自动变速器行星齿轮传动机构设计论文_朱本超

朱本超

山东理工职业学院 山东 济宁 272067

摘要:汽车变速器,是用于协调发动机转速和车轮实际行驶速度的变速装置,用于发挥发动机的最佳性能。本文以拉维娜式四挡自动变速器为例,就自动变速器行星齿轮传动机构设计展开探讨。

引言

行星齿轮机构是自动变速器的核心部件,它的优化设计一直都是研究的重点,目前主要的优化方法有:基于体积或质量最小,基于振动最小、基于强度最大或等强度,基于传动平稳性最好以及基于可靠度最高等等。

1自动变速器概述

自动变速器分为行星齿轮式和定轴式,在实际应用中,相比于定轴式,行星齿轮式的传动比范围更大,传动效率更高;在结构上,行星齿轮式的齿轮集中在中间,其动力通过多个模数较小的行星轮来传递,实现了结构上的简化,空间体积和重量也有了很大的降低。

2换挡执行机构设计

2.1结构组成及作用

本文以拉维娜式四挡自动变速器为例,设计的换挡执行机构包括三个离合器(C1,C2,C3),两个制动器(B1,B2),一个单向离合器(F),具体结构见图1所示。

其中:n21为小太阳轮转速,等于输入转速ni;n22为齿圈转速,等于输出转速n0;n23为行星架转速,此时为0;α2为齿圈齿数和小太阳轮齿数之比。故传动比由上式可得为

②二挡:离合器C1接合,制动器B2制动大太阳轮。此时动力传递路线为:泵轮→涡轮→涡轮→离合器C1→小太阳轮→短行星轮→长行星轮围绕不动的大太阳轮公转并驱动齿圈输出。

对于前排行星轮有

对于后排行星轮有

由以上两式可得传动比为

③三挡(直接挡):锁止合器C0接合,液力变矩器锁死,离合器C1,C2,C3接合,使行星齿轮传动机构被锁止,则该系统成为一个整体转动。此时动力传递路线为:泵轮→锁止离合器→离合器和整个行星轮副转动输出动力。

其传动比为

④四挡(超速挡):锁止合器C0锁止,离合器C3接合,制动器B2制动大太阳轮。此时动力传递路线为:泵轮→锁止离合器C0→离合器C3→行星架→长行星轮绕大太阳轮旋转,并驱动齿圈输出动力。

前行星排的特征方程式为:

可得其传动比为

⑤倒挡:倒挡离合器C2接合,使大太阳轮转动。制动器B1工作,使行星架被制动。此时动力传递路线为:泵轮→涡轮→涡轮轴→离合器C2→大太阳轮→长行星轮反向驱动齿圈。

前行星排的特征方程式为:

可得其传动比为

⑥空挡:各离合器和制动器都在闲置状态,此时行星齿轮机构各部分可以自由运动,则行星齿轮机构不传递动力,变速器处于空(N)挡位置。

3行星齿轮机构的评价指标

自动变速器行星齿轮机构的评价指标有很多,可选取几个常用的指标来进行比较。评价指标之一是传动比,传动比幅度(等于i1/i4,也等于速比阶跃乘积)越大越好;而且速比阶跃较小有利于平稳换挡。评价指标还可以是尺寸参数和工艺参数等。尺寸参数是与行星排外形轮廓尺寸有关的参数,用各排齿数比α表示,α$(1.4,4.5),α越接近2.7越好。工艺参数是与自动变速器的制造工艺有关的参数,用T=αmin/αmax来表示,αmin和αmax分别为最小和最大的齿数比α,T$(0.33,1),T离1越近越好。

图2原设计和优化设计的传动比

图3原设计和优化设计的速比阶跃

从图2~图3中可以看到:①前进挡传动比方面,优化设计第1挡传动比略小于原设计,其他挡两者很接近或相等,优化前后传动比幅度几乎一样;②速比阶跃方面,原设计第1挡和2挡之间的速比阶跃是1.848,略有点高,优化后第1挡和2挡之间的速比阶跃是1.671,比较好,而且优化设计速比阶跃整体比原设计平缓,换挡冲击小,所以优化设计在这方面有优势。从尺寸参数看,原设计α2离2.7较远,优化设计α2离2.7很近,非常好;两种设计α1的相差不大,所以综合考虑优化设计更好一些。从工艺参数看,原设计T=0.594,优化设计T=0.681,优化设计的0.681比原设计的0.594更接近1,从而优化设计在工艺参数方面也有优势。总之,尺寸参数和工艺参数方面,优化设计效果都不错。

结语

汽车变速器,是用于协调发动机转速和车轮实际行驶速度的变速装置,用于发挥发动机的最佳性能。自动变速器由于其操作更加简便,一定程度上降低了驾驶员的疲劳度,提高了行驶安全性,因此自动变速器在轿车上的应用更加广泛。本课题设计了四挡拉维娜式自动变速器的传动机构,通过对传动路线的分析与设计确定了变速器的具体方案,完成了行星齿轮传动机构的传动比计算及齿轮参数等的确定。

参考文献

[1]邓雷.汽车齿轮变速箱的振动分析与优化设计[D].重庆:重庆大学,2015:14-23

[2]孙金风,何红秀,陈胜,黄良玉,王启东.行星齿轮传动机构虚拟样机仿真研究[J].机械,2017,4.

论文作者:朱本超

论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期

论文发表时间:2019/1/15

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