動(dòng)力換檔變速箱行星

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1、第一節(jié)概述。 行星齒輪式變速箱(簡(jiǎn)稱行星變速箱)是由簡(jiǎn)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(dòng)力換擋方式。 行星變速箱的主要優(yōu)點(diǎn)是:可通過(guò)的行星排中設(shè)置多個(gè)行星輪,使載荷由幾對(duì)齒共同傳遞,減輕了每對(duì)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(shí),則軸向尺寸較大。另外,還可實(shí)現(xiàn)輸入與輸出軸同心傳動(dòng)。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(dòng)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(guò)程中傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)功

2、率的一部分,但不是全部,這就是動(dòng)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(dòng)器,第二節(jié) 簡(jiǎn)單行星排(單,雙行星排) 如圖4-17所示,簡(jiǎn)單行星排是由太陽(yáng)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(yáng)輪t、齒圈q和行星架j等三個(gè)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(dòng)過(guò)程中,行星輪只起到傳遞運(yùn)動(dòng)的隋輪作用,對(duì)傳動(dòng)比無(wú)直接關(guān)系。(行星輪的轉(zhuǎn)速,受力。。。。。),圖4-17 簡(jiǎn)單行星排簡(jiǎn)圖,太陽(yáng)輪t、齒圈q、行星架j 行星輪x,因?yàn)椋?(nt-nj) / (nx-nj) = Zx / Z

3、t ; (nq-nj) / (nx-nj) = Zx / Zq,由行星排轉(zhuǎn)速方程式4-12可見(jiàn),行星排三個(gè)基本元件的轉(zhuǎn)速中僅有兩個(gè)是獨(dú)立參數(shù),這表示行星排具有二個(gè)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(dòng)比)。這樣,通過(guò)將行星排三個(gè)基本元件分別作為固定件、主動(dòng)件或從動(dòng)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(dòng)比。,直接檔,八種方案,組成八種方案,由上述可見(jiàn),一個(gè)簡(jiǎn)單行星排可以給出八種傳動(dòng)方案,但其傳動(dòng)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(gè)行星排組合而成,以便

4、得到所需的傳動(dòng)比。如;兩個(gè)行星排;幾個(gè)行星排組合成變速箱。,分析:兩個(gè)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(dòng): nq1 = 0 Ni 輸入(已知); 總計(jì) 1, 2;兩個(gè)自由度,對(duì)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(dòng)學(xué) 動(dòng)力學(xué)分析,,一 運(yùn)動(dòng)分析,(一),,(4-17),,,(4-19),為行星排特性參數(shù)。,對(duì)于單行星,對(duì)于雙行星為:,故對(duì)于單行星得三基本元件的轉(zhuǎn)速關(guān)系式為:,,由以上方程

5、可知, 行星排的三個(gè)基本元件轉(zhuǎn)速之間有一個(gè)轉(zhuǎn)速方程相連系, 故為一個(gè)二自由度機(jī)構(gòu)。要使此機(jī)構(gòu)中任意二個(gè)基本元件間 有確定的轉(zhuǎn)速關(guān)系,必須再加一個(gè)關(guān)系式。 方程的三個(gè)系數(shù)之和等于零,故 為其解, 即任意兩個(gè)轉(zhuǎn)速相等時(shí)第三個(gè)轉(zhuǎn)速亦必和其他兩個(gè)轉(zhuǎn)速相等, 整個(gè)行星排成一體轉(zhuǎn)動(dòng)。(結(jié)構(gòu)上形成一體的為一個(gè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件) (直接檔),(二)復(fù)雜行星排運(yùn)動(dòng)分析- 各構(gòu)件t, j, q的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動(dòng)比,倒4檔,1 轉(zhuǎn)矩分析(動(dòng)力學(xué))各構(gòu)件t, j, q的轉(zhuǎn)矩 不考慮摩擦,等速運(yùn)動(dòng)時(shí),行星排中行星輪對(duì)太陽(yáng)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

6、關(guān)系式: 對(duì)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(dòng)力學(xué),2。行星傳動(dòng)的能量損失傳動(dòng)效率,注:(諸上冊(cè)165-168),行星傳動(dòng)中,(1)牽連運(yùn)動(dòng)沒(méi)有齒輪嚙合摩檫功率損失; (2)相對(duì)運(yùn)動(dòng)中通過(guò)齒輪傳遞,有損失。 (3)固定件無(wú)能量損失,所以分別考慮t,j,q固定時(shí),。。 則:構(gòu)件 t, q ,j 上的扭矩低于無(wú)損失情況。 分析已證實(shí), 計(jì)及損失與未考慮時(shí),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(gè)基本元件相連, 則可把它分成兩組

7、行星機(jī)構(gòu),如圖4-19,整個(gè)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(gè)行星排組成的行星機(jī)構(gòu)和由三個(gè)行星排組成的行星機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。分析時(shí),可先將各組成分開(kāi)單獨(dú)進(jìn)行,然后再串聯(lián)起來(lái)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(dòng)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(gè)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(yáng)輪組成 一個(gè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。每一旋轉(zhuǎn)構(gòu)件 僅有一個(gè)自由度,而每

8、一行星排 有一個(gè)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(gè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。 3個(gè)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(dòng)器; 閉鎖離合器的總稱。) 機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng)的條件是只有一個(gè)自由度,用制動(dòng)器制動(dòng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件或用離合器連接兩個(gè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件都能使機(jī)構(gòu)減少一個(gè)自由度。如圖4-19后組成的自由度為2,有4個(gè)操縱件(三個(gè)制動(dòng)器和一個(gè)閉鎖離合器),操縱一個(gè)操縱件就可得一傳動(dòng)比,

9、故可有4個(gè)傳動(dòng)比。前組成的自由度亦為2,有2個(gè)操縱件故可得2個(gè)傳動(dòng)比。因此,整個(gè)變速箱可能實(shí)現(xiàn)24=8個(gè)擋位(傳動(dòng)比)。 對(duì)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(gè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件中除去輸入、輸出構(gòu)件外,可供制動(dòng)操縱的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件數(shù)b=m-2=n(3)。所以對(duì)于二自由度變速箱,有幾個(gè)排行星排就可以布置幾個(gè)制動(dòng)操縱件(操縱件=行星排=3; 3個(gè)傳動(dòng)比不等于l的擋位),亦即得到幾個(gè)傳動(dòng)比不等于 l的擋位。(等于1的擋位由一個(gè)閉鎖離合器 實(shí)現(xiàn),結(jié)合時(shí),3個(gè)排剛性聯(lián)在一起),擋位數(shù) = 制動(dòng)操縱件數(shù) + 閉鎖離合器數(shù),4(變速箱)傳動(dòng)比分析,方法:基于(1)操縱一個(gè)操縱件就可得一個(gè)

10、傳動(dòng)比, (2)運(yùn)動(dòng)特性方程 轉(zhuǎn)速分析目的是求各擋的傳動(dòng)比和各旋轉(zhuǎn)構(gòu)件在不同擋位時(shí)的轉(zhuǎn)速。 求各基本元件的轉(zhuǎn)速 列出n個(gè)轉(zhuǎn)速方程(以單行星為例), 設(shè)變速箱有n個(gè)行星排共3n個(gè)基本元件。,,,方程組中符號(hào)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(dòng)比 = 制動(dòng)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(dòng)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(gè) 連接條件( )- 4 (4個(gè)排) = 2 個(gè)自由度。 后排: 1 個(gè)自由度。 所以 3 個(gè)自由度。( 1

11、 排 X 3 - 1個(gè)連接條件- 4個(gè)排= 1個(gè)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(dòng) T2, T5時(shí),T2,T5,結(jié)構(gòu)特點(diǎn): 前排:制動(dòng)T2時(shí), 僅2排傳動(dòng)力。 后排:制動(dòng)T5時(shí), 4,5 排共同傳動(dòng)力。,公式1中M上標(biāo) A 表示:考慮效率時(shí)工況,制動(dòng)T5時(shí),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(jì)算 : Nu = Mu . nu ;,摩檫離合器動(dòng)力換擋變速箱的缺點(diǎn)就在于它的功率損

12、失。兩套行星齒輪輸出四個(gè)速度,也就需要四個(gè)離合器。名義上,有兩個(gè)離合器要分離,但這會(huì)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(jì),(1)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì);(2)。構(gòu)件支撐及浮動(dòng)件。 (3)。行星架;行星輪。(4)。箱的潤(rùn)滑油,1齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì),(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(wèn)隙大于58mm。, 最小齒數(shù) 當(dāng)小于3時(shí),行星排中太陽(yáng)輪齒數(shù)最小。 當(dāng)大于3時(shí),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

13、承的布置。一般行星輪最小齒數(shù) 不小于1417,太陽(yáng)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(dòng)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(dòng)件。 3。行星架;行星輪。 4。箱的潤(rùn)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(duì)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(dòng)質(zhì)量指標(biāo),故采用得較多。 變位系數(shù)

14、的選擇原則 : 1)對(duì)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(duì)于低擋齒輪,為提高小齒輪的齒根強(qiáng)度,應(yīng)根據(jù)危險(xiǎn)斷面齒厚相等的條件來(lái)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(dòng),噪聲要小一些。 為了降低噪聲,對(duì)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(gè)排。,方案2:4個(gè)排和1個(gè)離合器,前F,R,后排1,2,3檔,

15、1,,附件,附件,第七節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),變速器(油路系統(tǒng))操縱機(jī)構(gòu): 1.手動(dòng)液壓換檔 2.半自動(dòng) 3.自動(dòng):電控自動(dòng)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(dòng)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(dòng)片和從動(dòng)片壓緊時(shí),離合器接合;當(dāng)工作液從活塞缸排出時(shí),回位彈簧使活塞后退,使離合器分離。 換擋制動(dòng)器通常有兩種形式:一種是濕式多片制動(dòng)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(dòng)器用于連接轉(zhuǎn)動(dòng)件和變速器殼體,使轉(zhuǎn)動(dòng)件不能轉(zhuǎn)動(dòng)。換擋制動(dòng)器的另一形式是外束式帶式制動(dòng)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(dòng)式自動(dòng)變

16、速器的控制 液壓自動(dòng)操縱系統(tǒng) 通常由供油、手動(dòng)選擋、參數(shù)調(diào)節(jié)、換擋時(shí)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(mén)開(kāi)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(dòng)自動(dòng)變速器中,參數(shù)調(diào)節(jié)部分主要有節(jié)氣門(mén)壓力調(diào)節(jié)閥(簡(jiǎn)稱節(jié)氣門(mén)閥)和速控調(diào)壓閥(又稱調(diào)速器)。節(jié)氣門(mén)壓力調(diào)節(jié)閥使輸出液壓的大小能夠反映節(jié)氣門(mén)開(kāi)度;速控調(diào)壓閥使輸出液壓的大小能夠反映車(chē)速的大小。 換擋時(shí)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(dòng)器)的油路,從而實(shí)現(xiàn)換擋控制。鎖定信號(hào)閥受電磁閥的控制,使液力變矩器內(nèi)的鎖止離合器適時(shí)地接合與分離。 換擋品質(zhì)控制部分的作用是使換擋過(guò)程更加平穩(wěn)

17、柔和。,現(xiàn)代自動(dòng)變速器采用電液一體化的設(shè)計(jì), 其實(shí)不單變速器是這樣,現(xiàn)在很多自動(dòng)化設(shè)計(jì)都是采用的電液一體化設(shè)計(jì)。 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(gè)很大的好處就是控制方法更加智能化。因?yàn)殡姶砰y是直接與行車(chē)電腦相連的,電腦可以很容易的根據(jù)汽車(chē)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

18、動(dòng)變速器的車(chē)上,有經(jīng)濟(jì)模式,運(yùn)動(dòng)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(dòng)模式下電腦控制變速器在高轉(zhuǎn)速換擋發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能;在雪地模式下,電腦控制自動(dòng)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(dòng)變速器給人的感覺(jué)就是非常智能化,非常聽(tīng)話。而這所有的控制模式只需要修改電腦程序就能實(shí)現(xiàn),硬件方面不需要做任何改動(dòng),所以成本比傳統(tǒng)自動(dòng)變速器更低,性能卻更高。,當(dāng)然,在使用自動(dòng)變速器時(shí)也有很多有別與手動(dòng)變速器的地方。首先,自動(dòng)變速器和手動(dòng)變速器都有空擋(也就是N擋)。但自動(dòng)變速器的N擋與手動(dòng)變速器的N擋是完全不一樣的。手動(dòng)變速器掛入

19、N擋以后,同步器將齒輪與軸的動(dòng)力分開(kāi),完全切斷的動(dòng)力傳輸;自動(dòng)變速器掛N擋以后,動(dòng)力并沒(méi)有分開(kāi),而是解除了所有離合器和制動(dòng)器對(duì)行星齒輪的約束,行星齒輪全部轉(zhuǎn)動(dòng),但不傳輸動(dòng)力(這是行星齒輪的特性)。因此,自動(dòng)變速器掛N擋以后,并不代表發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力被切斷,而僅僅只是行星齒輪的動(dòng)力傳輸不出去而已。如果在高速行駛時(shí)把自動(dòng)變速器掛入N擋溜車(chē),則會(huì)造成潤(rùn)滑油壓降低,潤(rùn)滑跟不上而行星齒輪又在相對(duì)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(chē)時(shí)不要經(jīng)常把變速桿從D擋切入N擋,因?yàn)樽詣?dòng)變速器是通過(guò)液壓推動(dòng)各個(gè)離合器的分離結(jié)合以及制動(dòng)器的束縛來(lái)實(shí)現(xiàn)換擋的,空擋亦如此。所以頻繁的切如N擋會(huì)使各個(gè)離合器和制動(dòng)

20、器的工作強(qiáng)度和磨損增大,減少自動(dòng)變速器的使用壽命。其實(shí)大可放心,在設(shè)計(jì)自動(dòng)變速器的時(shí)候工程師們就考慮到了停車(chē)問(wèn)題,其實(shí)在D擋上短時(shí)間停車(chē)是完全不會(huì)對(duì)變速器有壞影響的,雖然車(chē)已停住發(fā)動(dòng)機(jī)仍在轉(zhuǎn)動(dòng),但帶速時(shí)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(zhǎng)時(shí)間在高溫環(huán)境下停車(chē),才會(huì)使液力變矩器的油溫升高在使用自動(dòng)變速器時(shí)也有很多有別與手動(dòng)變速器的地方。,3電控自動(dòng)換擋變速器,在固定軸式機(jī)械變速器基礎(chǔ)上,通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)和電子控制技術(shù),使之實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋,并取消了變速桿和離合器踏板。駕駛員只需控制油門(mén)踏板,汽車(chē)在行駛過(guò)程中就能自動(dòng)完成換擋時(shí)刻的判斷,自動(dòng)實(shí)現(xiàn)收油門(mén)、離合器分離、選擋、換擋、離合器接合和油門(mén)等一系列動(dòng)作,使汽車(chē)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性有所提高。其工作原理框圖見(jiàn)圖3-10。,圖3-10 電控自動(dòng)換擋變速器 工作原理框圖,電控自動(dòng)換擋變速器工作原理圖組,車(chē)輛,機(jī)械變速器,

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