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北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 畢業(yè)設計報告(論文) 報告(論文)題目： 辛普森變速器結構設計 作者所在系部： 機電工程學院 作者所在專業(yè)： 車輛工程 作者所在班級： B13142 作 者 姓 名 ： 高家寶 作 者 學 號 ： 201322393 指導教師姓名： 焦運景 完 成 時 間 ： 2017年5月 北華航天工業(yè)學院教務處制 摘　　要 目前，自動變速器在汽車領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構為行星齒輪機構，行星齒輪機構主要由太陽輪、外齒圈、行星輪、行星架組成。由于行星齒輪機構具有兩個自由度，因此行星齒輪機構沒有固定的的傳動比，不能直接應用于變速器。為了能夠將行星齒輪變速器應用于自動變速器，必須將齒輪機構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具有固定的傳動比，因此可以應用于自動變速器中。我設計的為商務車行星齒輪變速箱，行星齒輪機構具有結構緊湊、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，自動變速器結構比較復雜。通過這次畢業(yè)設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　行星齒輪的結構及工作原理 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　行星齒輪機構設計及計算…………………………………………..23 4.1　變速器齒輪傳動的設計及計算 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 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　結論 29 致　　謝 30 參考文獻 31 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，它們的形狀和結構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。 自動變速器結構圖如圖1-1所示。 圖1-1　自動變速器結構圖 （1）液力變矩器 液力變矩器是在汽車中比較關鍵的部件，其主要的功能是改變發(fā)動機輸入的轉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1-2所示。 圖1-2　液力變矩器 （2）行星齒輪機構 自動變速箱的行星齒輪在自動變速器中是比較關鍵的部件，自動變速器的變速機構有普通齒輪和行星齒輪變速機構式兩種。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。自動變速器內部結構如圖1-3所示。 圖1-3　自動變速器內部結構 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)結構復雜，主要通過油泵進行齒輪變速箱內部油路的供給。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。 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。 32 第2章　行星齒輪和液力變矩器的工作原理 2.1　行星齒輪的結構及工作原理 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。轉動軸都是通過軸承固定在機器的機體上。所以，它們的轉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動軸線是不固定的，這類齒輪的轉動軸線安裝在一個支架上，這個支架是可以轉動的。行星齒輪不僅可以像定軸齒輪一樣，按著轉動軸轉動中心進行轉動之外，同時，它們的轉動軸中心不斷地進行轉動，還跟著支架隨著其他支架而運動。跟隨自己軸線轉動中心進行的轉動被稱為自轉。反而言之，隨其它軸線的中心進行運動而被稱為公轉。與行星的運轉非常類似，由此，其被稱為行星齒輪，結構如圖2-1所示。 圖2-1　行星齒輪結構圖 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，根據(jù)條件限制其中一條軸的轉動，剩下兩條軸就可以進行動力傳動進行動力輸出。由此可以得出，行星齒輪傳動的之間的關系的組合就可以變?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效率高，這類行星齒輪機構傳動比較小。當用行星齒輪機構作減速器時，行星齒輪機構效率則隨著傳動比的增大而減小。 2.2　液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，泵輪內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)能量的改變與轉化。 自動變速器有液力變矩器有前置后驅液力自動變速器，與此同時，自動變速器也有前置前驅動液力自動變速器。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)動機的轉矩。 第3章　自動變速器傳動方案及傳動原理 3.1　自動變速器的傳動方案 通過對商務車車型分析以及結合其發(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，結合商務車成本的考慮，本次設計的自動變速器，其傳動原理圖如3-1所示。 圖3-1　自動變速器傳動方案 3.2　自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。 3.2.1　空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3-2所示。 圖3-2　N擋或駐車擋傳動原理圖 當選擋桿置入N擋或P擋時，主油路壓力油便通過常開油道進入離合器C0，此時由于離合器C0結合，已把超速擋箱內的行星齒輪機構中的太陽輪與行星架連成一體。當機構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，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D1~D3擋范圍內，變速器C0油道一直常開，所以在D1~D3擋范圍內，超速擋始終把發(fā)動機的扭矩直接向外輸出。 3.2.2　D位D1擋汽車加速與滑行時傳動原理 D1擋傳動原理圖如圖3-3所示。 圖3-3　D1擋傳動原理圖 當選擋桿置入D位時，而汽車車速在D1擋范圍內時，從工作圖表可知，其中元件C0參與工作另一元件F0投入工作，與此同時，結合離合器共同工作。 從圖3-3中又知，當機構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。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D1范圍內時，離合器C1的油道打開，從而，液壓油推動活塞工作，從圖可知，離合器C1工作后，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，因后行星排的齒圈順時針主動旋轉，導致F2單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3-4所示。 從圖3-4可知，后排齒圈在變矩器渦輪帶動下順時針主動旋轉，因此后排行星輪輪齒必受齒圈輪齒一個推力P1，后排行星輪在P1的作用下必順時針旋轉，由于后排行星輪順時針旋轉，行星輪輪齒必然給太陽輪輪齒一個P2的作用力，使后排太陽輪逆時針旋轉，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，因此前排太陽 圖3-4　D1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P5，可見前排行星輪輪齒受P3與P5的合力作用有帶動前排行星架反轉的趨勢，但前排行星架的反轉趨勢被單向離合器F2制動，于是便形成前排太陽輪主動反轉，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的情況。 綜上可知，在D1擋汽車加速時，后排齒圈主動順時針旋轉，后排行星輪被動順時針自轉并帶動后排行星架順時針公轉，所以后排行星架及輸出軸便在前齒圈帶動下順時針旋轉而將動力輸出。 3.2.2.1　D1擋汽車滑行時的傳動原理 當汽車在D1擋范圍內，發(fā)動機收油，汽車滑行時，因此時C0與F0仍工作，而C1離合器也處于結合狀態(tài)，此時前后行星排的傳動原理如圖3-5所示。 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，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，由于后排行星架轉速高于齒圈的轉速，使齒圈的輪齒必給行星輪輪齒一個阻力P1，在P1力的作用下，行星齒輪除隨行星架順時針公轉外，又產生了繞其行星架逆時針自轉的情況，從圖中可以看出，后排齒輪又受到p2力作用，使后排太陽輪變成順時針旋轉。 圖3-5　汽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，因此前排齒圈也在輸出軸帶動下原速順時針旋轉，在兩元件轉速差的作用下，使前排行星輪輪齒受太陽輪輪齒一個P3的推力，受齒圈輪齒一個阻力P4。因此，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，后排齒圈與渦輪同速順時針減速旋轉。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，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。 經(jīng)以上討論可知，單向離合器F2的參與使汽車加速時，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F0的作用，單向離合器與離合器C0是并聯(lián)形式，在發(fā)動機運轉但變速器沒掛擋時，因發(fā)動機怠速運轉，油泵轉速很低，通過離合器C0的常開油道進入離合器C0的油壓也較低，但因此時處于空擋，超速擋箱無負荷空轉，因此雖然油壓較低，但離合器C0并不會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，如果將選擋手柄推入D位，則離合器C1便結合，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C0的油壓不足，則必造成C0離合器打滑，但離合器C0油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C0必然出現(xiàn)短期打滑，久而久之，使離合器C0摩擦片早期損壞。 由于汽車怠速運轉，C0離合器工作，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，當選擋桿推入D擋后，便使圖3-3中的齒圈受到行駛阻力，因此，在行星架主動順轉時，其行星輪齒便因齒圈輪齒的阻礙而受一P1的作用力，在P1作用力的作用下，行星齒輪便有一個逆時針旋轉的力，這個逆時針旋轉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的趨勢，即有一個使C0離合器打滑的趨勢，但因太陽輪有順時針旋轉趨勢時，單向離合器F0起制動作用，使太陽輪不可能相對行星架運動，于是，在離合器C0油壓尚低時，F(xiàn)0起到了協(xié)助作用，防止了從掛D擋到起步前離合器C0因油壓不足而打滑的弊病。 3.2.3　汽車在L位一擋時前后行星排的傳動原理 3.2.3.1　汽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擋范圍內行駛時，從圖3-6的傳動圖中可知，C0與F0工作，使超速擋箱內的行星齒輪機構三元件均連成一體隨渦輪一同順時針旋轉。 圖3-6　1檔時前后行星排的傳動原理圖 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，制動器B3工作，所以汽車加速時前后行星排便發(fā)生了如圖3-7所示的傳動過程。 圖3-7　汽車加速時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P1的作用力，在P1作用力的作用下，其輪齒必給太陽輪輪齒一個P2的作用力，在P2作用下，后排太陽輪必逆時針旋轉，后排太陽輪輪齒的反轉阻力必給行星輪一個反作用力P3，所以行星輪在P1與P3合力的作用下，除順時針自轉外，還要帶動行星架順時針公轉。后排太陽輪的轉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，前排行星輪必順轉，因前排行星架已被B3制動，并使其輪齒給前排齒圈一個推力P5，在P5的作用下，前排齒圈必克服行駛阻力而順時針旋轉，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，后排行星輪即順時針自轉，又隨后排行星架順時針公轉，后排太陽輪則逆時針旋轉，齒圈則順時針旋轉而輸出。 3.2.3.2　1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3-8所示。因發(fā)動機收油后齒圈有降低轉速的趨勢。 圖3-8　1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，因此前齒圈輪齒必給前排行星輪輪齒一個推力P1，在P1力作用下，前排行星輪必按原速被動順時針旋轉，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P2，在P2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，又因后排行星架仍按原速旋轉，所以后排行星輪輪齒必給后排齒圈輪齒一個作用力P4，使后排齒圈在P4力作用下，被動按原速順時針旋轉，因此便帶動發(fā)動機按原速旋轉，使發(fā)動機在1擋時對汽車滑行產生制動作用?？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。 3.2.3.3　D1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 （3-1） （3-2） 式（3-1）與式（3-2）中， （3-3） （3-4） 將帶入式（3-2）中，得 （3-5） 將式（3-3）、式（3-4）、式（3-5）代入式（3-1）得 （3-6） 由此可知，后排齒圈的轉數(shù)大于前排齒圈的轉數(shù)，是減速傳動。 3.2.4　D位D2擋傳動原理圖 當選擋桿在D位而車速在D2范圍內時，其傳動原理及各執(zhí)行機構的工作情況如圖3-9所示。從圖可知，當車速升入D2擋時，離合器C0及單向離合器F0以及前進離合器C1仍然工作，但由于車速的升高，通往制動器B2的油道打開，主油路壓力油作用在制動器B2上，制動器B2參與工作。從圖3-9又知，離合器C0與單向離合器F0的工作，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，而前進離合器C1的工作，又把后排齒圈與超速擋箱內的齒圈連成一體，所以后行星排齒圈便在D2擋成為主動件主動順時針旋轉，這樣，當汽車加速或滑行時。 圖3-9　D2擋傳動原理圖 3.2.4.1　D2擋汽車加速時前后行星排傳動情況 從圖3-10可知，當齒圈隨液力變矩器的渦輪主動順時針旋轉時，齒圈齒輪必給后排行星輪輪齒一個P1的作用力，行星輪在P1、P2力作用下，太陽輪便逆時針旋轉，但單向離合器在太陽輪反轉時，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時，使行星輪在P1與P3合力的作用下，即順時針自轉又繞太陽輪公轉，于是便拉動后排行星架順時針旋轉而將發(fā)動機的扭矩輸出，成D2擋。 圖3-10　D2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又公轉，帶動前排行星架順時針空轉而使F2解鎖，可見前行星排在汽車加速行駛時，對后排的動力輸出不產生任何干涉。 另外，從F1在D2擋的工作過程可知，單向離合器F1是在汽車滑行時使發(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D2擋與D3擋切換。 3.2.4.2D　2擋汽車滑行時前后行星排傳動原理 當汽車在D2擋，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，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。便產生了如圖3-11所示的傳動情況。 圖3-11　D2發(fā)動機收油 從圖3-11可知，對于后排行星齒輪機構，行星輪受P1力的作用逆時針自轉，又在后排行星架的作用下順時針公轉，太陽輪受來自行星輪的一個P2作用力，在P2力的作用下太陽輪順時針旋轉，故F1對太陽輪的順時針旋轉不進行鎖止，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，即發(fā)動機可自由怠速運轉，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P3與P4兩力的作用下，帶動行星架順時針空轉，因前排行星架順時針旋轉時不受干涉，所以前排行星架順時針空轉，不對后排傳動干涉。 綜上所述，D2擋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，后排齒圈降速順時針旋轉，使后排行星輪即隨行星架公轉又逆時針自轉。在前排，太陽輪高速順時針旋轉，齒圈按原速順時針旋轉。因行星架順時針旋轉時不受任何干涉只是空轉，對后排滑行不產生干涉。 下面分析在D2擋時在制動器B2中串入單向離合器F1的另外的作用。 保證了滑行時發(fā)動機不對滑行產生制動作用，下面再來分析一下F1的另一個重要作用。 在汽車由D2擋升入D3擋或者由D3擋降為D2擋的換擋切換時，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D2擋升入D3擋時，若制動器B2沒有打開，而離合器C2就已經(jīng)結合，如果無單向離合器串聯(lián)在制動器B2中，就會在自動變速器進入D3擋的瞬間，出現(xiàn)C2與B2同時工作的情況。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F1的介入，雖然離合器C2過早結合，但因離合器C2工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，雖然制動器B2仍在結合，B2打開過晚對自動變速器升入D3擋無干涉。若變速器從D3擋降為D2擋時，在C2離合器沒停止工作前B2制動器就已結合，所以制動器雖然結合過早，但對變速器擋位切換并不產生干涉。 3.2.4.3　D2擋傳動比的計算 從機構的運動方程得出： （3-7） D2擋時，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n1為0,代入式（3-7）得 （3-8） 從式（3-8）中可知，n2>n3，即主動軸的轉速大于輸出軸的轉速，是減速擋。 3.2.5　二擋時自動變速器的傳動原理圖 前進離合器C1油道打開，使C1工作，從手動閥去B1制動器的油道也打開，手動閥B1開啟使其參與工作。擋傳動原理圖如圖3-12所示。 圖3-12　2擋傳動原理圖 離合器C0及單向離合器F0將整個超速擋箱連成一體，與渦輪同方向同轉數(shù)旋轉。因此后排齒圈變成此擋的主動件，其旋轉方向與轉數(shù)與液力變矩器的渦輪相同。 3.2.5.1　2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3-13所示。 圖3-13　2擋加速時前后行星排傳動原理 從圖3-13可知，當后排齒圈主動順時針旋轉時，其輪齒必給后排行星輪輪齒一個P1的力，在P1力的作用下，后排行星輪必順時針旋轉，但因太陽輪被制動器B1制動，所以在后排行星輪順時針旋轉時，其輪齒必受太陽輪輪齒一個阻力P2，所以行星輪除順時針自轉外，還在P1與P2合力作用下順時針繞太陽輪公轉，帶動行星架順時針繞太陽輪公轉，帶動行星架順時針旋轉而輸出。 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，前排齒圈順時針旋轉時，其輪齒必給前排行星輪輪齒一個推力P3，在該力的作用下，所以前排太陽輪必給前排行星輪輪齒一個反作用力P4，在P3與P4的合力作用下，前行星架順時針旋轉時，將單向離合器F2解鎖，因此前排對后排的動力輸出不產生干涉。 3.2.5.2　2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3-14所示。 圖3-14　2擋滑行時前后排傳動原理 從圖3-14可知，當發(fā)動機收油后，后行星排齒圈欲減速旋轉，而后排行星架仍因汽車慣性原速順轉，此時因太陽輪仍由B1制動，在P1力的作用下，后排行星輪必按原速順時針旋轉，但因此時發(fā)動機收油，所以齒圈帶動發(fā)動機渦輪旋轉必強行帶動發(fā)動機旋轉。 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，這樣，前排齒圈輪齒必給行星輪輪齒一個P3的作用力，在P3與P4的合力下，前排太陽輪除自轉外I，又繞太陽輪公轉，并使前行星架也順時針旋轉，而前排行星架順時針旋轉時，F(xiàn)2解鎖，不對傳動產生干涉，因此對滑行不干涉。 從工作圖表可知，在2擋時B2與F1仍在工作，這是為了在選擋桿在D位與L位的切換中，避免由于B1與切換不同步造成的換擋沖擊。 3.2.6　D位D3擋時，自動變速器的傳動原理 當選擋桿處于D位，而車速升至D3范圍時，傳動情況如圖3-15所示。 從圖可知，離合器C0和單向離合器F0工作，同時又把后排太陽輪與超速擋齒圈連成一體，于是后行星排便產生如下的傳動情況。 圖3-15　D3擋時自動變速器傳動原理圖 D3擋汽車加速時前后行星排傳動情況如圖3-16所示。 圖3-16　D3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，行星架也必然順時針旋轉，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。 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數(shù)運轉，使夾在其間的行星輪只能隨之同方向同速旋轉而無自轉。綜上可知，D3擋時后行星排三元件成一體順時針旋轉，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D3擋無單向離合器參與，汽車滑行時，此時汽車慣性推動變速器輸出軸按原速旋轉，因此也必然帶動渦輪按原速旋轉。從工作圖表可知D3擋時，除C1與C2工作外，B2仍在工作。如前所述，在由D2擋升入D3擋的瞬間，由于B2一直結合，F(xiàn)1單向離合器可防止因B2 打開過早而C2尚沒結合時造成發(fā)動機空轉和換擋沖擊。另一方面，當變速器由D3降至D2時，也不會因C2與B2切換不同步帶來的換擋沖擊。 3.2.7　超速擋傳動原理 當選擋桿在D位，汽車在D3速度的基礎上進一步提高時，在車速進入D4范圍時，超速擋箱內的離合器C0泄油解除工作，而制動器B0接入工作，如圖3-17所示。 圖3-17　超速擋時執(zhí)行元件工作示意圖 從圖3-17可知，自動變速器進入D4擋時，C1離合器與C2離合器和D3擋時的情況相同，即自動變速器的雙行星排仍如D3擋時的工作情況一樣，，兩行星排仍然成一體，使兩排行星齒輪機構無變速情況，只取決于超速擋箱輸出軸的轉數(shù)，但此時在超速擋箱內由于C0切換成B0，其傳動情況如圖3-18所示。 從圖可知，因B0工作，將超速擋箱內的太陽輪制動，而行星架則在液力變矩器渦輪的帶動下主動順時針旋轉。行星輪被行星架所強行帶動而進行強行順時針旋轉時，與此同時，太陽輪制動。 圖3-18　超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P1的阻力。在P1力作用下行星輪被迫強行順時針旋轉。由此可見，行星輪既要圍繞太陽輪公轉，又要繞行星架自轉，齒圈被動順時針旋轉而輸出。因此齒圈的轉數(shù)必大于主動件行星架的轉數(shù)，將此超速的齒圈轉數(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。 有行星機構的運動方程可以得出如下： （3-9） D2擋時，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n1為0,代入式（3-9）得 （3-10） 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C0摩擦片的打滑磨損。下面再分析一下在變速器由D3升入D4的切換中，F(xiàn)0的作用。 如果沒有單向離合器，在變速器由D3升入D4擋時，如果C0打開晚而制動器B1已結合，便出現(xiàn)相互干涉的作用，如果離合器C0打開過早，而B0上沒有工作，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，B0結合晚時，F(xiàn)0工作仍可保證發(fā)動機在D3擋速度下行駛，如果B0結合過早，而C0仍在嚙合，則F0解鎖，使C0不干涉?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D3擋前，發(fā)動機對滑行產生制動作用。 3.2.8　自動變速器的倒檔傳動原理 當選擋桿推入R位時，從表3-1及圖3-19可知，此時離合器C0和單向離合器F0仍然工作，而雙行星排中C2離合器與制動器B3也投入工作。 圖3-19　倒擋傳動原理圖 因超速擋箱中離合器C0與F0工作，從圖3-19可知，C0與F0以把超速擋箱內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B3又把雙行星排的前制動架制動，于是便產生了如圖3-20所示的傳動情況。 圖3-20　倒擋傳動原理圖 從圖3-20可知，B3將前排行星架制動，當前排太陽輪主動順時針旋轉時，其輪齒必給前行星輪輪齒一個P1的作用力，在P1力的作用下，其輪齒又必給前排齒圈輪齒一個P2的推力。 在前行星排，太陽輪為主動，行星架制動，使前排齒圈轉數(shù)低于前排太陽輪的轉數(shù)，使后排齒圈逆時針空轉，可見后排對前排的運動無干涉。 由行星機構運動的方程可以得出如下： （3-11） 因行星架制動，所以n3為0,代入式（3-11）得 （3-12） （3-12）式中，- 號是主被動旋轉方向相反，是減速傳動。 第4章 　行星齒輪機構設計及計算 4.1　變速器齒輪傳動的設計及計算 4.1.1　各擋位傳動比分析 由第三章的分析與計算，列出各擋位的傳動比如表4-1所示。 表4-1　各擋位傳動比 擋位 結合元件 傳動比 1擋 C0、C1、F0、F2 2擋 C0、C1、B2、F0、F1 3擋 C0、C1、C2、B2、F0 4擋 C1、C2、B0、B2 R擋 C0、C2、B3、F0 4.1.2　齒輪參數(shù)設計及計算 初選標準斜齒圓柱齒輪。 初選模數(shù)。 4.1.2.1　超速擋行星排齒輪參數(shù)計算 初選特性系數(shù)，螺旋角，齒圈分度圓直徑D=125mm。 取45， （4-1） 取15， （4-2） 同心條件校核： （4-3） 裝配條件： 其中K為行星輪數(shù)目，N為整數(shù)。 （4-4） 取行星輪數(shù)目K=4，則有 （4-5） 鄰接條件校核： （4-6） 顯然 （4-7） 4.1.2.2　前后行星排齒輪參數(shù)計算 初選特性系數(shù)a1=a2=2.3，螺旋角，齒圈分度圓直徑D=112mm。 取39， （4-8） 取17， （4-9） 同心條件校核： （4-10） 裝配條件： ，其中K為行星輪數(shù)目，N為整數(shù)。 （4-11） 取行星輪數(shù)目K=4，則有 ， （4-12） 鄰接條件校核： （4-13） 顯然 （4-14） 4.1.3　實際傳動比 實際傳動比如表4-2所示。 表4-2　實際傳動比 擋位 結合元件 傳動比 1擋 C0、C1、F0、F2 2擋 C0、C1、B2、F0、F1 3擋 C0、C1、C2、B2、F0 4擋 C1、C2、B0、B2 R擋 C0、C2、B3、F0 4.1.4　齒輪強度校核 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 =＝ （4-15） ——材料彈性系數(shù)。 ——節(jié)點區(qū)域系數(shù)，查取選擇2.433 K ——載荷系數(shù)，K=，計算得1.42 ——使用系數(shù)，查表選取1.0 ——動載系數(shù)，查表選擇1.27 ——齒向載荷分配系數(shù)，查表選擇1.12 F——圓周力，F(xiàn)= ，計算得3295N ——齒數(shù)比，計算得=2 代入數(shù)值得： =189.8 2.5 0.75 、 =415.16 （4-16） 又 = （4-17） 其中——試驗齒輪的齒面接觸疲勞極限，選擇570 MP(調制碳鋼) ——接觸強度計算得強度系數(shù)，選擇1.15 ——接觸強度計算得安全系數(shù)，一般取=1.0 帶入數(shù)據(jù)得： ==655 （4-18） 比較有<，符合條件，滿足要求。 按齒根彎曲疲勞強度校核 由公式 = YYY (4-19) 式中K,，F(xiàn)，b，m同前 Y——齒形系數(shù)，查取選擇2.45 Y——應力修正系數(shù)，查取選擇1.65 Y——重合度系數(shù)，查取選擇0.7 代入數(shù)據(jù)計算得： R= F-R=2160-395=1711N F===1777N 又因為 = / （4-20） 式中——試驗齒輪齒根彎曲疲勞極限應力。查取得250 MP ——彎曲強度計算壽命系數(shù)。查取選擇1.5 ——齒根彎曲強度計算安全系數(shù)。一般取=1.25 代入數(shù)據(jù)得： =2501.5/1.25=300 （4-21） 比較有<，符合條件，滿足要求。 4.2　換擋執(zhí)行機構 自動變速器操縱機構結構比較復雜，主要用來控制行星齒輪的運動來實現(xiàn)不同的檔位。其功能也是用于固定行星齒輪機構中的某些成份元件，從而實現(xiàn)自動變速器的不同擋位。 4.2.1　多片離合器 圖4-1　多片離合器 離合器種類有很多種，目前濕式多片離合器在自動變速器中比較常見，這些機構通過油路進行控制。 離合器的組成成份元件為卡環(huán)，其被限制于卡環(huán)槽內，主要功能為限制活塞的行程主要由卡環(huán)來決定。其成份除了卡環(huán)以外還有鋼片、摩擦片、活塞等重要組成元件。 4.2.2　制動器 片式制動器如圖4-2所示。 圖4-2　片式制動器 片式制動器有很多油槽，其結構也十分復雜。其固定通過螺栓與殼體相聯(lián)接，有些自動變速器固定架直接連接變速器殼體。 4.2.3　單向超越離合器 滾柱式單向離合器如圖4-3所示。 圖4-3　滾柱式單向離合器 1---外環(huán) 2---內環(huán) 3---滾柱 4---滾柱回位彈簧 滾柱為單向離合器的主要傳力元件，由上圖可以得，離合器有兩種工作狀態(tài)分別工作在自由狀態(tài)和鎖止狀態(tài)。此種離合器為滾子式自由輪，其結構簡單，制造比較容易并且維修方便，高速工作時摩擦損失小，工作可靠。 第五章　結論 經(jīng)過幾個月的查找資料，整理材料，消化理解資料以及設計計算，經(jīng)過不懈努力終于圓滿完成畢業(yè)設計。本設計中采用了越來越普及的自動變速器，雖然有很多地方還有不足，但通過兩個多月的查閱資料，自學教材，大體上對自動變速器的機械結構部分有了一定的認識。 本次設計采用辛普森式的自動變速器的基礎上前面加一排超速擋行星排的方案來實現(xiàn)四個前進擋和一個后退擋的結構，雖然結構上有些復雜，但設計較為簡單，零件的通用性好，可以利用現(xiàn)有的設備和工藝，從而可以減低成本。 最后，此次設計過程中，因為我國缺乏設計和制造行星齒輪變速箱的經(jīng)驗，所以此次設計中很多地方都有不足。 通過這次畢業(yè)設計，讓我學會了如何分析以及解決問題。此次畢業(yè)設計的完成既是大學四年生活得結束，也對自己以后的學習有很大的指導。 致　　謝 在整個畢業(yè)設計中，我得到了焦運景老師的熱心指導和幫助，在畢業(yè)設計得以完成之際，要感謝的人實在太多了，首先要感謝焦運景老師，因為該設計是在焦運景老師的悉心指導下完成的。焦運景老師細心、認真的工作態(tài)度對我影響非常深刻，我從老師那里學來了很多分析和解決問題的方法，這對我以后解決和分析問題有很大的幫助。在整個畢業(yè)設計的過程中，老師每周兩次開會，每次都給與我們細心的指導，這對我能夠順利暗示完成畢業(yè)設計的幫助是非常大的。 整個畢業(yè)設計過程雖然很辛苦，但讓我學到了許多知識。通過四年大學所學到的知識來完成這次畢業(yè)設計也算是對我大學四年的一次總結，也讓我學會了如何靈活運用所學到的知識去解決設計中所遇到的難題。這對我在以后解決與分析問題的幫助也是非常大的，同時讓我了解到更多課本以外的關于汽車方面的知識。這次畢業(yè)設計也知道了怎么更好的處理知識和實踐結合的問題。 參考文獻 [1] 黃宗益. 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