【自动变速器的行星排组合关系和参数选择分析4300字】

自动变速器的行星排组合关系和参数选择分析目录TOC\o"1-3"\h\u12049自动变速器的行星排组合关系分析和参数选择分析 1161081.1两排行星排组合 167221.1.1两排单级式的组合 2246371.1.2一排单级式和一排双级式组合 3236221.1.3两排双级式组合 4154681.2三排行星排组合 593791.2.1三排单级式组合 54381.2.2两排单级式与一排双级式 8231101.2.3一排单级式与两排双级式 9118831.3四排行星排组合 9207211.4行星齿轮的结构与材料特性分析 1190071.4.1合理选择齿轮件的材料 12314811.4.2材料的处理方法解析 12215631.4.3所选材料的力学性能 125171.4.4行星轮系基本结构简介 13311441.5行星齿轮传动的基本参数 141.1两排行星排组合对于目前的三档和四档传动行星齿轮机构，最常见的形式有辛普森、拉文格和CR-CR。其结构特点是：辛普森型由两个单级行星列组成，两个太阳轮是一体的。CR-CR型也由两个单级行星行组成。前悬架连接到后齿圈，后行星架连接到前齿圈。如图3-1所示。（a）辛普森式（b）拉维娜式（c）CR-CR式图3-1行星齿轮机构多排之间的连接关系目前有两种形式：一种是串联，即在原行星传动方案的输入轴或输出轴上串联一个行星排以增加档位，但控制元件较多。另一种是并联式，多排行星机构并联，构成结构紧凑的传动装置。1.1.1两排单级式的组合设S1和S2分别为第一排太阳轮和第二排太阳轮；R1、R2分别为第一排和第二排齿圈；C1、C2分别是第一排行星架和第二排行星架。两单级式组合共有12种情况，如表3-1所示。表3-1两行星排组合关系从结构上看，一组同名的组件与一组不同名的组件相连，S1-S2和R1-C2，就是典型的辛普森一家；两组不同名称的元件分别用R1-C2和C1-R2连接，即CR-CR。这两种组合是设计变速器时的首选结构。根据杠杆法的分析，一组同名元件与一组不同名称的元件和两组不同名称的元件相连的9种情况都可以简化为四点杠杆，最多可以达到4个速度。在这个4档的基础上，可以通过改变换档元件的数量和位置来选择3档。以上12种组合中典型的辛普森型和CR-CR型被广泛使用。它们的特点是结构简单，满足传动设计的一般要求。采用典型辛普森行星齿轮机构组成的3速自动变速器，如图3-2所示。图3-2辛普森式3速自动变速器结构行星齿轮机构的特点是由两个单列单级行星齿轮机构组成，共用一个太阳轮，前行星架和后齿圈连接在一起，即S1-S2和R1-C2。CR-CR式即为改进型辛普森行星齿轮机构，如图3-3所示。图3-3CR-CR式自动变速器结构后行星架与前齿圈相连；后齿圈与前行星架连接；前后太阳轮是独立的。别克君威4T65E、凯越4HP-16、富康/爱丽舍AL4、海南马自达FN4A-EL自动变速器、日产天籁RE4F04B、福特CD4E、别克君威4T45E自动变速器均采用图3-3所示结构。1.1.2一排单级式和一排双级式组合与两种单级式相比，连接方式有两个同名元件连接、一对同名元件连接和一对异名元件连接、两种连接方式。连接成对具有不同名称的组件，共有12种连接方式。从这个角度看，两个同名的元件连接的是R1-R2和C1-C2；C1-C2和S1-S2两种情况，连接一对同名的元件，连接一对异名的元件C1-C2和R1-S2，一共3种连接方式都合适。大众01M/01N、凯越(1.6)81-40LE、现代/三菱KM175/176/177、F4A20、F4A33、W4A33、A4AF2、A4BF1、起亚千里马A4AF3等车型的自动变速箱均采用拉维娜式行星齿轮机构。可以达到4种速度，如图3-4所示。图3-4A4AF3自动变速器结构对于C1-C2和S1-S2，该方案用于别克/雪佛兰赛欧的AF13自动变速箱。如图3-5所示。图3-5AF13自动变速器结构与辛普森式和CR-CR相比，Lavina和C1-C2和S1-S2档位有所增加，但其结构更加紧凑，符合变速箱设计要求，也是设计4档变速箱的首选结构.在结构上与Lavina型、C1-C2和S1-S2型相比，不占优势，未采用。其实用性需要从功耗、效率等其他方面来考虑。1.1.3两排双级式组合还有12种两排两级组合。通用汽车的5L40E自动变速器采用共用一个行星齿轮的两级两级行星排。两个太阳轮分别输入，一个齿圈用于制动，另一个齿圈输入实现5档，用于别克荣宇、Boulevard、SLS轿车、凯迪拉克（CTS/SRX/CTS/SRX)上海通用生产)，结构紧凑，档位多，如图3-6所示。图3-65L40E自动变速器结构考虑到传动比要求和换挡控制情况，如果两排以两组连接，只能简化为四点杠杆，最多可以达到四档。由于由双排行星齿轮机构组成的变速器最多可以实现四个前进档，因此五档和六档变速器的传动方案通常采用三排行星排。1.2三排行星排组合1.2.1三排单级式组合由于增加了一排，连接的可能性大大增加，结构变得复杂。一种组合方式是三排并联。三个平行的行可以分成两个单元。前排和中排按照两级连接关系为一个单元，中排和后排按照两级连接为一个单元。本文仅对一组同名组件、一组不同名称的组件、两个不同名称的组件的9种连接关系进行排列组合，即可得到9+8+7+6+5+4+3+2+1=45不同连接方式的组合（这里不考虑前后组的顺序）。同理，如果前两行的连接关系为CR-CR，则后两行的连接可以是除Simpson's以外的其他8种连接关系，以此类推。从结构上看，如果尽量避免重叠，除了R-S连接关系，还剩下15种组合。下面，行星排被简化为一根杆的三点表示。其连接关系如图3-7所示。图3-7三行星排并联组合关系列举应用实例如下：（1）采用方法为三排并联，单元组合方式为辛普森式+CR-CR式，如图3-8所示。图3-8辛普森式+CR-CR式这是采埃孚生产的5档自动变速器，2003年后应用于路虎、宝马（BMW540、740、X54）和捷豹（捷豹XK8、XJ8）。（2）采用三排并联，单元组合方式为CR-CR+CR-CR式，如图3-9所示。图3-9CR-CR+CR-CR式三排关系具有明显的CR-CR特性：1排行星架与2排齿圈相连，2排行星架与3排齿圈相连，3排行星架与1排齿圈相连齿圈为输出端，实现6档。（3）采用方法为两排并联然后串联一排，单元组合方式为辛普森+一排单级式，如图3-10所示。图3-10辛普森+单级式AW4－4/A340E/A341E/A342E自动变速器将超速行星齿轮系放在辛普森式的前面或后面，实现4速。以上几个例子都继承了两个行星排的三种基本复合结构的特点，即结构更简单，换档执行器更少，控制过程更简单。1.2.2两排单级式与一排双级式采用方法为两单级式并联+一排双级式，如图3-11所示。图3-11A760/761E自动变速器马自达RX8轿车SL6A-EL自动变速箱/丰田雷克萨斯，皇冠轿车A760/761E自动变速箱后两排为辛普森式，前排为两级式，可达到6档。采用方法为一排单级式一排双级式并联再串或并联一排单级式，如图3-12所示。图3-12AWF21自动变速器福特S-MAX/蒙迪欧夺得AWF21自动变速箱，新丰田霸王，凯美瑞：U660自动变速箱，都采用这种机制（拉维纳型加一排单级型），但它们使用的换挡执行器数量不同从位置。1.2.3一排单级式与两排双级式一种是采用单级和一排两级机组为一个机组。也为结构简单，共用一个行星轮，另一排两级式为一个单元。两个单元之间的连接关系仍由原来的换档执行决定可串接或组合。如图3-13所示。图3-13AA80E自动变速器这款变速箱与福特S-MAX/蒙迪欧AWF21自动变速箱类似，只是将前排单级式改为双极式，然后换档执行器。或者，也可以将两个双级式作为一个单元，共用一个行星齿轮，单级式为一个单元，两个单元之间的连接关系仍然可以串联或并联。不过，也可能是因为双双阶段本身的一些限制。1.3四排行星排组合本文只考虑三种组合：四排单级式，三排单级式与一排双级式，两排双级式与两排单级式。（1）四排单级式单元组合方式有辛普森式+CR-CR式和三排+一排，如图3-14所示。图3-14RE7R01A自动变速器日产英菲尼迪系列车配备RE7R01A自动变速器。前两排是辛普森，后两排可以是辛普森（C1组合），也可以串联（C1、C2不组合），可以实现7速。（2）三排单级式和一排双级式单元组合方式有两单+一单一双和三单+一双，如图3-15所示。图3-15722.9自动变速器前两排是S1-S2和C1-C2，后两排C3以辛普森式连接，如果不连接，则两排串联。可实现7个前进档和2个倒档。目前，四排可达最高到9速，是2011年德国ZF公司发布一款变速器。如图3-16所示。图3-16ZF公司9速自动变速器结构从以上例子可以看出Simpson和Lavina的结构特点，说明这三种基本结构深受设计者信赖，在实际传动中占有一定的地位。通过分析两排、三排、四排的组合，再看常用的行星齿轮机构的组合，可以发现一些规律：(1)虽然连接方式很多，但三种最常见、最基本的三复合行星齿轮结构是Simpson、Lavina和CR-CR。辛普森型可以达到3档，拉维娜型和CR-CR型都可以达到4档。三者均具有结构简单、紧凑、实用性强的特点。它们是设计3速和4速变速器的绝佳机构。(2)有12种方法可以组合两个单级行星行。其中，同名的两个部件用3个结构连接，难以满足齿轮要求。在连接方式上，尽量避免R和S的连接，容易重叠。这种连接方式有4种；其余5种中，最常用的是Simpson和CR-CR。(3)对于齿轮少的变速器，应尽量避免两级变速器，因为齿轮太多，结构复杂，制造困难，会降低传动效率。(4)三个行星排组合通常并联连接。在两行连接关系中，选取一组同名连接和一组不同名称元件，以及两组不同名称元件的9个连接，进行排列组合，得到45种类型，三排并联的不同连接方式的组合。1.4行星齿轮的结构与材料特性分析在实际制造过程中，由于齿轮的齿根部分承受很大的交变弯曲应力，除了承受相互啮合时的冲击力外，还承受齿面的接触压应力，所以中心部分齿轮具有足够的硬度和耐磨性，具有较高的弯曲疲劳强度和疲劳强度缓解能力。1.4.1合理选择齿轮件的材料本项目模拟分析选用的45号钢在实用性和成本方面更具性价比。由于太阳轮是2K-H行星齿轮传动机构中大多数行星齿轮的中心部件，因此需要采用表面淬火、渗氮等热处理方法后具有较强承载能力和表面硬度的合金钢材料。200CrMnTi、20Cr等为一般情况下选用的材料。由于内齿圈的齿轮同时与太阳轮和行星齿轮啮合，因此表面硬度和载荷要求较高，要求能承受双向弯曲载荷的影响。利用热处理来增加强度也是普遍采用的方法。ZG270或ZG500等中碳铸钢材料通常用于较大的齿轮。内齿轮对内部韧性的要求较高，其表面硬度要求比内齿轮低。一般采用调制处理或淬火、表面渗碳等精加工STEEL_45或合金钢40。1.4.2材料的处理方法解析材料的处理方法主要选用热处理和渗碳处理：渗碳处理是指通过热处理使表面含碳量大大提高0.8-1.2%，而芯部硬度变低。铁芯一般为0.1-0.25%，特殊情况使用0.35%。该材料更耐冲击，其耐磨性高于调质+表面硬化，一般用于具有耐磨表面和抗冲击芯部的重载零件。其中，0.35%只存在于教科书中，现实中并无实例。采用渗碳工艺的材料含碳量不高，芯部强度可达0.30%之高。调质+高频表面淬火工艺的耐磨性比渗碳略差。由于45号钢渗碳，淬火后芯部会出现硬而脆的马氏体，失去了渗碳处理的优点，所以不推荐。45钢热处理时，淬火后回火前硬度高于HRC55为合格，高频淬火HRC58，实际应用中最高硬度为HRC55。正火850、淬火840、回火600不推荐加热。45号钢是优质碳素结构钢。常用于模板、尖头、导柱等模具，硬度不高，易切割，需热处理。1.4.3所选材料的力学性能45号钢的力学性能，如表3-2所示。表3-245号钢的力学性能1.4.4行星轮系基本结构简介按自由度数分类后，行星齿轮系分为行星齿轮系和差速齿轮系两大类。在机构本身的平面内具有自由度的行