辛普森變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計 自動變速器-行星齒輪變速箱【含6張CAD高清圖紙、文檔全套】【LB4】

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KEYWORDS:automatic transmisson lanetary gearbox torque converter 目 錄摘要Abstract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42.1行星齒輪的結(jié)構(gòu)及工作原理42.2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63.1自動變速器的傳動方案63.2自動變速器的傳動原理63.2.1空擋或駐車擋的傳動原理63.2.2D位D1擋汽車加速與滑行時傳動原理73.2.3汽車在L位一擋時前后行星排的傳動原理103.2.4D位D2擋傳動原理圖133.2.5二擋時自動變速器的傳動原理圖163.2.6D位D3擋時，自動變速器的傳動原理183.2.7超速擋傳動原理193.2.8自動變速器的倒檔傳動原理21第4章行星齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計及計算.234.1變速器齒輪傳動的設(shè)計及計算234.1.1各擋位傳動比分析234.1.2齒輪參數(shù)設(shè)計及計算234.1.3實(shí)際傳動比254.1.4齒輪強(qiáng)度校核254.2換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)264.2.1多片離合器274.2.2制動器274.2.3單向超越離合器28第五章結(jié)論29致謝30參考文獻(xiàn)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(jié)構(gòu)也很復(fù)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(jī)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(fù)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1-1所示。圖1-1自動變速器結(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(jī)輸入的轉(zhuǎn)矩從而可以改變汽車的行駛車速。發(fā)動機(jī)與汽車變矩器相連接，功能主要是改變汽車發(fā)動機(jī)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(jī)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(yīng)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(jī)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(jī)構(gòu)有普通齒輪和行星齒輪變速機(jī)構(gòu)式兩種。由于普通齒輪式變速器的缺點(diǎn)較多，因此在自動變速器方面應(yīng)用較少。普通齒輪變速器主要缺點(diǎn)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(yīng)用較為廣泛。自動變速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。圖1-3自動變速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)自動變速器是迄今為止汽車中比較復(fù)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(jì)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(fù)雜，主要通過油泵進(jìn)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(yīng)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(jī)構(gòu)。自動變速器具有很多優(yōu)越性，其主要特點(diǎn)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(jī)、傳動系的壽命都有所提高。4、自動變速器能夠根據(jù)相應(yīng)狀況，自動改變車速，及大地改善了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)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(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(jī)器的機(jī)體上。所以，它們的轉(zhuǎn)動中心對機(jī)器的機(jī)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(jìn)行轉(zhuǎn)動之外，同時，它們的轉(zhuǎn)動軸中心不斷地進(jìn)行轉(zhuǎn)動，還跟著支架隨著其他支架而運(yùn)動。跟隨自己軸線轉(zhuǎn)動中心進(jìn)行的轉(zhuǎn)動被稱為自轉(zhuǎn)。反而言之，隨其它軸線的中心進(jìn)行運(yùn)動而被稱為公轉(zhuǎn)。與行星的運(yùn)轉(zhuǎn)非常類似，由此，其被稱為行星齒輪，結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1行星齒輪結(jié)構(gòu)圖軸線被固定在機(jī)器機(jī)體上的的齒輪，其傳動原理我們都很熟悉。一對齒輪進(jìn)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(jī)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(jìn)行動力傳動進(jìn)行動力輸出。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(jī)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(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)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(jī)構(gòu)效率高，這類行星齒輪機(jī)構(gòu)傳動比較小。當(dāng)用行星齒輪機(jī)構(gòu)作減速器時，行星齒輪機(jī)構(gòu)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(wù)車上的液力變矩器。泵輪通過發(fā)動機(jī)帶動進(jìn)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(dǎo)輪的液體先經(jīng)過導(dǎo)輪，導(dǎo)輪因?yàn)楸还潭ǘ荒軌蜣D(zhuǎn)動。工作液體通過葉片不斷變化，液流的方向被導(dǎo)輪不斷改變，液體通過改變能量來實(shí)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(shí)現(xiàn)改變發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)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(wù)車車型分析以及結(jié)合其發(fā)動機(jī)動力方面，總體分析自動變速器在商務(wù)車中的布置形式，結(jié)合商務(wù)車成本的考慮，本次設(shè)計的自動變速器，其傳動原理圖如3-1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(shí)現(xiàn)擋位自動變化，從而實(shí)現(xiàn)不同速比的擋位，下面我們就通過行星齒輪機(jī)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。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3-2N擋或駐車擋傳動原理圖當(dāng)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(jìn)入離合器C0，此時由于離合器C0結(jié)合，已把超速擋箱內(nèi)的行星齒輪機(jī)構(gòu)中的太陽輪與行星架連成一體。當(dāng)機(jī)構(gòu)中任意兩個自由運(yùn)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(yùn)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?yàn)槠囆旭偹俣仍贒1D3擋范圍內(nèi)，變速器C0油道一直常開，所以在D1D3擋范圍內(nèi)，超速擋始終把發(fā)動機(jī)的扭矩直接向外輸出。3.2.2D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3-3D1擋傳動原理圖 當(dāng)選擋桿置入D位時，而汽車車速在D1擋范圍內(nèi)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(jié)合離合器共同工作。從圖3-3中又知，當(dāng)機(jī)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(yùn)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(dāng)選擋手柄在D位時，汽車在D1范圍內(nèi)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(zhuǎn)，因后行星排的齒圈順時針主動旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)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(zhuǎn)，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(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P2的作用力，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3-4D1擋加速時前后行星排傳動原理圖同時齒圈的運(yùn)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(zhuǎn)的趨勢，但前排行星架的反轉(zhuǎn)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(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D1擋汽車加速時，后排齒圈主動順時針旋轉(zhuǎn)，后排行星輪被動順時針自轉(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。3.2.2.1D1擋汽車滑行時的傳動原理當(dāng)汽車在D1擋范圍內(nèi)，發(fā)動機(jī)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(jié)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(dāng)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(jī)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P1，在P1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p2力作用，使后排太陽輪變成順時針旋轉(zhuǎn)。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(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(jī)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F2的參與使汽車加速時，發(fā)動機(jī)扭矩通過單向離合器的作用傳給變速器的輸出軸，而當(dāng)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(jī)脫節(jié)，以確保滑行時發(fā)動機(jī)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(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)但變速器沒掛擋時，因發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，油泵轉(zhuǎn)速很低，通過離合器C0的常開油道進(jìn)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(fù)荷空轉(zhuǎn)，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(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(yùn)轉(zhuǎn)，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(fù)荷，齒圈隨太陽輪和行星架一同旋轉(zhuǎn)，當(dāng)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(zhuǎn)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(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C0離合器打滑的趨勢，但因太陽輪有順時針旋轉(zhuǎn)趨勢時，單向離合器F0起制動作用，使太陽輪不可能相對行星架運(yùn)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(dāng)選擋桿推入L擋，而汽車在1擋范圍內(nèi)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(nèi)的行星齒輪機(jī)構(gòu)三元件均連成一體隨渦輪一同順時針旋轉(zhuǎn)。圖3-61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(zhuǎn)，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(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P3，所以行星輪在P1與P3合力的作用下，除順時針自轉(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(zhuǎn)，將發(fā)動機(jī)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。3.2.3.21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(jī)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(jī)收油后齒圈有降低轉(zhuǎn)速的趨勢。圖3-81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P1，在P1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(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P4，使后排齒圈在P4力作用下，被動按原速順時針旋轉(zhuǎn)，因此便帶動發(fā)動機(jī)按原速旋轉(zhuǎn)，使發(fā)動機(jī)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(jī)的制動作用使汽車降速。 3.2.3.3D1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(yīng)從兩級行星排的運(yùn)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(zhuǎn)數(shù)大于前排齒圈的轉(zhuǎn)數(shù)，是減速傳動。3.2.4D位D2擋傳動原理圖當(dāng)選擋桿在D位而車速在D2范圍內(nèi)時，其傳動原理及各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作情況如圖3-9所示。從圖可知，當(dāng)車速升入D2擋時，離合器C0及單向離合器F0以及前進(jìn)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(zhuǎn)，而前進(jìn)離合器C1的工作，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D2擋成為主動件主動順時針旋轉(zhuǎn)，這樣，當(dāng)汽車加速或滑行時。圖3-9D2擋傳動原理圖3.2.4.1D2擋汽車加速時前后行星排傳動情況從圖3-10可知，當(dāng)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P1的作用力，行星輪在P1、P2力作用下，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P1與P3合力的作用下，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(jī)的扭矩輸出，成D2擋。圖3-10D2擋汽車加速時前后行星排傳動原理此時在前行星排，因?yàn)樘栞喦昂笈殴?，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(chǎn)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(jī)與變速器輸出軸脫節(jié)，保證汽車滑行時發(fā)動機(jī)不起制動作用，此外，它還在D2擋與D3擋切換。3.2.4.2D2擋汽車滑行時前后行星排傳動原理當(dāng)汽車在D2擋，發(fā)動機(jī)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(yùn)動的格局。便產(chǎn)生了如圖3-11所示的傳動情況。圖3-11D2發(fā)動機(jī)收油從圖3-11可知，對于后排行星齒輪機(jī)構(gòu)，行星輪受P1力的作用逆時針自轉(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P2作用力，在P2力的作用下太陽輪順時針旋轉(zhuǎn)，故F1對太陽輪的順時針旋轉(zhuǎn)不進(jìn)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(yùn)轉(zhuǎn)，即發(fā)動機(jī)可自由怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，而后排行星架也可不受干涉自由滑行，即發(fā)動機(jī)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(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，D2擋汽車滑行時前后行星排的各元件的運(yùn)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(jī)不對滑行產(chǎn)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(jié)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(jìn)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(jié)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(zhuǎn)，雖然制動器B2仍在結(jié)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(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。3.2.4.3D2擋傳動比的計算從機(jī)構(gòu)的運(yùn)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，n2n3，即主動軸的轉(zhuǎn)速大于輸出軸的轉(zhuǎn)速，是減速擋。3.2.5二擋時自動變速器的傳動原理圖 前進(jìn)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3-122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(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。3.2.5.12擋汽車加速時前后行星排傳動原理前后行星排其傳遞運(yùn)動原理如下圖3-13所示。圖3-132擋加速時前后行星排傳動原理從圖3-13可知，當(dāng)后排齒圈主動順時針旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，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(zhuǎn)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(zhuǎn)外，還在P1與P2合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(zhuǎn)時，將單向離合器F2解鎖，因此前排對后排的動力輸出不產(chǎn)生干涉。3.2.5.22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3-142擋滑行時前后排傳動原理從圖3-14可知，當(dāng)發(fā)動機(jī)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B1制動，在P1力的作用下，后排行星輪必按原速順時針旋轉(zhuǎn)，但因此時發(fā)動機(jī)收油，所以齒圈帶動發(fā)動機(jī)渦輪旋轉(zhuǎn)必強(qiáng)行帶動發(fā)動機(jī)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P3的作用力，在P3與P4的合力下，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，F(xiàn)2解鎖，不對傳動產(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。3.2.6D位D3擋時，自動變速器的傳動原理當(dāng)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(chǎn)生如下的傳動情況。圖3-15D3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3-16D3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(yùn)動，因此后排行星輪也必與后太陽輪及后齒圈間無相對運(yùn)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(zhuǎn)數(shù)運(yùn)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，D3擋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(yùn)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(zhuǎn)，因此也必然帶動渦輪按原速旋轉(zhuǎn)。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(jié)合，F(xiàn)1單向離合器可防止因B2 打開過早而C2尚沒結(jié)合時造成發(fā)動機(jī)空轉(zhuǎn)和換擋沖擊。另一方面，當(dāng)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(dāng)選擋桿在D位，汽車在D3速度的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高時，在車速進(jìn)入D4范圍時，超速擋箱內(nèi)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(jìn)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(jī)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(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(qiáng)行帶動而進(jìn)行強(qiáng)行順時針旋轉(zhuǎn)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(qiáng)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(jī)構(gòu)的運(yùn)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(jié)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(jī)空擋和換擋沖擊的弊病。有了單向離合器，B0結(jié)合晚時，F(xiàn)0工作仍可保證發(fā)動機(jī)在D3擋速度下行駛，如果B0結(jié)合過早，而C0仍在嚙合，則F0解鎖，使C0不干涉?zhèn)鲃?。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(jī)對滑行產(chǎn)生制動作用。3.2.8自動變速器的倒檔傳動原理當(dāng)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(nèi)的太陽輪與行星架連成一體，導(dǎo)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(chǎn)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(dāng)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(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(yùn)動無干涉。由行星機(jī)構(gòu)運(yùn)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(zhuǎn)方向相反，是減速傳動。第4章 行星齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計及計算4.1變速器齒輪傳動的設(shè)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(jié)合元件傳動比1擋C0、C1、F0、F22擋C0、C1、B2、F0、F13擋C0、C1、C2、B2、F04擋C1、C2、B0、B2R擋C0、C2、B3、F04.1.2齒輪參數(shù)設(shè)計及計算初選標(biāo)準(zhǔn)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(shí)際傳動比實(shí)際傳動比如表4-2所示。表4-2實(shí)際傳動比擋位結(jié)合元件傳動比1擋C0、C1、F0、F22擋C0、C1、B2、F0、F13擋C0、C1、C2、B2、F04擋C1、C2、B0、B2R擋C0、C2、B3、F04.1.4齒輪強(qiáng)度校核因?yàn)橐粨鯐r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(qiáng)校核由公式 = （4-15） 材料彈性系數(shù)。 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，查取選擇2.433K 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1.12F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(yàn)齒輪的齒面接觸疲勞極限，選擇570 MP(調(diào)制碳鋼)接觸強(qiáng)度計算得強(qiáng)度系數(shù)，選擇1.15接觸強(qiáng)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(qiáng)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2.45Y應(yīng)力修正系數(shù)，查取選擇1.65Y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=1711NF=1777N又因?yàn)?= / （4-20） 式中試驗(yàn)齒輪齒根彎曲疲勞極限應(yīng)力。查取得250 MP彎曲強(qiáng)度計算壽命系數(shù)。查取選擇1.5 齒根彎曲強(qiáng)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(jī)構(gòu)自動變速器操縱機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要用來控制行星齒輪的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)不同的檔位。其功能也是用于固定行星齒輪機(jī)構(gòu)中的某些成份元件，從而實(shí)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(jī)構(gòu)通過油路進(jìn)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(nèi)，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(jié)構(gòu)也十分復(fù)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(nèi)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?fàn)顟B(tài)。此種離合器為滾子式自由輪，其結(jié)構(gòu)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(jié)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(shè)計計算，經(jīng)過不懈努力終于圓滿完成畢業(yè)設(shè)計。本設(shè)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(xué)教材，大體上對自動變速器的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分有了一定的認(rèn)識。本次設(shè)計采用辛普森式的自動變速器的基礎(chǔ)上前面加一排超速擋行星排的方案來實(shí)現(xiàn)四個前進(jìn)擋和一個后退擋的結(jié)構(gòu)，雖然結(jié)構(gòu)上有些復(fù)雜，但設(shè)計較為簡單，零件的通用性好，可以利用現(xiàn)有的設(shè)備和工藝，從而可以減低成本。最后，此次設(shè)計過程中，因?yàn)槲覈狈υO(shè)計和制造行星齒輪變速箱的經(jīng)驗(yàn)，所以此次設(shè)計中很多地方都有不足。通過這次畢業(yè)設(shè)計，讓我學(xué)會了如何分析以及解決問題。此次畢業(yè)設(shè)計的完成既是大學(xué)四年生活得結(jié)束，也對自己以后的學(xué)習(xí)有很大的指導(dǎo)。致謝在整個畢業(yè)設(shè)計中，我得到了焦運(yùn)景老師的熱心指導(dǎo)和幫助，在畢業(yè)設(shè)計得以完成之際，要感謝的人實(shí)在太多了，首先要感謝焦運(yùn)景老師，因?yàn)樵撛O(shè)計是在焦運(yùn)景老師的悉心指導(dǎo)下完成的。焦運(yùn)景老師細(xì)心、認(rèn)真的工作態(tài)度對我影響非常深刻，我從老師那里學(xué)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(shè)計的過程中，老師每周兩次開會，每次都給與我們細(xì)心的指導(dǎo)，這對我能夠順利暗示完成畢業(yè)設(shè)計的幫助是非常大的。整個畢業(yè)設(shè)計過程雖然很辛苦，但讓我學(xué)到了許多知識。通過四年大學(xué)所學(xué)到的知識來完成這次畢業(yè)設(shè)計也算是對我大學(xué)四年的一次總結(jié)，也讓我學(xué)會了如何靈活運(yùn)用所學(xué)到的知識去解決設(shè)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(guān)于汽車方面的知識。這次畢業(yè)設(shè)計也知道了怎么更好的處理知識和實(shí)踐結(jié)合的問題。參考文獻(xiàn)1 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