【正文】 究工作也給予了很大的支持，在此向他們表示最誠(chéng)摯的謝意！ 焉得諼草，言樹(shù)之背，非常感謝我的爸爸媽媽，他們用溫暖的雙肩呵護(hù)我，給了我自由的成長(zhǎng)空間，一直支持我的決定，我深深愛(ài)著他們。 在論文的完成過(guò)程中，鄭德林教授于百忙之中給了我無(wú)微不至的關(guān)懷和指導(dǎo)。從論文的選題、研究、撰寫(xiě)到定稿，無(wú)不滲透著導(dǎo)師的心血郭秦老師高尚的品德、淵博的學(xué)識(shí)、深邃的思想、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、精益求精的工作作風(fēng)、開(kāi)拓的創(chuàng)新思維、教書(shū)育人的責(zé)任心都給我留下了深刻的印象，將使我受益匪淺，終生難忘。加權(quán)綜合效率也提高了 %。優(yōu)化過(guò)程中考慮了各個(gè)檔位的使用頻度，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)行駛工況計(jì)算出了各個(gè)頻度的數(shù)值。對(duì)變速器行星排升速傳動(dòng)和減速傳動(dòng)的效率進(jìn)行了計(jì)算比較，結(jié)果顯示：同一行星排的整體效率升速傳動(dòng)比減速傳動(dòng)時(shí)要高。并分別分析了其工作原理及各個(gè)檔位的動(dòng)力傳遞路線，計(jì)算了其傳動(dòng)比。 AT 的致命弱點(diǎn)是效率低，本文以此為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)對(duì) 拉威娜 自動(dòng)變速器的行星排進(jìn)行分析，得出了效率計(jì)算的準(zhǔn)確公式。 21 結(jié) 論 AT 是自動(dòng)變速傳動(dòng)技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式。結(jié)果顯示：行星排一檔、二檔和三檔時(shí)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%。 本章小結(jié) 本章用優(yōu)化軟件 Matlab 對(duì) AT 各個(gè)檔位行星排的齒輪參數(shù)進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化。 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(shí)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。 優(yōu)化結(jié)果 本文優(yōu)化的結(jié)果如表所示。 19 用這款軟件來(lái)進(jìn)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。此外可用于齒輪優(yōu)化設(shè)計(jì)的軟件還有： Mathcad 、 頻 域 仿 真 軟 件 FREDOMSIM 和 EDEN （ Electrical Design Enviorment）等等。隨著優(yōu)化設(shè)計(jì)的普及，用于優(yōu)化設(shè)計(jì)的軟件也越來(lái)越多、功能越來(lái)越強(qiáng)大。 優(yōu)化軟件 齒輪參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)通常是借助于軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。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(dòng)的效率。而對(duì)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(shè)計(jì)變量。 城市標(biāo)準(zhǔn)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(duì)汽車各前進(jìn)檔即一檔、二檔、三檔和四檔進(jìn)行優(yōu)化，因此根據(jù)上表可以得出只考慮這四個(gè)檔位時(shí)各自使用頻度的百分比，如下表所示。 η η η η4 分別為變速器工作在一檔、二檔 、直接擋和四檔時(shí)，行星排的傳動(dòng)效率。優(yōu)化的同時(shí)還要保證汽車的最佳動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，即在不改變變速器最大和最小傳動(dòng)比的條件下，對(duì)變速器行星排 進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，以達(dá)到效率的加權(quán)最高值 . 確定目標(biāo)函數(shù) 本文要求多個(gè)檔位的效率均達(dá)到最大值，因而可將各個(gè)目標(biāo)函數(shù)加權(quán)線性綜合為一個(gè)綜合目標(biāo)函數(shù) U，然后按此綜合目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化： U=∑（ CiUi） 式中： U 為綜合目標(biāo)函數(shù)； Ui 為各個(gè)單項(xiàng)函數(shù)； Ci 為加權(quán)系數(shù)，反映各個(gè)組成單項(xiàng)目標(biāo)函數(shù)的相對(duì)重要程度。結(jié)果顯示：同一行星排的嚙合效率和整體效率升速傳動(dòng)比減速傳動(dòng)時(shí)要高。最后得出了不同檔位時(shí)整個(gè)行星排總效率的計(jì)算式。可以看出，一檔的效率要高于二檔時(shí)的效率，這與用本文所推導(dǎo)公式計(jì)算的結(jié)果一致，說(shuō)明本文的計(jì)算結(jié)果是合理的。 行星齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率的實(shí)驗(yàn)測(cè)量比較麻煩，為了驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果 的正確性，這里借用了由陳勇等人設(shè)計(jì)研制的實(shí)驗(yàn)儀器所測(cè)得的 01M 型自動(dòng)變速器行星排各檔的效率，引用一檔和二檔的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，分別如圖所示。 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(gè)檔位的傳動(dòng)效率 由計(jì)算結(jié)果可以看出：自動(dòng)變速器在不同檔位時(shí)的效率不相等。 4 檔時(shí)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(dòng)效率分析與計(jì)算 三檔時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力由輸入軸傳給輸出軸。 二檔時(shí)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(dòng) 四檔時(shí)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(dòng)。 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(jì)算 一檔時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)輸入軸傳給小太陽(yáng)輪，行星架被固定，由短行星輪、長(zhǎng)行星輪、齒圈傳至輸出軸完成動(dòng)力傳遞。 外嚙合斜齒輪傳動(dòng)在升速時(shí)基本嚙合效率的計(jì)算式： ? ? ? ?? ? ? ?11s i n/1/11 ????? ??? ftaRR fZZtZntrapgpGpnpo ??? ??? 外嚙合斜齒輪傳動(dòng)在減速時(shí)基本嚙合效率的計(jì)算式： 14 ? ? ? ?? ? ? ?111211 s i n/1/11 ????? ??? ftaRR fZZtZntrapgno ??? ??? 各檔位 傳動(dòng)效率分析 減速傳動(dòng) 一、二檔時(shí)的效率 對(duì)變速器中行星排的效率進(jìn)行分析需要考慮幾個(gè)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(duì)效率的影響。斜齒輪輪齒間基本嚙合效率的計(jì)算式相似于直齒輪。因此，采用端面參數(shù)時(shí)，一對(duì)斜齒輪間的基本嚙合效率可由距基準(zhǔn)面（設(shè)斜齒輪寬度方 向上的中截面為基準(zhǔn)面）任意距離的無(wú)限薄直齒輪的相應(yīng)表達(dá)式通過(guò)積分而得到，以回避直接分析的困難。 在這里我先介紹一下斜齒輪傳動(dòng)基本嚙合效率的計(jì)算式 。其中兩個(gè)前進(jìn)檔是行星排輸出軸轉(zhuǎn)速低于輸入軸轉(zhuǎn)速的減速傳動(dòng)（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(dòng)，超速檔是輸出軸轉(zhuǎn)速高于輸入軸轉(zhuǎn)速的升速傳動(dòng)。 12 第 3 章 行星齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率分析與計(jì)算 機(jī)械傳動(dòng)效率是衡量該種傳動(dòng)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，本論文選定拉威娜式行星齒輪機(jī)構(gòu)的自動(dòng)變速器作為研究對(duì)象。在倒檔時(shí)， 該行星齒輪變速也能實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)作用。由于行星架固定不動(dòng)，長(zhǎng)行星輪只能作自轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)齒圈和輸出軸朝逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。 倒檔：倒檔時(shí)，倒檔及直接檔離合器 C2和低檔及倒檔制動(dòng)器 B2同時(shí)工作，使輸入軸同前太陽(yáng)輪連接，同時(shí)低檔及倒檔制動(dòng)器 B2 產(chǎn)生制動(dòng)，將行星架固定。發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)高檔離合器 C4傳至行星架，行星架帶動(dòng)長(zhǎng)行星輪 朝順時(shí)針?lè)较蛞贿呑赞D(zhuǎn)一邊公轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)齒圈和輸出軸朝順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)特性方程組分析可知其傳動(dòng)比為 11 i4=α 1/（ 1+α 1）。在 3 檔狀態(tài)下，該行星齒輪變速器也有反向傳遞動(dòng)力的能力，汽車滑行時(shí)會(huì)產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)的作用。由于前后太陽(yáng)輪成為一個(gè)整體，兩者以相同轉(zhuǎn) 速歲輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)，因此短行星輪和長(zhǎng)行星輪不能做自轉(zhuǎn)，只能同前后太陽(yáng)輪一起公轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)行星架以相同轉(zhuǎn)速隨后太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而導(dǎo)致齒圈及前后行星排所有元件作為一個(gè)整體，一同轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)特性方程組分析可知 2 檔的傳動(dòng)比為 i2=(α 1+α 2)/（ 1+α 1）該檔位具有反向傳遞動(dòng)力的能力，在汽車滑行時(shí)能產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)作用。由于前太陽(yáng)輪被 2 檔制動(dòng)器 B1 固定，因此長(zhǎng)行星輪在做順時(shí)針自轉(zhuǎn)時(shí)，還將朝順時(shí)針?lè)较蜃龉?10 轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)齒圈和輸出軸以快轉(zhuǎn)速朝順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。這樣在 1 檔時(shí)，前進(jìn)離合器 C3和抵擋及倒檔離合器 B2同時(shí)工作，行星架由抵擋及抵擋離合器 B2固定，此時(shí)動(dòng)力傳遞路線及傳動(dòng)比和 1 檔時(shí)完全相同 2 檔：此時(shí)前進(jìn)離合器 C3和 2 檔制動(dòng)器 B1一起工作。 當(dāng)汽車滑行，輸出軸反向驅(qū)動(dòng)行星齒輪變速器時(shí)，齒圈通過(guò)長(zhǎng)行星輪對(duì)行星架產(chǎn) 生一個(gè)順時(shí)針?lè)较虻牧?，此時(shí) 1 檔單向離合器 F1 脫離鎖止?fàn)顟B(tài)，使行星架朝順時(shí)針?lè)较蜃杂赊D(zhuǎn)動(dòng)，行星齒輪因此失去傳遞動(dòng)力的能力，無(wú)法實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)。由于齒圈通過(guò)輸出軸和驅(qū)動(dòng)輪連接，在汽車起步行駛時(shí)轉(zhuǎn)速很低， 9 長(zhǎng)行星輪在帶動(dòng)齒圈朝順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，對(duì)行星架產(chǎn)生一個(gè)逆時(shí)針?lè)较虻牧?，而行星架?1 檔單向離合器 F1 逆時(shí)針?lè)较虻逆i止作用下固定不動(dòng)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)輸入軸、后太陽(yáng)輪、短行星輪、長(zhǎng)行星輪傳給齒圈和輸出軸。行星齒輪的大小太陽(yáng)輪都可以作為動(dòng)力輸入元件。拉威娜式行 8 星齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖所示 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在一個(gè)行星架上是安裝了互相嚙合的兩套行星齒輪即長(zhǎng)行星輪和短行星輪。 拉威娜行星齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 拉威娜式行星齒輪機(jī)構(gòu)由于元件配置比較靈活，在行星齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)不做大的改變的前提下，可以通過(guò)換擋執(zhí)行元 件的不同組合方式，獲得 3或 4 個(gè)前進(jìn)擋的傳動(dòng)比。拉威娜式 3檔行星齒輪變速器在拉威娜式行星齒輪機(jī)構(gòu)中設(shè)置了 5 個(gè)換擋元件使之成為一個(gè)具有 3 個(gè)前進(jìn)檔和 1 個(gè)倒檔的 3 檔行星齒輪變速器。 拉威娜式行星齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比可以通過(guò)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(lái)得到。根據(jù)分析，雙行星輪式行星排的運(yùn)動(dòng)特性方程為 n1α n2=(1α )n3 式中 n1— 太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)速 。 拉 威娜式行星齒輪變速器 自上世紀(jì) 70 年代開(kāi)始應(yīng)用于許多轎車自動(dòng)變速器，特別是前輪驅(qū)動(dòng)轎車的自動(dòng)變速器，如奧迪、大眾、福特、馬自達(dá)等車型。它的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，其工作原理更難理解，應(yīng)用不是很廣泛。其結(jié)構(gòu)很緊湊、尺寸較小、傳動(dòng)比變化范圍大（前進(jìn)檔的傳動(dòng)比的范圍在 ~ 之間）、可以靈活多變。行星齒輪都可以在各自的軸上轉(zhuǎn)動(dòng)，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。兩個(gè)行星排共用一個(gè)齒圈和一 個(gè)行星架。它由一個(gè)單行星輪式行星排和一個(gè)雙行星輪式行星排組合而成，如圖所示。根據(jù)前進(jìn)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。 辛普森式行星齒輪變速器是由辛普森式行星齒輪機(jī)構(gòu)和相應(yīng)的換檔執(zhí)行元件組成的，目前大部分轎車自動(dòng)變速器都采用這種行星齒輪變速器。此機(jī)構(gòu)前后行星排的尺寸或者齒輪的齒數(shù)不必一定相同。經(jīng)過(guò)上述的組合后，該機(jī)構(gòu)成為一種具有4 個(gè)獨(dú)立元件的行星齒輪機(jī)構(gòu)。 辛普森式行星齒輪機(jī)構(gòu) 辛普森式行星齒輪機(jī)構(gòu)是一種十分著名的雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)，如圖所示。一種是兩排行星齒輪機(jī)構(gòu)共用一個(gè)太陽(yáng)輪的辛普森（ Simpson）式行星齒輪機(jī)構(gòu)；另一種是拉威娜（ Ravigneavx）式行星齒輪機(jī)構(gòu)，它有兩個(gè)太陽(yáng)輪，兩排行星齒輪共用一個(gè)齒圈。 行星齒輪變速機(jī)構(gòu) 在自動(dòng)變速器中，兩排或多排行星齒輪機(jī)構(gòu)聯(lián)接在一起，用以提供滿足汽車行 駛需要的多種傳動(dòng)比。為了增加適用傳動(dòng)比的級(jí)數(shù)，可以增加行星齒輪機(jī)構(gòu)。因?yàn)槠潺X輪是常嚙合的，所以不象一般的手動(dòng)變速器那樣通過(guò)齒輪的接合或脫離實(shí)現(xiàn)換檔，而是采用離合器和制動(dòng)器來(lái)固定或釋放行星齒輪機(jī)構(gòu)的不同元件，從而改變汽車的行駛方向和傳動(dòng)比 [10]。以這個(gè)綜合效率最高為目標(biāo)，在不改變液力變矩器和變速器速比的條件下，對(duì) AT 行星排的齒輪參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，使行星排的綜合傳動(dòng)效率得到明顯的提高。 3）對(duì)各個(gè)檔位的效率進(jìn)行了計(jì)算，對(duì)變速器各個(gè)檔位的效率進(jìn)行了比較分析，得出了新的結(jié)論。 2）把液力機(jī)械自動(dòng)變速器在不同檔位時(shí)行星排的效率分為行星排嚙合效率和軸承效率兩個(gè)部分，推導(dǎo)了齒輪嚙合效率計(jì)算公式。用行星齒輪機(jī)構(gòu)作為變速機(jī)構(gòu)，由于有多個(gè)行星齒輪同時(shí)傳遞動(dòng)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(jī)構(gòu)相比，在傳遞同樣功率的條件下，可以大大減小變速機(jī)構(gòu)的尺寸和重量，并可實(shí)現(xiàn)同向、同軸減速傳動(dòng)；另外，由于采用常嚙合傳動(dòng)，動(dòng)力不間斷，加速性好，工作也更可靠。雙行星齒輪機(jī)構(gòu)在太陽(yáng)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(yáng)輪嚙合。在汽車自動(dòng)變速器中通常采用由 2 個(gè)或 3 個(gè)單排行星齒輪機(jī)構(gòu)組成的多排行齒輪機(jī)構(gòu)。 2）按齒輪的排數(shù)不同，行星齒輪機(jī)構(gòu)可以分為單排和多排兩種。 行星齒輪機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn) 4 行星齒輪機(jī)構(gòu)可以能按不同的方式進(jìn)行分類： 1）按齒輪的嚙合方式不同，行星齒輪機(jī)構(gòu)可以分為內(nèi)嚙合式和外嚙合式兩種。此外，在汽車自動(dòng)變速器中也采用雙行星機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)中有兩個(gè)相互嚙合的行星輪。行星齒輪機(jī)構(gòu)的作用是改變傳動(dòng)比