机械毕业设计（论文）-商务车行星齿轮变速箱设计（全套图纸）

车辆与交通工程学院毕业设计说明书 河河 南南 科科 技技 大大 学学 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 题目题目 姓姓 名名 学学 院院 专专 业业 指导教师指导教师 年年 月月 日日 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 I 商务车行星齿轮变速箱设计 摘 要 目前，自动变速器在汽车领域的应用越来越广泛。其中主要原因是自动变 速器能够根据路面状况自动改变车速，这极大地方便了驾驶者。不仅能够缓解驾 驶者驾驶疲劳减少路面交通事故，而且还能够提高汽车的燃油经济性。同时，还 能提高汽车的动力性。行星齿轮变速箱主要结构为行星齿轮机构，行星齿轮机构 主要由太阳轮、外齿圈、行星轮、行星架组成。由于行星齿轮机构具有两个自由 度，因此行星齿轮机构没有固定的的传动比，不能直接应用于变速器。为了能够 将行星齿轮变速器应用于自动变速器，必须将齿轮机构中的元件固定使其具有一 个自由度。只有一个自由度的行星齿轮机构具有固定的传动比，因此可以应用于 自动变速器中。我设计的为商务车行星齿轮变速箱，行星齿轮机构具有结构紧凑、 刚度大、传动平稳等优点。行星齿轮变速箱动力改变由液力变矩器进行控制，其 操纵机构为离合器和制动器，并通过液压油进行控制，从而实现自动换挡。但是， 自动变速器结构比较复杂。通过这次毕业设计我对自动变速器原理做了大量的工 作并参考商务车车型最终确定了其传动方案，并对各档传动比做了详细的说明。 关键词：自动变速器，行星齿轮变速箱，液力变矩器，离合器 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 II PLANETARY GEARBOX DESIGN OF COMMERCIAL VEHICLE ABSTRACT At present, more and more widely applied in the field of automatic transmission in car.The main reason is that automatic transmission can change the speed automatically according to the road conditions, it has made great drivers.Not only can alleviate drivers driving fatigue reduce road traffic accidents, but also can improve the fuel economy of the car.At the same time, it can improve power performance of car.Planetary gear transmission main structure for a planet gear mechanism, the planetary gear mechanism is mainly composed of the sun wheel, outer ring gear, planetary wheel, planet carrier.Because the planet gear mechanism has two degrees of freedom, so the planet gear mechanism has no fixed transmission ratio, cannot be directly applied to the transmission.In order to be able to will be applied in the automatic transmission planetary gear transmission, the gear mechanism of components must be fixed exhibit a degree of freedom.There is only one degree of freedom of planet gear mechanism has a fixed ratio, thus can be used in the automatic transmission.I design for commercial vehicles planetary gear transmission, the planet gear mechanism has the advantages of compact structure, large rigidity, smooth transmission.Planetary gear transmission power changes controlled by hydraulic torque converter, its operating mechanism for the clutch and brake, and the control with the hydraulic oil, so as to realize automatic shift.However, the automatic transmission structure is more complex.Through this graduation design I made a lot of work on automatic transmission principle and refer to 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 III commercial vehicles models ultimately determine the transmission scheme, and has made the detailed instructions for each transmission ratio. KEY WORDS: : automatic transmisson,lanetary gearbox, torque converter, clutch 目 录 第 1 章 行星齿轮的结构和工作原理 1 第 2 章 自动变速器的基本组成.3 第 3 章 液力变矩器的工作原理 6 第 4 章 自动变速器传动方案及传动原理 7 4.1 自动变速器的传动方案 7 4.2 自动变速器的传动原理 7 4.2.1 空挡或驻车挡的传动原理 .7 4.2.2 D 位 D1 挡汽车加速与滑行时传动原理.8 4.2.3 汽车在 L 位一挡时前后行星排的传动原理 12 4.2.4 D 位 D2 挡传动原理图15 4.2.5 二挡时自动变速器的传动原理图 18 4.2.6 D 位 D3 挡时，自动变速器的传动原理20 4.2.7 超速挡传动原理 .21 4.2.8 自动变速器的倒档传动原理 24 第 5 章 行星齿轮机构设计计算 .26 5.1 变速器齿轮传动的设计计算 .26 5.1.1 各挡位传动比 26 5.1.2 齿轮参数设计计算 26 5.1.3 实际传动比.28 5.1.4 齿轮强度校核 .29 5.2 换挡执行机构 30 5.2.1 多片离合器 .30 5.2.2 制动器 .31 5.2.3 单向超越离合器 .32 结 论 .33 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 IV 致 谢 .34 参考文献 35 附录 A 外文文献及翻译36 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 1 第 1 章 行星齿轮的结构和工作原理 行星齿轮变速器被广泛地用于现代汽车变速器中，而我们知道的齿轮大部分 都是轴线固定。转动轴都是通过轴承固定在机器的机体上。所以，它们的转动中 心对机器的机体是相对固定的。有定轴齿轮与此同时那么就有动轴齿轮，有我们 所不太熟悉的一类齿轮被称为行星齿轮。我们知道这类齿轮的转动轴线是不固定 的，这类齿轮的转动轴线安装在一个支架上，这个支架是可以转动的。行星齿轮 不仅可以像定轴齿轮一样，按着转动轴转动中心进行转动之外，同时，它们的转 动轴中心不断地进行转动，还跟着支架随着其他支架而运动。跟随自己轴线转动 中心进行的转动被称为自转。反而言之，随其它轴线的中心进行运动而被称为公 转。与行星的运转非常类似，由此，其被称为行星齿轮。 图 1-1 行星齿轮结构图 轴线被固定在机器机体上的的齿轮，其传动原理我们都很熟悉。一对齿轮进 行相互啮合的过程中，一个称为主动轮，从它那里不断输入动力，另外一个齿轮 被称为从动轮，从它那里通过轴传出动力。同时，也有的齿轮仅仅作为传递动力 而不参与传动比改变，因此被我们称为惰轮。惰轮对动力的传动有很大作用，它 不改变齿轮传动的速比，而只改变动力传动的方向。因而，从它那里通过，而不 改变传动速比，只改变传动方向。我们所了解的行星齿轮的齿轮系统与定轴齿轮， 它们的分析办法就有所不同。与此同时可以用离合器或制动器作为操纵机构，根 据条件限制其中一条轴的转动，剩下两条轴就可以进行动力传动进行动力输出。 由此可以得出，行星齿轮传动的之间的关系的组合就可以变为很多种，常见的组 合类型有： 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 2 动力从太阳轮输入，从外齿圈输出，行星架通过机构锁死； 动力从太阳轮输入，从行星架输出，外齿圈锁死； 动力从行星架输入，从太阳轮输出，外齿圈锁死； 动力从行星架输入，从外齿圈输出，太阳轮锁死； 动力从外齿圈输入，从行星架输出，太阳轮锁死； 动力从外齿圈输入，从太阳轮输出，行星架锁死； 两股动力分别从太阳轮和外齿圈输入，合成后从行星架输出； 两股动力分别从行星架和太阳轮输入，合成后从外齿圈输出； 两股动力分别从行星架和外齿圈输入，合成后从太阳轮输出； 动力从太阳轮输入，分两路从外齿圈和行星架输出； 动力从行星架输入，分两路从太阳轮和外齿圈输出； 动力外齿圈输入，分两路从太阳轮和行星架输出。 行星齿轮传动能得到广泛应用，其优点主要是是刚度大承载能力好，同轴线 占用空间小，传动平稳。制造行星齿轮要求的精度较高。有些行星齿轮传动机构 效率高，这类行星齿轮机构传动比较小。当用行星齿轮机构作减速器时，行星齿 轮机构效率则随着传动比的增大而减小。 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 3 第 2 章 自动变速器的基本组成 自动变速器的种类和型号有很多，它们的形状和结构也很复杂并且也很不相 同。与此同时，大部分自动变速器组成大致都相同。液力变矩器齿轮机构是自动 变速器的重要组成部件。自动变速器在现代汽车中是迄今为止比较复杂的汽车部 件之一，根据成份元件的工作原理，大致可以将这些成份元件分为以下五大主要 部分。 图 2-1 自动变速器结构图 液力变矩器 液力变矩器是在汽车中比较关键的部件，其主要的功能是改变发动机输入的 转矩从而可以改变汽车的行驶车速。发动机与汽车变矩器相连接，功能主要是改 变汽车发动机转矩相连接。油液流动过程中，工作液体能量的变化，从而可以使 发动机的动力能够传递到其输入轴，同时它能根据汽车在行驶过程中路面状况来 判断汽车应具有的车速。 行星齿轮机构 自动变速箱的行星齿轮在自动变速器中是比较关键的部件，自动变速器的变 速机构有普通齿轮行星齿轮变速机构式两种。由于普通齿轮式变速器的缺点较多， 因此在自动变速器方面应用较少。普通齿轮变速器主要缺点为尺寸比较大，同时 所能提供的传动比小。因此，普通齿轮式变速器只在少数车型采用（本田车型上 大都采用此类变速器）。相对目前汽车市场而言，行星齿轮变速箱在自动变速器 中的应用较为广泛。 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 4 图 2-2 自动变速器 自动变速器是迄今为止中汽车中比较复杂的组成汽车部件。同时，自动变速 器也在汽车变速器中发挥重要。自动变速器可以极大地缓解驾驶者驾驶偏劳，从 而减少汽车交通事故的发生。与此，自动变速器的燃油经济性以及汽车动力性相 比普通变速器的要好。 供油系统、控制系统、操纵机构 图 2-3 自动变速器内部结构 自动变速器供油系统结构复杂，主要通过油泵进行齿轮变速箱内部油路的供 给。目前，电控系统越来越多地应用于自动变速器，这也极大地改善了汽车的控 制系统和操纵机构。 自动变速器具有很多优越性，其主要有点有： 1、自动变速器车容易驾驶。 2、自动变速器车换挡平顺，提高乘坐舒适性。 3、自动变速器传动平稳，降低了轮胎的磨损，提高了轮胎的使用寿命，使 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 5 发动机、传动系的寿命都有所提高。 4、自动变速器能够根据相应状况，自动改变车速，及大地改善了汽车的燃 油经济性，节省了汽车行驶油耗量，降低了汽车尾气对环境的污染。 5、自动变速具有良好的通过性。汽车在陡坡上行驶时，不存在手动车下滑 问题。 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 6 第 3 章液力变矩器工作原理 液力变矩器是自动变速器中比较重要的组成部件，被用于商务车上的液力变 矩器。泵轮通过发动机带动进行旋转，泵轮内的工作液体受到泵轮叶片的作用而 流向外缘。流动的液体通过泵轮流出，经过一段时间的流动变化后，涡轮叶片被 流动的液体所冲击，相连的输出轴被涡轮带动而不断转动。经过涡轮流出的工作 液体，工作液体的能逐渐被消耗。输出轴的能量就是由工作液体的能量转化而来。 流入导轮的液体先经过，导轮被固定共同不能够转动。工作液体通过叶片不断变 化，液流的方向被导轮不断改变，液体通过改变能量来实现能量的改变与转化。 图 3-1 自动变速器原理图 自动变速器关于液力变矩器有前置后驱液力自动变速器，与此同时，自动 变速器也有自动变速器为前置前驱动液力自动变速器。液力自动变速器通过工作 泵轮，液体流动过程能量改变来实现改变发动机的转矩。 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 7 第 4 章 自动变速器传动方案及传动原理 4.1 自动变速器的传动方案 通过对商务车车型分析以及结合其发动机动力方面，总体分析自动变速器在 商务车中的布置形式，结合商务车成本的考虑，本次设计的自动变速器，其传动 原理图如 4-1 所示： 图 4-1 自动变速器传动方案 4.2 自动变速器的传动原理 通过分析，自动变速器来实现挡位自动变化，从而实现不同速比的挡位，下 面我们就通过行星齿轮机构的不同组合方式，来分析自动变速器中的一种即辛普 森式行星齿轮，并分析其原理。 4.2.1 空挡或驻车挡的传动原理 自动变速器空挡或驻车挡传动原理如图 4-2 所示。 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 8 图 4-2 N 挡或驻车挡传动原理图 当选挡杆置入 N 挡或 P 挡时，主油路压力油便通过常开油道进入离合器 C0，此时由于离合器 C0 结合，已把超速挡箱内的行星齿轮机构中的太阳轮与行 星架连成一体。当机构中任意两个自由运动元件连接在一起时，另一元件便不连 自连，三元件成为一个刚体，彼此间无任何相对运动。由此可见，在 N 挡或 P 挡 时，超速挡箱便把液力变矩器涡轮的转速直接向后输出。因超速挡箱以外的各制 动器和离合器均没有投入工作，因此此时只是超速挡的输出轴在空转，对外不传 递动力，称之为空挡或驻车挡。因为汽车行驶速度在 D1D3 挡范围内，变速器 C0 油道一直常开，所以在 D1D3 挡范围内，超速挡始终把发动机的扭矩直接向 外输出。 4.2.2 D 位 D1 挡汽车加速与滑行时传动原理 图 4-3 展现了带超速挡箱的四挡变速器在 D1 挡时的工作情况。表 4-1 是变速 器各挡执行元件工作表。 表 4-1 自动变速器各档工作元件 手柄位置档位 C0C1C2B0B1B2B3F0F1F2 实现发动机制动的档位 P 停车挡 OOO R 倒档 OOOOO N 空档 OO D 1 档 OOOO 2 档 OOOOO 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 9 3 档 OOOOOO OD 档 OOOOO 2 1 档 OOO 2 档 OOOOO0O L 1 档 OOOOO 注：“0”表示元件处于工作状态 表 4-1 各挡执行元件工作表 图 4-3 D1 挡传动原理图 4.2.2.1 D1 挡汽车加速时传动原理 当选挡杆置入 D 位时，而汽车车速在 D1 挡范围内时，从工作图表可知，其 中元件 C0 参与工作另一元件 F0 投入工作，与此同时，结合离合器共同工作。 从图 4-3 中又知，当机构中任意两元件连接在一起时，另一元件便不连自连， 三元件成为一个刚体，彼此间无任何相对运动，只能随主动轴一同顺时针旋转。 此传动情况发生在除超速挡以外的各挡。 当选挡手柄在 D 位时，汽车在 D1 范围内时，离合器 C1 的油道打开，从而， 液压油推动活塞工作，从图可知，离合器 C1 工作后，把主动轴和后齿圈连成一 体，于是后齿圈便成为两个行星排中的主动件，同主动轴一起顺时针旋转，因后 行星排的齿圈顺时针主动旋转，导致 F2 单向离合器将将前行星排的行星架制动， 于是前后行星排的传动原理如图 4-4 所示。 从图 4-4 可知，后排齿圈在变矩器涡轮带动下顺时针主动旋转，因此后排行 星轮轮齿必受齿圈轮齿一个推力 P1，后排行星轮在 P1 的作用下必顺时针旋转， 由于后排行星轮顺时针旋转，行星轮轮齿必然给太阳轮轮齿一个 P2 的作用力， 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 10 使后排太阳轮逆时针旋转，但由于前后排太阳轮公用，所以便把动力传给了前排 太阳轮，前排太阳轮主动反转，因此前排太阳 图 4-4 D1 挡加速时前后行星排传动原理图 同时齿圈的运动阻力也必给行星轮轮齿一个反作用力 P5，可见前排行星轮轮齿受 P3 与 P5 的合力作用有带动前排行星架反转的趋势，但前排行星架的反转趋势被 单向离合器 F2 制动，于是便形成前排太阳轮主动反转，而前排行星架被制动， 齿圈成为被动的输出件而顺时针旋转的情况。 综上可知，在 D1 挡汽车加速时，后排齿圈主动顺时针旋转，后排行星轮被 动顺时针自转并带动后排行星架顺时针公转，所以后排行星架及输出轴便在前齿 圈带动下顺时针旋转而将动力输出。 4.2.2.2 D1 挡汽车滑行时的传动原理 当汽车在 D1 挡范围内，发动机收油，汽车滑行时，因此时 C0 与 F0 仍工作， 而 C1 离合器也处于结合状态，此时前后行星排的传动原理如图 4-5 所示。 从图可见，当汽车滑行时，因惯性使后行星架仍以原速顺时针旋转，但此时 因发动机收油，与涡轮相连的齿圈则降速顺时针转，由于后排行星架转速高于齿 圈的转速，使齿圈的轮齿必给行星轮轮齿一个阻力 P1，在 P1 力的作用下，行星 齿轮除随行星架顺时针公转外，又产生了绕其行星架逆时针自转的情况，从图中 可以看出，后排齿轮又受到 p2 力作用，使后排太阳轮变成顺时针旋转。 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 11 图 4-5 汽车滑行时前后行星排传动原理图 前后行星排太阳轮公用，因此前排太阳轮也顺时针旋转，因此前排齿圈也在 输出轴带动下原速顺时针旋转，在两元件转速差的作用下，使前排行星轮轮齿受 太阳轮轮齿一个 P3 的推力，受齿圈轮齿一个阻力 P4。因此，汽车滑行时，发动 机对滑行无制动作用。 综上所述，汽车滑行时，后排行星架以惯性原速顺时针旋转，后排齿圈与涡 轮同速顺时针减速旋转。而前行星排因其太阳轮与后排太阳轮公用，所以前排太 阳轮必顺时针旋转，前排齿圈在惯性力的作用下，同后排行星架一体顺时针旋转。 经以上讨论可知，单向离合器 F2 的参与使汽车加速时，发动机扭矩通过单 向离合器的作用传给变速器的输出轴，而当汽车滑行时，单向离合器解锁，而使 变速器输出轴与发动机脱节，以确保滑行时发动机对汽车滑行不干扰。 此外，我们通过一挡的传动过程再来看看单向离合器 F0 的作用，从图 4-3 中 可知，单向离合器与离合器 C0 是并联形式，在发动机运转但变速器没挂挡时， 因发动机怠速运转，油泵转速很低，通过离合器 C0 的常开油道进入离合器 C0 的 油压也较低，但因此时处于空挡，超速挡箱无负荷空转，因此虽然油压较低，但 离合器 C0 并不会出现打滑现象，如果将选挡手柄推入 D 位，则离合器 C1 便结 合，于是汽车行驶阻力便加在自动变速器的输出轴上，这样因离合器 C0 的油压 不足，则必造成 C0 离合器打滑，但离合器 C0 油压的提高是从挂挡到慢慢加油需 要一定的时间，因此如无别的措施，离合器 C0 必然出现短期打滑，久而久之， 使离合器 C0 摩擦片早期损坏。下面我们就用图 4-3 来分析一下 F0 的加入及其传 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 12 动情况。 空挡时从图可知，由于汽车怠速运转，C0 离合器工作，把行星架与太阳轮连 成一体，此时因空挡，超速挡行星排的齿圈无负荷，齿圈随太阳轮和行星架一同 旋转，当选挡杆推入 D 挡后，便使图 4-3 中的齿圈受到行驶阻力，因此，在行星 架主动顺转时，其行星轮齿便因齿圈轮齿的阻碍而受一 P1 的作用力，在 P1 作用 力的作用下，行星齿轮便有一个逆时针旋转的力，这个逆时针旋转的力便通过行 星轮轮齿加在了太阳轮的轮齿上，使太阳轮有一个顺时针旋转的趋势，即有一个 使 C0 离合器打滑的趋势，但因太阳轮有顺时针旋转趋势时，单向离合器 F0 起制 动作用，使太阳轮不可能相对行星架运动，于是，在离合器 C0 油压尚低时，F0 起到了协助作用，防止了从挂 D 挡到起步前离合器 C0 因油压不足而打滑的弊病。 4.2.3 汽车在 L 位一挡时前后行星排的传动原理 4.2.3.1 汽车加速时前后行星排传动原理 当选挡杆推入 L 挡，而汽车在 1 挡范围内行驶时，从工作图表可知，此时 C0，F0，C1，B3 工作，从图 4-6 的传动图中可知，C0 与 F0 工作，使超速挡箱 内的行星齿轮机构三元件均连成一体随涡轮一同顺时针旋转，而离合器 C1 图 4-6 1 档时前后行星排的传动原理图 工作把双行星排之后行星排的齿圈与超速挡箱的齿圈也连成一体，因此汽车加速 时后行星排齿圈便主动顺时针旋转，制动器 B3 工作，所以汽车加速时前后行星 排便发生了如图 4-7 所示的传动过程。 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 13 图 4-7 汽车加速时 L 挡 1 挡前后行星排传动示意图 齿圈轮齿便给后排行星轮轮齿一个 P1 的作用力，在 P1 作用力的作用下，其 轮齿必给太阳轮轮齿一个 P2 的作用力，在 P2 作用下，后排太阳轮必逆时针旋转， 后排太阳轮轮齿的反转阻力必给行星轮一个反作用力 P3，所以行星轮在 P1 与 P3 合力的作用下，除顺时针自转外，还要带动行星架顺时针公转。后排太阳轮的转 动阻力是因前排行星架制动造成的。 因前排太阳轮与后排太阳轮一体，因此在前行星排汽车加速时，前行星排太 阳轮逆时针主动旋转，前排行星轮必顺转，因前排行星架已被 B3 制动，并使其 轮齿给前排齿圈一个推力 P5，在 P5 的作用下，前排齿圈必克服行驶阻力而顺时 针旋转，将发动机扭矩传递出去。 综上可知，汽车在 1 挡加速行驶时，后行星排齿圈主动顺时针旋转，后排行 星轮即顺时针自转，又随后排行星架顺时针公转，后排太阳轮则逆时针旋转，齿 圈则顺时针旋转而输出。 4.2.3.2 1 挡汽车滑行时前后行星排传动原理 在 1 挡行驶时，发动机收油，汽车滑行时，前后行星排的传动原理如图 4-8 所示。因发动机收油后齿圈有降低转速的趋势。 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 14 图 4-8 1 挡汽车滑行时前后行星排传动原理 由于汽车的惯性，使前排齿圈与后排行星架保持原来的速度顺时针旋转，因 此前齿圈轮齿必给前排行星轮轮齿一个推力 P1，在 P1 力作用下，前排行星轮必 按原速被动顺时针旋转，因此时前排行星架仍被制动，所以前排行星轮轮齿必给 前排太阳轮轮齿一个推力 P2，在 P2 力作用下在后行星排，因后排太阳轮与前排 太阳轮一体，使后排行星轮仍以原速顺时针旋转，又因后排行星架仍按原速旋转， 所以后排行星轮轮齿必给后排齿圈轮齿一个作用力 P4，使后排齿圈在 P4 力作用 下，被动按原速顺时针旋转，因此便带动发动机按原速旋转，使发动机在 1 挡时 对汽车滑行产生制动作用。可见此挡适用于下坡或冰雪路面，以利用发动机的制 动作用使汽车降速。 4.2.3.3 D1 挡传动比的计算 从前后行星排的传动过程可知，动力是从后行星排传至前行星排，经前行星 排将扭矩输出，因此其传动比应从两级行星排的运动方程的连立中求得，即 （4-1）0)1 ( 31211 nanan （4-2）0)1 ( 62524 nanan 式（4-1）与式（4-2）中， （4-3） 41 nn （4-4） 53 nn 将带入式（4-2）中，得0 6 n （4-5） 524 nan 将式（4-3）、式（4-4）、式（4-5）代入式（1）得 （4-6）1 1 1 21 5 2 a aa n n 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 15 由此可知，后排齿圈的转数大于前排齿圈的转数，是减速传动。 4.2.4 D 位 D2 挡传动原理图 当选挡杆在 D 位而车速在 D2 范围内时，其传动原理及各执行机构的工作情 况如图 4-9 所示。从图可知，当车速升入 D2 挡时，离合器 C0 及单向离合器 F0 以及前进离合器 C1 仍然工作，但由于车速的升高，通往制动器 B2 的油道打开， 主油路压力油作用在制动器 B2 上，制动器 B2 参与工作。从图 4-9 又知，离合器 C0 与单向离合器 F0 的工作，使太阳轮、齿圈及行星架三元件成一体，一同随涡 轮同速顺时针旋转，而前进离合器 C1 的工作，又把后排齿圈与超速挡箱内的齿 圈连成一体，所以后行星排齿圈便在 D2 挡成为主动件主动顺时针旋转，这样， 当汽车加速或滑行时，前 后行星排齿轮机构的运动情况： 图 4-9 D2 挡传动原理图 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 16 图 4-10 D2 挡汽车加速时前后行星排传动原理 4.2.4.1 D2 挡汽车加速时前后行星排传动情况 从图 4-10 可知，当齿圈随液力变矩器的涡轮主动顺时针旋转时，齿圈齿轮 必给后排行星轮轮齿一个 P1 的作用力，行星轮在 P1、P2 力作用下，太阳轮便逆 时针旋转，但单向离合器在太阳轮反转时，有锁止作用，由于后排太阳轮制动， 在后排行星轮顺时针旋转时，使行星轮在 P1 与 P3 合力的作用下，即顺时针自转 又绕太阳轮公转，于是便拉动后排行星架顺时针旋转而将发动机的扭矩输出，成 D2 挡。 此时在前行星排，因为太阳轮前后排公用，所以前排太阳轮处于制动，前排 行星轮即顺时针自转又公转，带动前排行星架顺时针空转而使 F2 解锁，可见前 行星排在汽车加速行驶时，对后排的动力输出不产生任何干涉。 另外，从 F1 在 D2 挡的工作过程可知，单向离合器 F1 是在汽车滑行时使发 动机与变速器输出轴脱节，保证汽车滑行时发动机不起制动作用，此外，它还在 D2 挡与 D3 挡切换。 4.2.4.2 D2 挡汽车滑行时前后行星排传动原理 当汽车在 D2 挡，发动机收油汽车滑行时，因自动变速器的输出轴在汽车惯 性拖动下仍按原速顺时针旋转，因此形成了后排行星架及前排齿圈要拖动后排齿 圈保持原速运动的格局。便产生了如图 4-11 所示的传动情况。 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 17 图 4-11 D2 发动机收油 从图 4-11 可知，对于后排行星齿轮机构，行星轮受 P1 力的作用逆时针自转， 又在后排行星架的作用下顺时针公转，太阳轮受来自行星轮的一个 P2 作用力， 在 P2 力的作用下太阳轮顺时针旋转，故 F1 对太阳轮的顺时针旋转不进行锁止， 这样，汽车滑行时，前后行星排无制动元件，因此各元件间互不干涉，各自由运 转，即发动机可自由怠速运转，而后排行星架也可不受干涉自由滑行，即发动机 对汽车滑行无制动作用。 行星轮同时在 P3 与 P4 两力的作用下，带动行星架顺时针空转，因前排行星 架顺时针旋转时不受干涉，所以前排行星架顺时针空转，不对后排传动干涉。 综上所述，D2 挡汽车滑行时前后行星排的各元件的运动情况为：后排行星架 主动顺时针旋转，后排齿圈降速顺时针旋转，使后排行星轮即随行星架公转又逆 时针自转。在前排，太阳轮高速顺时针旋转，齿圈按原速顺时针旋转。因行星架 顺时针旋转时不受任何干涉只是空转，对后排滑行不产生干涉。 下面分析在 D2 挡时在制动器 B2 中串入单向离合器 F1 的另外的作用。 保证了滑行时发动机不对滑行产生制动作用，下面再来分析一下 F1 的另一 个重要作用。 在汽车由 D2 挡升入 D3 挡或者由 D3 挡降为 D2 挡的换挡切换时，它可以防止 切换不同步，造成挡位间的相互干涉所造成的换挡冲击和变速器的早期损坏。例 如在自动变速器由 D2 挡升入 D3 挡时，若制动器 B2 没有打开，而离合器 C2 就已 经结合，如果无单向离合器串联在制动器 B2 中，就会在自动变速器进入 D3 挡的 瞬间，出现 C2 与 B2 同时工作的情况。这就造成挡位之间的干涉，引起换挡冲击 甚至造成自动变速器损坏的后果，如果有 F1 的介入，虽然离合器 C2 过早结合， 但因离合器 C2 工作后立即把太阳轮与变速器主动轴连成一体，使太阳轮随主动 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 18 轴顺时针旋转，虽然制动器 B2 仍在结合，B2 打开过晚对自动变速器升入 D3 挡无 干涉。若变速器从 D3 挡降为 D2 挡时，在 C2 离合器没停止工作前 B2 制动器就已 结合，所以制动器虽然结合过早，但对变速器挡位切换并不产生干涉。 4.2.4.3 D2 挡传动比的计算 从机构的运动方程得出： （4-7）0)1 ( 321 nanan D2 挡时，动力是直接由后行星排输出，在后行星排中，因太阳轮制动，所以 n1 为 0,代入式（4-7）得 （4-8）1 1 3 2 a a n n 从式（4-8）中可知，n2n3，即主动轴的转速大于输出轴的转速，是减速挡。 4.2.5 二挡时自动变速器的传动原理图 前进离合器 C1 油道打开，使 C1 工作，从手动阀去 B1 制动器的油道也打开， 手动阀 B1 开启使其参与工作。 图 4-12 2 挡传动原理图 离合器 C0 及单向离合器 F0 将整个超速挡箱连成一体，与涡轮同方向同转数旋转。 因此后排齿圈变成此挡的主动件，其旋转方向与转数与液力变矩器的涡轮相同。 于是前后行星排的传动情况如下： 4.2.5.1 2 挡汽车加速时前后行星排传动原理 前后行星排其传递运动原理如下图 4-13 所示。 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 19 图 4-13 2 挡加速时前后行星排传动原理 从图可知，当后排齿圈主动顺时针旋转时，其轮齿必给后排行星轮轮齿一个 P1 的力，在 P1 力的作用下，后排行星轮必顺时针旋转，但因太阳轮被制动器 B1 制动，所以在后排行星轮顺时针旋转时，其轮齿必受太阳轮轮齿一个阻力 P2，所 以行星轮除顺时针自转外，还在 P1 与 P2 合力作用下顺时针绕太阳轮公转，带动 行星架顺时针绕太阳轮公转，带动行星架顺时针旋转而输出。 2 挡汽车加速时前行星排的齿圈因与后行星架连成一体，所以齿圈在后行星 架的带动下顺时针旋转，前排齿圈顺时针旋转时，其轮齿必给前排行星轮轮齿一 个推力 P3，在该力的作用下，所以前排太阳轮必给前排行星轮轮齿一个反作用力 P4，在 P3 与 P4 的合力作用下，前行星架顺时针旋转时，将单向离合器 F2 解锁， 因此前排对后排的动力输出不产生干涉。 4.2.5.2 2 挡汽车滑行时，前后行星排传动原理 图 4-14 2 挡滑行时前后排传动原理 从图 4-14 可知，当发动机收油后，后行星排齿圈欲减速旋转，而后排行星 架仍因汽车惯性原速顺转，此时因太阳轮仍由 B1 制动，在 P1 力的作用下，后排 行星轮必按原速顺时针旋转，但因此时发动机收油，所以齿圈带动发动机涡轮旋 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 20 转必强行带动发动机旋转。 汽车在 2 挡滑行时，前行星排的齿圈因与后排行星架一体，因此前排齿圈在 汽车滑行时，其惯性力必使齿圈仍按原速顺时针旋转，这样，前排齿圈轮齿必给 行星轮轮齿一个 P3 的作用力，在 P3 与 P4 的合力下，前排太阳轮除自转外 I，又 绕太阳轮公转，并使前行星架也顺时针旋转，而前排行星架顺时针旋转时，F2 解 锁，不对传动产生干涉，因此对滑行不干涉。 从工作图表可知，在 2 挡时 B2 与 F1 仍在工作，这是为了在选挡杆在 D 位与 L 位的切换中，避免由于 B1 与切换不同步造成的换挡冲击。 4.2.6 D 位 D3 挡时，自动变速器的传动原理 当选挡杆处于 D 位，而车速升至 D3 范围时，传动情况如图 4-15 所示。 从图可知，离合器 C0 和单向离合器 F0 工作，同时又把后排太阳轮与超速挡 齿圈连成一体，于是后行星排便产生如下的传动情况。 D3 挡，汽车加速时前后行星排传动情况如图 4-16 所示。 图 4-15 D3 挡时自动变速器传动原理图 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 21 图 4-16 D3 挡汽车加速时前后行星排传动原理图 使后排太阳轮与后排齿圈均与液力变矩器涡轮相连，所以两元件与涡轮同速 顺时针旋转，行星架也必然顺时针旋转，又因后太阳轮与后齿圈连成一体，彼此 间无相对运动，因此后排行星轮也必与后太阳轮及后齿圈间无相对运动。 前行星排因前太阳轮与后太阳轮一体，而前齿圈与后行星架一体，所以前排 太阳轮所以前排太阳轮与前排齿圈与涡轮同方向同转数运转，使夹在其间的行星 轮只能随之同方向同速旋转而无自转。综上可知，D3 挡时后行星排三元件成一 体顺时针旋转，三元件及行星轮间无相对运动。因此可知，此挡位为直接挡。 汽车滑行时，因 D3 挡无单向离合器参与，汽车滑行时，此时汽车惯性推动 变速器输出轴按原速旋转，因此也必然带动涡轮按原速旋转。从工作图表可知 D3 挡时，除 C1 与 C2 工作外，B2 仍在工作。如前所述，在由 D2 挡升入 D3 挡 的瞬间，由于 B2 一直结合，F1 单向离合器可防止因 B2 打开过早而 C2 尚没结 合时造成发动机空转和换挡冲击。另一方面，当变速器由 D3 降至 D2 时，也不 会因 C2 与 B2 切换不同步带来的换挡冲击。 4.2.7 超速挡传动原理 当选挡杆在 D 位，汽车在 D3 速度的基础上进一步提高时，在车速进入 D4 范围时，超速挡箱内的离合器 C0 泄油解除工作，而制动器 B0 接入工作，如图 4- 17 所示。 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 22 图 4-17 超速挡时执行元件工作示意图 从图 4-17 可知，自动变速器进入 D4 挡时，C1 离合器与 C2 离合器和 D3 挡 时的情况相同，即自动变速器的双行星排仍如 D3 挡时的工作情况一样，两行 星排仍然成一体，使两排行星齿轮机构无变速情况，只取决于超速挡箱输出轴的 转数，但此时在超速挡箱内由于 C0 切换成 B0，其传动情况如图 4-18 所示。 从图可知，因 B0 工作，将超速挡箱内的太阳轮制动，而行星架则在液力变 矩器涡轮的带动下主动顺时针旋转。行星轮被行星架所强行带动而进行强行顺时 针旋转时，与此同时，太阳轮制动， 图 4-18 超速挡时超速挡箱传动原理图 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 23 所以太阳轮轮齿必给行星齿轮轮齿一个 P1 的阻力。在 P1 力作用下行星轮被迫强 行顺时针旋转。由此可见，行星轮既要围绕太阳轮公转，又要绕行星架自转，齿 圈被动顺时针旋转而输出。因此齿圈的转数必大于主动件行星架的转数，将此超 速的齿圈转数输入双行星排，而双行星排此时仍成一刚体，所以超速挡时输出轴 的传动比便是超速挡箱的传动比，称之为超速挡。 有行星机构的运动方程可以得出如下： （4-9）0)1 ( 321 nanan D2 挡时，动力是直接由后行星排输出，在后行星排中，因太阳轮制动，所 以 n1 为 0,代入式（4-9）得 （4-10）1 1 2 3 a a n n 由前面所述可知，自动变速器从选挡杆推入 D 位到加速至汽车起步之间可减 轻离合器 C0 摩擦片的打滑磨损。下面再分析一下在变速器由 D3 升入 D4 的切换 中，F0 的作用。 如果没有单向离合器，在变速器由 D3 升入 D4 挡时，如果 C0 打开晚而制动 器 B1 已结合，便出现相互干涉的作用，如果离合器 C0 打开过早，而 B0 上没有 工作，则必出现发动机空挡和换挡冲击的弊病。有了单向离合器，B0 结合晚时， F0 工作仍可保证发动机在 D3 挡速度下行驶，如果 B0 结合过早，而 C0 仍在啮合， 则 F0 解锁，使 C0 不干涉传动。 因变速器在超速挡时没有单向离合器的介入，因此在自动变速器降至 D3 挡 前，发动机对滑行产生制动作用。 4.2.8 自动变速器的倒档传动原理 当选挡杆推入 R 位时，从表 4-1 及图 4-19 可知，此时离合器 C0 和单向离合 器 F0 仍然工作，而双行星排中 C2 离合器与制动器 B3 也投入工作。 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 24 图 4-19 倒挡传动原理图 因超速挡箱中离合器 C0 与 F0 工作，从图 4-19 可知，C0 与 F0 以把超速挡 箱内的太阳轮与行星架连成一体，导致超速挡箱在倒挡时，仍以 1：1 的传动比 输出。而制动器 B3 又把双行星排的前制动架制动，于是便产生了如图 4-20 所示 的传动情况。 图 4-20 倒挡传动原理图 从图可知，B3 将前排行星架制动，当前排太阳轮主动顺时针旋转时，其轮齿 必给前行星轮轮齿一个 P1 的作用力，在 P1 力的作用下，其轮齿又必给前排齿圈 轮齿一个 P2 的推力。 在前行星排，太阳轮为主动，行星架制动，使前排齿圈转数低于前排太阳轮 的转数，使后排齿圈逆时针空转，可见后排对前排的运动无干涉。 由行星机构运动的方程可以得出如下： （4-11）0)1 ( 321 nanan 因行星架制动，所以 n3 为 0,代入式（4-11）得 （4-12）1 2 1 a n n 式中，- 号是主被动旋转方向相反，是减速传动。 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 25 第 5 章 行星齿轮机构设计计算 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 26 5.1 变速器齿轮传动的设计计算 5.1.1 各挡位传动比分析 由上一章的分析与计算，列出各挡位的传动比如表 5-1 所示： 挡位结合元件传动比 1 挡C0、C1、F0、F2 1 21 1 1 a aa i 2 挡C0、C1、B2、F0、F1 1 1 2 1 a a i 3 挡C0、C1、C2、B2、F0 1 3 i 4 挡C1、C2、B0、B2 a a i 1 4 R 挡C0、C2、B3、F0 2 aiR 表 5-1 各挡位传动比 5.1.2 齿轮参数设计计算 初选标准斜齿圆柱齿轮。 初选模数，5 . 2 n m 5.1.2.1 超速挡行星排齿轮参数计算 初选特性系数，螺旋角，9 . 2a 25 齿圈分度圆直径 D=125mm. 取 45， （5-1） 3 . 45 5 . 2 25cos125cos n m D z 齿圈 取 15， （5-2） 5 . 15 a 齿圈 太阳 z z 同心条件校核： （5-3）15 2 15-45 2 - 太阳齿圈 行星 zz z 车辆与交通工程学院毕业设计说明书 27 装配条件：，其中 K 为行星轮数目，N 为整数。（5-4）N K zz 齿圈太阳 取行星轮数目 K=4，则有， （5-5）15 4 1545 邻接条件校核： （5-6） * 2 K 180 sin a hzzz 行星行星太阳 显然 （5-7） 1215) 4 180 sin(1515 5.1.2.2 前后