六速自动变速器行星传动设计与分析-硕士论文

六速自动变速器行星传动设计与分析 重庆大学硕士学位论文 （专业学位） 学生姓名：徐 骁 指导教师：朱才朝 教 授 兼职导师：袁隆华 高 工 学位类别：工程硕士（车辆工程领域） 重庆大学车辆工程学院 二 O 一六年五月 万方数据 万方数据 Six-speed Automatic Transmission Planetary Gear Design and Analysis A Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for the Professional Degree By Xu Xiao Supervised by Prof. Zhu Caichao Pluralistic Supervised by Senior Engineer Yuan Longhua Specialty: ME ( Automobile Engineering Field) School of Automobile Engineering of Chongqing University, Chongqing, China May, 2016 万方数据 万方数据 中文摘要 I 摘 要 汽车动力传动系统中，由于发动机转速较高、扭矩较小、转速与扭矩变化范围 有限等特点，需要自动变速器改变转速和转矩，并根据外界环境的变化自动切换到 与之相匹配的档位，因而得到广泛使用。自动变速器已呈现多档位化的发展趋势， 行星传动作为自动变速器实现换挡的关键部件结构也日益复杂，同时由于相关专利 限制，开展自动变速器行星传动设计与分析研究具有重要的工程实际价值。 论文的主要研究内容如下： 对自动变速器结构和工作原理进行介绍， 分类整理自动变速器中行星齿轮机 构的不同组合方式，得到在构造自动变速器行星齿轮机构的规则。 对自动变速器行星传动进行编码， 建立行星传动数学模型， 推导描述行星传 动的结构矩阵和控制矩阵，提出构造结构矩阵和控制矩阵的方式完成自动变速器行 星传动设计的方法；基于行星排特性方程，提出行星传动换挡方案优选的方法；基 于 MATLAB 开发自动变速器行星传动设计和换挡方案优选的软件。 对某重卡六速自动变速器行星传动进行设计，利用所开发软件完成六速自动 变速器行星传动行星齿轮机构、控制元件方案、换挡方案的设计，得到六速自动变 速器行星传动方案；完成行星传动齿轮和轴承参数的设计，在 MASTA 软件中建立 自动变速器行星传动的三维模型。 对设计的六速自动变速器行星传动强度进行分析，得到齿轮静态安全系数， 验证行星排强度设计；对设计的六速自动变速器行星传动啮合特性进行分析，得到 各齿轮副啮合印痕，验证行星排几何修形量设计的合理性；对设计的六速自动变速 器行星传动效率、疲劳寿命进行分析。 关键字：关键字：自动变速器，行星齿轮机构，行星传动设计，性能分析 万方数据 重庆大学硕士学位论文 II 万方数据 英文摘要 III ABSTRACT In the automotive powertrain system, due to the engine have high speed, low torque, small range of speed and torque characteristics, the automotive need automatic transmission speed up and slow down, according to the changes in the external environment automatic switches to the matched shift, which are widely used. In order to improve the performance of automatic transmission, which has multiple shift development trend, planetary transmission as automatic transmission key parts is becoming more and more complex, thus identifying a reliable, practical and systematic approach to planetary transmission configuration, design, and analysis have great practical value. The main contents of the paper are as follows: Introduces the structure and working principle of automatic transmission, Through sorting different combinations of planetary gear, gain the rules of construct planetary gear in automatic transmission Coding the planetary transmission of automatic transmission, established planetary transmission mathematics model, propose a method through design structure matrix and control matrix completed planetary transmission design. Based on the equation of single stage planetary gear, propose a method to optimization automatic transmission shift plan. Developing the software based on MATLAB. Completed six-speed automatic transmission ratio design, using the structure matrix design module, and shift plan optimization module completed six-speed automatic transmission conceptual design. Completed planet transmission gear parameter and bearing parameter design, established planet transmission three dimensional model in MASTA software in the. Analysis six-speed automatic transmission strength, get gear static safety, validation the rationality of planet gear strength design. Analysis six-speed automatic transmission meshing characteristics, get the gear meshing prints, validation the rationality of planet gear geometry modification. Analysis six-speed automatic transmission efficiency, fatigue life. Keywords: Automatic Transmissions, Performance Analysis, Planetary Transmission Configurations, Planetary Gear Structure 万方数据 重庆大学硕士学位论文 IV 万方数据 目 录 V 目 录 中文摘要中文摘要 . I 英文摘要英文摘要 . III 1 绪绪 论论 . 1 1.1 课题的背景和意义课题的背景和意义 . 1 1.2 自动变速器发展现状自动变速器发展现状 . 3 1.3 本论文的主要工作内容本论文的主要工作内容 . 6 2 自动变速器行星传动构型设计自动变速器行星传动构型设计 . 9 2.1 引言引言 . 9 2.2 自动变速器的基本结构与工作原理自动变速器的基本结构与工作原理 . 9 2.2.1 基本结构与工作原理 . 9 2.2.2 行星齿轮机构分类 . 11 2.3 自动变速器行星传动数学模型的建立自动变速器行星传动数学模型的建立 . 14 2.3.1 自动变速器行星传动的结构矩阵 . 15 2.3.2 自动变速器行星传动的控制矩阵 . 15 2.4 行星传动结构矩阵与控制矩阵设计行星传动结构矩阵与控制矩阵设计 . 16 2.4.1 结构矩阵设计 . 16 2.4.2 控制矩阵的设计 . 17 2.5 行星传动档位优选行星传动档位优选 . 18 2.5.1 行星传动运动学分析 . 18 2.5.2 行星传动档位优选 . 19 2.6 行星传动设计软件开发行星传动设计软件开发 . 20 2.6.1MATLAB 编程实现 . 20 2.6.2GUI 界面设计 . 22 2.7 本章小结本章小结 . 24 3 六速自动变速器行星传动设计六速自动变速器行星传动设计 . 25 3.1 引言引言 . 25 3.2 六速自动变速器方案设计六速自动变速器方案设计 . 25 3.2.1 自动变速器参数要求 . 25 3.2.2 目标传动比的确定 . 25 3.2.3 行星传动方案设计 . 27 3.3 六速自动变速器行星传六速自动变速器行星传动结构设计动结构设计 . 31 万方数据 重庆大学硕士学位论文 VI 3.3.1 行星传动齿轮参数设计 . 31 3.3.1 行星传动轴承参数设计 . 36 3.4 六速自动变速器行星三维传动模型六速自动变速器行星三维传动模型 . 38 3.5 本章小结本章小结 . 41 4 六速自动变速器行星传动性能分析六速自动变速器行星传动性能分析 . 43 4.1 引言引言 . 43 4.2 自动变速器行星传动强度分析自动变速器行星传动强度分析 . 43 4.3 自动变速器行星传动自动变速器行星传动啮合特性分析啮合特性分析 . 44 4.4 自动变速器行星传动效率分析自动变速器行星传动效率分析 . 48 4.5 自动变速器行星传动疲劳寿命分析自动变速器行星传动疲劳寿命分析 . 50 4.5.1 疲劳损伤模型 . 50 4.5.2 疲劳寿命分析 . 50 4.6 本章小结本章小结 . 52 5 结论与展望结论与展望 . 53 5.1 结论结论 . 53 5.2 展望展望 . 53 致致 谢谢 . 55 参考文献参考文献 . 57 附附 录录 . 61 A. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目 . 61 万方数据 1 绪论 1 1 绪论 1.1 课题的背景和意义 课题来源于某企业大功率自动变速器自主研发项目，目的在于自主开发设计大 功率自动变速器。 为了改变发动机转矩和转速，所有的运载装置，包括飞行器和船只，都需要安 装变速器。车辆作为重要的运载装置，变速器是其传动系统中不可或缺的部分。变 速器的任务是将从动力装置获得牵引力进行变换，从而满足车辆、道路、驾驶人和 环境的要求。变速器除了影响汽车驾驶性能和运输效率以外，其对车辆的可靠性、 油耗、操纵方便性和道路安全性也有很大的影响1。 在汽车变速器的发展过程中，自动变速器是一项十分重要的发明。自动变速器 包含有液力式、 机械式和无级式三种形式。 现代汽车的主流是采用液力自动变速器， 简称自动变速器。其主要包含有液力变矩器、行星齿轮变速器、液压控制装置和电 子控制系统，如图 1.1 所示。相比于传统的手动变速器（MT） ，自动变速器可以根 据外界环境的变换自动切换到与之相匹配的档位，并且具有传动平稳、换挡冲击小 等特点。其在驾驶性能和舒适性方面都有十分显著的优势，因而自动变速器成为应 用最为广泛的形式。 图 1.1 自动变速器组成 Fig.1.1 Structure of automatic transmission 近年来气候变暖已经成为了一个全球性的问题，燃料消耗和排放市场相关的法 万方数据 重庆大学硕士学位论文 2 规迟早都将显著收紧。不能满足排放规定的车辆将会面临大额罚款，甚至将禁止在 相关市场销售，因此越来越多汽车制造商开始开展降低燃料消耗和排放的研究2, 3。 面对持续增长的能源消耗，消费者对经济型汽车也十分感兴趣，尽管其不愿意在舒 适性、驾驶性能方面做出妥协。在发动机以外，对自动变速器性能的提高成了燃料 效率关注的焦点 4。 为了提高自动变速器的性能， 人们开始采用提高变速器效率和多档位化等方式。 其中自动变速器的效率包含有变矩器效率和行星齿轮变速器效率两个部分，最终结 果为两者的乘积。对于变矩器效率提高方面，已经开展了大量的研究工作。60 年代 主要通过采用多元件工作来提高变矩器的效率。 70 年代的研究重点是通过采用闭锁 离合器来提高变矩器的性能。行星排效率方面也有吉林大学和同济大学的科研工作 对其开展了很多卓有成效的工作5。 现在自动变速器已经呈现多档位化的发展趋势，如图 1.2 所示，行星传动作为 自动变速器实现换挡的关键部件结构也日益复杂。基于传统 3 自由度行星齿轮变速 器，通过增加行星排和控制元件的数量可以获得更多的档位，但同时也会导致行星 齿轮变速器尺寸和质量的增加。由于行星排和控制元件的增加，以及相关专利的限 制，通过传统的杠杆法来设计分析自动变速器行星齿轮机构变得十分困难，因而找 出一种可靠、实用、系统的方法来实现自动变速器行星传动结构设计是一个亟待解 决的问题。 图 1.2 变速器发展趋势 Fig.1.2 The development trend of transmission 所以，本文以自动变速器行星传动为研究对象，提出自动变速器行星传动设计 万方数据 1 绪论 3 和换挡方案优选的方法，开发自动变速器行星传动设计软件。应用所开发软件完成 6 档自动变速器行星传动设计，并分析所设计自动变速器行星传动的性能，形成一 套自动变速器行星传动构型，设计，分析的方法。 1.2 自动变速器发展现状 自动变速器发展现状 自动变速器在汽车上应用已有 70 多年的历史。 世界上第一台自动变速器诞生于 1939 年安装在美国通用汽车公司奥兹莫比尔汽车上， 而后凯迪拉克和庞蒂克也采用 了这种变速器。该自动变速器由液力耦合器和行星齿轮机构组成，可以实现四个前 进档。 自此到 1950 都是自动变速器的发展阶段， 这期间主要特点是在传动部件采用 液力耦合器，变速器机械部分采用行星齿轮机构6-8。 20 世纪 50 年代起，美国三大汽车公司都已经开始批量生产自动变速器，从此 自动变速器进入了成熟阶段。美国福特公司开始使用液力变矩器代替液力耦合器。 液力变矩器相比于液力耦合器除了有传动动力作用外，还有在一定范围内改变扭矩 的作用9。1965 年英国 AP 公司生产了第一台发动机前置前驱的自动变速器，促进 了自动变速器的小型化。1968 年法国雷洛公司首先在变速器上使用了电子元件。 1974 年，德国大众公司开发出发展成熟的发动机前置前驱的自动变速器。 1977 年以后，带有超速挡的四档自动变速器诞生，该自动变速由日本丰田公司 开发， 具有液力变矩器和多档行星齿轮变速器。 其提高了变速器的变速和传动效率， 同时使换挡过程更加平稳和实现了超速挡，提高了整车的最大车速10。1978 年，美 国克莱斯勒公司在轿车上采用液力变矩器闭合离合器获得成功。 在汽车高速行驶时， 锁止离合器闭合，将泵轮和涡轮连接为一体，液力传动被转换为机械传动，大大提 高了自动变速器的传动效率。1982 年，丰田公司生产出世界上第一台由微机控制的 电控自动变速器，即丰田 A140E 自动变速器，如图所示： 图 1.3 A140E 自动变速器 Fig.1.3 A140E automatic transmission 万方数据 重庆大学硕士学位论文 4 1984 年， 美国通用汽车公司在奥兹莫比尔汽车上安装上了美国生产的第一台电 子控制自动变速器 THM440-T4。1989 年，五档自动变速器诞生。1991 年，美国福 特公司在两款前驱的轿车上安装使用了 AxODE 型自动变速器，其将电子控制装置 并入 EC-IV 型发动机中央控制系统。 20 世纪 90 年代前，生产的电子控制自动变速器的执行器，即电磁阀最多的也 只有两个，一个负责变矩器锁止、一个负责 D 位上的升降挡，在这阶段电子控制还 处于辅助阶段。在这之后，电子控制装置飞速发展，电磁阀特别是换挡电磁阀数量 的增多，使得换挡电磁阀已经完全取消了节气门和速控油压对 D 位升降挡的控制。 1995 年，自动变速器的发展已经基本成熟，越来越多的轿车上开始安装自动变速器 11。 进入 21 世纪， 自动变速器的为了适合更加严苛的排放要求， 开始向着多档化的 目标发展。6 挡、8 挡自动变速器都开始应用于汽车上。2001 年，ZF 生产作为标准 配置的 6 挡自动变速器。2002 年 Aisin 生产用于发动机横置前轮驱动的 6 挡自动变 速器。2005 年 Getrag 将 7 挡自动变速器应用于 BMW M5 上。在此之后 ZF 和 Aisin 都将 8 挡乘用车自动变速器用作标准配置12-15。 国内的自动变速器相对于国外由于起步较晚，因而现在正处于追赶阶段。20 世 纪 50 年代。一汽成功的制造了中国第一台自动变速器，但是由于种种原因，并没有 实现量产。20 世纪 70 年代，我国已将自动变速器应用在矿用车上，同时也与德国 开姆尼兹大学共同开发 8AT，期待能够打破国外对自动变速器的垄断地位，该自动 变速器具有轴向尺寸小， 质量小的优势。 吉利集团历经 3 年自主研发于 2005 年成功 研发出了第一款 AT，目前已经应用与自由舰、熊猫等车型上16。 自动变速器的特点 变速器在汽车传动系统中主要起改变转速和转矩的作用。传统的手动变速器具 有传动效率高、工作可靠、结构比较简单和价格低廉等优点，因此，被广泛的应用 在各种汽车上。但是，随着人们对汽车的经济性、动力性、排放性以及舒适性的要 求越来越高，单纯采用传动的手动变速器，虽然能适应汽车的一些要求，但还存在 着不足之处，主要表现在一下几个方面： 1）不能充分利用发动机的功率。 2）换挡操作性复杂，增加了行车的不安全因素。 3）换挡操作产生动载荷影响发动机和传动系统的使用寿命。 4）不易把握换挡的最佳时机，影响汽车的行驶性能并增加了油耗。 5）换挡操作使行车不平稳，影响乘坐的舒适性。 正是因为传动的手动变速器存在着上述缺点，为满足人们对安全、舒适、节油 和排放上的要求，各国的汽车制造商开始大力研发自动变速器。自动变速器具有以 万方数据 1 绪论 5 下优点： 1） 大大提高了发动机和传动系统的使用寿命。 采用自动变速器与采用传统手动 变速器的汽车对比实验表明：前者发动机的使用寿命可以提高 85%，变速器的使用 寿命可以提高 12 倍，驱动桥、传动轴和半轴的使用寿命可以提高 75%100%17。 2） 提高了汽车的动力性和适应性。 自动变速器能平稳的自动适应汽车驱动轮的 负荷变化。 3）驾驶和换挡轻便。装备有自动变速器的汽车，采用液压控制或电子控制换挡 使换挡实现自动化。 4）减轻空气污染。由于自动变速器能够根据行驶路况和驾驶需求自动换挡，使 汽车发动机基本达到最佳的工作状态，因此，有效的降低了排放，减轻了对空气的 污染。 5）自动变速器型汽车可进一步向自动导航智能化综合控制方向发展。 综上所述，自动变速器不仅能与汽车行驶需求相适应，而且具有传统的手动变 速器所不具备的显著优点， 这是自动变速器主要方面， 也是采用自动变速器的理由。 但是自动变速器也存在着一些不足，针对这些不足人们对其进行了许多改进。 1）自动变速器汽车的油耗问题。自动变速器汽车的功率损失较大，主要包括以 下三部分：变矩器、换挡执行元件以及液压泵驱动的能量损失。三部分的能量损失 所占比重分别为：变矩器损失约占 70%，换挡执行元件损失约占 15%，液压泵驱动 损失所占比为 15%，近年来，为了改善自动变速器效率低，油耗大的缺点进行了大 量的工作。 a.为了解决变矩器效率低的问题，采用了锁止离合器，使变矩器仅在起步加速 时和克服较大阻力时才启用，而在稳定行驶时变矩器被锁止。最初仅在高档变矩器 锁止，现在已经发展到全部的挡都能锁止，同时采用结构简单的三元件变矩器，降 低变矩比，提高了效率；在变矩器设计中还采用了三维流动理论，使变矩器本身的 效率得到了提高。目前，采用锁止离合器的综合式变矩器的效率接近于 100%18。 b.为了减少液压泵的能量损失，采用变量叶片泵按需供油，避免发动机高转速 时供油过多，同时液压泵的压力也能调节，按发动机传递转矩的大小来改变系统油 压，在保证执行元件能传递所需转矩的条件下，尽量使系统油压降低19。 c.对自动变速器的结构进行改进，采用简单的双排行星齿轮机构，尽量减少能 量损失，提高传动系统效率。 d.充分利用自动变速器的优点并增加档位和传动比变化范围。另外，利用电子 控制使得发动机、变矩器和变速器匹配工作在最佳燃油经济性状态，也使得经济性 得到了改善。 2）自动变速器的制造复杂，价格较高。对于一般轿车，价格提高 5%10%，而 万方数据 重庆大学硕士学位论文 6 对高级豪华轿车，价格仅提高 3%。因此，自动变速器对经济性轿车不太适合，而 对高级汽车比较适合。 3）自动变速器汽车与手动变速器汽车对比动力性较差。一般认为，自动变速器 汽车比手动变速器汽车的动力性差，但是近年来，自动变速器汽车经过不断改进， 如提高变矩器效率，增加档位数目、增大传动比范围、改进自动变速器与发动机的 匹配等措施，同时，随着自动控制技术的进步能使自动变速器汽车按最优动力性换 挡规律工作。可以说，自动变速器汽车性能已经赶上手动变速器汽车，而且起步加 速性能可能优于手动变速器汽车，换挡过程无动力中断，可提高平均车速。 4）汽车也是一种运动机械。汽车不仅是交通工具，也是一种运动器械，许多人 把驾驶汽车作为一种爱好运动，认为换挡操作是一种技巧。因此，能体现技能的手 动变速器显然由于自动变速器，甚至可以把手动变速器的换挡冲击看成是一种运动 感觉，这就是目前高端跑车上采用手动变速器的主要原因。 1.3 本论文的主要工作内容 论文的主要研究内容如下： 对自动变速器结构和工作原理进行介绍， 分类整理自动变速器中行星齿轮机 构的不同组合方式；对自动变速器行星传动进行编码，建立行星传动的数学模型， 提出自动变速器行星传动设计和换挡方案优选的方法；基于 MATLAB 开发自动变 速器行星传动设计和换挡方案优选的软件。 利用所开发软件， 完成六速自动变速器行星传动方案设计； 完成对自动变速 器行星传动齿轮和轴承参数的设计，得到行星传动结构，在 MASTA 软件中建立自 动变速器行星传动的三维模型。 按照 QC/T 568.2汽车机械式变速器总成台架试验方法工况要求，对设 计的六速自动变速器行星传动强度、啮合特性、传动效率，疲劳寿命进行分析。 论文的技术路线如图 1.4 所示： 万方数据 1 绪论 7 自动变速器结构和工作原 理介绍 行星排工作原理分析多排行星排组合 行星传动数学模型建立 结构矩阵设计 控制矩阵设计 换挡方案优选 程序实现界面开发 6HP自动变速器行星传动 设计 档位设计 方案设计 参数设计 6HP行星传动建模 6HP自动变速器行星传动 性能分析 强度分析 啮合特性分析 传动效率分析 疲劳寿命分析 结论 设计合理性 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 图 1.4 技术路线图 Fig. 1.4 Flow chart of technical route 万方数据 重庆大学硕士学位论文 8 万方数据 2 自动变速器行星传动构型设计 9 2 自动变速器行星传动构型设计 2.1 引言 汽车动力传动系统主要包含发动机、变速器、传动轴、驱动桥和车轮等部件。 由于发动机转速较高，扭矩较小，转速与扭矩的变化范围有限等特点，需要变速器 来变速，使汽车适应负载和道路条件的变化，因而对其进行设计和研究具有重要意 义。本章主要介绍自动变速器的结构和工作原理，整理不同类型行星齿轮机构；对 自动变速器行星传动进行编码，建立对应数学模型，在此基础上提出自动变速器行 星传动设计和换挡方案优选的方法，最后基于 MATLAB 开发行星传动设计和换挡 方案优选软件。 2.2 自动变速器的基本结构与工作原理 2.2.1 基本结构与工作原理 目前主流的自动变速器主要由液力变矩器、行星齿轮变速器、液压控制装置和 电子控制装置四大部分组成20。自动变速器的结构如图 2.1 所示： 图 2.1 液力自动变速器的基本结构 Fig.2.1 Structure of AT 液力变矩器 液力变矩器是自动变速器获得动力传递不可缺少的核心部件， 位于发动机和变速器的中间，相当于手动变速器离合器的位置上，它通过螺栓与发 动机的飞轮或曲轴后端的法兰紧固在一起， 将发动机动力传给自动变速器的输入轴， 并能根据汽车行驶阻力的变化， 在一定范围内自动地， 无极地改变传动比和扭矩比， 具有一定的减速增扭功能。 万方数据 重庆大学硕士学位论文 10 行星齿轮变速器 行星齿轮变速器是自动变速器的主要组成部分。液力变矩 器变矩和变速范围有限，且不能改变发动机曲轴的旋转方向，使汽车实现前进、倒 退双向行驶，因此需要在液力变矩器后端安装一套变矩、变速、变向的装置，即行 星齿轮变速器。 行星齿轮变速器包括行星齿轮机构和换挡执行元件两大部分： 1）行星齿轮机构（基本元件） ：包括太阳轮、内齿圈、行星架。其作用是在换 挡执行元件的控制下改变传动比和传动方向，从而构成自动变速器不同的挡。 2）换挡执行元件：通过限制和约束行星齿轮机构的运动状态，进而改变传动 比，实现自动换挡。 液压控制装置： 自动变速器的自动控制是靠液压控制系统来完成的， 液压控 制系统由动力源、执行机构和控制机构三个部分组成。动力源是由液力变矩器泵轮 驱动的油泵，它除了向控制机构、执行机构供给压力油以实现换挡外，还给液力变 矩器提供冷却补偿油，向行星齿轮变速器供给润滑油20。 电子控制系统： 自动变速器的电子控制系统采集与行驶工况有关的各种传感 器信号，根据传感器信号按照预先设定在 ROM 中换挡程序来控制相应的执行器工 作，使自动变速器能够在各种行驶条件下实现理想的升降挡。 自动变速器能够根据汽车的行驶速度和节气门开度的变化，自动变换速度到合 适的档位。其工作原理为：汽车在行驶的过程中，液力变矩器利用液体的流动，将 来自发动机的扭矩增大后传递给自动变速器的行星齿轮机构21。同时，电子控制系 统采集节气门开度和车速信号来控制液压控制装置，通过液压控制装置操作行星齿 轮变速器，使自动变速器获得所需的传动比和旋转方向，以实现自动变速，如图 2.2 所示： 发动机液力变矩器行星齿轮机构传动轴 液压泵液压控制装置 ECU驾驶员节气门开度信号 车速信号 输入增大 输出 工作液压 图 2.2 AT 的基本工作原理 Fig.2.2 Work principle of AT 万方数据 2 自动变速器行星传动构型设计 11 2.2.2 行星齿轮机构分类 随着汽车工业的发展， 现今应用在汽车上的自动变速器通常包含6个及以上的档 位。单个行星排仅可以实现4个前进档和1个倒挡，同时控制元件过多，导致这种行 星传动可实现档位较少、结构复杂，体积偏大，难于布置。因此，在实际的自动变 速器中行星齿轮机构通常采用多排行星排组合，利用共同元件连接不同行星排，然 后借助控制元件实现不同档位的方式。 两排排行星排组合 两排行星排组合主要应用在三速和四速自动变速器上，其中应用的最广泛的为 辛普森、拉维亚两种种形式。 辛普森式 拉维娜式 图 2.3 典型行星齿轮机构 Fig.2.3 Typical planetary gear mechanism 除了这三种典型的行星排组合， 双排单级式行星排可以构成的所有组合如表2.1： 表 2.1 两排单级式行星排组合 Table.2.1 Two rows of single stage type planetary combination 编号 连接元件 1 R1-R2 C1-C2 2 R1-R2 S1-S2 3 C1-C2 S1-S2 4 R1-R2 S1-C2 5 R1-S2 C1-C2 6 R1-C2 S1-S2 7 R1-C2 C1-R2 8 R1-C2 C1-S2 9 R1-S2 C1-R 10 R1-C2 S1-C2 万方数据 重庆大学硕士学位论文 12 11 R1-S2 S1-R2 12 C1-S2 S1-C2 表中，S、C、R分别代表行星排中太阳轮、行星架和齿圈。从中可以发现S1-S2 和R1-C2为上文的辛普森式。从结构上看，C1-C2和R1-S2、R1-S2和C1-R2、R1-S2 和S1-C2、R1-S2和S1-R2都有太阳轮和齿圈直接相连的情况，容易出现叠套现象， 应该避免。R1-R2和C1-C2，R1-R2和S1-S2、C1-C2和S1-S2通过杠杆法分析，可以 发现其无法实现传动比要求，应该排除22, 23。 一排单级式和一排双级式行星排组合，以及两排双级式行星排组合，同理也可 得到12种连接方式， 但是为使结构简单， 一般需要公用行星架， 因而普遍采用R1-R2 和C1-C2即拉维娜式、C1-C2和S1-S2、C1-C2和R1-S2三种形式的组合。 三排排行星排组合 现今，主流的自动变速器为六速及以上，三排行星排组合可以实现6挡。三排行 星排组合包含有：三排单级式，三排双级式，两排单级式和一排双级式，一排单级 式和两排双级式。 由于单排行星齿轮机构的基本元件均只包含3个， 因而以三排单级 式为例分析三排行星排组合。 三排行星排组合与两排行星排组合相比， 其连接方式方式增多， 结构更加复杂， 因而在分析时，应用在分析两排行星排组合发现的规律，去除不符合行星排构造准 则的组合，可以得到如下所示的行星排组合方式： 表 2.2 三排单级式