【文章內(nèi)容簡介】 帶動齒圈和輸出軸朝順時針方向轉(zhuǎn)動，根據(jù)特性方程組分析可知其傳動比為 11 i4=α 1/（ 1+α 1）。由于其值小于 1，所以 4 檔為超速檔。 倒檔：倒檔時，倒檔及直接檔離合器 C2和低檔及倒檔制動器 B2同時工作，使輸入軸同前太陽輪連接，同時低檔及倒檔制動器 B2 產(chǎn)生制動，將行星架固定。發(fā)動機動力經(jīng)輸入軸傳給前太陽輪，使前太陽輪朝順時針方向轉(zhuǎn)動，并帶動長行星輪朝逆時針方向轉(zhuǎn)動。由于行星架固定不動，長行星輪只能作自轉(zhuǎn)，從而帶動齒圈和輸出軸朝逆時針方向轉(zhuǎn)動。此時的傳動比iR=α 1。在倒檔時， 該行星齒輪變速也能實現(xiàn)發(fā)動機制動作用。 本章小結(jié) 1）分別分析了辛普森式行星齒輪機構(gòu)和拉威娜式行星齒輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及特點。在此基礎上，本論文選定拉威娜式行星齒輪機構(gòu)的自動變速器作為研究對象。 2）分析了拉威娜式自動變速器的結(jié)構(gòu)及特點及其工作原理，各個檔位的動力傳遞路線，并分別計算了相應的傳動比，為計算行星排的效率提供了基礎。 12 第 3 章 行星齒輪機構(gòu)的傳動效率分析與計算 機械傳動效率是衡量該種傳動性能的一項重要指標。本文采用的 01M型自動變速器可以提供四個前進檔：即前進 1 檔、前進 2 檔、直接檔和超速檔，還 可以實現(xiàn)倒檔功能。其中兩個前進檔是行星排輸出軸轉(zhuǎn)速低于輸入軸轉(zhuǎn)速的減速傳動（即 1 檔和 2 檔），直接檔是輸入軸轉(zhuǎn)速和輸出軸轉(zhuǎn)速相等的直接傳動，超速檔是輸出軸轉(zhuǎn)速高于輸入軸轉(zhuǎn)速的升速傳動。下面就分為兩種情況分析 01M 型自動變速器各個檔位的效率，并給出行星排效率的計算式。 在這里我先介紹一下斜齒輪傳動基本嚙合效率的計算式 。 斜齒輪傳動基本嚙合效率的計算式 從端面看去，斜齒輪可視為由無數(shù)個無限薄的直齒輪連續(xù)轉(zhuǎn)過一個相位角迭加而成。因此，采用端面參數(shù)時，一對斜齒輪間的基本嚙合效率可由距基準面（設斜齒輪寬度方 向上的中截面為基準面）任意距離的無限薄直齒輪的相應表達式通過積分而得到，以回避直接分析的困難。引用“嚙入重合度”和“嚙出重合度”分析斜齒輪輪齒間的基本嚙合效率。斜齒輪輪齒間基本嚙合效率的計算式相似于直齒輪。 內(nèi)嚙合傳動在升速時基本嚙合效率的計算式： ? ? ? ?? ? ? ?110 s i n/11 ????? ???? ftaRR fZZntAaGgGGnG ????? ntpgpkpA aRRR ?? s in22 ??? ngGKGtGR t GRaR 22s i n ???? ?costn tgatga ? ?c o s2/nGG mZR ? ?c o s2/c o s tnZgG amZR ? 13 ?c o s2/c o s tnpgp amZR ? ? ?npanpkp xhmRR ??? ? ?nGanGkG xhmRR ??? 而且： ｔ ｎ — 齒輪的端面齒距 μ 通常取 ~； εA、 εR— 為齒輪內(nèi)嚙合的嚙入和嚙出重合度 RgP、 RP— 分別是外齒輪的基圓半徑和節(jié)圓半徑 ZP、 ZG— 分別是外齒輪和內(nèi)齒輪的齒數(shù)； αn、 αt— 分別是斜齒輪的法面和端面壓力角； mn— 斜齒輪的模數(shù)； β — 斜齒輪的螺旋角； ha*— 斜齒輪的法向齒 頂高系數(shù)； RkP、 RkG— 分別是內(nèi)齒輪和外齒輪的齒頂圓半徑； xnp、 xnG— 分別是內(nèi)齒輪和外齒輪的法面變位系數(shù)； 同理，可以推導出內(nèi)嚙合斜齒輪傳動在減速時基本嚙合效率的計算式： ? ? ? ?? ? ? ?1221212 s i n/1/11 ????? ??? ftaRR fZZtZntragno ??? ??? 其中， εa(=εA)和 εr(=εR)分別為斜齒輪內(nèi)嚙合的嚙入和嚙出重合度。 外嚙合斜齒輪傳動在升速時基本嚙合效率的計算式： ? ? ? ?? ? ? ?11s i n/1/11 ????? ??? ftaRR fZZtZntrapgpGpnpo ??? ??? 外嚙合斜齒輪傳動在減速時基本嚙合效率的計算式： 14 ? ? ? ?? ? ? ?111211 s i n/1/11 ????? ??? ftaRR fZZtZntrapgno ??? ??? 各檔位 傳動效率分析 減速傳動 一、二檔時的效率 對變速器中行星排的效率進行分析需要考慮幾個方面：行星排各工作齒輪之間的嚙合效率；工作軸承的效率；以及液力損失對效率的影響。 這里我們 經(jīng)過計算得出 小太陽輪與短行星輪之間的效率為η 1，短行星輪與長行星輪之間的效率為η 2，長行星輪與齒圈之間的效率為η 3，長行星輪與大太陽輪之間的效率為η 4，軸承之間的效率為η 軸 =， 液力損失的效率為η 液 =,小太陽輪齒數(shù) Z1=23，短行星輪齒數(shù) Z2=16，長行星輪齒數(shù) Z3=17，齒圈齒數(shù) Z4=63，大太陽輪齒數(shù) Z5=29。 帶入 中的公式求出η 1η 2η 3η 4 η 1= 23 （ 1/161/23） f(ε 1)/ （ ）sin20o+ (ε 1) = 同理可求得η 2= η 3= η 4= 輪齒間的嚙合效率計算 一檔時，發(fā)動機動力經(jīng)輸入軸傳給小太陽輪，行星架被固定，由短行星輪、長行星輪、齒圈傳至輸出軸完成動力傳遞。 所以一檔時的輪齒嚙合效率為 η th=1+η 1η 2η 3I0／ 1+I0= I0=Z4/Z1=63/23= 二檔時，發(fā)動機動力經(jīng)輸入軸傳給小太陽輪，大太陽輪被固定，由短行星輪、長行星輪、齒圈傳至輸出軸完成動力傳遞。 二檔時的輪齒嚙合效率為 η th=1+η 1η 2η 3η 4I0／ 1+I0= I0=(Z4/Z5+Z4/Z1)/(Z4/Z5+1)=(63/29+63/23)/(63/29+1)= 15 加速傳動 四檔時的效率 四檔即超速檔是行星排輸出軸轉(zhuǎn)速高于輸入軸轉(zhuǎn)速的升速傳動。 四檔時，發(fā)動機動力經(jīng)輸入軸傳給行星架，大太陽輪被固定，在傳至齒圈，齒圈傳至輸 出軸完成動力傳遞。 4 檔時的輪齒嚙合效率為 η th=η 3η 4(1+I0) ／ 1+η 3η 4I0= I0=(Z4/Z5)/(1+Z4/Z5)=(63/29)/(1+63/29)= 直接檔的傳動效率分析與計算 三檔時，發(fā)動機動力由輸入軸傳給輸出軸。 三檔時的輪齒嚙合效率為 η th=η 1η 2η 3η 4I0= I0=1 減速傳動與加速傳動效率的比較 經(jīng)計算得出變速器分別在一檔、二檔、直接檔和四檔時行星排的傳動效率， 如表所示。 一檔 二檔 三檔 四檔 嚙合效率 軸承效率 液力損失 總效率 行星排各個檔位的傳動效率 由計算結(jié)果可以看出：自動變速器在不同檔位時的效率不相等。其行星排的嚙合效率也不相等，超速檔即四檔時，嚙合效率最高，其次是一檔，然后是直接檔，二檔時行星排的嚙合效率最低。 行星齒輪機構(gòu)傳動效率的實驗測量比較麻煩，為了驗證計算結(jié)果 的正確性，這里借用了由陳勇等人設計研制的實驗儀器所測得的 01M 型自動變速器行星排各檔的效率，引用一檔和二檔的實驗結(jié)果進行分析，分別如圖所示。 16 實驗測得一檔的效率 實驗測得二檔的效率 圖中， ηth 是嚙合效率，雙點劃線所示為考慮攪油損失時的實驗效率值，點劃線為考慮攪油和軸承損失時的效率值，粗的黑線為實驗測得的效率值?？梢钥闯?，一檔的效率要高于二檔時的效率，這與用本文所推導公式計算的結(jié)果一致，說明本文的計算結(jié)果是合理的。 本章小結(jié) 1）把拉威 娜式自動變速器各個檔位時的效率分為幾個部分，分別進行了分析，得出了行星排嚙合效率的計算式。最后得出了不同檔位時整個行星排總效率的計算式。 2）計算了不同檔位時行星排的嚙合效率，對變速器行星排升速傳動和減速傳動的效率進行了比較分析。結(jié)果顯示：同一行星排的嚙合效率和整體效率升速傳動比減速傳動時要高。 17 第 4 章 行星齒輪變速器的參數(shù)優(yōu)化 本文以 01M 型變速器行星齒輪系傳動效率最高為目標，建立其優(yōu)化設計的數(shù)學模型。優(yōu)化的同時還要保證汽車的最佳動力性和經(jīng)濟性，即在不改變變速器最大和最小傳動比的條件下，對變速器行星排 進行參數(shù)優(yōu)化，以達到效率的加權最高值 . 確定目標函數(shù) 本文要求多個檔位的效率均達到最大值，因而可將各個目標函數(shù)加權線性綜合為一個綜合目標函數(shù) U，然后按此綜合目標函數(shù)進行優(yōu)化： U=∑（ CiUi） 式中： U 為綜合目標函數(shù)； Ui 為各個單項函數(shù)； Ci 為加權系數(shù)，反映各個組成單項目標函數(shù)的相對重要程度。 本文取目標函數(shù)為： U=C1η 1+C2η 2+C3η 3+C4η 4 式中： C C C C4 在目標函數(shù)中反映駕駛過程中汽車各個檔位的使用頻度。 η η η η4 分別為變速器工作在一檔、二檔 、直接擋和四檔時，行星排的傳動效率。 為了合理的選擇各個檔位的加權系數(shù)，本文采用標準行駛工況，如圖所示，來確定車輛不同狀態(tài)的使用頻度，結(jié)果如表所示。 城市標準行駛工況圖 18 狀態(tài) 一檔 二檔 三檔 四檔 頻度 汽車各種狀態(tài)使用頻度 本文主要對汽車各前進檔即一檔、二檔、三檔和四檔進行優(yōu)化，因此根據(jù)上表可以得出只考慮這四個檔位時各自使用頻度的百分比，如下表所示。 檔位 一檔 二檔 三檔 四檔 頻度（ %） 汽車各前進檔使用 頻度 因此，目標函數(shù)中各加權系數(shù)分別取為： C1=、 C2=、C3=、 C4= 所以，目標函數(shù) U= + + + = 設計變量的選取 對目標函數(shù)影響較大的基本參數(shù)都可以取為設計變量，一般行星齒輪傳動的設計參數(shù)為：模數(shù) m、齒數(shù) Zs、螺旋角 β以及變位系數(shù) x。而對于變速器而言，行星排齒輪的齒數(shù)和模數(shù)是固定的，因此這里不把齒數(shù)和模數(shù)選為設計變量。在漸開線齒輪傳動的參數(shù)選擇方面 ，變位系數(shù)的確定是一個重要內(nèi)容。合理的選擇齒輪的變位系數(shù)和螺旋角，可以提高齒輪傳動的效率。因此，本文的優(yōu)化取設計變量為前后太陽輪的變位系數(shù) x x2，長短行星輪的變位系數(shù) x x4，齒圈的變位系數(shù) x5 以及齒輪的螺旋角 β1。 優(yōu)化軟件 齒輪參數(shù)的優(yōu)化設計通常是借助于軟件來實現(xiàn)。一個設計軟件的好壞直接關系到設計的成本和設計質(zhì)量。隨著優(yōu)化設計的普及，用于優(yōu)化設計的軟件也越來越多、功能越來越強大。最初用 Pspice 和 Saber 來實現(xiàn)，但這種設計復雜且工作量大，后來有學者就在 Matlab 中進行集成設計 ，使設計工作更趨向簡單化。此外可用于齒輪優(yōu)化設計的軟件還有： Mathcad 、 頻 域 仿 真 軟 件 FREDOMSIM 和 EDEN （ Electrical Design Enviorment）等等。本課題采用輔助設計軟件 Matlab 來對優(yōu)化設計進行求解。 19 用這款軟件來進行參數(shù)優(yōu)化真的 非常容易，只需要知道你要優(yōu)化的各種參數(shù)就可以了。 而在這里我們所要知道的參數(shù)是 齒數(shù) 模數(shù) 螺旋角 (o) 壓力角 (o) 齒根圓直徑 (cm) 齒頂圓直徑 (cm) 變?yōu)橄禂?shù)(mm) 短行星輪 16 2 25 20 長行星輪 17 2 25 20 大太陽輪 29 2 25 20 59 68 小太陽輪 23 2 25 20 齒圈 63 2 25 20 144 135 根據(jù)軟件所需要的參數(shù)我們已經(jīng)給出了以上的參數(shù)，把這些參數(shù)輸入軟件， 并在軟件中規(guī)定出要優(yōu)化的參數(shù)，即可得到我們需要的優(yōu)化后的數(shù)值。 優(yōu)化結(jié)果 本文優(yōu)化的結(jié)果如表所示。 大太陽輪 長行星輪 小太陽輪 短行星輪 齒圈 變位系數(shù) mm 螺旋角（ o） 優(yōu)化結(jié)果 優(yōu)化前后各前進檔的整體效率比較如表所示。 一檔 二檔 三檔 四檔 綜合 原始值 優(yōu)化值 優(yōu)化前后效率比較 從優(yōu)化結(jié)果和原始值的比較可以看出：變速器在一檔、二 檔和三檔時行星排的總效率均得到提高，四檔效率幾乎不變，其中使用頻度最高的三檔效率增加最多。綜合效率也得到了提高。 本章小結(jié) 本章用優(yōu)化軟件 Matlab 對 AT 各個檔位行星排的齒輪參數(shù)進行了參數(shù)優(yōu)化。優(yōu)化過程中考慮了各個檔位的使用頻度，并根據(jù)標準行駛工況計 20 算出了各個頻度的數(shù)值。結(jié)果顯示：行星排一檔、二檔和三檔時的總效率均得到提高，四檔效率幾乎不變，其中使用頻度最高的三檔效率增加了%。加權綜合效率也提高了 %。 21 結(jié) 論 AT 是自動變速傳動技術中