動力換檔變速箱行星

第一節(jié)概述。 行星齒輪式變速箱（簡稱行星變速箱）是由簡單行星排組成。由于行星排中有軸線旋轉(zhuǎn)的行星輪，故行星變速箱只能采用動力換擋方式。 行星變速箱的主要優(yōu)點(diǎn)是：可通過的行星排中設(shè)置多個行星輪，使載荷由幾對齒共同傳遞，減輕了每對齒上的載荷，以便選用較小的模數(shù)，從而減小齒輪體積，因此，行星變速箱在徑向方向尺寸較緊湊；但軸向尺寸則與所采用的行星排數(shù)目有關(guān)，當(dāng)行星排數(shù)量較多時，則軸向尺寸較大。另外，還可實現(xiàn)輸入與輸出軸同心傳動。此外，變換排擋也不要求在嚙合的輪齒上進(jìn)行準(zhǔn)確的速度調(diào)整；換擋是“輕松的”，易于控制。若需要，可以自動控制。另外，可以在完全摘下現(xiàn)用擋以前掛上新?lián)?，這允許在換擋過程中傳遞發(fā)動機(jī)功率的一部分，但不是全部，這就是動力換擋。 行星變速箱結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但隨著制造水平的提高，行星變速箱在工程機(jī)械上的使用也日益廣泛。,制動器,第二節(jié) 簡單行星排（單，雙行星排） 如圖4-17所示，簡單行星排是由太陽輪t、齒圈q、行星架j和行星輪x組成。由于行星輪軸線旋轉(zhuǎn)與外界連接困難，故在行星排中只有太陽輪t、齒圈q和行星架j等三個元件能與外界連接，并稱之為基本元件。在行星排傳遞運(yùn)動過程中，行星輪只起到傳遞運(yùn)動的隋輪作用，對傳動比無直接關(guān)系。（行星輪的轉(zhuǎn)速，受力。）,圖4-17 簡單行星排簡圖,太陽輪t、齒圈q、行星架j 行星輪x,因為： (nt-nj) / (nx-nj) = Zx / Zt ; (nq-nj) / (nx-nj) = Zx / Zq,由行星排轉(zhuǎn)速方程式4-12可見，行星排三個基本元件的轉(zhuǎn)速中僅有兩個是獨(dú)立參數(shù)，這表示行星排具有二個自由度。當(dāng)某一元件固定后，則行星排變成一自由度系統(tǒng)，即可由轉(zhuǎn)速方程式4-12確定另外兩元件的轉(zhuǎn)速比（即行星排傳動比）。這樣，通過將行星排三個基本元件分別作為固定件、主動件或從動件，則可組成八種方案（圖4-18）。由式4-12不難求得這些方案的傳動比。,直接檔,八種方案,組成八種方案,由上述可見，一個簡單行星排可以給出八種傳動方案，但其傳動比數(shù)值因受特性參數(shù)值的限制，尚不能滿足機(jī)械的要求，因此，行星變速箱通常是由幾個行星排組合而成，以便得到所需的傳動比。如；兩個行星排；幾個行星排組合成變速箱。,分析：兩個行星排：t1, j1, q1; t2, j2, q2; t1 = t2 ；j1 = q2 ；（兩組構(gòu)件連接）； 余下：t1 = ni, j2 = no ; q1制動: nq1 = 0 Ni 輸入（已知）； 總計 1， 2；兩個自由度，對應(yīng)倆方程。（轉(zhuǎn)速方程),例：,雙行星排5種方案,第三節(jié)行星齒輪式變速箱 運(yùn)動學(xué) 動力學(xué)分析,一 運(yùn)動分析,（一）,（4-17）,(4-19),為行星排特性參數(shù)。,對于單行星,對于雙行星為：,故對于單行星得三基本元件的轉(zhuǎn)速關(guān)系式為：,由以上方程可知， 行星排的三個基本元件轉(zhuǎn)速之間有一個轉(zhuǎn)速方程相連系， 故為一個二自由度機(jī)構(gòu)。要使此機(jī)構(gòu)中任意二個基本元件間 有確定的轉(zhuǎn)速關(guān)系，必須再加一個關(guān)系式。 方程的三個系數(shù)之和等于零，故 為其解， 即任意兩個轉(zhuǎn)速相等時第三個轉(zhuǎn)速亦必和其他兩個轉(zhuǎn)速相等， 整個行星排成一體轉(zhuǎn)動。（結(jié)構(gòu)上形成一體的為一個旋轉(zhuǎn)構(gòu)件） （直接檔）,（二）復(fù)雜行星排運(yùn)動分析- 各構(gòu)件t， j， q的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動比,倒4檔,1 轉(zhuǎn)矩分析（動力學(xué)）各構(gòu)件t， j， q的轉(zhuǎn)矩 不考慮摩擦，等速運(yùn)動時，行星排中行星輪對太陽輪、齒圈、行星架作用的轉(zhuǎn)矩稱為理論內(nèi)轉(zhuǎn)矩， 由行星排三轉(zhuǎn)矩之和等于零，得： 得單行星行星排理論內(nèi)轉(zhuǎn)矩關(guān)系式： 對雙行星可用類似方法求得理論內(nèi)轉(zhuǎn)矩關(guān)系式：,（4-20）,（4-21）,（4-22）,二 動力學(xué),2。行星傳動的能量損失傳動效率,注：（諸上冊165-168）,行星傳動中，（1）牽連運(yùn)動沒有齒輪嚙合摩檫功率損失； （2）相對運(yùn)動中通過齒輪傳遞，有損失。 （3）固定件無能量損失，所以分別考慮t，j，q固定時，。 則：構(gòu)件 t， q ，j 上的扭矩低于無損失情況。 分析已證實， 計及損失與未考慮時，構(gòu)件 t， q ，j 扭矩表達(dá)式相同。,有表可查,在行星齒輪式變速箱中，當(dāng)相鄰兩行星排彼此只有一個基本元件相連， 則可把它分成兩組行星機(jī)構(gòu)，如圖4-19，整個變速箱即可看作由這些組成部分串聯(lián)而成。圖4-19即為由一個行星排組成的行星機(jī)構(gòu)和由三個行星排組成的行星機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。分析時，可先將各組成分開單獨(dú)進(jìn)行，然后再串聯(lián)起來考慮,第四節(jié)變速箱分析（多行星排分析） (1組成分析 ;2自由度分析;3擋位數(shù)分析 ; 4變速箱傳動比分析 ；5扭矩分析；6 循環(huán)功率) 1組成分析 以圖4-19為例,圖4-19,圖4-20,2 自由度分析 行星齒輪變速箱中，結(jié)構(gòu)上 形成一體的為一個旋轉(zhuǎn)構(gòu)件， 如圖4-19后組成中第一行星排 的行星架、第二行星排的齒圈 和第三行星排的太陽輪組成 一個旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。每一旋轉(zhuǎn)構(gòu)件 僅有一個自由度，而每一行星排 有一個轉(zhuǎn)速方程，故每組行星機(jī)構(gòu)的自由度為： y = 旋轉(zhuǎn)構(gòu)件數(shù) m 一 行星排數(shù) n 。 例如上圖后組成的自由度： Y= 5 - 3 = 2。(旋轉(zhuǎn)構(gòu)件m=5, 即： 。括弧內(nèi)為一個旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。 3個轉(zhuǎn)速方程，n=3),1 2 R,3. 擋位數(shù)分析 （旋轉(zhuǎn)構(gòu)件是 j , q , t ; 制動器; 閉鎖離合器的總稱。） 機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動的條件是只有一個自由度，用制動器制動一個旋轉(zhuǎn)構(gòu)件或用離合器連接兩個旋轉(zhuǎn)構(gòu)件都能使機(jī)構(gòu)減少一個自由度。如圖4-19后組成的自由度為2，有4個操縱件(三個制動器和一個閉鎖離合器)，操縱一個操縱件就可得一傳動比，故可有4個傳動比。前組成的自由度亦為2，有2個操縱件故可得2個傳動比。因此，整個變速箱可能實現(xiàn)24=8個擋位(傳動比)。 對于二自由度的變速箱，由上式知行星排數(shù)n=m - 2，而在m(=5)個旋轉(zhuǎn)構(gòu)件中除去輸入、輸出構(gòu)件外，可供制動操縱的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件數(shù)b=m-2=n(3)。所以對于二自由度變速箱，有幾個排行星排就可以布置幾個制動操縱件(操縱件=行星排=3; 3個傳動比不等于l的擋位)，亦即得到幾個傳動比不等于 l的擋位。(等于1的擋位由一個閉鎖離合器 實現(xiàn)，結(jié)合時，3個排剛性聯(lián)在一起),擋位數(shù) = 制動操縱件數(shù) + 閉鎖離合器數(shù),4（變速箱）傳動比分析,方法：基于（1）操縱一個操縱件就可得一個傳動比， （2）運(yùn)動特性方程 轉(zhuǎn)速分析目的是求各擋的傳動比和各旋轉(zhuǎn)構(gòu)件在不同擋位時的轉(zhuǎn)速。 求各基本元件的轉(zhuǎn)速 列出n個轉(zhuǎn)速方程(以單行星為例)， 設(shè)變速箱有n個行星排共3n個基本元件。,方程組中符號下標(biāo)1、2、n表示第幾排行星排。 列出連接方程（約束條件或約束方程）,擋位數(shù) =傳動比 = 制動操縱件數(shù) + 閉鎖離合器數(shù),圖4-20,式2 代入式1中， 求解得到： 各擋的傳動比和各旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的轉(zhuǎn)速。,（1）,（2）,自由度分析: 前排：4 排 X 3 - 6 個 連接條件（ ）- 4 （4個排） = 2 個自由度。 后排： 1 個自由度。 所以 3 個自由度。( 1 排 X 3 - 1個連接條件- 4個排= 1個自由度),5.扭矩分析（如給出輸入扭矩） 方法 （1）列出各排扭矩方程； （2）列出扭矩連接方程； （3）求解,例題：,制動 T2, T5時,T2,T5,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 前排：制動T2時， 僅2排傳動力。 后排：制動T5時， 4，5 排共同傳動力。,公式1中M上標(biāo) A 表示：考慮效率時工況,制動T5時,6.循環(huán)功率,循環(huán)功率 Nu 的產(chǎn)生：,單排：Mu = Mq，nu = nq； 雙排： Mu = Mq1 = Mt2， nu = nq1 = Mt2 計算 ： Nu = Mu . nu ;,摩檫離合器動力換擋變速箱的缺點(diǎn)就在于它的功率損失。兩套行星齒輪輸出四個速度，也就需要四個離合器。名義上，有兩個離合器要分離，但這會造成部分磨擦損耗。在復(fù)雜的行星變速箱上，這些損耗，再加上那些因大量齒輪空轉(zhuǎn)而造成的損耗，還是比較大的。,第五節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計,（1）齒輪傳動設(shè)計；（2）。構(gòu)件支撐及浮動件。 (3）。行星架；行星輪。(4）。箱的潤滑油,1齒輪傳動設(shè)計,（1） m，Dq, 相鄰條件, 最小齒數(shù), 齒輪的變位,（2）配齒條件, 相鄰條件 為保證相鄰行星輪齒頂不干涉并減少攪油損失， 一般使齒頂之間的問隙大于58mm。, 最小齒數(shù) 當(dāng)小于3時，行星排中太陽輪齒數(shù)最小。 當(dāng)大于3時，行星排中行星輪齒數(shù)最小。 最小齒數(shù)應(yīng)避免根切并考慮軸和軸承的布置。一般行星輪最小齒數(shù) 不小于1417，太陽輪考慮到軸的尺寸最小齒數(shù)應(yīng)取得更多一些。, 齒輪的變位 為了湊傳動比(n值)、避免根切和提高齒輪強(qiáng)度，可采用變位齒輪,2。構(gòu)件支撐及浮動件。 3。行星架；行星輪。 4。箱的潤滑油,附件：齒輪變位系數(shù)的選擇原則,采用變位齒輪的原因：1）配湊中心距；2）提高齒輪的強(qiáng)度和使用壽命；3）降低齒輪的嚙合噪聲。 變位齒輪主要有兩類：高度變位和角度變位。高度變位齒輪副的一對嚙合齒輪的變位系數(shù)之和等于零。高度變位可增加小齒輪的齒根強(qiáng)度，使它達(dá)到和大齒輪強(qiáng)度接近的程度。角度變位系數(shù)之和不等于零。角度變位可獲得良好的嚙合性能及傳動質(zhì)量指標(biāo)，故采用得較多。 變位系數(shù)的選擇原則 ： 1）對于高擋齒輪，應(yīng)按保證最大接觸強(qiáng)度和抗膠合及耐磨損最有利的原則選擇變位系數(shù)。 2）對于低擋齒輪，為提高小齒輪的齒根強(qiáng)度，應(yīng)根據(jù)危險斷面齒厚相等的條件來選擇大、小齒輪的變位系數(shù)。 3）總變位系數(shù)越小，齒輪齒根抗彎強(qiáng)度越低。但易于吸收沖擊振動，噪聲要小一些。 為了降低噪聲，對于變速器中除去一、二擋以外的其它各擋齒輪的總變位系數(shù)要選用較小一些的數(shù)值。一般情況下，隨著擋位的降低，總變位系數(shù)應(yīng)該逐擋增大。一、二擋和倒擋齒輪，應(yīng)該選用較大的值。,第六節(jié),1，2， 3，4，5，6，7,1，2，3，4，5，6，7,方案1：5個排。,方案2：4個排和1個離合器,前F，R,后排1，2，3檔,1，,附件,附件,第七節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計,變速器（油路系統(tǒng)）操縱機(jī)構(gòu): 1.手動液壓換檔 2.半自動 3.自動：電控自動換擋變速器 ；,行星齒輪變速器的換檔執(zhí)行元件包括換擋離合器、換擋制動器和單向離器。換擋離合器為濕式多片離合器，當(dāng)液壓使活塞把主動片和從動片壓緊時，離合器接合；當(dāng)工作液從活塞缸排出時，回位彈簧使活塞后退，使離合器分離。 換擋制動器通常有兩種形式：一種是濕式多片制動器，其結(jié)構(gòu)與濕式多片離合器基本相同，不同之處是制動器用于連接轉(zhuǎn)動件和變速器殼體，使轉(zhuǎn)動件不能轉(zhuǎn)動。換擋制動器的另一形式是外束式帶式制動器。 行星齒輪變速器的單向離合器與液力變矩器中的單向離合器結(jié)構(gòu)相同。,液力機(jī)械傳動式自動變速器的控制 液壓自動操縱系統(tǒng) 通常由供油、手動選擋、參數(shù)調(diào)節(jié)、換擋時刻控制、換檔品質(zhì)控制等部分組成。 供油部分 根據(jù)節(jié)氣門開度和選擋桿位置的變化，將油泵輸出油壓調(diào)節(jié)至規(guī)定值，形成穩(wěn)定的工作液壓。 在液控液動自動變速器中，參數(shù)調(diào)節(jié)部分主要有節(jié)氣門壓力調(diào)節(jié)閥（簡稱節(jié)氣門閥）和速控調(diào)壓閥（又稱調(diào)速器）。節(jié)氣門壓力調(diào)節(jié)閥使輸出液壓的大小能夠反映節(jié)氣門開度；速控調(diào)壓閥使輸出液壓的大小能夠反映車速的大小。 換擋時刻控制部分用于轉(zhuǎn)換通向各換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)（離合器和制動器）的油路，從而實現(xiàn)換擋控制。鎖定信號閥受電磁閥的控制，使液力變矩器內(nèi)的鎖止離合器適時地接合與分離。 換擋品質(zhì)控制部分的作用是使換擋過程更加平穩(wěn)柔和。,現(xiàn)代自動變速器采用電液一體化的設(shè)計， 其實不單變速器是這樣，現(xiàn)在很多自動化設(shè)計都是采用的電液一體化設(shè)計。 所謂電液一體化，就是指用電子方式控制液壓油路。這樣就省去了各種復(fù)雜的液壓控制閥和控制管路，直接用電磁閥取代液壓閥。電磁閥最大的好處就是布置方便，可靠性和響應(yīng)速度高。我們完全可以想象，是布置復(fù)雜的液壓回路容易一些還是布置電線容易一些？答案當(dāng)然是后者。 電液一體化變速控制，除了上述優(yōu)點(diǎn)以外，還有一個很大的好處就是控制方法更加智能化。因為電磁閥是直接與行車電腦相連的，電腦可以很容易的根據(jù)汽車的各種狀態(tài)調(diào)整控制方式。不象純液壓控制那樣，控制模式是固定不變的。所以在很多配備了電液一體化式的自動變速器的車上，有經(jīng)濟(jì)模式，運(yùn)動模式，雪地模式可供選擇。在經(jīng)濟(jì)模式下，電腦控制變速器在低轉(zhuǎn)速換擋達(dá)到省油的目的；在運(yùn)動模式下電腦控制變速器在高轉(zhuǎn)速換擋發(fā)揮發(fā)動機(jī)的動力性能；在雪地模式下，電腦控制自動變速器直接用2擋起步，避免因輪胎打滑而失控。 所以，這種電液控制的自動變速器給人的感覺就是非常智能化，非常聽話。而這所有的控制模式只需要修改電腦程序就能實現(xiàn)，硬件方面不需要做任何改動，所以成本比傳統(tǒng)自動變速器更低，性能卻更高。,當(dāng)然，在使用自動變速器時也有很多有別與手動變速器的地方。首先，自動變速器和手動變速器都有空擋（也就是N擋）。但自動變速器的N擋與手動變速器的N擋是完全不一樣的。手動變速器掛入N擋以后，同步器將齒輪與軸的動力分開，完全切斷的動力傳輸；自動變速器掛N擋以后，動力并沒有分開，而是解除了所有離合器和制動器對行星齒輪的約束，行星齒輪全部轉(zhuǎn)動，但不傳輸動力（這是行星齒輪的特性）。因此，自動變速器掛N擋以后，并不代表發(fā)動機(jī)的動力被切斷，而僅僅只是行星齒輪的動力傳輸不出去而已。如果在高速行駛時把自動變速器掛入N擋溜車，則會造成潤滑油壓降低，潤滑跟不上而行星齒輪又在相對高速旋轉(zhuǎn)，所以很容易把齒輪燒壞。還有一點(diǎn)就是在短暫停車時不要經(jīng)常把變速桿從D擋切入N擋，因為自動變速器是通過液壓推動各個離合器的分離結(jié)合以及制動器的束縛來實現(xiàn)換擋的，空擋亦如此。所以頻繁的切如N擋會使各個離合器和制動器的工作強(qiáng)度和磨損增大，減少自動變速器的使用壽命。其實大可放心，在設(shè)計自動變速器的時候工程師們就考慮到了停車問題，其實在D擋上短時間停車是完全不會對變速器有壞影響的，雖然車已停住發(fā)動機(jī)仍在轉(zhuǎn)動，但帶速時的微弱能量完全能被液力變矩器吸收，從而達(dá)到平衡。除非是長時間在高溫環(huán)境下停車，才會使液力變矩器的油溫升高在使用自動變速器時也有很多有別與手動變速器的地方。,3電控自動換擋變速器,在固定軸式機(jī)械變速器基礎(chǔ)上，通過應(yīng)用計算機(jī)和電子控制技術(shù)，使之實現(xiàn)自動換擋，并取消了變速桿和離合器踏板。駕駛員只需控制油門踏板，汽車在行駛過程中就能自動完成換擋時刻的判斷，自動實現(xiàn)收油門、離合器分離、選擋、換擋、離合器接合和油門等一系列動作，使汽車動力性、經(jīng)濟(jì)性有所提高。其工作原理框圖見圖3-10。,圖3-10 電控自動換擋變速器 工作原理框圖,電控自動換擋變速器工作原理圖組,車輛,機(jī)械變速器,