《用杠杆法分析自动变速器的换挡过程》由会员分享，可在线阅读，更多相关《用杠杆法分析自动变速器的换挡过程（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、汽车技术!前言单向离合器又称超越离合器!自由轮机构“在自动变速器中应用很广“用于控制液力变矩器中导轮的运动和作为行星变速机构中的换挡执行元件#作为换挡执行元件“单向离合器的作用和挡位离合器!制动器相同“也是用于固定或连接行星传动机构中某些太阳轮!行星架!齿圈等基本构件“以实现不同的传动比$ 单向离合器无需控制机构“其工作完全由与之相连的元件的受力方向来控制“它能随着变速器挡位的变换“在与之相连的元件受力方向发生变化的瞬间产生接合或分离“实现平顺无冲击换挡$ 正是由于这一特点“在分析采用单向离合器作为换挡执行元件的自动变速器的工作过程时“仅仅依据各挡位换挡执行元件工作状态表还无法全面理解自动变速
2、器的换挡过程“而需要进一步分析换挡过程中单向离合器的运动状态$ 计算机仿真是分析换挡过程的常用方法“但对定性分析而言显得比较复杂$ 杠杆法%! =9:;()?9: $:=ABC%=DE FG H=B:HB 9:I JBH:FF;E)+#64*1%3*,JB :BK LBDFI DF 9:9EMB DB %=GD=:; NCFHB% FG 5J =% =:DCFI?HBI =: D=% N9NBC*=LN=GE DB N9:BD9CELBH9:=%L FG 5J DF BO?=A9B:D BABCP 9:I 9NNE DB GFCHB I=9;C9L 9:I CBAF?D=F: CB9D=F:
3、H9CD DF Q?I;B %DC9=;DE DB B:R;9;BLB:D 9:I I=%B:;9;BLB:D FG F:B7K9E H?DH!DB FNBC9D=F:9 HF:I=D=F: FG %=GD=:; HFLNF:B:D 9:I DB DC9:%L=%=F: N9DFG NFKBC*5NNE BO?=A9B:D BABC LBDFI DF 9:9EMB DB %=GD=:; NCFHB% FG S9N9: JT8TJ5 5U2. NCFHB% FG 5J =% ABCE %=LNB* ;) )*+2:=?$)% 3&A*3+=,+-.*-$/ B123)44!“.!“#年第#期!杠
4、杆法原理杠杆法是将行星机构用垂直布置的杠杆系统等效替代! 这样行星机构的分析转化为垂直布置的杠杆系统的分析“ 单个行星排的等效杠杆图如图$!将行星排简化为一具有%个支点的垂直杠杆!%个支点分别代表太阳轮!#行星架“#和齿圈$“ 若支点$到支点%&的长度$力臂%为$任意比例常数%!则支点!到“&的长度$力臂%为(!$!为行星机构参数!&)$*)!)$为齿圈齿数!)!为太阳轮齿数%“以一个垂直杠杆代替一个行星排! 其转速和力矩关系符合行星排的转速方程式和力矩方程式! 行星排三元件的转速和转矩分别转化为支点的水平速度和水平力“图行星排等效杠杆在图所示的行星排中! 将行星架用制动器固定!动力由太阳轮输
5、入!从齿圈输出!用杠杆法分析其运动关系和受力关系时如图!“ 在应用杠杆法时!要建立直角坐标系+,-!+坐标表示行星排中各构件转速和转矩的大小和方向!-轴上的点分别代表行星排中各构件的相对位置“在图!中!根据杠杆的几何关系!因为./0&“!很容易得出&.!&(!.$!传动比1&(!“ 根据杠杆受力平衡!可直接得出行星排各构件受到的转矩之间的关系&2!)2$)2/0&)!)($*!%图!杠杆法原理从功率流来看!在图的太阳轮#齿圈和行星架%个构件中!太阳轮为功率输入件!其受到的转矩作用方向与转速方向相同 齿圈和行星架为功率输出件! 受到的转矩作用方向与转速方向相反“ 输入件$太阳轮!%和输出件$齿圈
6、$%受到的转矩作用方向与转速方向从图!可以直接看出!而制动件$行星架“&%的转速为零!其旋转的趋势应根据受到的转矩作用方向来判断!即转速$趋势%方向与受到的转矩作用方向相反“在图中!制动器接合所实现的是倒挡传动!其制动器的作用可以用单向离合器来取代“ 若太阳轮顺时针旋转$从动力输入端看!下同%!则行星架也有顺时针旋转的趋势!所以!要用单向离合器来固定行星架! 只要其结构形式是内圈相对于外圈做顺时针旋转时单向离合器起作用就可以了“ 用单向离合器取代制动器后! 可以实现动力从太阳轮输入到齿圈输出的正向传动! 而要实现动力从齿圈输入到太阳轮输出的反向传动时! 则由于行星架此时做逆时针旋转!使单向离合
7、器处于分离状态而无法实现“在图中!离合器接合所实现的是直接挡传动!其作用也可以用单向离合器来取代“ 由于太阳轮的转速方向与行星架的转速方向相同! 都为顺时针方向!但太阳轮的转速比行星架的转速高!因此!要用单向离合器将太阳轮和行星架连接为一体! 单向离合器应采用内圈相对于外圈做顺时针旋转时处于接合状态的结构形式“由此可以看出!杠杆法可直观看出与单向离合器相连元件的受力$转矩%方向!根据受力方向与旋转方向相反的原则! 可判断其旋转方向$趋向%!这对分析单向离合器的工作是非常方便的“对于由多个行星排组成的行星机构的等效杠杆分析可同样采用上述方法! 下面以双行星排机构为例说明!其简化方法如图%“ 两行
8、星排之间有构件相互连接!因在平面图上表达重叠的杠杆有困难!故先将两杠杆分开表示! 然后对杠杆的力臂长度进行调整!使连接件之间公共力臂长度相等!连接件用一水平线来表示! 最后在杠杆图上将连接部分合并为一个点!得到双行星排机构的等效杠杆图“图%双行星排等效杠杆“换挡过程分析在进行换挡过程分析时!作如下假设&( 设计 ( 计算 ( 研究 (!“)汽车技术!“由于车身惯性质量较大!可假设换挡过程中车速不变“#“由于传动系统有液力变矩器!可假设换挡过程中油门开度不变#下面以丰田$%&($用于丰田皇冠%)*+车型%电子控制自动变速器的行星齿轮传动机构$图&%为例!介绍利用杠杆法分析换挡过程的方法&该行星齿
9、轮传动机构是在辛普森式,挡行星齿轮机构原有的双行星排的基础上串联-个前超速挡行星排构成的!换挡执行元件由,个离合器&个制动器和,个单向离合器组成! 各挡位的换挡执行元件的工作情况见表.#图&丰田/,&(自动变速器的行星齿轮传动机构表!“#$%&自动变速器换挡执行元件的工作情况()注*!表示接合制动或锁止“表示接合制动!但不传递动力&对串联式变速机构! 可将两串联部分的换挡过程分开分析& 本文只对由行星排!0和!,构成的,挡辛普森轮系的换挡过程进行分析& 由行星排!0和!,构成的辛普森轮系的等效杠杆如图1所示&由表-可知!在-挡和0挡时!单向离合器“0和“-应处于接合状态& 由受力分析图$图2%
10、可知!与单向离合器“-和“3相连的元件#0$,%和%&,受到顺时针方向的转矩作用! 根据受力方向与旋转方向相反的原则!可以判断出在-挡和0挡时!单向离合器0和“-的内圈均有逆时针旋转的趋势!因此!两单向离合器均设计成内圈相对于外圈做逆时针旋转时处于接合状态的结构形式& 由于单向离合器“-的外圈受制动器(-的控制!制动器(-制动!使单向离合器“-的外圈固定是单向离合器“-起作用的前提&图1辛普森轮系的等效杠杆图2等效杠杆受力平衡图升挡过程$图4%*-挡*动力经离合器)3传给齿圈*3!其转速为 +,$,点转速!下同%& 此时)&,因逆时针旋转$趋势%而被“3锁止!转速为零&$3$,%也逆时针旋转!
11、但此时-未接合! 所以.-是脱开的& 动力经)/3$*,%输出!其转速为+0&-挡#3挡*当车速升高!动力输出件)/3$*,%转速升高到+1! 动力输入件*3的转速升高到+2时换挡开始& 升挡时!要保证动力不中断!即实现动力换挡!要接合的换挡执行元件的接合应迅速& 当-制动后!“-立即锁止!$3$,%的转速马上降为零!挂上了3挡& 此时!输出件%&3$3,%转速为+1!%&,的转速大于零!顺时针旋转!“3自动分离&3挡#,挡* 当车速进一步升高! 动力输出件 %&3$3,%转速升高到+4动力输入件33的转速升高到+5时!离合器%-接合!整个行星机构成为一个刚体!各元件的转速都相等& 此时!$3
12、$,%的转速大于零!顺时针旋转!.-自动分离!实现了直接挡传动&倒挡*%-接合!动力由$3$,%输入!-,制动!%&,的转速为零!动力输出件%&3$3,%转速小于零!% - .%-%3 -3-,.-.35“6倒挡!7空挡“-挡“!3挡“!%挡!“超速挡!“-挡“!3挡!+-,位-挡!+3,位8换 挡 执 行 元 件 挡位工况- 设计 . 计算 . 研究 .!“/!“#年第#期逆时针旋转!从而实现了倒挡“ 此时!“$受到逆时针方向的转矩作用#参见图#$!有顺时针旋转趋势!单向离合器#!分离!不起作用% 由此可以看出!%挡和倒挡时都是要使!“$制动! 但在这两种情况下!“$的旋向不同!为了达到换挡
13、平顺&简化液压系统的目的!%挡采用单向离合器制动!而倒挡则采用制动器制动“倒挡时$!$的转速%&与%挡时的转速%相差很大!因此!决不可由倒挡直接换到前进挡!否则!离合器!%接合时!滑磨时间长&冲击大!易损坏“图&升挡过程分析示意降挡过程图$($挡!挡(当车速降低!输出元件!“!的转速由%(降至%)时! 行星机构所有元件的转速也降至%)!此时!%断开!动力传递中断!发动机空载!其转速迅速上升! 动力输入元件*!的转速也随之由%+上升到%,!元件$!$的转速同步降至零!随后将出现逆时针旋转!使#%由分离转入接合制动器-%在$挡保持制动状态$! 从而实行了!挡的动力传递%!挡!%挡(当车速进一步降低
14、!输出元件!“!的转速降至%.& 动力输入元件*!的转速降至%+时!制动器-%脱开!使#%分离!动力传递中断!动力输入元件*!的转速迅速由%+上升到%,! 元件/“$的转速也同步降至零!并随之出现逆时针旋转!使0!由分离转入接合!实现了%挡的动力传递%图降挡过程分析示意反拖传动(为了利用发动机制动来减速!在手动挡位的%挡和!挡要能够实现由驱动轮到发动机的反拖传动% 由于%挡和!挡是利用单向离合器实现动力传动! 在反拖传动时! 单向离合器处于分离状态!无法传递动力!需要与单向离合器并联一个制动器来实现制动%因此!在手动挡位的%挡和!挡分别利用制动器-$和-!来实现发动机反拖制动参见表%$%超速挡
15、行星排的工作过程分析方法与此类似!在此不再赘述%由上述分析可知! 用单向离合器作为换挡执行元件时!提高换挡平顺性主要体现在降挡过程中%由于单向离合器的单向锁止特性! 无法实现发动机的反拖制动!又需增加相应的制动器或离合器!反而使结构变得复杂% 因此!在全液压自动变速器中!为提高换挡品质&简化液压换挡控制系统!而大量使用了单向离合器结构%在现代电子控制自动变速器中!由于可采用电子控制元件来改善换挡平顺性! 故对单向离合器的使用有减少的趋势%!结束语在分析采用单向离合器作为换挡执行元件的自动变速器的换挡过程时! 需要弄清与之相连构件的运动状态! 才能判断单向离合器是处于接合或分离状态%杠杆法具有直
16、观&简单&明了的特点%用杠杆法对自动变速器的换挡过程进行分析! 很容易判断单向离合器的工作状态! 有助于深入了解自动变速器的工作原理%用杠杆法分析自动变速器的换挡过程时! 应按以下步骤进行()将行星传动机构简化为对应的杠杆图!并画出换挡执行元件)*)应用杠杆受力平衡分析单向离合器锁止时!与之相连元件的旋转方向)+)分别画出升挡和降挡过程中行星机构各元件在不同挡位及挡位更换过程中的速度关系直线),)对照升挡和降挡转速关系图!分析换挡过程中换挡执行元件的工作及动力传递路线的变化%参考文献%黄宗益等)轿车自动变速器杠杆分析法)传动技术!“$!$(%-!.)!臧杰)轿车自动变速器检修培训教程)北京(机械工业出版社!“!)责任编辑付蓉$修改稿收到日期为!“#年.月%!日%* 设计 * 计算 * 研究 *!“+,
