动力换档变速箱行星

第一节概述。 行星齿轮式变速箱（简称行星变速箱）是由简单行星排组成。由于行星排中有轴线旋转的行星轮，故行星变速箱只能采用动力换挡方式。 行星变速箱的主要优点是：可通过的行星排中设置多个行星轮，使载荷由几对齿共同传递，减轻了每对齿上的载荷，以便选用较小的模数，从而减小齿轮体积，因此，行星变速箱在径向方向尺寸较紧凑；但轴向尺寸则与所采用的行星排数目有关，当行星排数量较多时，则轴向尺寸较大。另外，还可实现输入与输出轴同心传动。此外，变换排挡也不要求在啮合的轮齿上进行准确的速度调整；换挡是“轻松的”，易于控制。若需要，可以自动控制。另外，可以在完全摘下现用挡以前挂上新挡，这允许在换挡过程中传递发动机功率的一部分，但不是全部，这就是动力换挡。 行星变速箱结构较复杂，但随着制造水平的提高，行星变速箱在工程机械上的使用也日益广泛。,制动器,第二节 简单行星排（单，双行星排） 如图4-17所示，简单行星排是由太阳轮t、齿圈q、行星架j和行星轮x组成。由于行星轮轴线旋转与外界连接困难，故在行星排中只有太阳轮t、齿圈q和行星架j等三个元件能与外界连接，并称之为基本元件。在行星排传递运动过程中，行星轮只起到传递运动的隋轮作用，对传动比无直接关系。（行星轮的转速，受力。）,图4-17 简单行星排简图,太阳轮t、齿圈q、行星架j 行星轮x,因为： (nt-nj) / (nx-nj) = Zx / Zt ; (nq-nj) / (nx-nj) = Zx / Zq,由行星排转速方程式4-12可见，行星排三个基本元件的转速中仅有两个是独立参数，这表示行星排具有二个自由度。当某一元件固定后，则行星排变成一自由度系统，即可由转速方程式4-12确定另外两元件的转速比（即行星排传动比）。这样，通过将行星排三个基本元件分别作为固定件、主动件或从动件，则可组成八种方案（图4-18）。由式4-12不难求得这些方案的传动比。,直接档,八种方案,组成八种方案,由上述可见，一个简单行星排可以给出八种传动方案，但其传动比数值因受特性参数值的限制，尚不能满足机械的要求，因此，行星变速箱通常是由几个行星排组合而成，以便得到所需的传动比。如；两个行星排；几个行星排组合成变速箱。,分析：两个行星排：t1, j1, q1; t2, j2, q2; t1 = t2 ；j1 = q2 ；（两组构件连接）； 余下：t1 = ni, j2 = no ; q1制动: nq1 = 0 Ni 输入（已知）； 总计 1， 2；两个自由度，对应俩方程。（转速方程),例：,双行星排5种方案,第三节行星齿轮式变速箱 运动学 动力学分析,一 运动分析,（一）,（4-17）,(4-19),为行星排特性参数。,对于单行星,对于双行星为：,故对于单行星得三基本元件的转速关系式为：,由以上方程可知， 行星排的三个基本元件转速之间有一个转速方程相连系， 故为一个二自由度机构。要使此机构中任意二个基本元件间 有确定的转速关系，必须再加一个关系式。 方程的三个系数之和等于零，故 为其解， 即任意两个转速相等时第三个转速亦必和其他两个转速相等， 整个行星排成一体转动。（结构上形成一体的为一个旋转构件） （直接档）,（二）复杂行星排运动分析- 各构件t， j， q的转速及转动比,倒4档,1 转矩分析（动力学）各构件t， j， q的转矩 不考虑摩擦，等速运动时，行星排中行星轮对太阳轮、齿圈、行星架作用的转矩称为理论内转矩， 由行星排三转矩之和等于零，得： 得单行星行星排理论内转矩关系式： 对双行星可用类似方法求得理论内转矩关系式：,（4-20）,（4-21）,（4-22）,二 动力学,2。行星传动的能量损失传动效率,注：（诸上册165-168）,行星传动中，（1）牵连运动没有齿轮啮合摩檫功率损失； （2）相对运动中通过齿轮传递，有损失。 （3）固定件无能量损失，所以分别考虑t，j，q固定时，。 则：构件 t， q ，j 上的扭矩低于无损失情况。 分析已证实， 计及损失与未考虑时，构件 t， q ，j 扭矩表达式相同。,有表可查,在行星齿轮式变速箱中，当相邻两行星排彼此只有一个基本元件相连， 则可把它分成两组行星机构，如图4-19，整个变速箱即可看作由这些组成部分串联而成。图4-19即为由一个行星排组成的行星机构和由三个行星排组成的行星机构串联而成。分析时，可先将各组成分开单独进行，然后再串联起来考虑,第四节变速箱分析（多行星排分析） (1组成分析 ;2自由度分析;3挡位数分析 ; 4变速箱传动比分析 ；5扭矩分析；6 循环功率) 1组成分析 以图4-19为例,图4-19,图4-20,2 自由度分析 行星齿轮变速箱中，结构上 形成一体的为一个旋转构件， 如图4-19后组成中第一行星排 的行星架、第二行星排的齿圈 和第三行星排的太阳轮组成 一个旋转构件。每一旋转构件 仅有一个自由度，而每一行星排 有一个转速方程，故每组行星机构的自由度为： y = 旋转构件数 m 一 行星排数 n 。 例如上图后组成的自由度： Y= 5 - 3 = 2。(旋转构件m=5, 即： 。括弧内为一个旋转构件。 3个转速方程，n=3),1 2 R,3. 挡位数分析 （旋转构件是 j , q , t ; 制动器; 闭锁离合器的总称。） 机构有确定运动的条件是只有一个自由度，用制动器制动一个旋转构件或用离合器连接两个旋转构件都能使机构减少一个自由度。如图4-19后组成的自由度为2，有4个操纵件(三个制动器和一个闭锁离合器)，操纵一个操纵件就可得一传动比，故可有4个传动比。前组成的自由度亦为2，有2个操纵件故可得2个传动比。因此，整个变速箱可能实现24=8个挡位(传动比)。 对于二自由度的变速箱，由上式知行星排数n=m - 2，而在m(=5)个旋转构件中除去输入、输出构件外，可供制动操纵的旋转构件数b=m-2=n(3)。所以对于二自由度变速箱，有几个排行星排就可以布置几个制动操纵件(操纵件=行星排=3; 3个传动比不等于l的挡位)，亦即得到几个传动比不等于 l的挡位。(等于1的挡位由一个闭锁离合器 实现，结合时，3个排刚性联在一起),挡位数 = 制动操纵件数 + 闭锁离合器数,4（变速箱）传动比分析,方法：基于（1）操纵一个操纵件就可得一个传动比， （2）运动特性方程 转速分析目的是求各挡的传动比和各旋转构件在不同挡位时的转速。 求各基本元件的转速 列出n个转速方程(以单行星为例)， 设变速箱有n个行星排共3n个基本元件。,方程组中符号下标1、2、n表示第几排行星排。 列出连接方程（约束条件或约束方程）,挡位数 =传动比 = 制动操纵件数 + 闭锁离合器数,图4-20,式2 代入式1中， 求解得到： 各挡的传动比和各旋转构件的转速。,（1）,（2）,自由度分析: 前排：4 排 X 3 - 6 个 连接条件（ ）- 4 （4个排） = 2 个自由度。 后排： 1 个自由度。 所以 3 个自由度。( 1 排 X 3 - 1个连接条件- 4个排= 1个自由度),5.扭矩分析（如给出输入扭矩） 方法 （1）列出各排扭矩方程； （2）列出扭矩连接方程； （3）求解,例题：,制动 T2, T5时,T2,T5,结构特点： 前排：制动T2时， 仅2排传动力。 后排：制动T5时， 4，5 排共同传动力。,公式1中M上标 A 表示：考虑效率时工况,制动T5时,6.循环功率,循环功率 Nu 的产生：,单排：Mu = Mq，nu = nq； 双排： Mu = Mq1 = Mt2， nu = nq1 = Mt2 计算 ： Nu = Mu . nu ;,摩檫离合器动力换挡变速箱的缺点就在于它的功率损失。两套行星齿轮输出四个速度，也就需要四个离合器。名义上，有两个离合器要分离，但这会造成部分磨擦损耗。在复杂的行星变速箱上，这些损耗，再加上那些因大量齿轮空转而造成的损耗，还是比较大的。,第五节结构设计,（1）齿轮传动设计；（2）。构件支撑及浮动件。 (3）。行星架；行星轮。(4）。箱的润滑油,1齿轮传动设计,（1） m，Dq, 相邻条件, 最小齿数, 齿轮的变位,（2）配齿条件, 相邻条件 为保证相邻行星轮齿顶不干涉并减少搅油损失， 一般使齿顶之间的问隙大于58mm。, 最小齿数 当小于3时，行星排中太阳轮齿数最小。 当大于3时，行星排中行星轮齿数最小。 最小齿数应避免根切并考虑轴和轴承的布置。一般行星轮最小齿数 不小于1417，太阳轮考虑到轴的尺寸最小齿数应取得更多一些。, 齿轮的变位 为了凑传动比(n值)、避免根切和提高齿轮强度，可采用变位齿轮,2。构件支撑及浮动件。 3。行星架；行星轮。 4。箱的润滑油,附件：齿轮变位系数的选择原则,采用变位齿轮的原因：1）配凑中心距；2）提高齿轮的强度和使用寿命；3）降低齿轮的啮合噪声。 变位齿轮主要有两类：高度变位和角度变位。高度变位齿轮副的一对啮合齿轮的变位系数之和等于零。高度变位可增加小齿轮的齿根强度，使它达到和大齿轮强度接近的程度。角度变位系数之和不等于零。角度变位可获得良好的啮合性能及传动质量指标，故采用得较多。 变位系数的选择原则 ： 1）对于高挡齿轮，应按保证最大接触强度和抗胶合及耐磨损最有利的原则选择变位系数。 2）对于低挡齿轮，为提高小齿轮的齿根强度，应根据危险断面齿厚相等的条件来选择大、小齿轮的变位系数。 3）总变位系数越小，齿轮齿根抗弯强度越低。但易于吸收冲击振动，噪声要小一些。 为了降低噪声，对于变速器中除去一、二挡以外的其它各挡齿轮的总变位系数要选用较小一些的数值。一般情况下，随着挡位的降低，总变位系数应该逐挡增大。一、二挡和倒挡齿轮，应该选用较大的值。,第六节,1，2， 3，4，5，6，7,1，2，3，4，5，6，7,方案1：5个排。,方案2：4个排和1个离合器,前F，R,后排1，2，3档,1，,附件,附件,第七节结构设计,变速器（油路系统）操纵机构: 1.手动液压换档 2.半自动 3.自动：电控自动换挡变速器 ；,行星齿轮变速器的换档执行元件包括换挡离合器、换挡制动器和单向离器。换挡离合器为湿式多片离合器，当液压使活塞把主动片和从动片压紧时，离合器接合；当工作液从活塞缸排出时，回位弹簧使活塞后退，使离合器分离。 换挡制动器通常有两种形式：一种是湿式多片制动器，其结构与湿式多片离合器基本相同，不同之处是制动器用于连接转动件和变速器壳体，使转动件不能转动。换挡制动器的另一形式是外束式带式制动器。 行星齿轮变速器的单向离合器与液力变矩器中的单向离合器结构相同。,液力机械传动式自动变速器的控制 液压自动操纵系统 通常由供油、手动选挡、参数调节、换挡时刻控制、换档品质控制等部分组成。 供油部分 根据节气门开度和选挡杆位置的变化，将油泵输出油压调节至规定值，形成稳定的工作液压。 在液控液动自动变速器中，参数调节部分主要有节气门压力调节阀（简称节气门阀）和速控调压阀（又称调速器）。节气门压力调节阀使输出液压的大小能够反映节气门开度；速控调压阀使输出液压的大小能够反映车速的大小。 换挡时刻控制部分用于转换通向各换挡执行机构（离合器和制动器）的油路，从而实现换挡控制。锁定信号阀受电磁阀的控制，使液力变矩器内的锁止离合器适时地接合与分离。 换挡品质控制部分的作用是使换挡过程更加平稳柔和。,现代自动变速器采用电液一体化的设计， 其实不单变速器是这样，现在很多自动化设计都是采用的电液一体化设计。 所谓电液一体化，就是指用电子方式控制液压油路。这样就省去了各种复杂的液压控制阀和控制管路，直接用电磁阀取代液压阀。电磁阀最大的好处就是布置方便，可靠性和响应速度高。我们完全可以想象，是布置复杂的液压回路容易一些还是布置电线容易一些？答案当然是后者。 电液一体化变速控制，除了上述优点以外，还有一个很大的好处就是控制方法更加智能化。因为电磁阀是直接与行车电脑相连的，电脑可以很容易的根据汽车的各种状态调整控制方式。不象纯液压控制那样，控制模式是固定不变的。所以在很多配备了电液一体化式的自动变速器的车上，有经济模式，运动模式，雪地模式可供选择。在经济模式下，电脑控制变速器在低转速换挡达到省油的目的；在运动模式下电脑控制变速器在高转速换挡发挥发动机的动力性能；在雪地模式下，电脑控制自动变速器直接用2挡起步，避免因轮胎打滑而失控。 所以，这种电液控制的自动变速器给人的感觉就是非常智能化，非常听话。而这所有的控制模式只需要修改电脑程序就能实现，硬件方面不需要做任何改动，所以成本比传统自动变速器更低，性能却更高。,当然，在使用自动变速器时也有很多有别与手动变速器的地方。首先，自动变速器和手动变速器都有空挡（也就是N挡）。但自动变速器的N挡与手动变速器的N挡是完全不一样的。手动变速器挂入N挡以后，同步器将齿轮与轴的动力分开，完全切断的动力传输；自动变速器挂N挡以后，动力并没有分开，而是解除了所有离合器和制动器对行星齿轮的约束，行星齿轮全部转动，但不传输动力（这是行星齿轮的特性）。因此，自动变速器挂N挡以后，并不代表发动机的动力被切断，而仅仅只是行星齿轮的动力传输不出去而已。如果在高速行驶时把自动变速器挂入N挡溜车，则会造成润滑油压降低，润滑跟不上而行星齿轮又在相对高速旋转，所以很容易把齿轮烧坏。还有一点就是在短暂停车时不要经常把变速杆从D挡切入N挡，因为自动变速器是通过液压推动各个离合器的分离结合以及制动器的束缚来实现换挡的，空挡亦如此。所以频繁的切如N挡会使各个离合器和制动器的工作强度和磨损增大，减少自动变速器的使用寿命。其实大可放心，在设计自动变速器的时候工程师们就考虑到了停车问题，其实在D挡上短时间停车是完全不会对变速器有坏影响的，虽然车已停住发动机仍在转动，但带速时的微弱能量完全能被液力变矩器吸收，从而达到平衡。除非是长时间在高温环境下停车，才会使液力变矩器的油温升高在使用自动变速器时也有很多有别与手动变速器的地方。,3电控自动换挡变速器,在固定轴式机械变速器基础上，通过应用计算机和电子控制技术，使之实现自动换挡，并取消了变速杆和离合器踏板。驾驶员只需控制油门踏板，汽车在行驶过程中就能自动完成换挡时刻的判断，自动实现收油门、离合器分离、选挡、换挡、离合器接合和油门等一系列动作，使汽车动力性、经济性有所提高。其工作原理框图见图3-10。,图3-10 电控自动换挡变速器 工作原理框图,电控自动换挡变速器工作原理图组,车辆,机械变速器,