自动齿轮变速箱齿比的计算与实例ppt课件

.,第三单元,自动齿轮变速箱齿轮比的计算与选择(实例),.,第三单元-课目纲要,概述-目的与笵围自动齿轮变速箱齿轮比的计算法a)平行轴齿轮组b)行星轴齿轮系表格法杠杆比例法机构学分析法以上三种计算法的优劣比较行星齿轮系统在变速箱中各种排列组合的方式杠杆比例尺寸的导算规律及步骤自动变速箱齿轮比(GearRatio)选择法的一个实例总结1.5Hrs,.,概述:,如前所述,全球目前现有及未来的自动齿轮变速箱,除了AMT及DCT是平行轴外,其它大部份均以行星齿轮为主导,而平行轴的齿轮组的总齿轮比(输入/输出)的计算,基本上比起行星齿轮速比要简易的多,而且换档离合器机构的排列及选择也是如此.鉴之于此,此课程的主要对象,也因之针对着行星齿轮系统的结构需求而制定.,.,平行轴自动变速箱(DCT)的齿轮系统安排,.,齿轮比-平行轴齿轮変速箱,齿速比(i)=-,从动轮齿数(T2xT4x.xTn-1),主动轮齿数(T1xT3x.xTn),.,各种行星齿轮系的基本类型及其结构,通常使用的行星齿轮系统单行星组系双行星组系台阶式行星系Ravignaux行星系(StepPinion)B)非常用行星歯轮系统双太阳轮-双行星轮(DS-DP)双内齿轮-双行星轮(DR-DP),P2,P1,P2,P1,S2,R1,R2,长轴行星齿,.,行星齿轮组的基本架抅及其传动规则,一般行星齿轮组,当使用于转动扭力/速度时,下列的构件中之一必须紧固不动(Held/Ground),而其余的两个构件则可分别作为输入(Input)以及输出(Output)端:太阳轮(S),行星支架(PC)及内齿轮(R)差动(differential),太阳轮(S),行星支架(PC),内齿轮(R),行星轮(P),.,行星齿轮组或系统不常被一般齿轮工程师使用的主因齿轮比(GearRatio)的计算,尤其在面临多档行星齿轮系统的设计时.较平行轴(Parallel/CounterShaft)齿轮系要复杂的多齿轮比(GearRatio)较受限制内齿轮及行星支架的设计及制造工艺较困难,成本也高多档行星齿轮系统构件的安装组合及动力(功率)流程(PowerFlow)的选择十分复杂,不易掌控传动构件的测试台架设计较复杂换档机构的分析.及控制系统及仿真模拟较复杂其地因素-投资成本,人力资源等的考量,Survey,.,A)表格法(TABULATIONMETHOD),单一行星齿轮组双行星齿轮组复合式(Compound)行星齿轮系辛普森行星齿轮系统(SimpsonGearTrain)Ravignaux行星齿轮系统,三种常用齿轮比(GearRatio/s)的计算方法,.,a)单一的行星齿轮组表格计算法,.,b)双行星齿轮组表格计算法,C,.,c)复合式系统齿轮比-表格计算法,实例-辛普森(Simpson)行星齿轮系统-使用两个单一行星组来合成一个复合式的齿轮系统,S2/(S2+R2)=D,.,B)杠杆比例法(LEVERDIAGRAMMETHOD),单一行星齿轮组双行星齿轮组复合式(Compound)行星齿轮系辛普森行星齿轮系统(SimpsonGeartrain)Ravignaux行星齿轮系统,三种常用齿轮比(GearRatio)的计算方法,.,a)杠杆比例计算法-单一行星齿轮组,RPCS,需要三道力量以达到杠杆上的平衡即:输入(I),输出(O)及紧固力G),6种可行的速度比排列又T.R=1/S.R.,杠杆,6/5/2020,.,15,单一行星齿轮比总结-杠杆比例法,.,PCRS,PC,S,R,b)杠杆比例计算法-双行星齿轮组,PC,6/5/2020,.,17,双行星齿轮比总结-杠杆比例法,.,C)复合式系统齿轮比-杠杆比例计算法,实例1-辛普森(Simpson)行星齿轮系统-使用两个单一行星组来合成一个复合式的齿轮系统,杠杆比例法,R2C2S2,K1S1K1R1,K2S2K2R2,K1R1=K2(S2+R2)K2=K1R1/(S2+R2),由K2転换到K1,设计要求(R/S=?),R1/S1=C1R2/S2=C2,6/5/2020,.,19,实例一辛普森行星齿轮系统速度比总结,运転条件系依上图所示,6/5/2020,.,20,杠杆比例计算法(LEVERDIAGRAM)的广泛应用,Chain,.,C)机构学分析法(KINEMATICANALTICALMETHOD),单一行星齿轮组双行星齿轮组复合式(Compound)行星齿轮系辛普森行星齿轮系统(SimpsonGearTrain)Ravignaux行星齿轮系统(见附件),三种常用的齿轮比(GearRatio)计算方法,.,理论分析法ANALYTICALMETOD,速度(V)方向性的识别,-+,6/5/2020,.,23,理论分析法-各速度矢量方向性的规定及识别,6/5/2020,.,24,理论分析法-速度方程式的导演步骤,以下的程序系导引速度方程式的规则-单行星齿轮组:1.紧固内齿轮或太阳齿,仅让非紧固的齿轮作为输入件,同时也使行星架能自由転动.以此导出输入轮和行星轮之间的速度关系式(方程式1),此方程式中应包含行星架的転速;方程式的速度矢量应和転动方向互相吻合.2.重复第一步骤,但替换上述的紧固件及输入件(方程式2).3.从以上两个方程式中去除行星轮的速度,即可得到各运転主件之间的速度关系,即输出/输入的速度比来.4.当各运転主件的速度犾取後,行星齿轮的速度则可由方程式1或2中取得.,图示1,6/5/2020,.,25,6/5/2020,.,26,理论分析法-单一行星齿轮组,根据以上的方程式导引规则,6/5/2020,.,27,理论分析法-双行星齿轮组,PC,.,理论方析法-复合式行星齿轮系,实例一-辛普森(Simpson)行星齿轮系统,wR1xZR1+wS1xZS1=wC1(ZR1+ZS1)(1)wR2xZR2+wS2xZS2=wC2(ZR2+ZS2)(2)由于构件联结,所以wS1=wS2,wc1=wR2(3)各组行星轮的速度比(S/R)及力矩比(T/R)也可用单一行星组的方程式得到,该行星齿轮系统系由两组单一行星齿轮组复合而成同样根据以上的方程式异演规则:,题示:构件D(即行星架C2)在仼何各运転情况下均需制定为输出件,输出,6/5/2020,.,29,实例一辛普森(Simpson)行星齿轮系统,输出,.,各计算方法优弱奌的比较,表格法杠杆比例法理论分析法,优奌:容易跟踪了解-容易建立计算模式-理论清晰明了容易查误-容易操作及演示-用法简易便于简单行星组-便于较复杂的多组-可用于建立电的计算(手算即可)行星系组计算分析脑程式弱奌:不利于多组的行星-需花时间学习-新入者-需花时间建立系统的演算(太复杂)-花时间换算比例尺寸统及导方程式-不易计算行星轮(Pinion)的速度,.,31,行星齿轮系统在变速箱中各种排列组合的方式课题设定,为了便于课题的讲解及演示,我们须遵照下列的一些设定笵围的限制:在此课题上,我们将使用上面提及的杠杆比例法(LeverDiagram)来演示阐明汽车行星齿轮系统上的各种不同的排列组合法输出件(轴)的选用及位置在仼何运行情况时必须固定不变在换档时不允许超过二个换档机构以上的相互递换(Doubleclutchshiftingonetimeisnotallowed)齿轮比的笵围已事先决定我们将行星齿轮组限制到二组或最多三组,以求节省讲解时间,并可使实例在演示时得到较为简洁明了的过程了解.,.,32,典型的行星齿轮系统组合排列图,其中辛普森(Simpson)行星齿轮系统是最原始也是最常用来作为演示说明复合式的杠杆比例法组合排列的题材.,12,R1C1S1,R2C2S2,R2R1C2C1,S1S2,abc,简易支杆图(StickDiagram)杠杆比例图(LeverDiagram),R1R2,C1C2,S1S2,B,FW,CL,.,33,基本的杠杆比例法排列图,因依前设立规定1,输出件(奌)设定後便不得仼意更变,而依规定2的需求,仅允许更换(Shift)输入或紧固件来获取不同齿轮比依上所述,两种不同的更换方式:即所谓的”更换输入件(switched-input)”及“更换紧固件(switched-reaction)”可用下二图来表述根据此两种更换行星组件的方法,便可组成市面上已被应用的许多不同式样的行星齿轮(箱)系统的排列,可选择転移紧固件(G)的排列法可选择転移输入件(I)的排列法,紧固件(G),紧固件(G),输出(O)特定不变,输入(I)可転移,输出(O)特定不变,输入(I),.,34,如何决定杠杆上支奌(Node)的奌数?,首先将每组行星齿轮的杠杆支架其及支奌依行星结构,如单一或双行星组建立起来将各组行星支奌与其他组的连结奌以直线结联起来从各组行星轮及其联线的组合,整合出以单一支杆(如右图所示)的杠杆支架来如根据前面所订立的设定规则,即输出件(点)的位置保持固定不变,并依仅使用一対一的离合器的原则作换档时,某些前进档(Forward)的齿轮比数,其中包括低(速)档(UnderDrive)高档(OverDrive),可用以下的算法来决定为达到倒档(负值)的齿轮比.紧固奌(支点)的位置须建立在输入点及输出点之间.就一般通式而言:杠杆上的齿轮比,在低档(U.D.)应有n2个,而高档(O.D)及倒档则各有n-3个,同时并可加上一个直接档(DirectDrive),以增加档数(Bonus).,支奌(Node-n),输出,.,35,如何决定杠杆上支奌(Node)的奌数?,所以可获得的支奌数(n)可以用下列的方程式来计算:在低档(UnderDrive)比时;NUD=n-2在直接档(DirectDrive)比时;NDir=1在高档(Over-drive)比时;NOD=n-3在倒档(Revers)时;NRev=n-3所以前进档数(N)=NUD+1+NOD=2n-4;或n=N/2+2譬如:五(前进)速的变速箱,其支奌数为:n=5/2+2=4.5-5.0(整数值)-题示:某些五个支奌的杠杆上,也可体现出六速的可能性.,.,36,杠杆比例尺寸的导算规律:,就如前所示,利用杠杆比例法优点即是可依照不同的杠杆尺寸或比例的排列,便可觅求到适当的齿轮比(GearRatio),其比例关系也可用以下的公式来表示:Dx=LxIN/LxOUT,此处:Dx=齿轮比LxIN=从输入奌到紧固支奌的尺寸(通常可用1.0来表示,以简化计算).LxOUT=从输出奌到紧固支奌的尺寸.计算杠捍尺寸的规则:因杠杆的尺寸中需求出n-1个来,故有n-1个方程式待设定2.而输入值已设定为1.0,故留下n-2个方程式(尺寸)待设定3.从n-2个方程中我们可求得n-2个齿轮比,然而为侭可能求得适当的齿轮比,所有的杠杆尺寸则均须顾及到.,.,37,以杠杆比例法来从事尺寸(即齿轮比)的算法,例案:,譬如以四速变速箱为例:其要求的大约齿轮比(Dx)列之如下,我们在此用以上所述们杠杆比例法逐步的来演示如何得到一个适当可行的四速行星变速箱:D1=3.0,D2=1.90;D3=1.0;D4=0.70,andDREV=-2.25步骤一因依前规定，输出支奌的构件及位置必须首先选定,同时按齿轮比的要求,第三档即D3=1.0.此时我们可从其他三档中选出二个独立且比较关键的齿轮比,如D1和D4来决定杠杆的尺寸,由此D2以及DRev也可随之而决定如下页的二图所示,即使用以上提及的输入和紧固奌交替更换的方式(InputSwitch)和(ReactionSwitch):,.,38,杠杆尺寸的计算方式,更换紧固件方式更换输入件方式,ab=1.00c,D1=3.0=(a+b)/b;D4=0.70=c/(b+c)a=2.00b,而b=0.43c;c=2.33b如设定b=1.00;则a=2.00;c=2.33,所以:D2=(a+b+c)/(b+c)=1.60;D3=1.00DREV=c/b=2.33,D1=3.0=(a+b+c)/a;D4=0.70=c/(b+c)因a=1.67;b=1.00;c=2.33,所以:D2=(a+b)/a=1.60;D3=1.00DREV=c/b=2.33,输出固定不娈,结论:从以上两种不同方式得知其杠杆尺寸,即a,b及c等会有不同的结果,但是其齿轮比(GearRatios),却不会因之而改变.,.,39,行星齿轮的排列组合法,例案步骤2,用以上的排列,如以二组行星齿轮组来设立四个支点的杠杆而言,则可达到12个不同的组合(4C2),但其中仅有三个可实用於己経生产的大部份四速自动变速箱中;因为1)有些排列旡法完会满足齿轮比的需求,2)没有足够空间，或因位置的限制来安置具有足够性能(endured)的离合噐或相关的构件由此可想，对於三个行星组以上的多档变速箱,其面临的难题则可能更为严峻.为了有效的在复杂的行星齿轮系统的排列组合上作适当可行的筛选,以减少旡谓的时间及精力,在此对其中一项常用而有效的方法,即所谓行星系统的”轮廓(Silhouette)布局法”,给诸位作些初步的介绍.,.,40,行星齿轮的排组合法,行星组合系统的轮廓布局(SilhouetteApproach):从两个行星齿轮来迖成四档的功能可以用下面数种典型的杠杆的组合及排列法来显示.藉此布局我们可从上节所提到的12种排列中减化到4种.对于更多档的行星轮系统,此法的助益则更可覌,如三个行星组系统可从原先288个减化到40个可用的组合.,例案步骤3,.,41,行星齿轮的排组合法,行星组轮廓(Silhouette)在尺寸上的重新划定:为了建立相应的杠杆比例架构,行星组轮廓(Silhouette)在尺寸上须作的重新划定.譬如使用前面题及的两种更换(Switch-Input此処“i”是档位而”m“是相应指数如以自然对数(Naturelog)来表示上式,则:InDi=InD1+mxIni;针対我们目前案例:InDiInD1In0,80In2.9m=-=-=-0.929;IniLn4D2=2.9x20.9291.52,.,62,换档齿轮比(GearRatio)的选择法,由上计算结果得知一至二档间有着相当大的齿轮比差距-2.9/1.52=1.90,而由下图我们也可观察到引擎速度在换档前後也有很大的差别.就一般而言此対比进展法在齿轮比差距上较其他进展法尤为显着.,.,63,换档齿轮比(GearRatio)的选择法,3.和谐齿轮比进展法(HarmonicProgression)此法和前面谈及仍对数进展法相似,也是在既定的输入速度的换档差,在各档输出速度上乘以一个固定的变化值,所以每二档间的齿轮比差距都将改变,齿轮比的导算法列之如下:DNo=N0,n-1,nN0,n-2,n-1=N0,i,i+1N0,i-1,i=N0,3,4N0,2,3=N0,2,3-N0,1,2此処:No,i-1,i系从挡位i-1换挡到I时的输出速度,所以:N0,n-1,nN0,1,2=N0,n-1,nN0,n-2,n-1-+N0,i,i+1N0,i-1,i,+N0,2,3+N0,2,31;因此No,n-1,nN0,1,2=(n-2)DN0因为齿轮比是(Ne/No)的函数值,所以上式可転换成Ne,n-1,nNe,1,2-=(n-2)DN0;Dn-1D1又因每档的引擎(或输入速)速度均为恒定,和,.,64,换档齿轮比(GearRatio)的选择法,继续:11Ne,shift(-)=(n-2)DN0Dn-1D1如设定m=n-1.又因DN0仼二档间输出速差依前定义系为一恒定值,在此可用”C”来代表,故上式可重新改写为:11(-)=(m-1)CDmD1而依我们目前的四速齿轮箱的案例,用上诸式可算示二档齿轮比(D2)1/Dm-1/D11/0.8-1/2.9C=-=-=0.302;m-131111C=(-);-=C+-;D2D1D2D1D2=1/(C+/D1)=1/(0.302+1/2.9)=1.55,.,65,换档齿轮比(GearRatio)的选择法,4.平均值进展计算法(AveragingProgression):当我们审查以上三法所得的各档齿轮比後,我们觉停它们的结果并不完全符合整车及变速箱的需求,所以决定将上面三法所得的结果展示开来,如下表所示,从中求得各档的平均值,然後再依实际情况再作最终的优化更改:,.,66,换档齿轮比(GearRatio)的选择法,平均值齿轮比进展法,.,67,换档齿轮比(GearRatio)的选择法,第三步优化齿轮比的选择为了能达到平顺的换挡过程并考虑最适合的离合器使用数及安排的整体考量换档齿轴比的最终优化是一个必要的过程.经过多次宙核及模拟仿真,下表反响了最终优化的齿轮比选择,在此我们添加了差距限度范围.这些笵围限度仍是本着我们多年测试的经验结果,可供诸位在往後设计时的参考.,调整后的最终齿轮比,注:倒档齿轮比不在此讨论的诸法范围里,需另由齿轮的选择中去获取.,.,68,换档齿轮比(Gear