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I 摘要 ：汽車動力傳動系統(tǒng)中，由于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速較高、扭矩較小、轉(zhuǎn)速與扭矩變化范圍有限等特點，需要自動變速器改變轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)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(guān)鍵部件 是行星傳動，其結(jié)構(gòu)也愈加復(fù)雜， 同時由于相關(guān)專利限制， 對于 自動變速器行星 排 設(shè)計與分析 的 研究具有重要的工程實際價值。 設(shè)計 的主要研究內(nèi)容如下 : 對自動變速器 的 結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行 詳細(xì)的 介紹， 對 自動變速器中行星齒輪機(jī)構(gòu)不同的 組合方式 進(jìn)行分類與整理 ， 總結(jié)出 構(gòu)造自動變速器行星齒輪機(jī)構(gòu)的 一些 規(guī)則。 并且在 行星排特性方程 基礎(chǔ)之上 ，提出 了如何優(yōu)選 行星傳動換擋方案 對東風(fēng)六速自動變速器行星 排 的方案 進(jìn)行 優(yōu)化 設(shè)計， 合理利用已經(jīng) 開發(fā) 的 軟件完成 了六速自動變速器行星 排 行星齒輪機(jī)構(gòu)、控制元件方案、換擋方案的設(shè)計 。 對六速自動變速器行星 排 強度進(jìn)行 合理 分析 ， 齒輪靜態(tài)安全系數(shù) 能夠得出結(jié)果 ， 并且對 行星排強度 的 設(shè)計 進(jìn)行驗證 ;對設(shè)計的六速自動變速器行星 排 嚙合特性進(jìn)行分析，得到各齒輪副嚙合印痕，驗證行星排幾何修形量設(shè)計的合理性 ;并且 詳細(xì)認(rèn)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(guān)鍵詞： 機(jī)械工程；變速器；行星齒輪傳動；行星排 F In to up to in to In a to of as of of of in a of of By in of be is in in of in in in 錄 摘要 .................................................................................................................................... .. .................................................................................................................................................Ⅱ 目錄 .................................................................................................................................................Ⅲ 1 緒論 ................................................................................................................................................ 1 速器的分類 ............................................................................................................................. 1 動變速器（ ................................................................................................................ 1 動變速器（ ................................................................................................................ 1 動 — 自動變速器（ ................................................................................................. 2 級變速器 .............................................................................................................................. 2 論文的主要工作內(nèi)容 ............................................................................................................. 3 2 整體方案的研究與確定 ................................................................................................................ 4 ................................................................................................. 4 星齒輪機(jī)構(gòu)的簡介 ................................................................................................................. 4 檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)的簡介 ................................................................................................................. 5 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(shè)計 .............................................................................................................................. 10 1行星排的設(shè)計 ..................................................................................................................... 11 數(shù)選擇 ................................................................................................................................ 11 料選擇及熱處理方法： .................................................................................................... 11 輪 2接觸強度計算： ................................................................................................. 11 1 傳動系主要尺寸： .......................................................................................................... 11 算強度 ................................................................................................................................ 12 輪抗彎強度校核 ................................................................................................................ 13 2行星排的設(shè)計 ..................................................................................................................... 13 數(shù)選擇： ............................................................................................................................ 13 材料選擇及熱處理方式： .................................................................................................... 13 a— c 齒輪按接觸強度初步計算 ........................................................................................... 13 算相互接觸時的強度的值 ： ............................................................................................ 14 輪抗彎強度校核 ................................................................................................................ 15 3行星排的設(shè)計 ..................................................................................................................... 16 ................................................................................................... 16 陽輪的結(jié)構(gòu)： .................................................................................................................... 16 星輪及行星架的結(jié)構(gòu)： .................................................................................................... 16 5 軸和軸承的設(shè)計 .......................................................................................................................... 18 的設(shè)計及檢驗 ....................................................................................................................... 18 承校核 ................................................................................................................................... 21 6 主要零件的工藝設(shè)計 .................................................................................................................. 22 ................................................................................................... 22 藝過程： ............................................................................................................................ 22 鍵工序分析： .................................................................................................................... 22 齒圈加工工藝 ....................................................................................................................... 22 藝工程： ............................................................................................................................ 22 藝分析： ............................................................................................................................ 22 7 輔助系統(tǒng)設(shè)計 .............................................................................................................................. 24 制系統(tǒng)設(shè)計 ........................................................................................................................... 24 滑系統(tǒng)設(shè)計 ........................................................................................................................... 24 8 結(jié)論 .............................................................................................................................................. 26 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................................... 27 致 謝 ............................................................................................................................................... 28 1 1 緒論 這次畢業(yè)設(shè)計是 動變速器行星排的畢業(yè)設(shè)計，行星排的設(shè)計其實就是變速器設(shè)計。常見的有 手動 和 自動變速器 ，以及 手動 /自動變速器 和 最新發(fā)明的 無級變速器。 速器的分類 動變速器（ 手動變速器 [1]（ 。在 自動變速器出現(xiàn)之前 ， 所有的汽車 使用的 變速器 都是手動的，其工作原理是通過各個 不同的齒輪 密切 配合 進(jìn)而 達(dá)到變速 的目的。大多數(shù)手動擋的汽車都有 四擋或五擋 ，駕駛者 需要雙腳踩下離合，然后通過手對變速桿進(jìn)行撥動，這時齒輪 嚙合 的 位置 會發(fā)生改變，帶動 傳動比發(fā)生改變，最終可以改變速度。為了換擋方便，這種類型的汽車一般都會帶有同步器，還可以達(dá)到降低噪音的效果。通常來說， 個 擋位 ，其中 包括 4 個前進(jìn)擋 和 1 個倒擋， 也 有 變速器是 6 擋位（見圖 手動變速器與自動變速器 優(yōu)缺點對比 ： 優(yōu)點： 首先駕駛愛好者通過自己控制手動變速器，可以獲得更多操控的愉悅感； 引擎煞車的效能 更 強 ； 另外，手動擋的汽車，在維修保養(yǎng)成本時更低，也相對省油，更實惠；而且如果 駕駛者 的 技術(shù) 很 好 ， 在加速 和 超車時 ， 因為傳輸效率相對較高的原因 ，手動 擋 的汽車 速度更快。 缺點： 在 開車時 ， 手動 擋 的汽車 需要不斷換擋，所以必須反復(fù) 控制離合器 ，顯然手動擋操作更加復(fù)雜 麻煩。 尤其是 新手 司機(jī)開車時很容易熄火，上坡困難，并且操作有誤的話，還會弄壞 引擎跟變速箱。 動變速器 [2]（ 自動變速器（ 。自動檔相對手動擋操作更為簡單，為了使 自動變速器 變速，需要 根據(jù) 腳 踏板 的 高低以及 車速 的 大小，變換 行星齒輪機(jī)構(gòu) 。 自動變速器 能夠自動變速的原因是因為在 自動變速器中 有大大小小的 離合器，根據(jù)車速 不斷的 變化 ，不同的 離合器 可以 自動分離或合閉， 最終實現(xiàn) 自動變速的 目標(biāo) 。 自動變速器 的汽車在中檔車市場中所占比重很大，因為駕駛 自動變速器 的汽車，操控比較簡單，駕駛較為輕松，可以很好的享受駕駛的樂趣。眾所周知，我國各大城市的 2 圖 檔變速器檔位 堵車現(xiàn)象是極為嚴(yán)重的，起步停步次數(shù)很多， 如果 駕駛 手動變速器 的汽車 ， 就需要不斷 地掛檔摘檔， 相當(dāng)麻煩。但是如果使用自動變速，反復(fù)換擋的問題便迎刃而解。對語自動變速器汽車的普及，主要的問題還是路況，良好的路況可以完美展 自動檔汽車的優(yōu) 點 。 動 — 自動變速器（ 一種是享受駕駛快感的手動擋，另一種是便利簡單的自動擋。這類汽車技術(shù)含量較高，配置全面，但是價格也很親民。均價差不多 10 萬左右，相當(dāng)實惠。 級變速器 [4] 近年來，隨著駕車用戶對汽車性能要求的提高，汽車產(chǎn)業(yè)也得到了迅猛發(fā)展，變速器的發(fā)展更是日新月異。荷蘭 先發(fā)明無級變速器，這是時代進(jìn)步人類創(chuàng)新的成果， 在任何轉(zhuǎn)速下 ，無級變速 都 可以 自動 調(diào)整到 合適的傳動比。 它 不是 用齒輪 來進(jìn)行 變速 ， 而是用兩個滑輪和一個鋼變速 。 這種創(chuàng)新的變速方法可以隨意 變化 傳動比 ， 駕駛者完全不會有 突跳 的換擋 感覺 ， 而且 油門反應(yīng) 更快 、油耗 更低 。 3 論文的主要工作內(nèi)容 本設(shè)計是 依據(jù) 東風(fēng)康明斯 動機(jī) 展開 的，設(shè)計中所采用的相關(guān)數(shù)據(jù) 都 來源于此種車型。 東風(fēng)康明斯 動機(jī)數(shù)據(jù)： 1） 發(fā)動機(jī) 表 動機(jī)參數(shù) 發(fā)動機(jī)型號 工作轉(zhuǎn)速范圍 最大功率 /對應(yīng)轉(zhuǎn)速 最大轉(zhuǎn)矩 /對應(yīng)轉(zhuǎn)速 東風(fēng)康明斯0075100550100） 傳動系傳動比 表 位參數(shù) 1擋 2擋 3擋 4擋 5擋 6擋 分動器 車橋主減速器 ） 傳動軸材料 表 動抽參數(shù) 發(fā)動機(jī)輸出軸 中后橋輸出軸 前橋輸入軸 中橋半軸 40000） 前后橋扭矩比 1: 5） 液力變矩器的變矩系數(shù) ） 驅(qū)動形式 6） 總質(zhì)量 20噸 4 圖 風(fēng)康明斯卡車 5 2 整體方案的研究與確定 星齒輪變速器的原理和功用 五前一倒三行星排傳動系統(tǒng) ，也稱為 行星齒輪變速器 。其結(jié)構(gòu)包括 行星齒輪和換檔操縱 兩個 機(jī)構(gòu)。換檔操縱實現(xiàn)檔位的變換。 星齒輪機(jī)構(gòu)的簡介 行星齒輪機(jī)構(gòu)的類型：如 圖 排行星齒輪機(jī)構(gòu) 本 設(shè)計 中 采用 的是 三行星排 ，原因是 相比于 單排行星齒輪機(jī)構(gòu) ， 多排行星齒輪機(jī)構(gòu)（如圖 可以 得到 相對 更多的檔位。 因為許 多行星齒輪 在同時 工作， 并 且利用內(nèi)嚙合 的 方式，由于采用常嚙合傳動 ，可以不間斷 的提供動力，所以在大小功率相同時，如果使用 行星齒輪機(jī)構(gòu) 當(dāng)作 變速機(jī)構(gòu)，變速器的重量 以及尺寸會明顯 減少， 同時可以 實現(xiàn)同向、同軸減速傳動。 檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)的簡介 [7] 離合器（如圖 制動器、和單向離合器 共同構(gòu)成 行星齒輪的換檔 機(jī)構(gòu)。 因為許 多行星齒輪 在同時 工作， 并 且利用內(nèi)嚙合 的 方式，由于采用常嚙合傳動 ，可以 不間斷 的提供動力，所以在大小功率相同時，如果使用 行星齒輪機(jī)構(gòu) 當(dāng)作 變速機(jī)構(gòu)，變速器的重量 以及尺寸會明顯 減少， 同時可以 實現(xiàn)同向、同軸減速傳動。 本工作原理 行星齒輪變速器 的不同檔位是通過結(jié)合 行星齒輪與操縱執(zhí)行機(jī)構(gòu) 完成的 ，轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩相同 時 ，輸出 的 轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 會因為 行星齒輪變速器檔位 的變換而 有所不同 。（如圖 6 圖 離合器 圖 理簡圖 圖 理實物圖 7 圖 排行星齒輪機(jī)構(gòu) 8 3 行星齒輪變速器傳動比的確定 確定行星齒輪變速器傳動比方案 ,如圖 示， 確定 總方案 前 仔細(xì) 分析 每個 傳動比方案。 圖 動比方案 傳動比計算 9 311?Z 182?Z 293?Z 204?Z 235?Z 666?Z 607?Z 158?Z 309?Z 圖 計簡圖 表 能表： 擋次 換擋執(zhí)行元件狀態(tài) 實現(xiàn)傳動比 Φ1 Φ2 Φ3 Φ4 Φ5 1 O O O O O O O O O O 1 O O O 0 注： 擋次 1 的傳動比： 46461 ? ， 111 446464 11H ?????， 21272279797 11H ??????故 )(1(794624 ????? 979 2 ? 擋次 2的傳動比： 31311 ? ， 131131313 11H ?????7979 2 ? ， 272279797 11H ?????故 )(1(793123 ????? 的傳 動比： 31311 ? ，131131313 11H ????? 10 161314646 ????? 2126272929797nn ???????? 聯(lián)立，得 3 15 0 91 20 0202 0123 ????的傳動比： 7979 2 ? ， 2 ?????? H 擋次 5 的傳動比： 即 00.1?i 倒擋 傳動比： 6414646 ??? ， 2621262 19797 ??????? ，所以97126 ( 974624 ?????? 的傳動比： 太陽輪、齒圈、行星架都不制動 且 不 互相鎖定 時 ， 它們彼此 都可以 自由轉(zhuǎn)動。 若 0?擋 ，此時， 輸入軸 轉(zhuǎn)動不一定帶動輸出軸 ，行星齒輪 便 不 會將 動力 傳遍輸出軸 。 11 4 行星排的設(shè)計 1 行星排的設(shè)計 數(shù)選擇： 311?Z 182?Z 293?Z 07.2?i 料選擇及熱處理方法： 1. 齒輪 3 與 齒 輪 2：用 20滲 碳 后 淬 火 58— 62300? ， 00? 2. 齒輪 1： 35質(zhì)， 250— 280 齒輪 2接觸強度計算： 3 23)1(483 ??? ?? （ 4— 1） (1) 齒輪副配對材料對傳動尺寸的影響系數(shù) 按表 2 1?E? (2) 計算 ?? (3) 按 K= K=4) 3 ???????? (5) 計算齒寬系數(shù))1(23 ?? ，因 75.0?d? ，取 6.0?d? 。 故 ? （ 6）計算 1 1 7 01 3 0 l i m ???? ? （ 7）初定中心距： 7 5 8 4 8 3 3 20 ??? ?????? （ 8）計算模數(shù)： 9 652)1(23' 0 ??? ???? uZ 取標(biāo)準(zhǔn)值 m=3 9）中心距 918(232 32 ?????? ）（1 傳動系主要尺寸： 1) 太陽輪 3的主要尺寸： 729333 ???? 12 ??? ?? 2) 行星輪 2的主要尺寸： 418322 ???? 3) 齒輪 1 的主要尺寸： 4 933133111 ?? ???? 算強度 (1) 圓柱齒輪接觸應(yīng)力計算公式： ???? ???? 0（ 4— 2） 0H? ——— 計算接觸應(yīng)力的基本值 ?????? ???（ 4— 3） （ 2）計算 F t 566087 3 ???? (3) 確定公式中的參數(shù)： 3 ??? H 7100060 )( 333 ??? ????? ?? ?? 由 K ； 得： K ； 查得： （ 4）確定參數(shù) ?Z ?Z 查得： Z ? Z Z （ 5）計算 H? 在 公式中 代入各數(shù)值 ，得： 又 170p ?? 故合格。 13 輪抗彎強度校核 （ 1）齒根應(yīng)力計算公式 [11]： ???? ???? 0 （ 4— 4） 式中： 0F? —— 齒根應(yīng)力的基本值 ?? ??? Y , Y , Y 代入公式得： 6 3 0 M P 0 M P 99.0 l i m ???? ? （ 2）驗算： ， 故合格。 2 行星排的設(shè)計 數(shù)選擇： 3.4?i 20a?Z 23? 66b?Z 取 4?料選擇及熱處理方式： (1) 太陽輪與行星輪： 20碳后淬火 58— 62300? ， 00? （ 2）內(nèi)齒圈： 35質(zhì)， 250— 280 a— c 齒輪按接觸強度初步計算 按（ 3— 1）公式：3 2 1)1(48 3 ?? ?? （ 1）影響系數(shù) E? 按表 2?E? （ 2） ?? （ 3） K=，取 K= 4） T 01 ?? ????? ?? （ 5）計算齒寬系數(shù)： (2 ?????? ?， 式中取 5.0?d? （ 6）計算 MP l i m ???? ?? （ 7）初定中心距： 14 7 04 6 8 3 320 ???????? （ 8）計算模數(shù) m am a 0 802)1(2' 0 ??? ????取標(biāo)準(zhǔn)值 ? （ 9）中心距： 6)2320(24)(2 ?????? (10) 太陽輪 0204 ???? ???? ? （ 11）行星輪 2234 ???? 5)540(5 ????? (12) 內(nèi)齒圈 64664 ???? 0?? 算相互接觸時的強度的值 ： （ 1）圓柱齒輪接觸應(yīng)力計算公式為 （ 2）計算 F a 1 ????（ 3）確定參數(shù)： ?? 0100060 )( ?????? ?? ?? 由 K ； K 表 10得 區(qū)域系數(shù) Z ， ? ， 重合度系數(shù) Z 1??Z （ 4）代入公式 得 120?? 。 又 170?? 故合格。 15 輪抗彎強度校核 （ 1）齒根應(yīng)力計算公式為 對稱循環(huán)的彎曲應(yīng)力 作用于 行星輪 c， 并且 行星輪 c 承載能力 相對 較低， 所以 應(yīng)該 按 照 該齒輪計算。 由 Y , Y , Y 將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式 得 （ 2）驗算： M l i m ???? ?? 故合格。 7. 齒輪強度的校核 為什么不再進(jìn)行結(jié)果驗算，是因為設(shè)計中的 輪 的 傳動 是 內(nèi)嚙合齒輪， 所以它的 承 受 能力 范圍 高于外嚙合 的 傳動。 3 行星排的設(shè)計 我們參照 模數(shù) m=4 607?Z 158?Z 309?Z ， 故： 4 060477 ???? ， 015488 ???? 2 0??? 9 ?? ， 5)560(8 ??? 097 ?? 8 小于 17， 變位 之后 。其變位系數(shù) 517 ???x。 型結(jié)構(gòu)中三大系統(tǒng)的設(shè)計 陽輪的結(jié)構(gòu)： 倘若太陽輪無法轉(zhuǎn)動的時候 ， 這時我們就要在上面的懸臂安裝一個簡支或者另一個懸臂 。 但是在這次設(shè)計的時候 ， 因為 太陽輪尺寸 不能太大也不能太小 ， 于是 齒輪軸 就這樣誕生了 （如圖 16 圖 輪軸 星輪及行星架的結(jié)構(gòu)： 在傳統(tǒng)的行星傳動系統(tǒng)中行星輪和行星架式非常重要的零件，因而他的設(shè)計結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜 [14]。 行星架的構(gòu)造其實有很多種，其中最常見的是 第一種 雙臂整體式、 第二種 雙臂分離式和 最后一種是 單臂式。 雙臂整體式行星 架的原理圖如圖所示，這個結(jié)構(gòu)的剛性非常不錯 （如圖 雙臂分離式行星 架的原理圖如圖所示，這個結(jié)構(gòu)的剛性就相對較差了 （如圖 單臂式行星架 的原理圖如圖所示 結(jié)構(gòu) 較為 簡單， 相對于前兩個行星架，這個架構(gòu)的軸向尺寸就小很多了，安裝起來也方便很多，其結(jié)構(gòu)也很簡單。這個架構(gòu)的軸 （如圖 17 圖 雙臂整體式行星架 圖 雙臂分離式行星架 圖 單臂式行星架 18 5 軸和軸承的設(shè)計 的設(shè)計及檢驗 已知： 00? （ 1）根據(jù)表 9取 45號鋼（調(diào)質(zhì)處理）的 ][r? 及 0A ，取 5][ ?? ， 1100 ?A （ 2）圓周力 F a 2 1 96 187960 502 0 002 0 001 ?? ??????徑向力 r 799320t a a n 01 ???? ? （ 3） 我們按照強度條件計算的話，這時我們需要依據(jù)的是一根軸的受力情況 ： 0991 1 0 3300 ???? 軸 需要 可增 大 5%，之所以這樣，那是因為鍵連接著軸與連軸 即 m i n ???? （ 4） 為了校對軸的強度系數(shù)，我們需要按照彎曲的的扭合成理論 1) 水平支反力： A 112196121 ?????FF 46694 2112 1 96 12 ?????垂直支反力： A 83799322 ?????FF 1179931 ?????2） 計算彎矩 水平彎矩： ?????? 2 4 9 2 8 411 ?????? 垂直彎矩： ?????? 1 1 7 3 7 7 2 8 411 ?????? 3) 求合成彎矩 19 ?????? 22 12 11 ?????? 22 22 22 4) 求扭矩 T ?????????? 955298960 ? 02 5）求合成彎扭矩 因為在這個軸的方向上是單一方向工作的， 因此 我們在應(yīng)力上應(yīng)該考慮脈動和彎曲轉(zhuǎn)矩的影響 ，取 ，則 ??????? 431899)( 22212 1 ? ??? 1 8 3 56222 22 ）（ ? 6） 校對軸的強度的同時我們依據(jù)的理論是彎扭合成強度 校核剖面 M P 87 3 ??????根據(jù)表 9得 45號鋼的 1 ???，故合格。 7）應(yīng)力圖見圖 45) 軸的剛度校核： 階梯軸 ????? zi 4 11073.5?m)(444 ????????? ?取 m)( 0?? ，故合格。 （ 6）軸的設(shè)計如圖 420 圖 4的應(yīng)力圖 圖 4軸的設(shè)計圖 [17] 21 承校核 已知： ， 000? ， ，初選 6310型軸承。 這時 ， 由表 9e=值法求得）。 由表 9載荷系數(shù) 2.1?。 所以 ???????? 驗算軸承壽命： h 7 1 7 1) 9 86 1 8 0 0(96060 10)(6010 366 ???? ?按這樣算下來每天可以工作七小時到八個小時，每年需要工作 300 天計算的吧，這個軸承可以使用三年。 22 6 主要零件的工藝設(shè)計 陽輪和行星輪的加工工藝 藝過程： 這個工藝是一個很復(fù)雜的流程，需要經(jīng)過多道手續(xù)，第一步 鍛造 ， 然后 退火 ，進(jìn)而用粗車 進(jìn)行 預(yù)備熱處理（ 這就是所謂的 正火） ，第二部 半精車 進(jìn)行 粗滾齒 工藝 ， 倒角 工藝也是必要的， 第三步 熱處理 ，進(jìn)行 噴丸 ，將 磨內(nèi)孔及基準(zhǔn)端面 磨平 ，第四步 精滾齒 再把齒輪進(jìn)行 磨齒 ，最后 檢查鉗 和 倒棱 。 鍵工序分析： （ 1）滾齒及磨齒余量 如果太陽輪需要提高效率，磨砂齒輪的時候，一定要做早齒輪刀進(jìn)行精加工。 （ 2）噴丸 因為 抗彎疲勞強度 的原因， 硬齒面的承載能力 會有所限制 ， 所以必須 提高抗彎疲勞 的強度。 如何 提高抗彎疲勞 的強度？有兩種方法，一種方法是 噴丸處理 齒輪 ，使齒根圓角處的 表面 形成 較 為強大 的殘余壓應(yīng)力，另一 種方法是 壓平碾實加工刀痕 和 熱處理表面， 當(dāng)我們采用以上兩種方法時，這樣就可以增加使用壽命，使齒輪更不易彎曲 。 齒圈加工工藝 藝工程： 這是一道經(jīng)歷過七個重要流程第一步 鍛造 ， 第二步 退火 ， 第三步 粗車 ， 第四步