作用?？梢姶藫踹m用于下坡或冰雪路面，以利用發(fā)動機的制動作用使汽車降速。 1 擋傳動比的計算 從前后行星排的傳動過程可知，動力是從后行星排傳至前行星排，經(jīng)前行星排將扭矩輸出，因此其傳動比應從兩級行星排的運動方程的連立中求得，即 0)1(31211 ?????? 3 0)1(62524 ?????? 3 式（ 3式（ 3， 41 （ 3 53 3 將 06?3，得 524 ??（ 3 將式（ 3式（ 3式（ 3入式（ 3 （ 3 由此可知，后排齒圈的轉(zhuǎn)數(shù)大于前排齒圈的轉(zhuǎn)數(shù)，是減速傳動。 1112152 ???? a 3 位 傳動原理圖 當選擋桿在 D 位而車速在 圍內(nèi)時，其傳動原理及各執(zhí)行機構(gòu)的工作情況如圖 3示。從圖可知，當車速升入 時，離合器 單向離合器 1 仍然工作，但由于車速的升高，通往制動器 油道打開，主油路壓力油作用在制動器 ，制動器 與工作。從圖 3知，離合器 單向離合器 工作， 使太陽輪、齒圈及行星架三元件成一體，一同隨渦輪同速順時針旋轉(zhuǎn)，而前進離合器 工作，又把后排齒圈與超速擋箱內(nèi)的齒圈連成一體，所以后行星排齒圈便在 成為主動件主動順時針旋轉(zhuǎn)，這樣，當 汽車加速或滑行時。 圖 32 擋傳動原理圖 2 擋汽車加速時前后行星排傳動情況 從圖 3知，當齒圈隨液力變矩器的渦輪主動順時針旋轉(zhuǎn)時，齒圈齒輪必給后排行星輪輪齒一個 作用力，行星輪在 作用下，太陽輪便逆時針旋轉(zhuǎn)，但單向離合器在太陽輪反轉(zhuǎn)時，有鎖止作用，由于后排太陽輪制動，在后排行星輪順時針旋轉(zhuǎn)時，使行星輪在 力的作用下，即順時針自轉(zhuǎn)又繞太陽輪公轉(zhuǎn)，于是便拉動后排行星架順時針旋轉(zhuǎn)而將發(fā)動機的扭矩輸出，成 。 14 圖 32 擋汽車加速時前后行星排傳動原理 此時在前行星排，因為太陽輪前后排公用，所以前排太陽輪處于制動，前排行星輪即順時針自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)，帶動前排行星架順時針空轉(zhuǎn)而使 鎖，可見前行星排在汽車加速行駛時，對后排的動力輸出不產(chǎn)生任何干涉。 另外，從 的工作過程可知，單向離合器 在汽車滑行時使發(fā)動機與變速器輸出軸脫節(jié)，保證汽車滑行時發(fā)動機不起制動作用，此外，它還在與 切換。 擋汽車滑行時前后行星排傳動原理 當汽車在 ，發(fā)動機收油汽車滑行時，因自動變速器的輸出軸在汽車慣性拖動下仍按原速順時針旋轉(zhuǎn)，因此形成了后排行星架及前排齒圈要拖動后排齒圈保持原速運動的格局。便產(chǎn)生了如圖 3示的傳動情況。 圖 32 發(fā)動機收油 15 從圖 3知，對于后排行星齒輪機構(gòu)，行星輪受 的作用逆時針自轉(zhuǎn)，又在后排行星架的作用下順時針公轉(zhuǎn)，太陽輪受來自行星輪的一個 用力，在 的作用下太陽輪順時針旋轉(zhuǎn)，故 太陽輪的順時針旋轉(zhuǎn)不進行鎖止，這樣，汽車滑行時，前后行星排無制動元件，因此各元件間互不干涉，各自由運轉(zhuǎn)，即發(fā)動機可自由怠速運轉(zhuǎn)，而后排行星架也可不受干涉自由滑行，即發(fā)動機對汽車滑行無制動作用。 行星輪同時在 力的作用下，帶動行星架順時針空轉(zhuǎn)，因前排行星架順時針旋轉(zhuǎn)時不受干涉，所以前排行星架順時針空轉(zhuǎn)，不對后排傳動干涉。 綜上所述， 汽車滑行時前后行星排的各元件的運 動情況為：后排行星架主動順時針旋轉(zhuǎn)，后排齒圈降速順時針旋轉(zhuǎn)，使后排行星輪即隨行星架公轉(zhuǎn)又逆時針自轉(zhuǎn)。在前排，太陽輪高速順時針旋轉(zhuǎn)，齒圈按原速順時針旋轉(zhuǎn)。因行星架順時針旋轉(zhuǎn)時不受任何干涉只是空轉(zhuǎn)，對后排滑行不產(chǎn)生干涉。 下面分析在 時在制動器 串入單向離合器 另外的作用。 保證了滑行時發(fā)動機不對滑行產(chǎn)生制動作用，下面再來分析一下 另一個重要作用。 在汽車由 升入 或者由 降為 的換擋切換時，它可以防止切換不同步，造成擋位間的相互干涉所造成的換擋沖擊和變速器的早期損壞。例如在自動變速器由 升入 時，若制動器 有打開，而離合器 果無單向離合器串聯(lián)在制動器 ，就會在自動變速器進入的瞬間，出現(xiàn) 時工作的情況。這就造成擋位之間的干涉，引起換擋沖擊甚至造成自動變速器損壞的后果，如果 介入，雖然離合器 早結(jié)合，但因離合器 作后立即把太陽輪與變速器主動軸連成一體，使太陽輪隨主動軸順時針旋轉(zhuǎn)，雖然制動器 在結(jié)合， 開過晚對自動變 速器升入 無干涉。若變速器從 降為 時，在 合器沒停止工作前動器就已結(jié)合，所以制動器雖然結(jié)合過早，但對變速器擋位切換并不產(chǎn)生干涉。 2 擋傳動比的計算 從機構(gòu)的運動方程得出： 0)1( 321 ????? （ 3 時，動力是直接由后行星排輸出，在后行星排中，因太陽輪制動，所以 0,代入式（ 3 （ 3 1132 ??? a 6 從式（ 3可知， n2>主動軸的轉(zhuǎn)速大于輸出軸的轉(zhuǎn)速，是減速擋。 擋時自動變速器的傳動原理圖 前進離合器 道打開，使 作，從手動閥去 動器的油道也打開，手動閥 啟使其參與工作。擋傳動原理圖如圖 3示。 圖 3 擋傳動原理圖 離合器 單向離合器 整個超速擋箱連成一體，與渦輪同方向同轉(zhuǎn)數(shù)旋轉(zhuǎn)。因此后排齒圈變成此擋的主動件，其旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)數(shù)與液力變矩器的渦輪相同。 擋汽車加速時前后行星排傳動原理 前后行星排其傳遞運動原理如下圖 3示。 圖 3 擋加速時前后行星排傳動原理 從圖 3知，當后排齒圈主動順時針旋轉(zhuǎn)時，其輪齒必給后排行星輪輪 17 齒一個 力，在 的作用下，后排行星輪必順時針旋轉(zhuǎn)，但因太陽輪被制動器 動，所以在后排行星輪順時針旋轉(zhuǎn)時，其輪齒必受太陽輪輪齒一個阻力 以行星輪除順時針自轉(zhuǎn)外，還在 力作用下順時針繞太陽輪公轉(zhuǎn)，帶動行星架順時針繞太陽輪公轉(zhuǎn)，帶動行星架順時針旋轉(zhuǎn)而輸出。 2 擋汽車加速時前行星排的齒圈因與后行星架連成一體，所以齒圈在后行星架的帶動下順時針旋轉(zhuǎn)，前排齒圈順時針旋轉(zhuǎn)時，其輪齒必給前排行星輪輪齒一個推力 該力的作用下，所以前排太陽輪必給前排行星輪輪齒一個反作用力 合力作用下，前行星架順時針旋轉(zhuǎn)時，將單向離合器 鎖，因此前排對后排的動力輸出不產(chǎn)生干涉。 擋汽車滑行時，前后行星排傳動原理 擋滑行時前后排傳動原理如圖 3示。 圖 3 擋滑行時前后排傳動原理 從圖 3知，當發(fā)動機收油后，后行星排齒圈欲減速旋轉(zhuǎn)，而后排行星架仍因汽車慣性原速順轉(zhuǎn)，此時因太陽輪仍由 動，在 的作用下，后排行星輪必按原速順時針旋轉(zhuǎn)，但因此時發(fā)動機收油，所以齒圈帶動發(fā)動機渦輪旋轉(zhuǎn)必強行帶動發(fā)動機旋轉(zhuǎn)。 汽車在 2 擋滑行時，前行星排的齒圈因與后排行星架一體，因此前排齒圈在汽車滑行時，其慣性力必使齒圈仍按原速順時針旋轉(zhuǎn)，這樣，前排齒圈輪齒必給行星輪輪齒一個 作用力，在 合力下，前排太陽輪除自轉(zhuǎn)外 I，又繞太陽輪公轉(zhuǎn)，并使前行星架也順時針旋轉(zhuǎn)，而前排行星架順時針旋轉(zhuǎn)時， 對傳動產(chǎn)生干涉，因此對滑行不干涉。 從工作圖表可知，在 2 擋時 在工作，這是為了在選擋桿在 D 位與 L 位的切換中，避免由于 切換不同步造成的換擋沖擊。 18 位 時，自動變速器的傳動原理 當選擋桿處于 D 位，而車速升至 圍時，傳動情況如圖 3示。 從圖可知，離合器 單向離合器 作，同時又把后排太陽輪與超速擋齒圈連成一體，于是后行星排便產(chǎn)生如下的傳動情況。 圖 33 擋時自動變速器傳動原理圖 汽車加速時前后行星排傳動情況如圖 3示。 圖 33 擋汽車加速時前后行星排傳動原理圖 使后排太陽輪與后排齒圈均與液力變矩器渦輪相連，所以兩元件與渦輪同速順時針旋轉(zhuǎn)，行星架也必然順時針旋轉(zhuǎn)，又因后太陽輪與后齒圈連成一體，彼此間無相對運動，因此后排行星輪也必與后太陽輪及后齒圈間無相對運動。 19 前行星排因前太陽輪與后太陽輪一體，而前齒圈與后行星架一體，所以前排太陽輪所以前排太陽輪與前排齒圈與渦輪同方向同轉(zhuǎn)數(shù)運轉(zhuǎn)，使夾在其間的行星輪只能隨之同方向同速旋轉(zhuǎn)而無自轉(zhuǎn)。綜上可知， 時后行星排三元件成一體順時針旋轉(zhuǎn)，三元件及行星輪間無相對運動。因此可知，此擋位為直接擋。 汽車滑行時，因 無單向離合器參與，汽車滑行時，此時汽車慣性推動變速器輸出軸按原速旋轉(zhuǎn)，因此也必然帶動渦輪按原速旋轉(zhuǎn)。從工作圖表可知時，除 作外， 在工作。如前所述，在由 升入 的瞬間，由于 直結(jié)合， 向離合器可防止因 開過早而 沒結(jié)合時造成發(fā)動機空轉(zhuǎn)和換擋沖擊。另一方面，當變速器由 至 ，也不會因 換不同步帶來的換擋沖擊。 速擋傳動原理 當選擋桿在 D 位，汽車在 度的基礎(chǔ)上進一步提高時，在車速進入 圍時，超速擋箱內(nèi)的離合器 油解除工作，而制動器 入工作，如圖 3 圖 3速擋時執(zhí)行元件工作示意圖 從圖 3知，自動變速器進入 時， 合器與 合器和 時的情況相同，即自動變速器的雙行星排仍如 時的工作情況一樣，，兩行星排仍然成一體，使兩排行星齒輪機構(gòu)無變速情況，只取決于超速擋箱輸出軸的轉(zhuǎn)數(shù)，但此時在超速擋箱內(nèi)由于 換成 傳動情況如圖 3示。 從圖可知，因 作，將超速擋箱內(nèi)的太陽輪制動，而行星架則在液力變矩器渦輪的帶動下主動順時針旋轉(zhuǎn)。行星輪被行星架所強行帶動而進行強行順時針旋轉(zhuǎn)時，與此同時，太陽輪制動。 20 圖 3速擋時超速擋箱傳動原理圖 所以太陽輪輪齒必給行星齒輪輪齒一個 阻力。在 作用下行星輪被迫強行順時針旋轉(zhuǎn)。由此可見，行星輪既要圍繞太陽輪公轉(zhuǎn)，又要繞行星架自轉(zhuǎn)，齒圈被動順時針旋轉(zhuǎn)而輸出。因此齒圈的轉(zhuǎn)數(shù)必大于主動件行星架的轉(zhuǎn)數(shù)，將此超速的齒圈轉(zhuǎn)數(shù)輸入雙行星排，而雙行星排此時仍成一剛體，所以超速擋時輸出軸的傳動比便是超速擋箱的傳動比，稱之為超速擋。 有行星機構(gòu)的運動方程可以得出如下： 0)1(321 ????? 3 時，動力是直接由后行星排輸出，在后行星排中，因太陽輪制動，所以 0,代入式（ 3 （ 3 由前面所述可知，自動變速器從選擋桿推入 D 位到加速至汽車起步之間可減輕離合器 擦片的打滑磨損。下面再分析一下在變速器由 入 切換中， 作用。 如果沒有單向離合器，在變速器由 入 時，如果 開晚而制動器 結(jié)合，便出現(xiàn)相互干涉的作用，如果離合器 開過早，而 沒有工作，則必出現(xiàn)發(fā)動機空擋和換擋沖擊的弊病。有了單向離合器， 合晚時， 作仍可保證發(fā)動機在 速度下行駛，如果 合過早，而 在嚙合，則 鎖，使 干涉?zhèn)鲃印? 因變速器在超速擋時沒有單向離合器的介入，因此在自動變速器降至 前，發(fā)動機對滑行產(chǎn)生制動作用。 1123 ??? 1 動變速器的倒檔傳動原理 當選擋桿推入 R 位時，從表 3圖 3知，此時離合 器 單向離合器 然工作，而雙行星排中 合器與制動器 投入工作。 圖 3擋傳動原理圖 因超速擋箱中離合器 作，從圖 3知， 把超速擋箱內(nèi)的太陽輪與行星架連成一體，導致超速擋箱在倒擋時，仍以 1： 1 的傳動比輸出。而制動器 把雙行星排的前制動架制動，于是便產(chǎn)生了如圖 3示的傳動情況。 圖 3擋傳動原理圖 從圖 3知， 前排行星架制動，當前排太陽輪主動順時針旋轉(zhuǎn)時，其輪齒必給前行星輪輪齒一個 作用力，在 的作用下，其輪齒又必給前排齒圈輪齒一個 推力。 在前行星排，太陽輪為主動，行星架制動，使前排齒圈轉(zhuǎn)數(shù)低于前排太陽輪的轉(zhuǎn)數(shù)，使后排齒圈逆時針空轉(zhuǎn)，可見后排對前排的運動無干涉。 22 由行星機構(gòu)運動的方程可以得出如下： 0)1(321 ????? 3 因行星架制動，所以 0,代入式（ 3 （ 3 （ 3中， - 號是主被動旋轉(zhuǎn)方向相反，是減速傳動。 121 ???? 3 第 4章 行星齒輪機構(gòu)設(shè)計及計算 速器齒輪傳動的設(shè)計及計算 擋位傳動比分析 由第三章的分析與計算，列出各擋位的傳動比如表 4示。 表 4擋位傳動比 擋位 結(jié)合元件 傳動比 1 擋 2 擋 3 擋 4 擋 R 擋 輪參數(shù)設(shè)計及計算 初選標準斜齒圓柱齒輪。 初選模數(shù) 5.2? 速擋行星排齒輪參數(shù)計算 初選特性系數(shù) 9.2?a ，螺旋角 ?25?? ，齒圈分度圓直徑 D=125 取 45， （ 4 取 15， （ 4 112 1 ?1211 1 a ??13??142?5c ??? ?? 齒圈太陽 4 同心條件校核： （ 4 裝配條件： 其中 K 為行星輪數(shù)目， N 為整數(shù)。 （ 4 取行星輪數(shù)目 K=4，則有 （ 4 鄰接條件校核： （ 4 顯然 （ 4 后行星排齒輪參數(shù)計算 初選特性系數(shù) a1=旋角 ??30? ，齒圈分度圓直徑 D=112 取 39， （ 4 取 17， （ 4 同心條件校核： （ 4 裝配條件： ，其中 K 為行星輪數(shù)目， N 為整數(shù)。 （ 4 取行星輪數(shù)目 K=4，則有 ， （ 4 鄰接條件校核： （ 4 顯然 （ 4 152 15?? 太陽齒圈行星 ? 齒圈太陽154 1545 ??? ? *2in ???????? ??? 行星行星太陽? ? 1215)4180s 1515 ?????0c ??? ? 齒圈太陽 7392- ???? 太陽齒圈行星 ? 齒圈太陽144 1739 ??? ? *2in ???????? ??? 行星行星太陽? ? 1211)418 0s 117 ????? 25 際傳動比 實際傳動比如表 4示。 表 4際傳動比 擋位 結(jié)合元件 傳動比 1 擋 2 擋 3 擋 4 擋 R 擋 輪強度校核 因為一擋時超速擋箱作為一個剛體向后輸出動力，因此只校核前后行星排的太陽輪。 根據(jù)接強校核 由公式 H? = Z ＝ （ 4 —— 材料彈性系數(shù)。 —— 節(jié)點區(qū)域系數(shù)，查取選擇 —— 載荷系數(shù)， K= K，計算得 — 使用系數(shù)，查表選取 K—— 動載系數(shù)，查表選擇 K—— 齒向載荷分配系數(shù)，查表選擇 t—— 圓周力， ，計算得 3295N ? —— 齒數(shù)比，計算得 ? =2 代入數(shù)值得： H? = = （ 4 ??? a ?? a ?? ??? 1??????? 26 又 H][? = （ 4 其中 —— 試驗齒輪的齒面接觸疲勞極限，選擇 570 制碳鋼 ) — 接觸強度計算得強度系數(shù)，選擇 S —— 接觸強度計算得安全系數(shù)，一般取 入數(shù)據(jù)得： H][? ==655 （ 4 比較有 H? < H][? ，符合條件，滿足要求。 按齒根彎曲疲勞強度校核 由公式 F? = ? F][?(4式中 K,， b， m 同前 — 齒形系數(shù)，查取選擇 S—— 應力