马自达6轿车自动变速器虚拟仿真装配研究本科生毕业论文.doc

虚拟仿真装配技术 马自达6轿车自动变速器 虚拟仿真装配研究Mazda 6 Automatic Transmission study of virtual assembly system 毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解*学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名： 指导教师签名： 日期： 日期： 注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它摘要 当今世界，由于生产制造业科学技术不断革新，信息技术、仿真技术等先进技术的快速发展，直接影响了汽车行业的快速发展，这些技术现今广泛运用于汽车行业，被视为汽车行业发展不可缺少战略技术资源。虚拟仿真装配技术是一种使得汽车设计和汽车装配能够高效、快捷而且能够并行的核心技术。本文充分运用CATIA的强大设计能力和3DMAX的优良的渲染效果及装配功能，以虚拟装配技术理论为基础，以马自达6搭配的F为研究FS5A-EL自动变速器为对象，进行了自动变速器零件虚拟建模、建立零件库和自动变速器虚拟仿真装配等一系列的研究，从而运用FLASH强大的动画制作功能建立一套自动变速器安装系统，基于CATIA和3DMAX技术的自动变速器的虚拟仿真装配通过建立虚拟化装配模型代替传统设计物理实体，这有利于对自动变速器结构和装配过程进行分析并进行合理优化。而且通过装配，可以择优选择装配顺序，从而使得完成装配工作更加高效快捷，经过这种优良的装配设计以及流程的优化，制作出自动变速器安装系统，而这个系统可用于汽车行业间关于自动变速器装配以及其它操作的培训，另外可供用户学习，用户通过所制作的这个系统，可以完整清晰了解自动变速器的相关知识。关键词：虚拟仿真装配；装配流程；零件虚拟建模；自动变速器安装系统ABSTRACT Nowadays , due to the production and manufacturing science and technology innovation, rapid development of information technology , simulation technology and other advanced technology, direct impact on the rapid development of the automotive industry , these technologies are widely used in the automotive industry today , is regarded as indispensable to the development of the automotive industry strategic technical resources. Simulation is a virtual assembly technology makes automotive design and automotive assembly can be efficient, fast and can parallel the core technology. In this paper, make full use of CATIA powerful design capabilities and excellent rendering and assembly functions 3DMAX to virtual assembly technology based on the theory to the Mazda 6 with the F for the study FS5A-EL automatic transmission as an object, automatic transmission parts were built virtual mode , the establishment of a series of automatic transmission parts library and study virtual assembly simulation , and the use of powerful FLASH animation feature to create an installation of an automatic transmission system, based on CATIA and 3DMAX techniques automatic transmission assembly through the establishment of virtual simulation virtual assembly physical entities designed to replace the traditional model , which is conducive to the structure and assembly of the automatic transmission during a reasonable analysis and optimization. And by the assembly , you can choose the best assembly sequence , making it more effective and efficient completion of the assembly , after this excellent assembly design and optimization of the process, making the installation of an automatic transmission system , and this system can be used on automatic transmission between the automotive industry assembly other operations and training , in addition to available for users to learn , user produced by this system, you can complete and clear understanding of the relevant knowledge of the automatic transmission .Keywords : virtual simulation assembly, assembly processes, parts virtual modeling, automatic transmission mounting system 目录第1章 虚拟仿真装配技术- 3 -1.1 虚拟制造技术简介- 3 -1.2 虚拟仿真装配技术- 4 -1.3 虚拟仿真装配技术在国内外的研究运用现状- 4 -1.4 虚拟仿真装配技术主要特点- 6 -1.5 本章小结- 7 -第二章 马自达6轿车FS5A-EL自动变速器- 8 -2.1 马自达6轿车简介- 8 -2.2 FS5A-EL自动变速器简介- 8 -2.3 FS5A-EL自动变速器的结构- 9 - 2.4 本章小结- 22 -第三章 自动变速器零件的建模- 23 -3.1 CATIA简介- 23 -3.2 CATIA在自动变速器零件建模中的显著优点- 23 -3.3基于CATIA技术的自动变速器零件建模举例- 24 - 3.3.1行星齿轮组- 24 - 3.3.2其它零部件的模型举例- 31 -3.4 本章小结- 32 -第四章 自动变速器的虚拟仿真装配- 33 -4.1 3DMAX简介- 33 -4.2 3Dmax 建模流程- 33 - 4.3 基于3DMAX技术的自动变速器零件装配- 33 -4.4 本章小结- 40 -第五章 基于FLASH的变速器装配系统的开发- 41 -5.1 Flash 简介- 41 -5.2 自动变速器装配系统初级菜单界面- 41 -5.3 变速器装配次级菜单界面- 42 -5.4安装步骤子界面的制作- 44 -5.5 本章小结- 45 -第 6 章 结论与展望- 46 -结论- 46 -展望- 46 -致谢- 1 - 第1章 虚拟仿真装配技术1.1 虚拟制造技术简介 虚拟制造技术（virtual manufacturing technology，VMT,也被称为数字化制造技术）是以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计、生产过程进行统一模型的构建，在虚拟设备上实现产品从设计、生产、装配、检验、调试以及整个生命周期的模拟和仿真，在现如今的生产制造行业的快速发展中起着至关重要的作用。 虚拟仿真（Virtual Reality）技术，又称为仿真（simulation）技术，就是在计算机中运用相应的软件（本文中运用CATIA和3DMAX）或虚拟工具作为一个虚拟化的系统，仿真另外一个真实存在的系统，虚拟仿真是一种可以能够创建和体验虚拟世界（Virtual World）的计算机系统，它以仿真的方式给用户创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界,并通过一些显示传感设备，提供给用户一个观测与该虚拟世界交互的计算机三维界面，用户可以通过视觉、听觉及触觉等多种感官与虚拟世界进行直接的交互，用户直接参与在这个虚拟的世界中，与实时仿真对象进行交互，身临其境，体验虚拟仿真技术带来的美，图1.1.1为各种硬件关系与虚拟现实之间的一种交互关系，展现了虚拟技术中所必须的本体以及所要借助的媒质。 图1.1.1 虚拟现实技术关系图 虚拟制造技术应用计算机仿真技术，对零件的加工方法、工序顺序、工装和工艺参数的选用以及加工工艺性、装配工艺性等均可进行建模仿真，相比于传统的制造行业，它具有许多优势，它可以提前发现加工缺陷，提前发现装配时出现的问题，从而能够优化制造过程，提高加工效率。1.2 虚拟仿真装配技术 装配在产品生命周期中起着很重要的作用，也是产品功能实现的主要过程，总而言之，就是将加工出的零件，按照一定的顺序和要求安装在一起，实现整体的功能。据统计，在工业化的国家，大约百分之三十左右的人力从事和装配有关的活动，在整个生产过程中，装配所占的时间占总生产制造时间的40%60%，用于产品装配的成本占总生产成本的40%以上，所以装配在整个生产制造过程中是很重要的一部分，但是传统的手工装配由于存在着一定的缺陷，满足不了顾客日益增加的多样化需求，传统的手工装配方法存在一定的缺陷，如下：零件加工完成后才可以进行装配，如需修改，还需重新制造零件，而且整个装配过程消耗一定的时间。不能体现并行设计的思想，若有新的思想，再去更改，过程繁琐。基于以上手工装配为主的传统装配方法存在着诸多缺陷，所以在计算机技术，信息化技术，自动化技术的快速发展过程中，提出了虚拟仿真装配技术。 虚拟仿真装配（Virtual Assembly）是基于制造过程现代化、信息化、自动化的快速发展，而逐渐发展的一种先进制造装配理念，虚拟装配是利用计算机工具，而不需要产品或者支持过程的物理实现，通过分析、预建模、可视化以及数据表示等进行或者辅助进行装配相关的工程活动。在虚拟的环境中，设计人员可以像操作真实零件一样，先对装配过程进行规划，然后对虚拟的零件进行装配操作，通过一系列的装配过程，建立产品的装配模型，再去检查装配过程中的存在的问题，提高产品装配的正确性，这个过程中，主要以提高产品质量，减少设计成本，节约设计时间，提高设计效率和运用现代化科学技术为其要求，在这五个基于仿真技术的快速发展前提下，实现对三维实体零部件的优化定位组装，并且对完成虚拟装配的产品进行实时的零部件检测、装配约束处理、装配路径与序列处理等进行的实体仿真过程。 本文结合Mazda 6轿车自动变速器的机构及装配特点给出如下定义：汽车自动变速器虚拟仿真装配是在CATIA软件和3DMAX软件系统上完成发动机主要非标准零部件实体建模，对零件模型按约束关系在3DMAX上进行装配，并根据此前完成的工作，运用FLASH进行装配系统过程的制作，并将其展示出来。1.3 虚拟仿真装配技术在国内外的研究运用现状 虚拟装配是近十几年中虚拟制造技术研究的重要方向之一,虚拟装配技术已成为数字化制造技术在制造业中研究和应用的典范，对于更复杂的产品结构，使用该技术可以优化产品设计，以避免或减少物理模型的制作，缩短开发周期，降低成本，从而实现产品的优化开发，提高装配质量和效率，改善产品的售后服务。虚拟装配在航空航天、汽车、船舶、工程机械等领域的复杂产品设计及其装配工艺规划占据着主导位置，所以一直深受到国内外各行各业人士的关注与参与。 虚拟装配技术的发展和应用是基于虚拟现实技术、计算机技术、人工智能技术、网络技术、产品设计等多种学科领域的快速发展，在总体上，国内外学者对于虚拟仿真装配的研究是围绕虚拟装配核心技术、虚拟装配环境2方面展开研究。（1）虚拟装配核心技术 虚拟装配的核心技术是开发虚拟装配应用系统时最为重要的一部分，包含零部件建模、装配序列规划及优化、可行装配路径规划、装配合理性评价、决策支持、装配误差分析、干涉分析等内容。零部件建模：零部件建模是完成整个装配任务的必要贮备工作，它要求所建模型合理，而且对于细节的处理也有一定的要求，所以需要建模人员需要较高的软件使用水平，本文中，主要针对Mazda 6轿车自动变速器的零部件进行建模，包括液力变矩器中的壳体、泵轮、涡轮以及行星齿轮组等零部件进行建模，这个过程主要是运用计算机软件CATIA进行建模，然后运用3DMAX进行物体与场景渲染的一个过程。装配/ 拆卸规划技术：通过运用机械原理方面装配的知识，对于所建的模型进行合理的装配，以及优化装配方案，以及警惕其中许多的注意事项。装配过程中的人因分析：通过虚拟现实技术，开发人员可以在产品开发阶段就对产品装配过程中涉及的人机因素（如装配所需时间、装配操作的舒适程度、安全性）进行分析，从而可以在装配过程中避免错误。（2） 虚拟装配环境 虚拟装配环境确定虚拟装配应用，投资规模，功能，对于不同的应用，虚拟装配环境是不同的。 在本论文中，运用了现如今机械制造也中常用的CATIA和多种行业运用较广的3DMAX软件，从而很好的完成Mazda 6轿车自动变速器的建模以及装配过程，使装配成的模型在计算机上以很强的沉浸感展现给用户。 在国内，国内对虚拟装配技术的研究起步于20 世纪90年代末期,发展速度比较快,取得了不少研究成果，并提出了许多有价值的新理论和新方法。近几年浙江大学CAD&CG 国家重点实验室建立了M I V S，用于装配工艺规划和装配过程评价。清华大学开发的VASS 为设计师和装配工程师提供了一个产品的可装配性/ 可拆卸性仿真和评价系统。西安交通大学着力于DFA集成规划与装配系统的开发和研究；2005 年哈尔滨工业大学基于SolidWorks 开发了“涡轮泵三维数字化装配工艺系统、 国外，1997 年，英国的Heriot-Watt 大学开发了虚拟装配规划系统UVAVU，意大利Bologna 大学开发了基于CAD 的装配规划与验证系统。葡萄牙的C C G 公司开发了ITS(Immersive Training System) 虚拟系统，用于装配培训。德国Bielefeld 大学人工智能与虚拟现实实验室将虚拟现实交互技术与人工智能技术相结合,基于构造工具箱(Const ruction Kit s) 的概念,建立了一个虚拟装配系统(CODY Virt ual Const ructor ) 。 在国外，虚拟仿真装配技术在各大汽车生产厂商广泛运用，如BMW为利用虚拟仿真装配技术对X系列SUV汽车装配工艺流程进行合理性测试而建立的Virtual Process Week体系（简称VPW）;日本丰田汽车株式会社基于CATIA平台开发的汽车发动机可装配性验证系统与汽车整体装配设备可视化综合系统除此之外，虚拟仿真装配技术在其他企业和领域也被广泛运用，而随着计算机技术、信息化技术以及自动化技术等多种高新技术的快速发展，虚拟仿真技术在未来会得到更多的突破发展。1.4 虚拟仿真装配技术主要特点由于我们在本文中研究的是虚拟仿真技术在马自达6轿车自动变速器装配方面的运用，下面我们来看看虚拟仿真技术在自动变速器虚拟仿真装配方面哪些主要卓越高效的特点1） 沉浸性（immersion）虚拟仿真装配技术是用计算机软件进行模拟现实装配的一种特殊方法，用户可以通过使用虚拟设备将自己“投射”到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的目的，在本文中，通过3DMAX对FE5A-EL自动变速器零件的模型进行渲染和装配工作，通过计算机页面反映给用户，用户可以得到与现实生活中一般的自动变速器模型，可以去感知它，然后根据相应的资料去调整。2） 交互性（interaction） 交互性是指使用者可以通过一些操作,从而从模拟环境中得到反馈，达到对模拟环境的体验。交互性是虚拟现实技术最大的一个特点，就是用户与模拟环境之间的一种交互，相对于本文而讲，通过制作自动变速器的各种零件，然后进行装配过程，再将这个过程以及所制作的安装系统展示出来，这样开发者可以对自动变速器的装配过程进行优化和可装配性进行评价，而且可以作为一种学习的工具，这就是用户与环境之间的一种交互。3） 构想性（imagination） 这一特点强调了虚拟现实技术在各行各业间都可以构想运用，它以它独特的虚拟环境，不仅可再现真实存在的环境,而且其广阔的想像空间可以拓宽人类现有的认知范围，甚至可以超于客观环境所能达到的宽度，虚拟现实技术给人们的无限构想提供了条件，比如对本文中的自动变速器的装配过程可以进行构想，从而得到最终的自动变速器安装系统，这就是在最初的构想下所研究出来的，所以构想性提供了无限的可能，也提供了无限的认知。1.5 本章小结 在本章中，对虚拟制造技术进行了介绍，作为制造中重要的一环，阐述了装配在制造中的重要性，对虚拟仿真装配的技术进行介绍，以及当前国内的虚拟仿真装配技术现状和发展趋势进行简单介绍，最后指出虚拟仿真装配技术在现如今各种技术行业中所呈现的特点。 第二章 马自达6轿车FS5A-EL自动变速器2.1 马自达6轿车简介 MAZDA是日本最著名的汽车品牌之一，是日本继丰田，本田，日产之后的第四大汽车制造商，马自达6出厂于日本，是日本马自达公司21世纪的最新产品，也是第一个完整体现全新马自达品牌的产品，它的推出完善了马自达1到马自达9九个车系。2001年东京车展首度亮相,马自达6 (Mazda6)是马自达公司在2000以后面向中级轿车市场推出的战略化核心产品，中国于2003年春季引进马自达6轿车，并且在当年末就荣膺“年度车型”称号，在国内中高端轿车竞争激烈的背景下马自达6依然一直保持旺销态势，2012年马自达6在华销量为8.56万辆。现在马自达6由合资公司一汽马自达国产，从马自达6进入国内市场，一直都是许多人心目中运动中型车的代名词，图2.1.1为马自达6轿车 图2.1.1 马自达汽车2.2 FS5A-EL自动变速器简介 自动变速器是在机械式变速器、液力变矩器等液力传动技术和电子控制技术的基楚上发展而成的,它可根据发动机负荷和车速等工况的变化自动变换传动系统的传动比，以使汽车获得良好的动力性和燃油经济性，并且有效的减少发动机排放污染以及显著地提高车辆的安全性、乘坐舒适性和操纵轻便性。自动变速器一般是由液力变扭器、行星齿轮变速器、控制机构组成，由于液力变矩器不仅具有防止发动机过载的作用，而且还能无极地改变转速比和转矩比，因此在其他领域该技术也迅速得到应用，马自达6搭配的变速器为FS5A-EL自动变速器，其相对于市场上众多的变速器，具有以下几方面明显的特点1)实现良好的挂挡质量 通过使用线型电磁线圈（压力控制电磁线圈A）实现电控压力调整控制 采用了由占空比型电磁线圈（换档电磁阀A、B、C，压力控制电磁阀B）控制的电控（直接电控换档控制）离合器压力2)卓越的换档性能 采用了离心平衡离合器室3)高效、紧凑、轻便 采用了带液力变矩器直接驱动的微型余摆线型齿轮油泵4)可靠性高 采用了可变电阻器型TR 开关5)符合市场需求 采用运动AT 采用了子换档机械装置6)可靠性高，噪音和振动低 采用有单行星齿轮装置的双作用式变速器作为主要换档机械装置 采用了单行星齿轮装置，将其作为子换档机械装置 图2.2.1为FE5A-EL自动变速器的总体装配模型 图2.2.1 自动变速器总装配模型2.3 FS5A-EL自动变速器的结构 FS5A-EL自动变速器是一种液力自动变速器，它主要由电子控制系统、液压控制系统和动力传动系统三部分组成。 图2.3.1为FS5A-EL自动变速器组成图示 图2.3.1 FS5A-EL自动变速器组成图 在图中，动力传递系统由液力变矩器和行星齿轮机构组成，将发动机输出的动力经过传递而降低转速、增加扭矩。电子控制系统是按照通过输入系统里的开关和传感器的信号，通过TCM（变速器控制模块） 向液压控制系统中的线性类、ON/OFF 类电磁阀及工作循环类电磁阀输出与当前驾驶条件相吻合的信号。而液压控制机械装置，则是根据TCM所传递的信号，依据每个电磁阀的操作，接通在控制阀体中的液压通道，另外同时控制离合器的结合压。 图2.3.2为在FS5A-EL自动变速器中，动力传递的流程图、液压控制信号的传递图和电子信号传递图的组合，详细的展示了各个结构和组成关系。 图2.3.2 1 动力装置 2 液压控制机械装置 3 电子控制机械装置 4 液力变矩器 5 离合器、制动器 6 行星齿轮 7 差速器 8 轮胎 9 主控制阀阀体 10 换档电磁阀D，E （ON/OFF 类） 11 压力控制电磁阀A （线性类）12 换档电磁阀A，B，C （工作周期型） 13 油泵 14 副控制阀体 15 压力控制电磁阀B （工作周期型） 16 换档电磁阀F （ON/OFF 类）17 油压开关信号 18 车速 19 ATF 温度 20 前进离合器鼓转速 21 发动机转速 22 节气门位置信号 23 副齿轮转速 24 动力流程图 25 液压控制信号 26 电子信号下面为上图中传递的流程显示：动力装置：发动力动力液力变矩器离合器、制动器行星齿轮组差速器轮胎电子控制机械装置：油压开关信号 、车速 、 ATF 温度 、 前进离合器鼓转速 、 发动机转速 、节气门位置信号 、副齿轮转速 TCM（变速器控制模块）液压控制机械装置：TCM压力控制电磁阀 、换档电磁阀F （ON/OFF 类）压力控制电磁阀A （线性类）、 换档电磁阀A，B，C （工作周期型）、换档电磁阀D，E （ON/OFF 类）主副控制阀阀体离合器和制动器的结合压根据上述的介绍，下面分别讲述动力装置的结构组成以及其功能原理 FS5A-EL自动变速器的动力装置包括液力变矩器、四对离合器、两对制动器、带式制动器、两对单向离合器和三对单式行星齿轮。下面分别介绍各个装置的组成及其工作原理。1 液力变矩器 液力变矩器把动力从发动机传递至机械式变速器。它主要由泵轮、涡轮和固定不动的导轮三部分组成，各工作轮用铝合金精密铸造，或用钢板冲压焊接而成，其结构示意图如图2.3.3所示 图2.3.3 液力变矩器组成图泵轮-主动部分，将发动机动力变成油液动能涡轮-输出部分，将动力传递至机械式变速器的输入轴导轮-反作用元件，它通过单向离合器与变速器壳体固定变矩器不仅能够传递转矩，而且能在泵轮转矩不变的情况下，随着涡轮的转速（反映着汽车行驶速度）不同而改变涡轮输出的转矩数值，在液体循环流动的过程中，固定不动的导轮给涡轮一个反作用力矩，使涡轮输出的转矩不同于从泵轮输入的转矩，因而可以随着汽车的行驶速度改变所输出的转矩。图2.3.4为液力变矩器增加扭矩图 图2.3.4液力变矩器增加扭矩图 图中 在变矩器的泵轮转速和转矩不变的条件下，涡轮转矩随其转速（反映汽车行驶速度）的变化规律，就是液力变矩器的特性。图2.3.5为液力变矩器特性图 图2.3.5液力变矩器特性图液力变矩器的传动比为输出转速（即涡轮转速）与输入转速（即泵轮转速）之比，即液力变矩器输出转矩与输入转矩（即泵轮转矩）之比称为变矩系数，用K表示，即上图反应了变矩系数K和变矩器传动比（或涡轮转速）之间的变化关系可以得到，变矩系数K是随着涡轮转速的改变而连续变化的，当汽车起步、上坡或者遇到较大的阻力的过程中，假如发动机的转速和负荷不变，即从泵轮输入的转速和转矩不变，这时候，汽车车速会相应的降低，即涡轮的转速降低，从而由图中得知，变矩器传动比会降低，而变矩系数会相应的增大，即涡轮所输出的扭矩会相应的增大，使得驱动车轮获得较大的扭矩，保证汽车在行进过程中克服遇到的阻力而继续前行，所以变矩器是一种随着汽车行驶阻力的不同而自动改变输出扭矩的无级变速器，另外还具有保证汽车平稳起步，减缓扭转振动等功能。 2 行星齿轮变速系统 液力变矩器虽然在一定范围内能够改变转矩比和传动比，但是其变矩系数不大，变矩的范围不宽广，所以难以满足汽车使用的要求，为了提高自动变速器输出扭矩的变化范围，在具有液力变矩器的前提下，添加一个齿轮式变速器与其相结合，这中变速器称为液力机械式变速器，而这个齿轮式变速器多数是行星齿轮变速器。1）单排行星齿轮变速器的工作原理 为了了解行星齿轮变速器的变速工作原理，必须先了解其组成中最基本的单排行星齿轮结构的运动规律，图2.3.7为单排行星齿轮结构的示意图，图中标出了行星轮所受到的作用力。 2.3.6行星齿轮组作用力图 1太阳轮 2齿圈 3行星架 4行星轮 2.3.7行星齿轮结构示意图作用于太阳轮1上的力矩 作用于齿圈2上的力矩 作用于行星架3上的力矩 令齿圈与太阳轮的齿数比为，则 因而 由行星齿轮4的力平衡条件得 代入上面的力矩公式，根据能量守恒定律，三个元件上输入和输出的功率的代数和应为零，故通过转换得到以下式子 通过上式可以看出，在太阳轮、齿圈和行星架这3个零件之中，可以任意选两个零件，一个作为主动件，一个作为从动件，而使第三个零件固定不动，即第三个零件的转速为零，或者让第三个零件的运动受到一定的限制，使其转速固定，则整个行星齿轮组以一定的传动比传动动力，而通过三个零件的各种限制条件，可以得到不同的传动比，这就是单排行星齿轮传动最基本的原理，下面分别讨论各种条件太阳轮1作为主动件，行星架3为从动件，齿圈2固定，此时式中则得到的传动比 齿圈2为主动件，行星架3为从动件，太阳轮1固定，此时式中则得到的传动比 太阳轮1为主动件，齿圈2为从动件，行星架3固定，此时式中则得到的传动比 这种条件下，与符号相反，表示主动轴输入和从动轴输出的旋转方向相反，于是汽车就出现了倒档传动情况这种传动很好的解决了汽车倒档的问题，不同于传统的手动变速器，还需在变速器整体中添加一根倒档轴和相应的传动齿轮。若要使得太阳轮和齿圈的转速想同，即 则 所以，当三个元件中的任意两个零件连成一体转动时，第三个零件的转速和前两个转动零件的转速相同，即行星齿轮组中所有元件都没有相对运动的情况，就是一个整体的运动，从而变成从液力变矩器输入，直接从变速器输出的一端输出，这就是直接档传动，传动比就是12）FS5A-EL自动变速器齿轮组结构 在变速器内部有3个行星齿轮组，分别称为前行星齿轮组、后行星齿轮组和副行星齿轮组。其中，前、后行星齿轮组是改进型辛普森行星齿轮机构，辛普森行星齿轮结构是由两排行星齿轮共用一个太阳轮而组成的复合式行星齿轮机构。即前行星齿轮组的前中心齿轮和副行星齿轮组的副中心齿轮在同一根轴上，而且齿数相同，前内齿轮与后排行星架为一体，前排行星架与后排内齿轮为一体，是动力输出端两个太阳轮为独立运动。副行星齿轮组是一个单级行星齿轮机构，它在14挡和R挡时执行减速运动，在5挡时是直接传动。1 前行星齿轮和后行星齿轮 前行星齿轮机构与单向离合器的外座圈整合在一起，并与低速档和倒档制动器的驱动盘啮合。因此，在前行星齿轮转动时，单向离合器的外座圈与低速档和倒档制动器的驱动盘同时转动。前中心齿轮安装在前小齿轮内部，前内齿轮安装在前小齿轮外部。 前中心齿轮与前进离合器从动盘毂啮合，前内齿轮与后行星托板啮合。后行星齿轮与后小齿轮的内部装有后中心齿轮，其外部有后内齿轮。 后中心齿轮通过2-4 制动鼓与涡轮轴啮合，后内齿轮通过前行星架与主齿轮啮合。图2.3.8为前行星齿轮和后行星齿轮结构组图。 2.3.8 前行星齿轮和后行星齿轮结构示意图1 输入 2 前进离合器 3 1 号单向离合器 4 前行星齿轮架 5 前中心齿轮 6 前小齿轮 7 前内齿轮 8 第一轴传动齿轮 由于离合器和或制动器接合/ 分离的原因，前行星齿轮和后行星齿轮起到传动的作用，将涡轮轴输送的驱动力进行转换，并输送到中心齿轮。2 副行星齿轮 在副行星齿轮中，副中心齿轮安装在此小齿轮内部，副内部齿轮安装在其外部。 副中心齿轮与直接离合器鼓相连，副齿轮与副内部齿轮相连。 副行星架与副轴整合，并与离合器的驱动盘相连接。图 2.3.9为副行星齿轮结构组图 2.3.9 副行星齿轮结构组图9 二档齿轮 10 副小齿轮 11 减速制动 12 2 号单向离合器 13 副中心齿轮 14 副内齿轮 15 驱动齿轮 16 齿圈（差速器） 17 输出 由于离合器和/ 或制动器接合/ 分离的原因，副中心齿轮起到传动的作用，将涡轮轴输送的驱动力进行转换，并输送到输出齿轮。3 离合器与制动器在FS5A-EL自动变速器动力装置中，包括几对离合器与制动器，离合器有前进离合器、3-4离合器、倒档离合器、直接离合器和1、 2号单向离合器。制动器包括2-4制动带、低速档和倒档制动器和减速制动器。1） 离合器离合器基本结构如图2.3.10所示。 在图A 中，液体在离合器盘（驱动盘，从动盘）中，因为液体在各个盘上滑动，不能传递动力。 图B 显示当液压作用于活塞上时的离合器状态；驱动盘和从动盘紧紧地压在一起，将离合器鼓旋转速度传递到轮毂。 当活塞内的液压消除后，因为复位弹簧的作用，离合器松开并回到图A所示的状态。 2.3.10 离合器基本结构示意图 1 活塞 2 离合器鼓 3 离合器从动盘毂前进离合器 将输入扭矩从汽轮机轴传送至前中心齿轮。 在第一、第二、第三档位的前进档运作。图2.3.11 为前进离合器组成机构模型图 图2.3.11前进离合器组成结构图3-4 离合器 将输入扭矩从汽轮机轴传送至后行星齿轮后架。 在第三、第四、第五档位的前进档运作。倒档离合器 将输入扭矩从汽轮机轴传送至后中心齿轮。 当车辆倒退时运作。直接离合器 把副行星齿轮架与副中心齿轮接合。 在第五档位运作。单向离合器概述1 号单向离合器1 号单向离合器锁住前内齿轮的反时针方向旋转（从液力变矩器侧看去） 1 号单向离合器在1GR 的D、M 档运作。2 号单向离合器2 号单向离合器锁定直接离合器鼓的顺时针方向（从液力变矩器一侧看）转动。 2 号单向离合器1GR、2GR、3GR和4GR 的D、M 档运作。单向离合器结构1 号单向离合器单向离合器的外座圈与前内齿轮整合，并且单向离合器的内座圈固定在变速驱动桥箱上。2 号单向离合器单向离合器的外座圈与直接离合器鼓整合，并且单向离合器的内座圈固定在变速驱动桥箱上。单向离合器操作1 号单向离合器单向离合器外座圈（前内齿轮）可顺时针方向（从液力变矩器一侧看）自由转动，但在外座圈试图逆时针转动时，斜撑挡圈升起，阻止其按逆时针方向转动。 图2.3.12 1号单向离合器示意图1 单向离合器外座圈（前内齿轮）不能转动 2 单向离合器外座圈（前内齿轮）能转动 3 单向离合器内座圈（固定在变速驱动桥箱上）上图中所有的旋转方向均从液力变矩器查看。2 号单向离合器单向离合器外座圈（直接离合器）可按逆时针方向（从液力变矩器一侧看）自由转动，但当此外座圈试图逆时针转动时，滚轮向右侧移动（从液力变矩器一侧看），阻止其按逆时针方向转动。 2 号单向离合器锁定前内齿轮的顺时针方向转动，同时锁定次中心齿轮通过直接离合器的顺时针方向转动。 图2.3.13 2号单向离合器示意图1 单向离合器外座圈（直接离合器鼓）不能转动 2 单向离合器外座圈（直接离合器鼓）能转动 3 2 号单向离合器（固定在变速驱动桥箱）上图中所有的旋转方向均从液力变矩器查看。2） 制动器2- 4 制动带2-4 制动带锁定倒车鼓并固定后中心齿轮。 2-4 制动带在2GR，4GR 或5GR 档位运作。2- 4 制动带结构2-4 制动带用于旋紧2-4 制动鼓，2-4 制动带的一端用一个带支柱固定。 伺服活塞置于变速驱动桥箱内。2- 4 制动带的操作下图为2- 4 制动带的结构示意图，根据图 图2.3.14讲述2- 4 制动带的工作原理 图2.3.14 2- 4 制动带结构原理图1 带支柱 2 伺服机构复位弹簧 3 释放侧 4 伺服机构定位器 5 接合侧 6 伺服系统活塞 7 2-4 制动带当液压作用于伺服固定器与伺服活塞（2-4 制动带接合侧）式，伺服活塞作用于2-4 制动带以锁定2-4 制动鼓。同时，伺服机构复位弹簧也起到阻碍的作用，从而可以获得最佳2-4 制动带接合力。当液压作用于伺服活塞与变速驱动桥箱（2-4 制动带释放侧）时，伺服活塞被推向伺服固定器一侧。 这使得2-4 制动带靠自身弹簧力延伸，打开2-4 制动鼓。当液压同时作用于伺服固定器与伺服活塞之间以及伺服活塞与变速驱动桥箱之间时，伺服活塞被推向伺服固定器一侧，因为该二区域与弹簧力的差别，2-4 制动鼓的锁定被解开。图2.3.15 制动带模型图 图 2.3.15 制动带模型图低速档和倒档制动器 固定前内齿轮转动。 在倒档或第一档位（M 档1GR）时运作。减速制动 固定副中心齿轮的转动。 当车辆倒退时运作。 在第一、第二、第三、第四档位运作。由于低速档和倒档制动器和减速制动器与上述离合器的机构原理大体相似，在此不过多赘述，只是简单介绍其功能原理。4 FS5A-EL自动变速器的换挡过程 图2.3.16为F55A-EL自动变速器内部行星齿轮变速系统，包括前行星齿轮、后行星齿轮和副行星齿轮，以及多种离合器与制动器，现根据图2.3.16，讲述一档的档位动力传递过程。 图2.3.16 自动变速器档位动力传递图1 输入 2 前进离合器 3 1 号单向离合器 4 前行星齿轮架 5 前中心齿轮 6 前小齿轮 7 前内齿轮 8 第一轴传动齿轮 9 二档齿轮 10 副小齿轮 11 减速制动 12 2 号单向离合器 13 副中心齿轮 14 副内齿轮15 驱动齿轮 16 齿圈（差速器） 17 输出1 前、后行星齿轮组动力传递：l挡时，前进挡离台器2接合，驱动前行星齿轮组中的前中心齿轮6，前中心齿轮6顺时针旋转，前小齿轮7逆时针旋转。行星架是动力输出端与车体相连。运动阻力较大可暂视为固定，于是前内齿圈8有逆时针旋转的趋势，此时l号单向离合器3锁止防止内齿圈逆时针旋转则前小齿轮7在逆时针自转的同时会沿前内齿圈8顺时针公转从而带动行星架顺时针旋转。由上述介绍的单排行星齿轮机构的运动规律可知，太阳轮旋转，内齿圈固定不动，行星架为同向的并且减速旋转，得到的是最大的减速。后行星齿轮组在1挡时没有参与动力传递。2 副行星齿轮组：动力由前、后行星齿轮组传递至副行星齿轮组的副内齿圈15，齿圈15逆时针旋转，驱动副小齿轮11也逆时针旋转，行星架是动力输出端与车体相连，运动阻力较大，可暂视为固定于是副中心齿轮14有顺时针旋转的趋势，此时2号单向离台器锁止，防止副中心齿轮顺时针旋转。同时，减速制动器工作双向固定副行星齿轮机构太阳轮，则行星轮在顺时针自转的同时会沿太阳轮顺时针公转，从而带动行星架顺时针旋转。由单级行星齿轮机构的运动规律可知内齿圈输入，太阳轮固定，行星架是同向减速旋转。由以上分析可知，在一档时，l号单向离台器锁止是动力传递的唯一途径，当动力反向传递时，它会打滑空转，故没有发动机制动。故在1挡时，为获得发动机制动，低速R挡制动器工作它与l号单向离台器井联，双向固定前内齿圈后行星架，l号单向离台器锁止不再是动力传递的唯一途径，故有发动机制动。其它档位的传递过程，根据辛普森式变速齿轮的变速规律即可得到，上面仅只简单介绍一档时FS5A-EL自动变速器的换挡过程。2.4 本章小结本章对马自达6轿车进行了简单介绍，对马自达6轿车FS5A-EL自动变速器的各个主要的系统的主要结构特点及功能原理简要介绍，并对此自动变速器的换挡过程进行简单介绍，此外还配备了每个部件的功能原理，可以使读者更加详细的了解这种自动变速器的功能。 第三章 自动变速器零件的建模3.1 CATIA简介 CATIA（Computer Aided TreeDimensional Interactive Application ）是由法国的达索飞机公司在70年代开发，由美国IBM公司销售的主流的CADCAECAM一体化软件。CATIA具有众多功能强大的模块，其模块总数从原先的12个增加至现在的140多个，运用于