汽车自动变速器原理与维修-第六章 动力换档变速箱 行星-课件

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1、 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

2、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 / Z

3、t ; (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

4、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

5、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

6、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

7、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4-202 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=

8、3)1 2 R3. 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)

9、。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

10、=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T2T5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

11、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

12、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。

13、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

14、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， 3，4，5，6，71，2，3，4，5，6，7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变速器（油路系统）操纵机构操纵机构: :1.1.手动液压换档手动液压换档 2.2.半自动半自动 3.3.自动：电控自动换挡变速器自动：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

15、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

16、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