【正文】 能，具有變速平滑、駕駛輕便等優(yōu)點。 汽車自動變速器類型 自動變速器按實現(xiàn)自動變速的原理可分為以下三類 [2]： 1） 液 力 － 機械式自動變速器 (AT)： 由液力變矩器、行星齒輪變速箱 和電子 液壓控制系統(tǒng) 等幾大 部分組成。這對改善燃料的動力性、 經(jīng)濟性和降低變速器的溫度有益處。它能自動變換傳動比，調(diào)節(jié)或變換發(fā)動機動力輸出性能，經(jīng)濟而方便地傳送動力，較好地適應外界負載與道路條件的需要。 自動變速器的發(fā)展使汽車好像有了人的智慧，甚至比人更善于思索。 在現(xiàn)代轎車上，常 見的是采用電控的液力自動變速器，主要 是由 液力變矩器、機械傳動裝置、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、油泵等幾 大部分組成。變矩器通過導輪起增扭作用，克服增大的阻力。汽車自動變速器一般和變 矩器一起使用，帶有液力傳動的特點，可以彌補機械變速器的一些缺點。其結(jié)果，可使發(fā)動機壽命提高 倍，變速器壽命提高 2～ 3 倍，其它傳動系部件壽命提高 ～ 倍，同時也可以大大提高乘坐舒適性。自動變速器從根本上簡化了操作，由于取消了離合器踏板和變速桿，駕駛員只需操縱油門踏板，即可實現(xiàn) 自動變速。 HC 的排放量與轉(zhuǎn)速成正比。以前的自動變速器的執(zhí)行器只有一兩個電磁閥，現(xiàn)在許多自動變速器已有多個電磁閥。 2） 反應迅速，換擋時間非常短，從而具有很好的駕駛樂趣。 3) 低排放。由于采用該系統(tǒng)可以節(jié)約燃油，隨著大規(guī)模生產(chǎn)以及系統(tǒng)、材料的革新， CVT 零部件 (如傳動帶或傳動鏈、主動輪、從動輪和液壓泵 )的生產(chǎn)成本，將降低 20%30%。 本文 進行了對自動變速器結(jié)構(gòu)分析設計，零部件三維建模，殼體有限元分析。 4)學習有限元分析軟件 Ansys，對殼體 和關(guān)鍵零件進行有限元模型 分析及改進措施。即單軸五速行星齒輪系。 “ 單向離合器 fF 鎖止，防止前排 星行架 ” 是動力傳遞不可缺少的條件。 類 01V 變速器 行星輪系自由度分析計算 對類 01V 變速器行星輪系自由度的計算，可以驗證前面的傳動方案的正確性。 3） 虛約束 在運動副中有些約束對機構(gòu)自由度的影響是重復的。 目前，四自由度變速器用于組合式變速器，在變速器擋位增加時，從三擋增至四擋，從四擋增至五擋，從設計簡單和制造工藝等方面考慮，保留原來變速器本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 19 頁 共 67 頁 結(jié)構(gòu)不變，往往在其前面或后面，增加一個單行星排變速器，組成串聯(lián)式的變速器，這樣就使原三自由度變速器變成四自由度變速器。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 20 頁 共 67 頁 各 擋 位自由度計算 一擋：該 擋 位中前排行星架用單向離合器固定，后排用制動器 G固定太陽輪，此時活動部件數(shù) n 就減少到 7個，分別是 前排大太陽輪 1；前排小太陽輪 2；長行星輪 3；短行星輪 4；齒圈 5；后排行星輪 8；后排行星架 9。 三擋：該 擋 位中前排小太陽輪用制動器 C 固定，后排用離合器 F 將太陽輪和齒圈結(jié)合為一體，此時活動部件數(shù) n 減少到 7 個，分別是前排大太陽輪 1；長行星輪 3；短行星輪 4；齒圈 5（后排太陽輪 7）；前排行星架 6；后排行星輪 8；后排行星架 9。 五擋：該 擋 位中前排小太陽輪用制動器 C 固定，后排用離合器 F 將太陽輪和齒圈結(jié)合為一體，此時活動部件數(shù) n 減少到 7 個，分別是前排大太陽輪 1；長行星輪 3；短行星輪 4；齒圈 5（后排太陽輪 7）；前排行星架 6；后排行星輪 8；后排行星架 9。 表 各 擋 位自由度 擋 位 活動構(gòu)件數(shù)（ n ） 高副數(shù)（ Lp ） 低副數(shù)（ Hp ） 自由度（ F ） 一擋 7 6 7 1 二 擋 7 6 7 1 三 擋 7 6 7 1 四 擋 7 6 7 1 五 擋 7 6 7 1 倒擋 7 6 7 1 類 01V 傳動比計算 1tn —— 前排大太陽輪轉(zhuǎn)速； 1qn —— 前排齒圈轉(zhuǎn)速； 1jn —— 前排行星架轉(zhuǎn)速；2tn —— 前排小太陽輪轉(zhuǎn)速； 3tn —— 后排太陽輪轉(zhuǎn)速； 3qn —— 后排齒圈轉(zhuǎn)速； 3jn—— 后排行星架轉(zhuǎn)速； 1? ＝11tqzz ； 2? ＝21tqzz ， 3? ＝33tqzz ， 1tz ， 1qz ， 2tz —— 分別是前排大太陽輪、前排齒圈、前排小太陽輪的齒數(shù)； 3tz 、 3qz —— 分別是后排太陽輪、 后排齒圈的齒數(shù)； qi 、 hi —— 分別為前后排行星輪的傳動比；利用公式 ：wjqjt nn nn )1(???? ? （ ）[9]；w=外嚙合次數(shù)， tn —— 太陽輪轉(zhuǎn)速； qn —— 齒圈轉(zhuǎn)速； jn —— 行星架轉(zhuǎn)速。該擋為低速擋。三擋也是低速擋。傳動比為負并大于 1，表示倒擋的輸出方向與輸入方向相反，減速輸出。即使在傳動比很大時，仍然結(jié)構(gòu)緊湊，重量較輕。 前排為拉維那式行星齒輪機構(gòu)，它有兩個行星排，長行星輪與太陽輪嚙合，短行星輪與齒圈嚙合，長短行星輪相互嚙合并共用一個行星架。 本次自動變速器采用的是濕式摩擦片 離合器，對其設 計的基本要求是： 1） 離、合迅速，平穩(wěn)無沖擊，分離徹底，動作準確可靠。m / / B / / / / / 420N在自動變速器中最常用的有帶式制動器和片式制動器兩種。 本次設計的自動變速器采用片式制動器。m 單向離合器的參數(shù)設計 單向離合器中 力矩的傳遞僅僅是單向回轉(zhuǎn)，反向時不傳遞動力，即用單向離合器連接起來的兩元件之間，可按受力關(guān)系不同，自動地實現(xiàn)鎖定不動或分離自由旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，單向離合器傳遞力矩的容量比摩擦離合器要大，能夠按回轉(zhuǎn)方向自動平穩(wěn)地進行驅(qū)動和向空轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換，即使在驅(qū)動時也沒有推力，空 轉(zhuǎn)時摩擦力也很小，這就是它的特點。 液壓 控制 部分 油泵安裝在液壓變矩器的后方，同液力變矩器的泵輪連接，當發(fā)動機運轉(zhuǎn)時帶動油泵運轉(zhuǎn)工作，使其連續(xù)不斷的泵出一定壓力和流量的液壓油，以供給自動變速器內(nèi)部相應元件的工作及對它們的潤滑和冷卻。 其 各擋位傳動比如下表 ： 表 01M自動變速器各擋位傳動比 變速器型號 01M 1擋速比 ： 1 2擋速比 ： 1 3擋速比 :1 4擋速比 :1 R擋速比 :1 01M 自動變速器也采用拉維那式行星齒輪機構(gòu)如圖 所示，它是一種雙排單、雙級復合式行星齒輪機構(gòu)，其前排為單級結(jié)構(gòu)，后排是雙級結(jié)構(gòu)，前后 排共用一個內(nèi)齒圈和一個行星架。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 36 頁 共 67 頁 3 殼體的建模、 選材及有限元分析 CATIA 軟件的介紹 本次設計使用的軟件是 CATIA V5R17。 自動變速器殼體建模 問題的提出：自動變速器殼體形狀復雜，且殼內(nèi)壁有和制動器配合的結(jié)構(gòu)。 5） 在殼體上添加加強筋，以及繪制凹槽 再進行草圖繪制后按 和 畫加強筋和凹槽。采用壓鑄鋁合金殼體時，可以設計一些三角形的交叉肋條，用來增加殼體剛度和降低總成噪聲。采用鑄鐵殼體時，壁厚取 5～ 6mm。 殼體 在與制動器 C 接觸處，受到的最大 T 為 mN? （有制動器設計人員給定）， mmD 190? ， mmd 179? ，則由公式 11 可得 mW t ??? ，此處的最大切應力 MP ammNWT t 34m a x ?? ??? ?? 殼體在與單向離合器接觸處，受到的最大 T 為 mN? （有制動器設計人員給定）， mmD 167? ， mmd 161? ，則由公式 11 可得 mWt ??? ，此處的最大切應力 MP ammNWT t 34m a x ?? ??? ?? 選兩者中的大者，因此，自動變速器殼體選擇的材料的剪切應力許用值應大于 。 ZAlSi5Cu1Mg (ZL105) 砂型，殼型， 金屬型，熔模鑄造 鋁硅銅鎂系列四元合金，特性是：（ 1）鑄造性能良好，流動性高，收縮率較低，吸收傾向小，熱裂傾向?。唬?2）熔煉工藝簡單，不需采用變質(zhì)處理和在壓力下結(jié)晶等工藝措施；（ 3）可熱處理強化，室溫強度較高，但塑性，韌性較低；（ 4）高溫力學性能良好；（ 5）焊接性和加工性能良好（ 6）耐蝕性尚可。單向離合器殼體對自動變速器殼體的作用力矩最大出現(xiàn)在倒檔即制動器 D 起 作用時，為 mN? 。 自動變速器 有限元模型建立 1） 指定工作文件名和工作標題 該項工作并不是必須要求的，但是在對多個工程問題進行分析時，推薦使用工作文件名和工作標題 定義工作文件名 文件名是用來識別 ANSYS 作業(yè)的，通過為分析的工程指定文件名，可以確保文件不被覆蓋。 最后通過對以上三種材料的綜合比較后，選用鋁硅合金 ZL104 作為本次設計的類 01V 自動變速器殼體的材料。再通過 查閱 手冊后初選定的 鋁硅合金 有表 [14]。 本次設計自動變速器殼體材料擬選用鑄鋁合金，壁厚為 5mm，殼體側(cè)面的內(nèi)壁與內(nèi)部轉(zhuǎn)動部件之間留 5mm的間隙，齒輪齒頂?shù)阶兯倨鞯撞恐g留 20mm的間隙 [12]。注油孔位置應設立在潤滑油所在平面處，同時利用它作為檢查油面高度的檢查孔。 繪制完成后的殼體如圖 所示： 圖 自動變速器殼 體 殼體強度計算及選材 變速器殼體的要求 變速器殼體的尺寸要盡可能小，同時質(zhì)量也要小，并具有足夠大的剛度，用本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 38 頁 共 67 頁 來保證軸和軸承工作時 不會歪斜。 自動變速器殼體屬于型腔類零件，主要組成要素為薄殼、曲面。 CATIA 被廣泛應用于航空航天、汽車制造、造船、機械制造、電子、電器以及消費品行業(yè)，它的集成解決方案覆蓋所有產(chǎn)品設計和制造領(lǐng)域，滿足了工業(yè)領(lǐng)域各大、中、小型企業(yè)的需要。在行星輪變速機構(gòu)中， 2個太陽輪獨立運動；小太陽輪與短行星輪嚙合，同時短行星輪又與長行星輪的小端嚙合；長行星輪小端與齒圈嚙合，同時長行星輪的大端與大太陽輪嚙合。從作用上來看滑閥又分為換擋閥也叫換向閥和調(diào)壓閥及限壓閥及限流閥；而電磁閥按其控制形式也分換擋閥和調(diào)壓閥。 表 單項離合器 Ff主要尺寸參數(shù) 表 單向離合器各部件材料、熱處理工藝幾及強度校核等的選擇 零件 材料 熱處理 表面硬度 許用接觸應力 許用接觸剪應力 楔塊個數(shù) 楔塊厚度 外環(huán)半徑 內(nèi)環(huán)半徑 fF 30 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 33 頁 共 67 頁 內(nèi)外環(huán) 45鋼 淬火回火 170HBS / / 楔塊 40Cr 淬火回火滲碳處理 500HRC 490Mpa Mpa 主減速器 主減速器的功用是將輸入的轉(zhuǎn)矩增大并相應降低轉(zhuǎn)速，以及擋發(fā)動機縱置時還具有改變旋轉(zhuǎn)方向的作用。m 它結(jié)構(gòu)簡單，維修 方便，但工作平順性較差。m 420N 3） 接合元件耐磨性高，使用壽命長，散熱條件好。 表 行星齒輪機構(gòu)各部件材料、熱處理工藝幾及制造工藝等的選擇 零件 材料 熱處理 表面硬度 齒面接觸疲勞極限 Hlim? 齒根彎曲疲勞極限 Flim? 齒形加工精度等級 太陽輪 行星輪 20CrMnTi 滲碳淬火 5862HRC 1100MPa 850MPa 滾齒 6 級精度 內(nèi)齒圈 30CrMnSi 調(diào)質(zhì)處 理 310360HBS 1100MPa 900MPa 磨齒 6 級精度 表 前 1排行星輪系標準圓柱斜齒輪傳動的幾何尺寸計算公式 名稱 小太陽輪 t2 大短行星輪 dd 齒圈 q1 齒數(shù) Z 34 30 98 分度圓直徑?cos/Zmd n? 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 28 頁 共 67 頁 齒頂高 naa mhh ?? 或 ? ? naaa mhhh ?? ??? 齒根高 ? ? naf mchh ?? ?? 全齒高 fa hhh ?? 齒頂圓直徑 aa hdd 2?? 齒根圓直徑 ff hdd 2?? 基圓直徑 tb dd ?cos? 齒頂圓壓力角abat ddarccos?? 備注 齒頂高系數(shù) ?ah =1，頂隙系數(shù) ?C = 表 前 2排標準圓柱斜齒輪傳動的幾何尺寸計算公式 名稱 大 太陽輪 t1 小長 行星輪 xc 分度圓直徑 ?cos/Zmd n? 齒頂高 naa mhh ?? 或 ? ? naaa mhhh ?? ??? 齒根高 ? ? naf mchh ?? ?? 全齒高 fa hhh ?? 齒頂圓直徑 aa hdd 2?? 齒根圓直徑 ff hdd 2?? 基圓直徑 tb dd ?cos? 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 29 頁 共 67 頁 齒頂圓壓力角abat ddarccos?? 備注 齒頂高系數(shù) ?ah =1，頂隙系數(shù) ?C = 考慮總體尺寸 ,取 前排 小太陽輪齒寬 20mm，大短行星輪齒寬 19mm，內(nèi)齒圈齒寬 22m