【正文】 AT 研究和實踐的不斷深入，各種新結構、新技術的不斷引入，人們對 AT 的 認識也發(fā)生了許多變化。目前， AT 的發(fā)展主要有以下動向： 1）變矩器的高效率化 2）多檔位化 3）變矩器閉鎖離合器的滑摩控制 4）換檔點控制的智能化 5）換檔過渡過程的高品質(zhì)化 6）保留手動模式 行星齒輪傳動的應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 國外的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著近代工業(yè)技術的高度發(fā)展，對齒輪傳動的承載能力、可靠性、效率、圓周速度、體積和重量等技術和經(jīng)濟指標提出愈來愈高的要求。漸開線行星齒輪傳動就是近 40 年來為滿足這種需要而發(fā)展起來的新型齒輪傳動形式之一。 由于行星齒輪傳動具有功率分流和動軸線的運動 特點，因此行星齒輪傳動被人們廣泛用來代替普通齒輪傳動作為減速、升速和變速裝置。尤其是在那些普通齒輪傳動難以滿足要求的場合，如要求重量最輕、結構最緊湊的航空和某些運輸機械；對需要差速機構的車輛傳動等，行星齒輪傳動更能發(fā)揮其無可比擬的特長。世界上一些工業(yè)發(fā)達的國家，如德國、日、 3 英、美等，對行星齒輪傳動的研究、生產(chǎn)和應用十分重視，在結構、品種、傳遞功率、扭矩、速度等方面的發(fā)展處于領先地位。 國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀 國內(nèi)在漸開線行星齒輪傳動方面的研究和生產(chǎn)，已有一定基礎。但大部分局限于中小功率范圍，主要用在礦山 機械、起重運輸、輕工化工、小型船舶、工程機械、鼓風機等設備上。目前，我國行星齒輪減速器的生產(chǎn)，除小規(guī)模由專業(yè)工廠生產(chǎn)外，一般的大中型企業(yè)多為本廠產(chǎn)品配套，生產(chǎn)品種和規(guī)格在逐年發(fā)展中。大規(guī)格低速重載行星齒輪傳動的研制工作在我國正在開展，并已先后研制成功輸出軸轉矩為 200 KNm~400 KNm 的產(chǎn)品。如用于大型膠帶輸送機的 NGW153 型雙排直齒行星減速器，用于礦井提升機的 XL30 型行星減速器等。雙排直齒行星減速器是我國自行設計的，由于結構上的特點，作為大型傳動的一種類型，將會得到應有的發(fā)展。行星齒輪 機構的傳動效率是評價傳動性能優(yōu)劣的重要指標之一。研究和確定行星齒輪機構的傳動效率，對于合理地選擇其傳動型式和正確地設計和應用都具有重要意義。 行星齒輪自動變速器的概述 液力變矩器雖然能在一定范圍內(nèi)自動的、無級的改變轉矩比，但是由于存在著變矩能力與效率之間的矛盾，目前應用的液力變矩器系數(shù)都不夠大，其轉矩比在 1~3 的范圍內(nèi)，難以滿足汽車使用要求。為了加大變矩范圍，并獲得倒檔和空檔，在高級小轎車和超重型自卸汽車上采用液力變矩器與行星齒輪式變速箱組成的液力自動變速器。由于采用行星齒輪式變速箱進行傳動和變速 ，具有體積小、操縱容易、變速比大等優(yōu)點，故被廣泛地應用于液力自動變速器上。 行星齒輪變速箱由行星齒輪機構和換檔操縱機構兩部分組成。行星齒輪機構的作用是改變傳動比和傳動方向，即構成不同的檔位。換檔操縱機構則是實現(xiàn)檔位的變換。此外，在汽車自動變速器中也采用雙行星機構，該機構中有兩個相互嚙合的行星輪。因其結構較復雜，傳動效率也略低，所以只有少數(shù)變速器采用。 行星齒輪機構的類型及特點 4 行星齒輪機構可以能按不同的方式進行分類： 1）按齒輪的嚙合方式不同，行星齒輪機構可以分為內(nèi)嚙合式和外嚙合式兩種。外嚙合式行星 齒輪機構體積大，傳動效率低，在汽車上已被淘汰；內(nèi)嚙合式行星齒輪機構結構緊湊，傳動效率高，因而在自動變速器中基本上都采用這種結構。 2）按齒輪的排數(shù)不同，行星齒輪機構可以分為單排和多排兩種。多排行星齒輪機構是由幾個單排行星齒輪機構組成的。在汽車自動變速器中通常采用由 2 個或 3 個單排行星齒輪機構組成的多排行齒輪機構。 3）按太陽輪和齒圈之間行星齒輪組數(shù)的不同，行星齒輪機構可以分為單行星齒輪式和雙行星齒輪式兩種。雙行星齒輪機構在太陽輪和齒圈之間有兩組互相嚙合的行星齒輪，其中外面一組行星齒輪和齒圈嚙合，里面一組行 星齒輪和太陽輪嚙合。它與單行星齒輪機構在其他條件相同的情況下相比，齒圈可以反向傳動。用行星齒輪機構作為變速機構，由于有多個行星齒輪同時傳遞動力，而且常采用內(nèi)嚙合式，充分利用了齒圈中部的空間，故與普通齒輪變速機構相比，在傳遞同樣功率的條件下，可以大大減小變速機構的尺寸和重量，并可實現(xiàn)同向、同軸減速傳動；另外，由于采用常嚙合傳動，動力不間斷，加速性好，工作也更可靠。 論文的主要研究內(nèi)容 本論文主要進行以下方面的研究工作： 1）確定出本文采用的自動變速器類型，并分析其各個檔位的動力傳遞路線，計算傳動比。 2）把液力機械自動變速器在不同檔位時行星排的效率分為行星排嚙合效率和軸承效率兩個部分，推導了齒輪嚙合效率計算公式。最后得出了各個檔位時整個行星排總效率的計算公式。 3）對各個檔位的效率進行了計算，對變速器各個檔位的效率進行了比較分析，得出了新的結論。 4）根據(jù)標準行駛工況計算了變速器不同檔位的使用頻度，將其與各檔傳動效率進行加權得到綜合傳動效率。以這個綜合效率最高為目標，在不改變液力變矩器和變速器速比的條件下，對 AT 行星排的齒輪參數(shù)進行了優(yōu)化，使行星排的綜合傳動效率得到明顯的提高。 5 第 2 章 行星齒輪機 構的工作原理與功率流程 行星齒輪機構可為汽車提供降速檔、超速檔、直接檔、倒檔和空檔。因為其齒輪是常嚙合的，所以不象一般的手動變速器那樣通過齒輪的接合或脫離實現(xiàn)換檔，而是采用離合器和制動器來固定或釋放行星齒輪機構的不同元件，從而改變汽車的行駛方向和傳動比 [10]。單排行星齒輪機構所提供的適用傳動比的級數(shù)有限。為了增加適用傳動比的級數(shù)，可以增加行星齒輪機構。一般具有三或四個前進檔的自動變速器至少需要兩排行星齒輪機構。 行星齒輪變速機構 在自動變速器中，兩排或多排行星齒輪機構聯(lián)接在一起，用以提供滿足汽車行 駛需要的多種傳動比。復合式行星齒輪機構一般有兩種型式。一種是兩排行星齒輪機構共用一個太陽輪的辛普森（ Simpson）式行星齒輪機構；另一種是拉威娜（ Ravigneavx）式行星齒輪機構，它有兩個太陽輪，兩排行星齒輪共用一個齒圈。有些變速器配備一套附加的單排行星齒輪機構，用以提供所需的超速檔。 辛普森式行星齒輪機構 辛普森式行星齒輪機構是一種十分著名的雙排行星齒輪機構，如圖所示。它是由兩個內(nèi)嚙合式單排行星齒輪機構組合而成的，其結構特點是：前后兩個行星排的太陽輪連接為一個整體，稱為前后太陽輪組件； 前一個行星排的行星架和后一個行 6 星排的齒圈連接為另一個整體，稱為前行星架和后齒圈組件；輸出軸通常與前行星架和后齒圈組件連接。經(jīng)過上述的組合后，該機構成為一種具有4 個獨立元件的行星齒輪機構。這 4 個獨立元件是：前齒圈、前后太陽輪組件，后行星架，前行星架和后齒圈組件。此機構前后行星排的尺寸或者齒輪的齒數(shù)不必一定相同。其尺寸和齒數(shù)決定了整個機構所實現(xiàn)的實際傳動比。 辛普森式行星齒輪變速器是由辛普森式行星齒輪機構和相應的換檔執(zhí)行元件組成的，目前大部分轎車自動變速器都采用這種行星齒輪變速器。這種行星齒輪機構可以提供： 空檔、第一降速檔、第二降速檔、直接檔和倒檔。根據(jù)前進檔的檔數(shù)不同，可將辛普森式行星齒輪變速器分為辛普森式 3 檔行星齒輪變速器和辛普森式 4 檔行星齒輪變速器兩種。 拉威娜式行星齒輪機構 象辛普森式齒輪機構一樣，拉威娜式行星齒輪機構也可以提供降速前進檔、直接檔、超速檔和倒檔。它由一個單行星輪式行星排和一個雙行星輪式行星排組合而成，如圖所示。后太陽輪和長行星輪、行星架、齒圈共同組成一個單行星輪式行星排；前太陽輪、短行星輪、長行星輪、行星架和齒圈共同組成一個雙行星輪式行星排。兩個行星排共用一個齒圈和一 個行星架。因此它只有 4 個獨立元件，即前太陽輪、后太陽輪、行星架 7 和齒圈。行星齒輪都可以在各自的軸上轉動，所有的行星齒輪軸均固定于兩組行星齒輪共用的行星架上。 拉威娜式行星齒輪機構有一些勝過辛普森式齒輪機構的優(yōu)點。其結構很緊湊、尺寸較小、傳動比變化范圍大（前進檔的傳動比的范圍在 ~ 之間）、可以靈活多變。而且由于相互嚙合的齒數(shù)較多，故可以傳遞較大的轉矩。它的缺點是結構很復雜，其工作原理更難理解，應用不是很廣泛。針對以上兩種行星機構的優(yōu)缺點，本論文將選用拉威娜式行星齒輪變速器作為研究對象。 拉 威娜式行星齒輪變速器 自上世紀 70 年代開始應用于許多轎車自動變速器，特別是前輪驅動轎車的自動變速器，如奧迪、大眾、福特、馬自達等車型。設雙行星輪式行星排太陽輪齒數(shù)為 z1,齒圈齒數(shù)為 z2,行星齒輪機構參數(shù)α =z2/z1。根據(jù)分析，雙行星輪式行星排的運動特性方程為 n1α n2=(1α )n3 式中 n1— 太陽輪轉速 。 n2— 齒圈轉速； n3— 行星架轉速。 拉威娜式行星齒輪機構的傳動比可以通過解由單行星輪式行星排的特性方程（ n1+α n2=(1+α )n3）與雙行星輪式行星排的特性方程（ n1α n2=(1α )n3）組成的聯(lián)立方程組來得到。 根據(jù)前進擋的檔數(shù)不同，也可將拉威娜式行星齒輪變速器分為拉威娜式 3 檔行星齒輪變速器和拉威娜式 4 檔行星齒輪變速器兩種。拉威娜式 3檔行星齒輪變速器在拉威娜式行星齒輪機構中設置了 5 個換擋元件使之成為一個具有 3 個前進檔和 1 個倒檔的 3 檔行星齒輪變速器。拉威娜式 4檔行星齒輪變速機構在拉威娜式 3 檔行星齒輪變速機構的基礎上增加了一個超速檔離合器 C4。 拉威娜行星齒輪機構的結構 拉威娜式行星齒輪機構由于元件配置比較靈活，在行星齒輪機構結構不做大的改變的前提下，可以通過換擋執(zhí)行元 件的不同組合方式，獲得 3或 4 個前進擋的傳動比。因此在變速器中得到了廣泛的應用。拉威娜式行 8 星齒輪機構的結構如圖所示 結構特點：在一個行星架上是安裝了互相嚙合的兩套行星齒輪即長行星輪和短行星輪。短行星輪分別和小太陽輪和長行星輪嚙合，長行星輪與短行星輪和大太陽輪以及齒圈嚙合。行星齒輪的大小太陽輪都可以作為動力輸入元件。 拉威娜式行星齒輪變速器 4 個檔位工作原理、動力傳遞路線及傳動比計算 1 檔：當操作手柄位于前進檔 D 位置而行星齒輪變速器處于 1 檔時，前進離合器 C3 接合，輸入軸經(jīng)前進離合器 C3 和后太陽輪連 接，使后太陽輪朝順時針方向轉動，并通過短行星輪和長行星輪帶動齒圈朝順時針方向轉動。由于齒圈通過輸出軸和驅動輪連接，在汽車起步行駛時轉速很低， 9 長行星輪在帶動齒圈朝順時針方向轉動的同時，對行星架產(chǎn)生一個逆時針方向的力矩，而行星架在 1 檔單向離合器 F1 逆時針方向的鎖止作用下固定不動，從而使發(fā)動機動力經(jīng)輸入軸、后太陽輪、短行星輪、長行星輪傳給齒圈和輸出軸。設齒圈與前后太陽輪的齒數(shù)比分別為α 1和α 2，根據(jù)特性方程組可以得到 1 檔的傳動比為 i1=α 2。 當汽車滑行，輸出軸反向驅動行星齒輪變速器時，齒圈通過長行星輪對行星架產(chǎn) 生一個順時針方向的力矩，此時 1 檔單向離合器 F1 脫離鎖止狀態(tài)，使行星架朝順時針方向自由轉動，行星齒輪因此失去傳遞動力的能力，無法實現(xiàn)發(fā)動機制動。為了使 1 檔能產(chǎn)生發(fā)動機制動作用，可將操作手柄撥入前進抵擋位置。這樣在 1 檔時，前進離合器 C3和抵擋及倒檔離合器 B2同時工作，行星架由抵擋及抵擋離合器 B2固定，此時動力傳遞路線及傳動比和 1 檔時完全相同 2 檔：此時前進離合器 C3和 2 檔制動器 B1一起工作。發(fā)動機動力經(jīng)輸入軸和前進離合器 C3 傳至后太陽輪，使后太陽輪朝順時針方向轉動，并通過短行星輪帶動長行星輪朝順時針方向轉動 。由于前太陽輪被 2 檔制動器 B1 固定，因此長行星輪在做順時針自轉時，還將朝順時針方向做公 10 轉，從而帶動齒圈和輸出軸以快轉速朝順時針方向轉動。此時發(fā)動機動力是由后太陽輪經(jīng)短行星輪、長行星輪傳至前行星排，再由前行星排傳至齒圈和輸出軸。根據(jù)特性方程組分析可知 2 檔的傳動比為 i2=(α 1+α 2)/（ 1+α 1）該檔位具有反向傳遞動力的能力，在汽車滑行時能產(chǎn)生發(fā)動機制動作用。 3 檔： 3 檔時，前進離合器 C3 和前進單向離合器 F2 及超速檔離合器C4 同時接合，使輸入軸同時和前后太陽輪連接。由于前后太陽輪成為一個整體，兩者以相同轉 速歲輸入軸轉動，因此短行星輪和長行星輪不能做自轉，只能同前后太陽輪一起公轉，同時帶動行星架以相同轉速隨后太陽輪轉動，從而導致齒圈及前后行星排所有元件作為一個整體，一同轉動。發(fā)動機動力由前后太陽輪經(jīng)前后行星排傳至齒圈和輸出軸，此時傳動比 i3等于 1，因此 3 檔是直接檔。在 3 檔狀態(tài)下，該行星齒輪變速器也有反向傳遞動力的能力，汽車滑行時會產(chǎn)生發(fā)動機制動的作用。 4 檔： 4 檔時，超速檔離合器 C4和 4 檔制動器 B1一起工作，使輸入軸與行星架連接，同時前太陽輪被固定。發(fā)動機動力經(jīng)高檔離合器 C4傳至行星架，行星架帶動長行星輪 朝順時針方向一邊自轉一邊公轉，并