ZF自動變速器行星排設計【獨家課程畢業(yè)設計含3張CAD圖紙帶任務書+開題報告+中期報告+答辯ppt+外文翻譯】

ZF自動變速器行星排設計

摘要：汽車動力傳動系統(tǒng)中，由于發(fā)動機轉速較高、扭矩較小、轉速與扭矩變化范圍有限等特點，需要自動變速器改變轉速和轉矩，并根據(jù)外界環(huán)境的變化自動切換到與之相匹配的檔位，因而得到廣泛使用。近些年來，自動變速器的發(fā)展狀態(tài)呈現(xiàn)出多檔位化的特點，自動變速器實現(xiàn)換擋的關鍵部件是行星傳動，其結構也愈加復雜，同時由于相關專利限制，對于自動變速器行星排設計與分析的研究具有重要的工程實際價值。

設計的主要研究內容如下:

對自動變速器的結構和工作原理進行詳細的介紹，對自動變速器中行星齒輪機構不同的組合方式進行分類與整理，總結出構造自動變速器行星齒輪機構的一些規(guī)則。

并且在行星排特性方程基礎之上，提出了如何優(yōu)選行星傳動換擋方案

對東風六速自動變速器行星排的方案進行優(yōu)化設計，合理利用已經開發(fā)的軟件完成了六速自動變速器行星排行星齒輪機構、控制元件方案、換擋方案的設計。

對六速自動變速器行星排強度進行合理分析，齒輪靜態(tài)安全系數(shù)能夠得出結果，并且對行星排強度的設計進行驗證;對設計的六速自動變速器行星排嚙合特性進行分析，得到各齒輪副嚙合印痕，驗證行星排幾何修形量設計的合理性;并且詳細認真剖析了六速自動變速器行星排的傳動效率和疲勞壽命。

關鍵詞：機械工程；變速器；行星齒輪傳動；行星排

ZF automatic transmission planetary row design

Abstract：In the automotive powertrain system, due to the engine have high speed, low torque,small  range  of  speed  and  torque  characteristics,  the  automotive  need  automatictransmission speed up and slow down,  according to the changes in the externalenvironment automatic switches to the matched shift, which are widely used. In order toimprove  the  performance  of  automatic  transmission,  which  has  multiple  shiftdevelopment trend,  planetary transmission  as  automatic transmission  key parts  isbecoming more and more complex, thus identiing a reliable, practical and systematicapproach to planetary transmission configuration,  design,  and analysis  have greatpractical value.

The main contents of the paper are as follows:

 Introduces the structure and working principle of automatic transmission,Through sorting different combinations of planetary gear, gain the rules of constructplanetary gear in automatic transmission

Coding the planetary transmission  of  automatic transmission,  established planetary transmission mathematics model, propose a method through design structure matrix and control matrix completed planetary transmission design.

Completed six-speed automatic transmission ratio design, using the structure matrix design module, and shift plan optimization module completed six-speed automatictrans mission conceptual design. 

Analysis  six-speed automatic transmission strength,  get gear static safety, validation the rationality of planet gear strength design. Analysis six-speed automatictransmission  meshing  characteristics, get the gear meshing prints,validation therationality of planet gear geometry  modification. Analysis  six-speed automatictransmission efficiency, fatigue life.

By connecting them in proper way , the transmission of five forward speed and one backward speed can be obtained . The vehicle auto transmission adpoting this derailleur is simple and concise in structure , multiple in grade of speed governing ,high in transmission efficiency ,smooth in gear shifting , and good in controlability.

Keywords：mechanical engineering , transmission , epicycle gear transmission , planet-row .

目  錄

摘要I

AbstractⅡ

1 緒論 1

1.1 變速器的分類 1

1.1.1 手動變速器（MT） 1

1.1.2 自動變速器（AT） 1

1.1.3 手動—自動變速器（AMT） 2

1.1.4 無級變速器 2

1.2 本論文的主要工作內容 3

2 整體方案的研究與確定 4

2.1行星齒輪變速器的原理和功用 4

2.2 行星齒輪機構的簡介 4

2.3 換檔執(zhí)行機構的簡介 5

2.4 基本工作原理 5

3 行星齒輪變速器傳動比的確定 8

4 行星排的設計 10

4.1 K1行星排的設計 11

4.1.1 齒數(shù)選擇 11

4.1.2 材料選擇及熱處理方法： 11

4.1.3齒輪2-3按接觸強度計算： 11

4.1.4 K1傳動系主要尺寸： 11

4.1.5驗算強度 12

4.1.6 齒輪抗彎強度校核 13

4.2 K2行星排的設計 13

4.2.1 齒數(shù)選擇： 13

4.2.2 材料選擇及熱處理方式： 13

4.2.3 a—c齒輪按接觸強度初步計算 13

4.2.4驗算相互接觸時的強度的值： 14

4.2.5 齒輪抗彎強度校核 15

4.3 K3行星排的設計 16

4.4星型結構中三大系統(tǒng)的設計 16

4.4.1太陽輪的結構： 16

4.4.2行星輪及行星架的結構： 16

5 軸和軸承的設計 18

5.1 軸的設計及檢驗 18

5.2 軸承校核 21

6 主要零件的工藝設計 22

6.1太陽輪和行星輪的加工工藝 22

6.1.1工藝過程： 22

6.1.2 關鍵工序分析： 22

6.2 內齒圈加工工藝 22

6.2.1 工藝工程： 22

6.2.2 工藝分析： 22

7 輔助系統(tǒng)設計 24

7.1 控制系統(tǒng)設計 24

7.2 潤滑系統(tǒng)設計 24

8 結論 26

參考文獻 27

致  謝 28

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1 he is by in s is a of or is of a to to of on is or a is to of is in of to is in is to to on is it it is to On a is to is a on a is in it on of of to to to a a 180 to is is to it is to a of is to of by is by a to is on is on is in to 2 in is on of to in a of or to be an to to 1） in a as to as in to an to is of of a a or in to a to on to of a be is by to to so it t we is to in as at a to a in . If we to at so to at of as is a is or we 3 a is by to to in us in an is to is to is to a “is to is to of of is a be to is in to to at be in is it no on in is to to is is to at as or in to in 2） of a of on of a to on on of is a is by at to so as 3） as a “ is a a as to in in 4 A a is is in is in to a in if it is in to as if in ow go of in a is is a or a is 4） n of on is to to to a a is a is is on to it as as it to up it to of a is of it or to be A is a is of to to of is to in is to s at is is to of to is to a so it in in of in to of is is by it it in a of it 5 is of it is by to at a “a of up on to in as to at 80s， in to a to as 0is by t is rd th 5） he is a of to of a of of a s is on a of is to at a of is to of to a is in in is to an of of In of of a in on to in 6） he to is is in is to of is to a on 6 is as is a of a is at of up a to is to of as 7） he is of a of to of to to of in a is -3 nd or -2 a is is to on is to s ) st up to so it -2 in to to or to 8） n to of to it to to to 7 A is of to in a is to a as a is by a he in A is a of to a of to is is is to is a to a 9） he on to as as as or to it so is of to of as it a a it in or in to at to a to is a a on an on in a of 8 自動變速器 對于現(xiàn)代的汽車，自動變速器是一個復雜的組件，這種傳遞動力的方式，是液力變矩器充當離合器來連接發(fā)動機和變速器 。 兩個基本類型的自動變速器基于該車輛是否是前驅動或后驅動。對發(fā)動機前置后驅動的汽車，變速器通常安裝在發(fā)動機后底盤中心與油門配合。變速器輸出軸連接到后橋，把發(fā)動機的動力傳遞到后輪，動力傳輸系統(tǒng)是直線的，從發(fā)動機，通過液力變矩器、變速器、傳動軸、最后直接到到達車輪。 對于發(fā)動機前置前輪驅動的汽車，變速器通常和差速器裝在一起。對于前驅動的汽車，變速器安裝在發(fā)動機一側，前車軸直接連接到差速器上，把動力傳遞給前輪。在這個布置中，動力來自于發(fā)動機，通過液力變矩器、變速器輸出的動力通過了一個 180 度大轉彎，經過變速器沿發(fā)動機側邊通過傳動軸輸出到前輪。 還有其它的一些布置，發(fā)動機前置前驅動，發(fā)動機橫向布置，裝設一個分動器可以實現(xiàn)四輪驅動。但這種形式目前是最常用的：發(fā)動機中置后驅動，可以使重量均勻的分布在前、后輪之間，改善了操作性能；發(fā)動機后置后驅動，發(fā)動機、變速器、驅動輪都在后方， 這種后置式的發(fā)動機的安排，是最滿意的。 現(xiàn)代的自動變速器包括了許多組件和系統(tǒng)的協(xié)同工作，有行星齒輪組、液壓系統(tǒng)、密封件和墊圈、變矩器、調節(jié)器、節(jié)氣門拉線、計算機控制這些都是多年來由機械式演變過來的。這用簡單、通用的解釋，描述一下這些系統(tǒng)。 1）行星齒輪組 自動變速器箱體內有很多齒輪，有各種不同的組合，在一個變速箱內，齒輪的滑 動沿軸線從一個位置到另一個位置，對各種大小齒輪的要求，有正確的傳動比。在一個自動變速箱，至始至終，不是齒輪的機械移動來達到這一點的，通過行星齒輪組來完成。 基本的行星齒輪組成由一個太陽 輪、一個齒圈、并且有兩個或兩個以上的行星齒輪，全部齒輪都是常嚙合。行星齒輪的相互聯(lián)系通過一個共同的載體，使齒輪相互嚙合在一起。一個傳遞方式，這個系統(tǒng)可以從發(fā)動機的輸出連接到齒圈作為主動件，連接行星輪作為從動件，并鎖定太陽輪，使起不能轉動。在這情況下，當我們把齒圈、行星齒輪， 9 沿太陽輪轉動，主動件與從動件就同向轉動，從動件的轉速慢，齒輪減速就類似汽車的一擋。 如果解開太陽輪和鎖定其它兩個元素，這就會使這三個要素以同樣的速度轉動，齒輪的傳動就類似于汽車是第三或高擋位。另一個方式是，把行星架鎖定，使太陽輪作為主動輪 ，齒圈作為從動件，這時它們的轉動方向就相反，就類似以汽車的到擋。 上面所說的，在實際的傳動過程是如何控制。齒圈為輸入軸，行星架為輸出軸，都是通過盤式離合器控制。太陽輪一個單向離合器，一個制動器，當制動器作用時，太陽輪只能從一個方向轉動。 在這情況下，離合器的使用，鎖定行星架與太陽輪迫使它們以相同的轉速轉動。如果它們的離合器和制動器都被釋放，該系統(tǒng)在自由狀態(tài)。變速器的行星齒輪組太陽輪是自由的，比輸出動力。在一擋位，制動器制動太陽輪跟隨轉動，從第一擋到高擋制動器釋放和離合器使用到輸入軸，它們以同一個速度轉動。 使用兩個或兩個以上的行星齒輪組以各種方式連接，可提供不同的前進速度和扭矩，普遍的使用以現(xiàn)代的自動變速器。 2）片式離合器 片式離合器主要由若干交替排列的離合器盤和離合器片組成。每片離合器盤上有伸出的突線，勾住離合器鼓，以輸入軸連接。離合器片內的鍵槽與離合器殼互相嚙合，離合器殼與中間軸鍵槽連接，中間軸又與后行星排內齒圈用鍵槽連接。因此，離合器盤和離合器片分別與輸入軸和湖行星排內齒圈連接。操作離合器的活塞安裝以離合器鼓上，離合器鼓亦稱做為活塞缸。 3）單向離合器 單向離合器是一種只可以使元件在一個方向轉動，如把 齒圈自由在一貫方向，而不能反向轉動，這種作用就象是，自行車踏板轉動時，可以帶動車輪轉動，當車輪轉動或向另一個方向轉動是自由的 一個單向離合器用于一擋時，在驅動方向是，當從停止開始加速，在第一個齒輪 輸出動力，如果繼續(xù)加速，不在一擋位？汽車繼續(xù)加速，他就是一個方向自由的。此時，單向離合器不在輸出動力，當車速慢下來時，轉速慢，它就可以起作用。這一個現(xiàn)象由于，在提供力的時候它才起作用，在高速時，是自由的。 4）液力變矩器 10 對于自動變速器，液力變矩器取代離合器裝于車上。它的作用是：當車停下來，發(fā)動機還可以繼續(xù)運轉。傳遞扭矩的原理，比如，把一個風扇吹向另一個，另一個不用插電也能跟它一起轉動，如果你壓住扇片，它就不會轉動，但你一放手，它就開始加速，直到速度接近動力風扇。它們兩者的差異就是：變矩器不是利用空氣，而是利用油液，以使他的傳遞更加準確。 液力變矩器是一個較大的盆壯裝置，安裝在發(fā)動機與變速器之間。它包含三個部件，協(xié)同工作，為變速器提供動力，液力變矩器的三要素是：泵論、渦輪、導輪，泵論是通過螺栓直接安裝在發(fā)動機的曲軸上，轉速與 發(fā)動機的相同，渦輪連接到變速器的輸入軸上，為汽車提供動力，導輪上裝有一個單向離合器，使他只可以在一個方向轉動，而在另一方被固定，每一個要素之間通過液流傳遞扭矩。 發(fā)動機啟動后，輸入軸開始旋轉，帶動泵輪旋轉，因旋轉產生的離心力使泵輪葉片間的液流沿葉片從外緣向外甩出；接著又由于泵輪和渦輪轉速差引起泵輪葉片外緣與渦輪葉片外緣產生了壓力差，液流從液壓高的泵輪葉片外緣流進渦輪葉片外緣，同時，泵輪的旋轉也使得其葉片帶動液流隨工作輪旋轉，這一旋轉就使液流流進渦輪時方向改變，從而沖擊渦輪葉片推動渦輪繞泵輪同一方向旋轉。從渦 輪流出的液流進入固定不動的導輪，經導輪葉片改變方向后回流至泵輪。如果渦輪的速度大大低于泵輪轉素時，導輪仍鎖住不動。導輪停止，液流通過導輪時重新進入泵輪，促使泵輪旋轉起到扭矩增大的作用。由于泵輪和導輪的轉速增加，液流開始改變方向流向泵輪葉片背面，也可以產生增矩的作用。由于車速的提高，這三要素句以相同的轉速旋轉，為了提高燃油經濟性，在液力變矩器上裝了一個鎖止離合器，車速達到 40— 50 英里的時候，鎖止離合器就把三要素連為一體，這種控制是計算機控制。 5）液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)是一個復雜的迷宮壯通道，液流壓力控制變速器 扭矩的輸出，。液流有若干用途，包括：換擋控制、潤滑、冷卻。不象發(fā)動機，它只用來潤滑，每一個流動，是依賴于不斷提供的液體壓力。為了使油液在一個正常的溫度工作，部分液流從散熱器中流過以便散熱。液體通過此通道被冷卻，然后返回到傳輸通道。液里變矩器和散熱器，是用來給液流散熱的。事實上大部分的摩擦表面都淹沒在油液中，比如：離合器盤、離合器片，也能正常的工作。 6）油泵 11 油泵主要是負責提供油液傳輸過程中的壓力，油泵安裝在前面的泵輪上，并且以發(fā)動機的曲軸相連，當發(fā)動機轉動時，帶動油泵運轉，產生壓力，提供足夠的油。油進入油 泵時通過一個空氣濾清器，安裝在油底殼的底部。壓力調節(jié)器、調壓閥、壓力修正閥調節(jié)后送到各個管路。 7）閥體 閥體是自動變速器的控制中心。它包含一個迷宮壯的通道輸送液壓油，在每一個工況下控制離合器和其它伺服機構，順利的控制齒輪傳動情況。 最重要的閥門一個直接控制的手動閥。手動閥是直接連接到齒輪變速箱里面的，根據(jù)它所在位置打開或關閉各種通道，控制換擋節(jié)奏。用齒輪變速傳動來舉例說明，監(jiān)控車輛的速度和油門的位置，以便它能確定最佳的換擋時間，。計算機的控制，通過電磁閥控制油壓壓力，控制離合器或制動器，以更精確的控制換擋 點。 8）密封墊和墊圈 一個自動變速器有許多的密封件和墊圈，以控制流動的液壓油，使它不外泄。主要有兩個外部密封墊：前油封和后油封。前油封安裝到變速器的變矩器，這使得油底殼到變矩器的油液能自由流動，而不外泄。后密封墊使游液不泄漏到輸出軸。 密封墊通常用橡膠（類似汽車擋風玻璃雨刮器葉片），它是用來保持不泄漏到其它部分，如旋轉軸。在有的情況下，用一個彈簧和橡膠在一起，如用在花鍵軸。 墊圈是一種用來密封兩個固定部分，使其連接在一起。一些常見的襯墊材料是：硬紙、軟木、橡膠、有機硅和軟金屬。 除了主要的密封墊，也有一些 其它的密封墊和墊片，因使用條件而定，有的從軸到軸的連接。一個常見的例子是橡膠 O 型密封圈用來密封換的擋軸。就是說，你所操作的邊速杠在轉動時，另一個例子是大部分常見的油底殼墊片，事實上，密封墊是隨時進行更換，防止油不泄漏。 9）計算機控制 計算機控制是利用傳感器對發(fā)動機和變速器提取數(shù)據(jù)，因為節(jié)氣門位置、汽車行駛速度、發(fā)動機轉速、發(fā)動機負荷等是變數(shù)。利用這些數(shù)據(jù)可以精確控制換擋點，以便換擋平順。一些電腦數(shù)據(jù)，能了解行駛條件，并不斷的適應行駛條件的變化，使汽車穩(wěn)定的行駛。 12 由于計算機的控制，通過一個特殊的元素代替了 手動控制，在每一個工況都是安全的。計算機的控制，確保發(fā)動機轉速不至于過高而使發(fā)動機損壞。 另一個好處是，這些精確的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，有一個自診斷系統(tǒng)，以便能使我們及時的發(fā)現(xiàn)問題，當有問題時，故障指示燈就閃爍。維修人員就可以根據(jù)檢測設備檢測出的故障碼，很快的找到問題所在部位 。