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1、第一節(jié)概述。 行星齒輪式變速箱（簡(jiǎn)稱行星變速箱）是由簡(jiǎn)單行星排組成。由于行星排中有軸線旋轉(zhuǎn)的行星輪，故行星變速箱只能采用動(dòng)力換擋方式。 行星變速箱的主要優(yōu)點(diǎn)是：可通過(guò)的行星排中設(shè)置多個(gè)行星輪，使載荷由幾對(duì)齒共同傳遞，減輕了每對(duì)齒上的載荷，以便選用較小的模數(shù)，從而減小齒輪體積，因此，行星變速箱在徑向方向尺寸較緊湊；但軸向尺寸則與所采用的行星排數(shù)目有關(guān)，當(dāng)行星排數(shù)量較多時(shí)，則軸向尺寸較大。另外，還可實(shí)現(xiàn)輸入與輸出軸同心傳動(dòng)。此外，變換排擋也不要求在嚙合的輪齒上進(jìn)行準(zhǔn)確的速度調(diào)整；換擋是“輕松的”，易于控制。若需要，可以自動(dòng)控制。另外，可以在完全摘下現(xiàn)用擋以前掛上新?lián)?，這允許在換擋過(guò)程中傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)功
2、率的一部分，但不是全部，這就是動(dòng)力換擋。 行星變速箱結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但隨著制造水平的提高，行星變速箱在工程機(jī)械上的使用也日益廣泛。,制動(dòng)器,第二節(jié) 簡(jiǎn)單行星排（單，雙行星排） 如圖4-17所示，簡(jiǎn)單行星排是由太陽(yáng)輪t、齒圈q、行星架j和行星輪x組成。由于行星輪軸線旋轉(zhuǎn)與外界連接困難，故在行星排中只有太陽(yáng)輪t、齒圈q和行星架j等三個(gè)元件能與外界連接，并稱之為基本元件。在行星排傳遞運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，行星輪只起到傳遞運(yùn)動(dòng)的隋輪作用，對(duì)傳動(dòng)比無(wú)直接關(guān)系。（行星輪的轉(zhuǎn)速，受力。。。。。）,圖4-17 簡(jiǎn)單行星排簡(jiǎn)圖,太陽(yáng)輪t、齒圈q、行星架j 行星輪x,因?yàn)椋?(nt-nj) / (nx-nj) = Zx / Z
3、t ; (nq-nj) / (nx-nj) = Zx / Zq,由行星排轉(zhuǎn)速方程式4-12可見(jiàn)，行星排三個(gè)基本元件的轉(zhuǎn)速中僅有兩個(gè)是獨(dú)立參數(shù)，這表示行星排具有二個(gè)自由度。當(dāng)某一元件固定后，則行星排變成一自由度系統(tǒng)，即可由轉(zhuǎn)速方程式4-12確定另外兩元件的轉(zhuǎn)速比（即行星排傳動(dòng)比）。這樣，通過(guò)將行星排三個(gè)基本元件分別作為固定件、主動(dòng)件或從動(dòng)件，則可組成八種方案（圖4-18）。由式4-12不難求得這些方案的傳動(dòng)比。,直接檔,八種方案,組成八種方案,由上述可見(jiàn)，一個(gè)簡(jiǎn)單行星排可以給出八種傳動(dòng)方案，但其傳動(dòng)比數(shù)值因受特性參數(shù)值的限制，尚不能滿足機(jī)械的要求，因此，行星變速箱通常是由幾個(gè)行星排組合而成，以便
4、得到所需的傳動(dòng)比。如；兩個(gè)行星排；幾個(gè)行星排組合成變速箱。,分析：兩個(gè)行星排：t1, j1, q1; t2, j2, q2; t1 = t2 ；j1 = q2 ；（兩組構(gòu)件連接）； 余下：t1 = ni, j2 = no ; q1制動(dòng): nq1 = 0 Ni 輸入（已知）； 總計(jì) 1， 2；兩個(gè)自由度，對(duì)應(yīng)倆方程。（轉(zhuǎn)速方程),例：,雙行星排5種方案,第三節(jié)行星齒輪式變速箱 運(yùn)動(dòng)學(xué) 動(dòng)力學(xué)分析,,一 運(yùn)動(dòng)分析,（一）,,（4-17）,,,(4-19),為行星排特性參數(shù)。,對(duì)于單行星,對(duì)于雙行星為：,故對(duì)于單行星得三基本元件的轉(zhuǎn)速關(guān)系式為：,,由以上方程
5、可知， 行星排的三個(gè)基本元件轉(zhuǎn)速之間有一個(gè)轉(zhuǎn)速方程相連系， 故為一個(gè)二自由度機(jī)構(gòu)。要使此機(jī)構(gòu)中任意二個(gè)基本元件間 有確定的轉(zhuǎn)速關(guān)系，必須再加一個(gè)關(guān)系式。 方程的三個(gè)系數(shù)之和等于零，故 為其解， 即任意兩個(gè)轉(zhuǎn)速相等時(shí)第三個(gè)轉(zhuǎn)速亦必和其他兩個(gè)轉(zhuǎn)速相等， 整個(gè)行星排成一體轉(zhuǎn)動(dòng)。（結(jié)構(gòu)上形成一體的為一個(gè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件） （直接檔）,（二）復(fù)雜行星排運(yùn)動(dòng)分析- 各構(gòu)件t， j， q的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動(dòng)比,倒4檔,1 轉(zhuǎn)矩分析（動(dòng)力學(xué)）各構(gòu)件t， j， q的轉(zhuǎn)矩 不考慮摩擦，等速運(yùn)動(dòng)時(shí)，行星排中行星輪對(duì)太陽(yáng)輪、齒圈、行星架作用的轉(zhuǎn)矩稱為理論內(nèi)轉(zhuǎn)矩， 由行星排三轉(zhuǎn)矩之和等于零，得： 得單行星行星排理論內(nèi)轉(zhuǎn)矩
6、關(guān)系式： 對(duì)雙行星可用類似方法求得理論內(nèi)轉(zhuǎn)矩關(guān)系式：,,（4-20）,（4-21）,（4-22）,二 動(dòng)力學(xué),2。行星傳動(dòng)的能量損失傳動(dòng)效率,注：（諸上冊(cè)165-168）,行星傳動(dòng)中，（1）牽連運(yùn)動(dòng)沒(méi)有齒輪嚙合摩檫功率損失； （2）相對(duì)運(yùn)動(dòng)中通過(guò)齒輪傳遞，有損失。 （3）固定件無(wú)能量損失，所以分別考慮t，j，q固定時(shí)，。。 則：構(gòu)件 t， q ，j 上的扭矩低于無(wú)損失情況。 分析已證實(shí)， 計(jì)及損失與未考慮時(shí)，構(gòu)件 t， q ，j 扭矩表達(dá)式相同。,有表可查,在行星齒輪式變速箱中，當(dāng)相鄰兩行星排彼此只有一個(gè)基本元件相連， 則可把它分成兩組
7、行星機(jī)構(gòu)，如圖4-19，整個(gè)變速箱即可看作由這些組成部分串聯(lián)而成。圖4-19即為由一個(gè)行星排組成的行星機(jī)構(gòu)和由三個(gè)行星排組成的行星機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。分析時(shí)，可先將各組成分開(kāi)單獨(dú)進(jìn)行，然后再串聯(lián)起來(lái)考慮,第四節(jié)變速箱分析（多行星排分析） (1組成分析 ;2自由度分析;3擋位數(shù)分析 ; 4變速箱傳動(dòng)比分析 ；5扭矩分析；6 循環(huán)功率) 1組成分析 以圖4-19為例,圖4-19,圖4-20,2 自由度分析 行星齒輪變速箱中，結(jié)構(gòu)上 形成一體的為一個(gè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件， 如圖4-19后組成中第一行星排 的行星架、第二行星排的齒圈 和第三行星排的太陽(yáng)輪組成 一個(gè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。每一旋轉(zhuǎn)構(gòu)件 僅有一個(gè)自由度，而每
8、一行星排 有一個(gè)轉(zhuǎn)速方程，故每組行星機(jī)構(gòu)的自由度為： y = 旋轉(zhuǎn)構(gòu)件數(shù) m 一 行星排數(shù) n 。 例如上圖后組成的自由度： Y= 5 - 3 = 2。(旋轉(zhuǎn)構(gòu)件m=5, 即： 。括弧內(nèi)為一個(gè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。 3個(gè)轉(zhuǎn)速方程，n=3),,1 2 R,3. 擋位數(shù)分析 （旋轉(zhuǎn)構(gòu)件是 j , q , t ; 制動(dòng)器; 閉鎖離合器的總稱。） 機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng)的條件是只有一個(gè)自由度，用制動(dòng)器制動(dòng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件或用離合器連接兩個(gè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件都能使機(jī)構(gòu)減少一個(gè)自由度。如圖4-19后組成的自由度為2，有4個(gè)操縱件(三個(gè)制動(dòng)器和一個(gè)閉鎖離合器)，操縱一個(gè)操縱件就可得一傳動(dòng)比，
9、故可有4個(gè)傳動(dòng)比。前組成的自由度亦為2，有2個(gè)操縱件故可得2個(gè)傳動(dòng)比。因此，整個(gè)變速箱可能實(shí)現(xiàn)24=8個(gè)擋位(傳動(dòng)比)。 對(duì)于二自由度的變速箱，由上式知行星排數(shù)n=m - 2，而在m(=5)個(gè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件中除去輸入、輸出構(gòu)件外，可供制動(dòng)操縱的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件數(shù)b=m-2=n(3)。所以對(duì)于二自由度變速箱，有幾個(gè)排行星排就可以布置幾個(gè)制動(dòng)操縱件(操縱件=行星排=3; 3個(gè)傳動(dòng)比不等于l的擋位)，亦即得到幾個(gè)傳動(dòng)比不等于 l的擋位。(等于1的擋位由一個(gè)閉鎖離合器 實(shí)現(xiàn)，結(jié)合時(shí)，3個(gè)排剛性聯(lián)在一起),擋位數(shù) = 制動(dòng)操縱件數(shù) + 閉鎖離合器數(shù),4（變速箱）傳動(dòng)比分析,方法：基于（1）操縱一個(gè)操縱件就可得一個(gè)
10、傳動(dòng)比， （2）運(yùn)動(dòng)特性方程 轉(zhuǎn)速分析目的是求各擋的傳動(dòng)比和各旋轉(zhuǎn)構(gòu)件在不同擋位時(shí)的轉(zhuǎn)速。 求各基本元件的轉(zhuǎn)速 列出n個(gè)轉(zhuǎn)速方程(以單行星為例)， 設(shè)變速箱有n個(gè)行星排共3n個(gè)基本元件。,,,方程組中符號(hào)下標(biāo)1、2、、n表示第幾排行星排。 列出連接方程（約束條件或約束方程）,擋位數(shù) =傳動(dòng)比 = 制動(dòng)操縱件數(shù) + 閉鎖離合器數(shù),圖4-20,式2 代入式1中， 求解得到： 各擋的傳動(dòng)比和各旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的轉(zhuǎn)速。,（1）,（2）,,自由度分析: 前排：4 排 X 3 - 6 個(gè) 連接條件（ ）- 4 （4個(gè)排） = 2 個(gè)自由度。 后排： 1 個(gè)自由度。 所以 3 個(gè)自由度。( 1
11、 排 X 3 - 1個(gè)連接條件- 4個(gè)排= 1個(gè)自由度),5.扭矩分析（如給出輸入扭矩） 方法 （1）列出各排扭矩方程； （2）列出扭矩連接方程； （3）求解,例題：,制動(dòng) T2, T5時(shí),T2,T5,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 前排：制動(dòng)T2時(shí)， 僅2排傳動(dòng)力。 后排：制動(dòng)T5時(shí)， 4，5 排共同傳動(dòng)力。,公式1中M上標(biāo) A 表示：考慮效率時(shí)工況,制動(dòng)T5時(shí),6.循環(huán)功率,循環(huán)功率 Nu 的產(chǎn)生：,單排：Mu = Mq，nu = nq； 雙排： Mu = Mq1 = Mt2， nu = nq1 = Mt2 計(jì)算 ： Nu = Mu . nu ;,摩檫離合器動(dòng)力換擋變速箱的缺點(diǎn)就在于它的功率損
12、失。兩套行星齒輪輸出四個(gè)速度，也就需要四個(gè)離合器。名義上，有兩個(gè)離合器要分離，但這會(huì)造成部分磨擦損耗。在復(fù)雜的行星變速箱上，這些損耗，再加上那些因大量齒輪空轉(zhuǎn)而造成的損耗，還是比較大的。,第五節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),（1）齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)；（2）。構(gòu)件支撐及浮動(dòng)件。 (3）。行星架；行星輪。(4）。箱的潤(rùn)滑油,1齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì),（1） m，Dq, 相鄰條件, 最小齒數(shù), 齒輪的變位,（2）配齒條件, 相鄰條件 為保證相鄰行星輪齒頂不干涉并減少攪油損失， 一般使齒頂之間的問(wèn)隙大于58mm。, 最小齒數(shù) 當(dāng)小于3時(shí)，行星排中太陽(yáng)輪齒數(shù)最小。 當(dāng)大于3時(shí)，行星排中行星輪齒數(shù)最小。 最小齒數(shù)應(yīng)避免根切并考慮軸和軸
13、承的布置。一般行星輪最小齒數(shù) 不小于1417，太陽(yáng)輪考慮到軸的尺寸最小齒數(shù)應(yīng)取得更多一些。, 齒輪的變位 為了湊傳動(dòng)比(n值)、避免根切和提高齒輪強(qiáng)度，可采用變位齒輪,2。構(gòu)件支撐及浮動(dòng)件。 3。行星架；行星輪。 4。箱的潤(rùn)滑油,附件：齒輪變位系數(shù)的選擇原則,采用變位齒輪的原因：1）配湊中心距；2）提高齒輪的強(qiáng)度和使用壽命；3）降低齒輪的嚙合噪聲。 變位齒輪主要有兩類：高度變位和角度變位。高度變位齒輪副的一對(duì)嚙合齒輪的變位系數(shù)之和等于零。高度變位可增加小齒輪的齒根強(qiáng)度，使它達(dá)到和大齒輪強(qiáng)度接近的程度。角度變位系數(shù)之和不等于零。角度變位可獲得良好的嚙合性能及傳動(dòng)質(zhì)量指標(biāo)，故采用得較多。 變位系數(shù)
14、的選擇原則 ： 1）對(duì)于高擋齒輪，應(yīng)按保證最大接觸強(qiáng)度和抗膠合及耐磨損最有利的原則選擇變位系數(shù)。 2）對(duì)于低擋齒輪，為提高小齒輪的齒根強(qiáng)度，應(yīng)根據(jù)危險(xiǎn)斷面齒厚相等的條件來(lái)選擇大、小齒輪的變位系數(shù)。 3）總變位系數(shù)越小，齒輪齒根抗彎強(qiáng)度越低。但易于吸收沖擊振動(dòng)，噪聲要小一些。 為了降低噪聲，對(duì)于變速器中除去一、二擋以外的其它各擋齒輪的總變位系數(shù)要選用較小一些的數(shù)值。一般情況下，隨著擋位的降低，總變位系數(shù)應(yīng)該逐擋增大。一、二擋和倒擋齒輪，應(yīng)該選用較大的值。,,第六節(jié),1，2， 3，4，5，6，7,1，2，3，4，5，6，7,方案1：5個(gè)排。,方案2：4個(gè)排和1個(gè)離合器,前F，R,后排1，2，3檔,
15、1，,附件,附件,第七節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),變速器（油路系統(tǒng)）操縱機(jī)構(gòu): 1.手動(dòng)液壓換檔 2.半自動(dòng) 3.自動(dòng)：電控自動(dòng)換擋變速器 ；,行星齒輪變速器的換檔執(zhí)行元件包括換擋離合器、換擋制動(dòng)器和單向離器。換擋離合器為濕式多片離合器，當(dāng)液壓使活塞把主動(dòng)片和從動(dòng)片壓緊時(shí)，離合器接合；當(dāng)工作液從活塞缸排出時(shí)，回位彈簧使活塞后退，使離合器分離。 換擋制動(dòng)器通常有兩種形式：一種是濕式多片制動(dòng)器，其結(jié)構(gòu)與濕式多片離合器基本相同，不同之處是制動(dòng)器用于連接轉(zhuǎn)動(dòng)件和變速器殼體，使轉(zhuǎn)動(dòng)件不能轉(zhuǎn)動(dòng)。換擋制動(dòng)器的另一形式是外束式帶式制動(dòng)器。 行星齒輪變速器的單向離合器與液力變矩器中的單向離合器結(jié)構(gòu)相同。,液力機(jī)械傳動(dòng)式自動(dòng)變
16、速器的控制 液壓自動(dòng)操縱系統(tǒng) 通常由供油、手動(dòng)選擋、參數(shù)調(diào)節(jié)、換擋時(shí)刻控制、換檔品質(zhì)控制等部分組成。 供油部分 根據(jù)節(jié)氣門開(kāi)度和選擋桿位置的變化，將油泵輸出油壓調(diào)節(jié)至規(guī)定值，形成穩(wěn)定的工作液壓。 在液控液動(dòng)自動(dòng)變速器中，參數(shù)調(diào)節(jié)部分主要有節(jié)氣門壓力調(diào)節(jié)閥（簡(jiǎn)稱節(jié)氣門閥）和速控調(diào)壓閥（又稱調(diào)速器）。節(jié)氣門壓力調(diào)節(jié)閥使輸出液壓的大小能夠反映節(jié)氣門開(kāi)度；速控調(diào)壓閥使輸出液壓的大小能夠反映車速的大小。 換擋時(shí)刻控制部分用于轉(zhuǎn)換通向各換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)（離合器和制動(dòng)器）的油路，從而實(shí)現(xiàn)換擋控制。鎖定信號(hào)閥受電磁閥的控制，使液力變矩器內(nèi)的鎖止離合器適時(shí)地接合與分離。 換擋品質(zhì)控制部分的作用是使換擋過(guò)程更加平穩(wěn)
17、柔和。,現(xiàn)代自動(dòng)變速器采用電液一體化的設(shè)計(jì)， 其實(shí)不單變速器是這樣，現(xiàn)在很多自動(dòng)化設(shè)計(jì)都是采用的電液一體化設(shè)計(jì)。 所謂電液一體化，就是指用電子方式控制液壓油路。這樣就省去了各種復(fù)雜的液壓控制閥和控制管路，直接用電磁閥取代液壓閥。電磁閥最大的好處就是布置方便，可靠性和響應(yīng)速度高。我們完全可以想象，是布置復(fù)雜的液壓回路容易一些還是布置電線容易一些？答案當(dāng)然是后者。 電液一體化變速控制，除了上述優(yōu)點(diǎn)以外，還有一個(gè)很大的好處就是控制方法更加智能化。因?yàn)殡姶砰y是直接與行車電腦相連的，電腦可以很容易的根據(jù)汽車的各種狀態(tài)調(diào)整控制方式。不象純液壓控制那樣，控制模式是固定不變的。所以在很多配備了電液一體化式的自
18、動(dòng)變速器的車上，有經(jīng)濟(jì)模式，運(yùn)動(dòng)模式，雪地模式可供選擇。在經(jīng)濟(jì)模式下，電腦控制變速器在低轉(zhuǎn)速換擋達(dá)到省油的目的；在運(yùn)動(dòng)模式下電腦控制變速器在高轉(zhuǎn)速換擋發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能；在雪地模式下，電腦控制自動(dòng)變速器直接用2擋起步，避免因輪胎打滑而失控。 所以，這種電液控制的自動(dòng)變速器給人的感覺(jué)就是非常智能化，非常聽(tīng)話。而這所有的控制模式只需要修改電腦程序就能實(shí)現(xiàn)，硬件方面不需要做任何改動(dòng)，所以成本比傳統(tǒng)自動(dòng)變速器更低，性能卻更高。,當(dāng)然，在使用自動(dòng)變速器時(shí)也有很多有別與手動(dòng)變速器的地方。首先，自動(dòng)變速器和手動(dòng)變速器都有空擋（也就是N擋）。但自動(dòng)變速器的N擋與手動(dòng)變速器的N擋是完全不一樣的。手動(dòng)變速器掛入
19、N擋以后，同步器將齒輪與軸的動(dòng)力分開(kāi)，完全切斷的動(dòng)力傳輸；自動(dòng)變速器掛N擋以后，動(dòng)力并沒(méi)有分開(kāi)，而是解除了所有離合器和制動(dòng)器對(duì)行星齒輪的約束，行星齒輪全部轉(zhuǎn)動(dòng)，但不傳輸動(dòng)力（這是行星齒輪的特性）。因此，自動(dòng)變速器掛N擋以后，并不代表發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力被切斷，而僅僅只是行星齒輪的動(dòng)力傳輸不出去而已。如果在高速行駛時(shí)把自動(dòng)變速器掛入N擋溜車，則會(huì)造成潤(rùn)滑油壓降低，潤(rùn)滑跟不上而行星齒輪又在相對(duì)高速旋轉(zhuǎn)，所以很容易把齒輪燒壞。還有一點(diǎn)就是在短暫停車時(shí)不要經(jīng)常把變速桿從D擋切入N擋，因?yàn)樽詣?dòng)變速器是通過(guò)液壓推動(dòng)各個(gè)離合器的分離結(jié)合以及制動(dòng)器的束縛來(lái)實(shí)現(xiàn)換擋的，空擋亦如此。所以頻繁的切如N擋會(huì)使各個(gè)離合器和制動(dòng)
20、器的工作強(qiáng)度和磨損增大，減少自動(dòng)變速器的使用壽命。其實(shí)大可放心，在設(shè)計(jì)自動(dòng)變速器的時(shí)候工程師們就考慮到了停車問(wèn)題，其實(shí)在D擋上短時(shí)間停車是完全不會(huì)對(duì)變速器有壞影響的，雖然車已停住發(fā)動(dòng)機(jī)仍在轉(zhuǎn)動(dòng)，但帶速時(shí)的微弱能量完全能被液力變矩器吸收，從而達(dá)到平衡。除非是長(zhǎng)時(shí)間在高溫環(huán)境下停車，才會(huì)使液力變矩器的油溫升高在使用自動(dòng)變速器時(shí)也有很多有別與手動(dòng)變速器的地方。,3電控自動(dòng)換擋變速器,在固定軸式機(jī)械變速器基礎(chǔ)上，通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)和電子控制技術(shù)，使之實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋，并取消了變速桿和離合器踏板。駕駛員只需控制油門踏板，汽車在行駛過(guò)程中就能自動(dòng)完成換擋時(shí)刻的判斷，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)收油門、離合器分離、選擋、換擋、離合器接合和油門等一系列動(dòng)作，使汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性有所提高。其工作原理框圖見(jiàn)圖3-10。,圖3-10 電控自動(dòng)換擋變速器 工作原理框圖,電控自動(dòng)換擋變速器工作原理圖組,車輛,機(jī)械變速器,
動(dòng)力換檔變速箱行星
