行星齒輪變速器結(jié)構(gòu)與工作原理ppt課件

第三章 行星齒輪變速器結(jié)構(gòu)與工作原理,學(xué)習(xí)目標(biāo)： 掌握行星齒輪機(jī)構(gòu)變速原理 掌握辛普森式自動(dòng)變速器行星齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及自動(dòng)換擋原理 掌握拉威娜式自動(dòng)變速器行星齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及自動(dòng)換擋原理 掌握自動(dòng)變速器施力裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理,3.1 齒輪傳動(dòng)的一般規(guī)律,齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)平穩(wěn)、可靠、效率高、壽命長、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)速度和功率范圍廣 缺點(diǎn)：制造、加工成本高,3.1.1 齒輪傳動(dòng)的組成 組成：主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪 齒輪傳動(dòng)要求準(zhǔn)確平穩(wěn)，即要求在傳動(dòng)過程中，瞬時(shí)傳動(dòng)比保持不變，以免產(chǎn)生沖擊振動(dòng)和噪聲。,a) 齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)物 b) 齒輪機(jī)構(gòu)簡化圖 圖3-1 齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu),圖3-2 漸開線特性,圖3-3 漸開線齒輪傳動(dòng)特性,漸開線的性質(zhì)： 1）發(fā)生線沿基圓滾過的線段長度等于基圓上被滾過的相應(yīng)弧長 2）漸開線上任意一點(diǎn)法線必然與基圓相切。換言之，基圓的切線必為漸開線上某點(diǎn)的法線。 3）漸開線齒廓上某點(diǎn)的法線與該點(diǎn)的速度方向所夾的銳角稱為該點(diǎn)的壓力角。 4）漸開線的形狀只取決于基圓大小。 5）基圓內(nèi)無漸開線。,漸開線齒輪的力學(xué)分析：,3.1.2 齒輪的速比與傳動(dòng)比,從公式可以獲知，若想獲得大的傳動(dòng)比，必須相互嚙合的齒輪所擁有的齒數(shù)相差較大，又由于相互嚙合的齒輪模數(shù)相同，所以，必然兩個(gè)齒輪尺寸相關(guān)較大，這必然占據(jù)較大的布置空間，給機(jī)械設(shè)計(jì)帶來一定難度。 為了解決這一難題，采用行星齒輪機(jī)構(gòu)，唯一的缺點(diǎn)是增加了工裝匹配難度。,3.1.3 齒輪的傳動(dòng)規(guī)律 漸開線齒輪傳動(dòng)的可分性：漸開線齒輪的傳動(dòng)比不受實(shí)際中心距的影響。 迄今為止可分性是漸開線齒輪所獨(dú)有的特性，這對(duì)漸開線齒輪的加工、安裝和使用維護(hù)都是十分有利的。,3.2 行星齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)原理,3.2.1 行星齒輪機(jī)構(gòu)的組成,圖3-5 單排行星齒輪機(jī)構(gòu) 1-太陽輪；2-行星輪；3-齒圈；4-太陽輪輸入軸；5-行星輪軸；6-行星架；7-行星架輸出軸,行星齒輪機(jī)構(gòu)的分類： 按行星架上所安裝的行星齒輪的組數(shù)不同，分為單行星排和雙行星排； 按行星齒輪組數(shù)不同，分為單排行星齒輪機(jī)構(gòu)和多排行星齒輪機(jī)構(gòu)。,3.2.2 單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 無任何元件固定，無固定傳動(dòng)比 固定某一元件，有固定傳動(dòng)比 固定兩元件，三元件一同旋轉(zhuǎn),3.2.3 行星齒輪機(jī)構(gòu)的變速原理,圖3-6 單排行星齒輪機(jī)構(gòu)各種傳動(dòng)方案,在單排行星齒輪機(jī)構(gòu)中，行星輪只起中間輪作用，因此單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比取決于太陽輪齒數(shù)Z1和內(nèi)齒圈齒數(shù)Z2，與行星齒輪的齒數(shù)無關(guān)。 即內(nèi)齒圈與太陽輪的齒數(shù)比為： =Z2/Z1 因 Z2Z1 所以 1,則行星齒輪機(jī)構(gòu)的一般運(yùn)動(dòng)規(guī)律可表達(dá)為：,1）將內(nèi)齒圈固定，以太陽輪為主動(dòng)件，行星架為從動(dòng)件，傳動(dòng)比為1+。即可獲得減速傳動(dòng)，且2. 2)將太陽輪固定，以行星架為主動(dòng)件，內(nèi)齒圈為從動(dòng)件，i=/(1+).即可獲得增速傳動(dòng)，0.5<i<1。 3)將行星架固定，以太陽輪為主動(dòng)件，內(nèi)齒圈為從動(dòng)件， i=-，即可獲得減速反向傳動(dòng)。 4）將內(nèi)齒圈固定，以行星架為主動(dòng)件，太陽輪為從動(dòng)件，可獲得增速傳動(dòng)，i<0.5。,5）將太陽輪固定，以內(nèi)齒圈為主動(dòng)件，行星架為從動(dòng)件， i=1+（1/)，是2）的逆?zhèn)鲃?dòng)，即可獲得減速傳動(dòng)， 0.5<i<1。 6）將行星架固定，以內(nèi)齒圈為主動(dòng)件，太陽輪為從動(dòng)件，i=1/。是3）的逆?zhèn)鲃?dòng)，可獲增速反向傳動(dòng)。,表3-1 行星齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案選配表,3.2.4 多排行星齒輪機(jī)構(gòu),圖3-7 多排行星齒輪機(jī)構(gòu) 1-前齒圈；2-前行星輪；3-前行星架和后齒圈組件；4 -前后太陽輪組件；5-后行星輪；6-后行星架,表3-2 雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案特性表,3.2.5 行星齒輪傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)： 體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力大。 傳動(dòng)效率高 傳動(dòng)比較大，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成與分解 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 缺點(diǎn)： 材料價(jià)格高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造安裝困難,3.3 行星齒輪變速器的換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理,3.3.1 離合器 1、離合器的作用 變速器動(dòng)力的輸入或輸出，其功能等于普通機(jī)械變速器的離合器。 連接行星齒輪機(jī)構(gòu)中的兩個(gè)部件，使行星齒輪機(jī)構(gòu)等速傳動(dòng)。,2、離合器的組成,圖3-8 自動(dòng)變速器離合器,3、離合器的工作過程,各鋼片與摩擦片壓緊接合在一起時(shí)，具有共同轉(zhuǎn)速并傳遞相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩。,芯體或殼體可以與輸入軸、輸出軸、太陽輪、內(nèi)齒圈、行星架、單向離合器中任意一個(gè)部件直接或間接相連。,通過殼體或芯體可將輸入（力矩及轉(zhuǎn)速）導(dǎo)入或?qū)⑤敵觯ㄗ儞Q后的力矩及轉(zhuǎn)速）導(dǎo)出，也可將行星齒輪機(jī)構(gòu)中的任兩個(gè)元件連接一起，實(shí)現(xiàn)直接傳動(dòng)。,卸去油壓時(shí)，活塞在回 位彈簧作用下返回原位，鋼 片和摩擦片自由分離。但這 種分離不徹底。,活塞在彈射作用下處于左極限位置，鋼片和摩擦片之間有一定的間隙，此時(shí) 動(dòng)力傳遞路線被切斷,壓力油經(jīng)油道進(jìn)入活 塞左腔室后，液壓作用力 克服彈射張力使活塞右 移，將所有的鋼片和摩 擦片依次壓緊，離合器 接合，傳遞動(dòng)力。,3.3.2 制動(dòng)器 自動(dòng)變速器中制動(dòng)器，也稱換檔制動(dòng)器，與汽車普通制動(dòng)器作用不同，它不是用來阻止動(dòng)力輸出，而是根據(jù)行星齒輪機(jī)構(gòu)的特性，限制三個(gè)基本元件之一不能轉(zhuǎn)動(dòng)，并與離合器相互配合作用，實(shí)現(xiàn)不同的傳動(dòng)比。,3.3.2 制動(dòng)器 1、制動(dòng)器的分類及組成 濕式多片制動(dòng)器,濕式多片離合器鋼片固定在輸出軸，不同之處是制動(dòng)器鋼片固定在自動(dòng)變速器殼體上，僅能軸向移動(dòng)而不能轉(zhuǎn)動(dòng)。,制動(dòng)器是從上方進(jìn)油，進(jìn)油孔在變速器殼體上；離合器是從中間旋轉(zhuǎn)進(jìn)油，進(jìn)油孔在軸上。,與濕式多片離合器的不同點(diǎn)：,圖3-9 片式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)及工作原理,帶式制動(dòng)器,圖3-10 帶式制動(dòng)器結(jié)構(gòu),由制動(dòng)帶和伺服裝置組成。,按變形能力分：,制動(dòng)器伺服裝置,間接作用式,直接作用式,制動(dòng)帶開口的一端支承于推桿端部，活塞桿通過杠桿控制推桿的動(dòng)作。由于采用杠桿結(jié)構(gòu)將活塞作用力放大，制動(dòng)力矩進(jìn)一步增加。,制動(dòng)帶開口處的一端通過搖臂支承于固定在變速器殼體的支承銷上，另一端支承于油缸活塞桿端部。,2、離合器和片式制動(dòng)器的區(qū)別 所連接元件：離合器連接軸；離合器可連接行星排中所有元件 所連接元件數(shù)量：離合器最多可連接兩個(gè)行星排元件；一組制動(dòng)器只能固定一個(gè) 離合器是旋轉(zhuǎn)的；制動(dòng)器是固定的,3.3.3 單向離合器 內(nèi)座圈與外座圈只能相對(duì)一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，而反方向則鎖止不能旋轉(zhuǎn)。,圖3-11滾柱式單向離合器 1-外座圈；2-滾子；3-彈簧；4-內(nèi)座圈,單向離合器的內(nèi)外圈其中一個(gè)靜止，另一個(gè)反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，其鎖止功能相當(dāng)于制動(dòng)器。 單向離合器有兩種類型：滾柱式和楔塊式,滾柱式,楔塊式,圖3-12 楔塊式單向離合器 1-外座圈；2-卡塊；3-彈簧；4-內(nèi)座圈,楔塊式單向離合器的鎖止方向取決于楔塊的安裝方向,離合器、制動(dòng)器、單向離合器統(tǒng)稱為自動(dòng)變速器行星齒輪機(jī)構(gòu)換檔執(zhí)行元件或施力元件。,單向離合器的工作性能對(duì)變速器的換檔品質(zhì)有很大 影響。自動(dòng)變速器通過行星齒輪系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作實(shí) 現(xiàn)換檔，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的靈敏性直接影響換檔的平順性。單 向離合器具有靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，可瞬間鎖止（或解除鎖 止），從而大大提高了換檔時(shí)機(jī)的準(zhǔn)確性。另外，單向 離合器不需要附加的液壓或機(jī)械操縱裝置，結(jié)構(gòu)簡單， 不易發(fā)生故障。,3.4 典型行星齒輪傳動(dòng)原理及工作分析,3.4.1 拉威娜式行星齒輪傳動(dòng)原理,圖3-13 拉威娜式行星齒輪變速機(jī)構(gòu) 1-小（前）太陽輪；2-行星架；3-短行星輪；4-長行星齒輪；5-齒圈；6-大（后）太陽輪,工作過程： 1）小太陽輪輸入，行星架固定,、短行星輪反轉(zhuǎn)長行星輪正轉(zhuǎn)內(nèi)齒圈正向減速 、短行星輪反轉(zhuǎn)長行星輪正轉(zhuǎn)大太陽輪反向減速,小陽輪正轉(zhuǎn),2）行星架輸入，小太陽輪固定,行星架繞太陽輪正轉(zhuǎn)短行星輪正轉(zhuǎn)長行星輪反轉(zhuǎn)齒圈正轉(zhuǎn),3）小太陽輪與行星架固定，一同輸入。,兩個(gè)元件固定在一起，由于行星輪不能自轉(zhuǎn)，輸入與輸出同步,拉威娜式自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),圖3-14 拉威娜式自動(dòng)變速器行星齒輪機(jī)構(gòu),行星架、小行星輪、大行星輪均可作為輸入；齒圈作為輸出,小太陽輪的軸和行星架軸向右反向從空心的大太陽輪軸穿出，輸入有三種方式，齒圈固定為輸出。,1、拉威娜式行星齒輪機(jī)構(gòu)的施力裝置,1）前進(jìn)檔離合器C1：驅(qū)動(dòng)小太陽輪 2）直接檔及倒檔離合器C2：驅(qū)動(dòng)大太陽輪 3）強(qiáng)制低檔離合器C3：驅(qū)動(dòng)小太陽輪 4）超速檔離合器C4：驅(qū)動(dòng)行星架 5）2檔及4檔制動(dòng)器B1：固定大太陽輪 6）低速檔及倒檔制動(dòng)器B2：固定行星架 7）低檔單向離合器F1：單方向固定行星架 8）前進(jìn)擋單向離合器F2：連接輸入軸與小太陽輪,2、拉威娜式自動(dòng)變速器齒輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力傳遞路線 1）行星架制動(dòng)，小太陽輪輸入 傳動(dòng)路線： 小太陽輪短行星齒輪長行星齒輪（僅有自轉(zhuǎn)）內(nèi)齒圈輸出軸，此變速結(jié)果為同向減速傳動(dòng)。,2）大太陽輪制動(dòng)，小太陽輪輸入 傳動(dòng)路線： 小太陽輪短行星齒輪長行星齒輪（隨行星架公轉(zhuǎn)）內(nèi)齒圈輸出軸，此變速結(jié)果為同向減速傳動(dòng)。,3）大太陽輪制動(dòng)，行星架輸入 傳動(dòng)路線： 行星架長行星齒輪（隨行星架公轉(zhuǎn)）內(nèi)齒圈輸出軸，此變速結(jié)果為同向增速傳動(dòng)。,4）行星架制動(dòng)，大太陽輪輸入 傳動(dòng)路線： 大太陽輪長行星齒輪（僅有自轉(zhuǎn)）內(nèi)齒圈輸出軸，此變速結(jié)果為反向減速傳動(dòng)。,1）D位一檔傳動(dòng)路線,圖3-16 D位1擋傳動(dòng)路線示意圖 C1-前進(jìn)擋離合器；F1-低擋單向離合器； F2-前進(jìn)擋向離合器,小太陽輪短行星齒輪長行星齒輪內(nèi)齒圈輸出軸,長行星齒輪在帶動(dòng)內(nèi)齒圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，對(duì)行星架產(chǎn)生逆時(shí)針力矩，F(xiàn)1在逆時(shí)針方向合行星架固定。,此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)輸入軸，小太陽輪、短行星齒輪、長行星齒輪傳給內(nèi)齒圈和輸出軸。,2）D位2檔傳動(dòng)路線,圖3-17 D位2擋傳動(dòng)路線示意圖 C1-前進(jìn)擋離合器；F2-前進(jìn)擋向離合器；B1-2擋及4擋制動(dòng)器,小太陽輪短行星齒輪長行星齒輪內(nèi)齒圈輸出軸,大太陽輪被制動(dòng)器B1固定，長行星輪在順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)還將朝順時(shí)針方向公轉(zhuǎn)，帶動(dòng)內(nèi)具圈和輸出軸以時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力由小太陽輪經(jīng)短行星齒輪、長行星齒輪傳遞至內(nèi)齒圈和輸出軸，將動(dòng)力輸出。,3）D位3檔傳動(dòng)路線,圖3-18 D位3擋傳動(dòng)路線示意圖 C1-前進(jìn)擋離合器；C2-直接擋及倒擋離合器； F2-前進(jìn)擋向離合器,C1、C2同時(shí)接合，F(xiàn)2鎖止，使輸入軸同時(shí)和小、大太陽輪相連接。大、小太陽輪同時(shí)隨輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)，短行星輪和長行星輪不能作自轉(zhuǎn)，只能同小、大太陽輪一起公轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)行星架以相同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)內(nèi)齒圈和前后排行星排所有元件作為整體，此時(shí)傳動(dòng)比為1，為直接檔傳動(dòng)。,4）D位4檔傳動(dòng)路線,圖3-19 D-4擋傳動(dòng)路線示意 C3-超速擋離合器；B1-2擋及4擋制動(dòng)器,行星架長太陽輪 內(nèi)齒圈輸出軸,大太陽輪被B1固定，行星架又帶動(dòng)長行星輪順時(shí)針自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，其公轉(zhuǎn)特性可使內(nèi)齒圈和輸出軸順時(shí)針同步轉(zhuǎn)動(dòng)，而自轉(zhuǎn)特性可使內(nèi)齒圈和輸出軸相對(duì)輸入軸順時(shí)針加速傳動(dòng)，它的傳動(dòng)比小于1，為超速檔。雖然C1接合，但F2內(nèi)圈轉(zhuǎn)速高于外圈，所以不影響傳動(dòng)。,5）倒檔傳動(dòng)路線,圖3-20 R（倒）擋傳動(dòng)路線示意圖 C2-直接擋及倒擋離合器；B2-低擋及倒擋制動(dòng)器,大太陽輪長行星輪 內(nèi)齒圈輸出軸,由于行星架被固定，長行星齒輪不能自轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)內(nèi)齒圈和輸出軸朝逆時(shí)針方向減速傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)倒檔。,6）L1檔傳動(dòng)路線,圖3-21 L1擋傳動(dòng)路線示意 C3-強(qiáng)制低擋離合器； B2-低擋及倒擋制動(dòng)器,動(dòng)力傳動(dòng)與D1相同， 驅(qū)動(dòng)輪可通過變速器 反拖發(fā)動(dòng)機(jī)，利用發(fā) 動(dòng)機(jī)制動(dòng),表3-3 拉威娜自動(dòng)變速器施力裝置作用表,3.4.2 辛普森式行星齒輪傳動(dòng)原理,圖3-22 辛普森自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu),1、四速辛普森式汽車自動(dòng)變速器的施力裝置,1）B0：固定超速行星排的太陽輪 2）C0：連接超速行星排的齒圈與行星架 3）F0：連接超速行星排的齒圈與行星架 4）C1：連接前傳動(dòng)軸與后傳動(dòng)軸 5）C2：連接前傳動(dòng)軸與太陽輪 6）B1：固定太陽輪 7）B2：固定F1外圈，與F1配合限制太陽輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 8）F1：連接B2與太陽輪，限制太陽輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 9）B3：連接殼體與前行星架 10）F2：連接殼體與前行星架,2、辛普森式行星齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)路線 D位1檔傳動(dòng)路線,動(dòng)畫演示,超速檔離合器,前進(jìn)檔離合器,1檔單向離合器,C0將超速檔的太陽輪和行星架連擋在一起，使超速檔行星排以直接檔形式輸出。,前行星架固定不動(dòng)，各行星輪正向旋轉(zhuǎn)。帶動(dòng)前齒圈和后行星架正向旋轉(zhuǎn)。后行星架的運(yùn)動(dòng)是兩種運(yùn)動(dòng)的合成,F2限制前行星架反向旋轉(zhuǎn),D位2檔傳動(dòng)路線,2檔單向離合器,2檔制動(dòng)器,B2固定F1外殼，F(xiàn)1防止 太陽輪反向旋轉(zhuǎn)，太陽輪固定不動(dòng)，后齒圈直接帶動(dòng)后行星輪減速輸出，變速器形成2檔。,超速檔制動(dòng)器,前進(jìn)檔離合器,D位3檔傳動(dòng)路線,行星排的三個(gè)元件中有兩個(gè)元件連接在一起，復(fù)合行星排就形成了直接檔,高速及倒檔離合器,前進(jìn)檔離合器,超速檔離合器, D位4檔傳動(dòng)路線（超速檔）,動(dòng)畫演示,超速檔行星排為超速檔，復(fù)合行星排是直接檔,超速檔制動(dòng)器,高速及倒檔離合器,前進(jìn)檔離合器,B0固定住超速檔行星排的太陽輪，此時(shí)行星架輸入，內(nèi)齒圈輸出，形成超速檔。,強(qiáng)制（手動(dòng)）2檔傳動(dòng),2位1檔傳動(dòng)路線同D位1檔，該檔位同樣沒有發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)，但隨下坡車速增加，變到2位2檔，有發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)，限制了下坡車速。,前進(jìn)檔離合器,超速檔制動(dòng)器,強(qiáng)制（手動(dòng)）1檔傳動(dòng)路線,動(dòng)畫演示,強(qiáng)制1檔與強(qiáng)制2檔類似，僅僅適合于更陡的長坡或 低速大負(fù)荷工況。與D位1檔的區(qū)別是，不需要單向離合器，而是 通過強(qiáng)制1檔及倒檔制動(dòng)器B3直接鎖止前行星架。,前進(jìn)檔離合器,超速檔制動(dòng)器,強(qiáng)制1檔及倒檔制動(dòng)器,倒檔傳動(dòng)路線,動(dòng)畫演示,超速檔制動(dòng)器,高速及倒檔離合器,強(qiáng)制1檔及倒檔制動(dòng)器,超速檔行星排為直接檔，復(fù)合行星排為倒檔，變速器以倒檔形式輸出。,表3-4 辛普森自動(dòng)變速器施力裝置作用表,3、行星齒輪兩端布置機(jī)構(gòu)的辛普森式四檔自動(dòng)變速器,行星齒輪兩端布置是另一種典型辛普森式四檔自動(dòng)變速器，采用這種結(jié)構(gòu)的變速器的具體型號(hào)為：豐田公司的A-340系列、 A-350系列、 A-140系列、 A-240系列、U240系列、 A-540系列、 A-650系列、 A-750系列、沃爾沃AW40、克萊斯勒AW-4、42RE、44RE、44RE、44HE。,其變速原理與前者基本相同，僅僅是復(fù)合行星輪布置問題， 兩個(gè)行星輪排功能互換，各施力裝置的名稱有所變化，見表3-5。,表3-5 兩種辛普森自動(dòng)變速器復(fù)合行星排施力裝置區(qū)別表,圖3-29 兩端布置辛普森式4擋自動(dòng)變速器半剖圖,本章作業(yè)： 3-1；3-4 若辛普森式自動(dòng)變速器太陽輪齒數(shù)為12，齒圈齒數(shù)為24，試計(jì)算該變速器二檔速比？,