汽车自动变速器三行星排传动系统设计.docx
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汽车自动变速器三行星排传动系统设计.docx
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汽车自动变速器三行星排传动系统设计
汽车自动变速器三行星排传动系统设计
随着科学技术的进步,汽车工业得到了迅速发展,而人类对舒适性的更高追求,使得自动变速器的发展更加深入。
本文通过对三行星排行星齿轮传动变速器的研究和阐述,计算了每个行星排传动比的表达式。
通过此次设计,我们可以了解到该变速器的基本结构:
即换挡执行元件(2个离合器和3个制动器)与行星排以适当方式连接组成,得到5个前进档和1个倒档。
采用该机构的汽车自动变速器,结构简单紧凑、档位数多、传动效率高、换档平稳、操纵性能好。
这次的设计是“五前一倒三行星排传动系统设计”,即我们通常所说的行星齿轮变速器。
让我们先来说说现在市场上变速器的种类。
主要分为:
手动变速器(MT)、自动变速器(AT)、
手动/自动变速器(AMT)无级变速器(CVT)。
一、手动变速器(MT)
手动变速器(ManualTransmission,简称MT)又称机械式变速器,即必须用手拨动变速杆(俗称“挡把”)才能改变变速器内的齿轮啮合位置,改变传动比,从而达到变速的目的。
轿车手动变速器大多为四挡或五挡有级式齿轮传动变速器,并且通常带同步器,换挡方便,噪音小。
手动变速在操纵时必须踩下离合,方可拨得动变速杆。
手动变速器是自动变速器与相对而言的,其实在自动变速器出现之前所有的汽车都是采用手动变速器。
手动变速器是利用大小不同的齿轮配合而达到变速的。
最常见的手动变速器多为5挡位(4个前进挡、1个倒挡),也有的汽车采用6挡位变速器(见图0-1)。
与自动变速器的比较:
优点:
与自动变速器相比较可以给汽车驾驶爱好者带来更多的操控快感。
传输效率比自动变速箱为高,当然理论上会比较省油。
维修保养上会比自动变速箱便宜。
如果愿意以较高成本使用自动手排,则可以兼顾自排的方便性及手排的高效率。
引擎煞车的效能较强,
缺点:
有人会觉得开车的时候还要控制离合器换档非常的麻烦。
新手会常常在马路上熄火,特别是上坡,操作不当的话有几率把引擎跟变速箱弄坏。
一般来说,手动变速器的传动效率要比自动变速器的高,因此驾驶者技术好,手动变速的汽车在加速、超车时比自动变速车快,也省油。
二、自动变速器(AT)
自动变速器(AutomaticTransmission),利用行星齿轮机构进行变速,它能根据油踏板程度和车速变化,自动地进行变换。
而驾驶者只需操纵加速器踏板控制车速即可。
自动变速器中有很多离合器,这些离合器能根据车速变化而自动分离或合闭,从而达到自动变速的目的。
在中档车的市场上,自动变速器有着一片自己的天空。
使用此类车型的用户希望在驾驶汽车的时候为了简便操纵、降低驾驶疲劳,尽可能的享受高速驾驶时快乐的感觉。
在高速公路上,这是体现非常完美的。
而且,现在堵车是经常的事,有时要不停地起步停步数次,司机如果使用手动变速器,则会反复地挂档摘档,操纵十分麻烦,尤其对于新手来说更是苦不堪言。
使用自动档,就不会这样麻烦了。
我国要普及这种车型,关键要解决的是路况问题,现在的路况状况不均匀,难以发挥自动档汽车的优势。
三、手动—自动变速器(AMT)
自动—手动变速系统向人们提供两种驾驶方式:
为了驾驶乐趣使用手动档,而在交通拥挤时使用自动档。
虽然这种二合一的配置拥有较高的技术含量,但这类的汽车并不会在价格上都高不可攀,比如广州本田飞度1.3LCVT两厢、南京菲亚特2004派力奥1.3HL
Speedgear等。
这些“二合一”的车型价格均在10万元左右,这个价格层面还是比较低的。
所以,手动—自动车在普及上还是具有相当的优势。
四、无级变速器
当今汽车产业的发展,是非常迅速的,用户对于汽车性能的要求越来越高。
汽车变速器的发展也是并不仅限于此,无级变速器便是人们追求的“最高境界”。
无级变最是由荷兰人VanDoormes发明。
无级变速器系统不像手动变速器或自动变速器那样用齿轮变速,而是用两个滑轮和一个钢带来变速,其传动比可以任意变化,没有换档的突跳感觉。
它能克服普通自动变速器“突然换档”、油门反应慢、油耗高等缺点。
无级变速器能在一定范围内实现速比的无级变化,并选定几个常用的速比作为常用的“档”。
装配该技术的发动机可在任何转速下自动获得最合适的传动比。
图0-1
本设计是根据宝马3系发动机2011款318i领先型开展的,设计中所采用的相关
数据均来源于此种车型:
燃油箱容积63L
燃油类型汽油
燃油标号97#
燃料供给型号多点电喷
型号N46B20CC
排量1995mL
最大功率100KW
最大功率转速5750r/min
图0—2宝马3系
第一章五前一倒三行星排传动系统的概述及其方案的确定
1.1行星齿轮变速器的原理和功用
五前一倒三行星排传动系统,即行星齿轮变速器,由行星齿轮机构和换档操纵机构两部分组成。
行星齿轮机构作用:
改变传动比和转动方向,即构成不同档位。
换档操纵机构作用:
实现档位的变换。
1.1.1行星齿轮机构的简介
行星齿轮机构的类型:
最简单的行星齿轮机构由一个太阳轮、一个内齿圈、一个行星架及若干个行星齿轮组成,一般称为单排行星齿轮机构。
如图1-1
图1-1单排行星齿轮机构
多排行星齿轮机构是由几个单排行星齿轮机构组成(如图1-2)。
多排行星齿轮机构可以比单排行星齿轮机构得到更多的档位,故本设计即采用三行星排。
用行星齿轮机构作为变速机构,由于有多个行星齿轮同时工作,且利用内啮合方式,故与普通齿轮变器机构相比,在传递同样大小功率的情况下,可减少变速器的尺寸和重量,能实现同向、同轴减速传动。
由于采用常啮合传动,可使动力不间断。
1.1.2换档执行机构的简介
行星齿轮变速器的换档执行机构主要由离合器(如图1-3)、制动器、和单向离合器等三种执行元件构成。
离合器和制动器是以液压方式控制行星齿轮机构元件的旋转,而单向离合器则以机械方式对行星齿轮机构的元件进行锁止。
离合器的作用:
连接轴和行星齿轮机构的旋转元件。
制动器的作用:
固定行星齿轮机构中的基本元件,阻止其旋转。
1.1.3行星齿轮变速器的基本工作原理
行星齿轮与操纵执行机构结合,构成了具有不同档位的行星齿轮变速器,即在输入转速、转矩相同的条件下,可以通过行星齿轮变速器的档位变换,得到不同的输出转速和转矩。
(如图1-4、1-5)
图1-3离合器
图1-4原理简图
图1-5原理实物图
图1-2多排行星齿轮机构
第二章行星齿轮变速器传动比的确定
2.1行星齿轮变速器传动比方案的确定
如图2-1所示,我们逐个分析传动比方案,为总方案的确定提供依据。
图2-1传动比方案
a)行星架制动,太阳轮输入,齿圈输出;
b)行星架制动,齿圈输入,太阳轮输出;
c)齿圈制动,行星架输入,太阳轮输出;
d)太阳轮制动,行星架输入,齿圈输出;
e)太阳轮制动,齿圈输入,行星架输出;
f)齿圈制动,太阳轮输入,行星架输出。
2.2传动比计算
Φ1-制动器Φ2-离合器Φ3-离合器Φ4-制动器Φ5-制动器
图2—2设计简图
功能表:
挡次
换挡执行元件状态
实现传动比
Φ1
Φ2
Φ3
Φ4
Φ5
1
O
O
6.525
2
O
O
3.1034
3
O
O
2.3152
4
O
O
1.50
5
O
O
1.00
-1
O
O
-10.05
0
O
0
注:
O---表示结合或制动
挡次1的传动比:
,
,
故
挡次2的传动比:
,
,
故
挡次3的传动比:
,
联立,得
挡次4的传动比:
,
挡次5的传动比:
太阳轮、齿圈、行星架中的任意两个锁定在一起,这时各齿轮之间都不会有转动,整个行星轮系将作速体转动,即
倒挡-1的传动比:
,
,所以
空挡0的传动比:
太阳轮、齿圈、行星架都不制动,也无两个互相锁定,这时,太阳轮、齿圈、行星架均可自由转动。
输入轴转动时,输出轴可以不转动,这种情况下行星齿轮不传递动力,实现空挡,即
。
第三章行星排的设计
3.1K1行星排的设计
1.齿数选择:
2.材料选择及热处理方法:
(1)齿轮3与齿轮2:
用20CrMnTi,渗碳后淬火58—62HRC。
,
(2)齿轮1:
35CrMoV,调质,250—280HBS
3.齿轮2-3按接触强度计算:
按表2-27公式:
(3—1)
(1)齿轮副配对材料对传动尺寸的影响系数
按表2-28,取
=1
(2)计算
(3)按K=1.2-2,取K=1.4
(4)
(5)计算齿宽系数
,因
,取
。
故
(6)计算
(7)初定中心距:
(8)计算模数:
取标准值m=3mm
(9)中心距
4.K1传动系主要尺寸:
(1)太阳轮3的主要尺寸:
(2)行星轮2的主要尺寸:
(3)齿轮1的主要尺寸:
5.验算K1行星传动排的接触强度
(1)圆柱齿轮接触应力计算公式:
(3—2)
———计算接触应力的基本值
(3—3)
式中:
“+”用于外啮合传动,“-”用于内啮合传动。
(2)计算
(3)确定公式中的参数:
由《机械设计》:
表10-2,查得:
;
图10-8查得:
;
表10-4,查得:
,
(4)确定参数
查得:
=2.5
=189.8
=0.98
=1.0
(5)计算
将以上各数值代人接触应力计算公式中,得:
又
所以
故合格。
6.齿轮抗弯强度校核
(1)齿根应力计算公式:
(3—4)
式中:
——齿根应力的基本值
查得:
代入公式得:
(2)验算:
,故合格。
3.2K2行星排的设计
1.齿数选择:
取
2.材料选择及热处理方式:
(1)太阳轮与行星轮:
20CrMnTi,渗碳后淬火58—62HRC
,
(2)内齿圈:
35CrMoV,调质,250—280HBS
3.a—c齿轮按接触强度初步计算
按(3—1)公式:
(1)齿轮副配对材料对传动尺寸的影响系数
按表2-28取
=1
(2)
(3)K=1.2~2,取K=1.4
(4)
(5)计算齿宽系数:
,式中取
(6)计算
(7)初定中心距:
(8)计算模数m
取标准值m=4
(9)中心距:
(10)太阳轮a的主要尺寸:
(11)行星轮c的主要尺寸:
(12)内齿圈b的主要尺寸:
5.验算a-c齿轮传动的接触强度:
(1)圆柱齿轮接触应力计算公式为
(2)计算
(3)确定参数:
由《机械设计》:
表10-2查得
;图10-8查得
表10-4查得
区域系数
,
,重合度系数
(4)代入公式得
。
又
,故合格。
6.齿轮抗弯强度校核
(1)齿根应力计算公式为
由于行星轮c受对称循环的弯曲应力,其承载能力较低,应按该齿轮计算。
根据《机械设计》查得
将相关数据代入公式得
(2)验算:
,故合格。
7.b-c齿
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- 汽车 自动变速器 行星 传动系统 设计
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