機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-轎車自動(dòng)變速器的設(shè)計(jì)（全套圖紙）.doc

哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章 緒論1.1 自動(dòng)變速器的特點(diǎn)及分類首先自動(dòng)變速器取消了傳統(tǒng)的離合器片與離合器壓盤，取而代之的是液力變矩器，它的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)自動(dòng)變速器的油液按傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)傳出的動(dòng)力，這樣即使在車輛怠速掛檔后也不會(huì)熄火，而且發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力平緩地傳遞給變速器。另外，它可以實(shí)現(xiàn)在前進(jìn)檔位下的自動(dòng)變檔，即根據(jù)車輛的負(fù)荷以及車速的變化增減檔，減少了人為換檔的勞動(dòng)量，使人們?cè)诔鞘袚頂D的交通狀況下享受到輕松的駕車感受。全套圖紙，加153893706汽車變速器是為解決發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩與車輛驅(qū)動(dòng)所需的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩間的矛盾而設(shè)立的。車輛行駛性能的好壞，不僅取決于發(fā)動(dòng)機(jī)，而且在很大程度上還依賴于變速器以及變速器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配。 目前自動(dòng)變速器技術(shù)的應(yīng)用，主要有以下三種形式：液力自動(dòng)變速器;電控機(jī)械式自動(dòng)變速器，簡(jiǎn)稱;機(jī)械無(wú)級(jí)變速器。其中，液力自動(dòng)變速器和機(jī)械無(wú)級(jí)變速器一樣，是有級(jí)變速器的自動(dòng)換檔控制，而非無(wú)級(jí)變速器。 液力自動(dòng)變速器 液力自動(dòng)變速器的基本結(jié)構(gòu)是由液力變矩器與動(dòng)力換檔的輔助變速裝置組成。液力變矩器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器之間，以液壓油為工作介質(zhì)，起傳遞轉(zhuǎn)矩、變矩、變速及離合的作用。液力變矩器可在一定范圍內(nèi)自動(dòng)無(wú)級(jí)地改變轉(zhuǎn)矩比和傳動(dòng)比，以適應(yīng)行駛阻力的變化。但是由于液力變矩器變矩系數(shù)小，不能完全滿足汽車使用的要求，所以，它必須與齒輪變速器組合使用，擴(kuò)大傳動(dòng)比的變化范圍。目前，絕大多數(shù)液力自動(dòng)變速器都采用行星齒輪系統(tǒng)作為輔助變速器。行星齒輪系統(tǒng)主要由行星齒輪機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，通過(guò)改變動(dòng)力傳遞路線得到不同的傳動(dòng)比。由此可見，液力自動(dòng)變速器實(shí)際上是能實(shí)現(xiàn)局部無(wú)級(jí)變速的有級(jí)變速器。液力自動(dòng)變速器是目前使用最多的自動(dòng)變速器。采用此種類型的自動(dòng)變速器，免除了手動(dòng)變速器繁雜的操作，使開車變得省力。同時(shí)，電子控制也使自動(dòng)切換過(guò)程柔和、平順，因此汽車具有良好的乘坐舒適性和安全性、優(yōu)越的動(dòng)力性和方便的操縱性。但這種變速器效率低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也較高。 電控機(jī)械式自動(dòng)變速器電控機(jī)械式自動(dòng)變速器是在傳統(tǒng)固定軸式變速器和干式離合器的基礎(chǔ)上，應(yīng)用電子技術(shù)和自動(dòng)變速理論來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化協(xié)調(diào)控制的。車輛起步、換檔的自動(dòng)操縱是以電控單元（ECU）為核心，通過(guò)液壓或氣壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)控制離合器的分離與接合、選換檔操作以及發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門的調(diào)節(jié)的。ECU根據(jù)車輛的運(yùn)行狀況（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、變速器輸入軸轉(zhuǎn)速、車速）、駕駛員意圖（油門開度、制動(dòng)踏板行程）和道路路面狀況（坡道、彎道）等因素，按預(yù)先設(shè)定的由模擬熟練駕駛員的駕駛規(guī)律（換檔規(guī)律、離合器接合規(guī)律），借助于相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（發(fā)動(dòng)機(jī)油門控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)、離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)、變速器換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)），對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器的協(xié)調(diào)動(dòng)作進(jìn)行自動(dòng)操縱。 AMT既具有液力自動(dòng)變速器自動(dòng)變速的優(yōu)點(diǎn)，又保留了原手動(dòng)變速器齒輪傳動(dòng)的效率高、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易制造的長(zhǎng)處。它揉合了二者優(yōu)點(diǎn)，是非常適合我國(guó)國(guó)情的機(jī)電一體化高新技術(shù)產(chǎn)品。它是在現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械變速器上進(jìn)行改造的，保留了絕大部分原總成部件，只改變其中手動(dòng)操作系統(tǒng)的換檔桿部分，生產(chǎn)繼承性好，改造的投入費(fèi)用少，非常容易被生產(chǎn)廠家接受。它的缺點(diǎn)是非動(dòng)力換檔，這可以通過(guò)電控軟件方面來(lái)得到一定彌補(bǔ)。 在幾種自動(dòng)變速器中，AMT的性能價(jià)格比最高。在中低檔轎車、城市客車、軍用車輛、載貨車等方面應(yīng)用前景較廣闊。 無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器種類很多，有實(shí)用價(jià)值的僅有V形金屬帶式。金屬帶式無(wú)級(jí)變速器屬摩擦式無(wú)級(jí)變速器，其傳動(dòng)與變速的關(guān)鍵件是具有V型槽的主動(dòng)錐輪、從動(dòng)錐輪和金屬帶，金屬帶安裝在主動(dòng)錐輪和從動(dòng)錐輪的V形槽內(nèi)。每個(gè)錐輪由一個(gè)固定錐盤和一個(gè)能沿軸向移動(dòng)的可動(dòng)錐盤組成，來(lái)自液壓系統(tǒng)的壓力分別作用到主、從動(dòng)錐輪的可動(dòng)錐盤上，通過(guò)改變作用到主、從動(dòng)錐輪可動(dòng)錐盤上液壓力的大小，便可使主、從動(dòng)錐輪傳遞扭矩的節(jié)圓半徑連續(xù)發(fā)生變化，從而達(dá)到無(wú)級(jí)改變傳動(dòng)比的目的。機(jī)械式無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器傳動(dòng)比連續(xù)，傳遞動(dòng)力平穩(wěn)，操縱方便，同時(shí)因加速時(shí)無(wú)需切斷動(dòng)力，因此汽車乘坐舒適，超車加速性能好。特別值得一提的是，由于可使發(fā)動(dòng)機(jī)始終在其經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，從而大大改善了燃油經(jīng)濟(jì)性。但與齒輪傳動(dòng)相比，效率并不高，且此種變速器起動(dòng)性能差，需另加起動(dòng)裝置，制造困難，價(jià)格也較高。1.2我國(guó)自動(dòng)變速器的發(fā)展現(xiàn)狀（1）液力自動(dòng)變速器的發(fā)展與現(xiàn)狀 我國(guó)從60年代起，就在“紅旗”770轎車上使用了具有2個(gè)前進(jìn)檔的液力自動(dòng)變速器，1975年又研制出具有3個(gè)前進(jìn)檔的CA774液力自動(dòng)變速器。 隨著中國(guó)的改革開放，大量國(guó)外轎車進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)，其中許多中高檔轎車是帶有自動(dòng)變速器的，而其類別幾乎全部是液力自動(dòng)變速器。這也使一大批汽車修理企業(yè)對(duì)液力自動(dòng)變速器的維修變得十分熟悉。由于對(duì)自動(dòng)變速器良好性能的逐漸認(rèn)識(shí)，用戶的需求量越來(lái)越大，使國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)加快了自動(dòng)變速器的發(fā)展步伐。 1998年上海通用汽車公司（SGM）生產(chǎn)的用于別克轎車上的4T65E電子控制自動(dòng)變速器正式下線，1999年開始批量生產(chǎn)并投放市場(chǎng)，率先在國(guó)內(nèi)將AT作為標(biāo)準(zhǔn)配置裝于轎車。1999年中日合資生產(chǎn)的本田雅閣轎車也正式投產(chǎn)，其AT為本田技術(shù)PAX型，它棄用行星齒輪，而選擇常嚙合平行軸式結(jié)構(gòu)，零件少、易制造是其長(zhǎng)處，它采用了全電子直控式變速裝置，能使變速、燃油噴射以及巡航等控制相結(jié)合。與此同時(shí)，上海大眾的帕薩特B5、一汽大眾的捷達(dá)都市先鋒都裝備了自動(dòng)變速器AG4-95。神龍公司也向市場(chǎng)投放了裝備進(jìn)口的AL4智能型自動(dòng)變速器的富康988“領(lǐng)導(dǎo)者”以及富康1.6L轎車。它采用了模糊控制理論和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)綜合控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了智能化控制，電子控制單元中有10種換擋規(guī)律，按需分別調(diào)用幾種換擋規(guī)律或同時(shí)或交替工作，共同控制變速器的狀態(tài)。一汽大眾的A6高級(jí)轎車上作為選裝件的AT為Tiptronic型，在自動(dòng)變速的基礎(chǔ)上可提供手動(dòng)換擋功能。北京吉普公司在切諾基越野汽車上小批量裝備了AW4自動(dòng)變速器，現(xiàn)已達(dá)到1000多臺(tái)。因此，在國(guó)產(chǎn)車上選裝液力自動(dòng)變速器已成為必然之勢(shì)。 至于城市客車（即公共汽車）頻繁起步換擋，變速器、離合器和制動(dòng)器的使用頻率是一般車輛的10倍左右，勞動(dòng)強(qiáng)度極大，即使是職業(yè)駕駛員也因受心理與生理所限，迫切要求使用自動(dòng)變速器。國(guó)外幾乎是100%裝用，我國(guó)1995年首次在國(guó)產(chǎn)公共汽車上裝備了Allison自動(dòng)變速器，遍及深圳、上海、廣州、南京等城市，其中深圳已占有40%。 （2）電控機(jī)械式自動(dòng)變速器的發(fā)展與現(xiàn)狀 在電子控制機(jī)械式自動(dòng)變速器方面，國(guó)內(nèi)有關(guān)部門也正在進(jìn)行研究。國(guó)內(nèi)對(duì)AMT技術(shù)的研究開展的比較晚，九五期間被列為”九五”科技攻關(guān)項(xiàng)目。目前，開展這方面研究的有吉林工業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)、上海交通大學(xué)、深圳市欣源晟實(shí)業(yè)有限公司、哈爾濱埃姆特汽車電子有限公司、重慶東方歐翔汽車電子有限公司等。國(guó)內(nèi)的研制水平基本上處于全自動(dòng)AMT的發(fā)展階段，和國(guó)外相比還存在著相當(dāng)大的差距，但在理論上的研究和國(guó)際水平相當(dāng)。 原吉林工業(yè)大學(xué)對(duì)AMT理論進(jìn)行了廣泛的研究，先后提出了2參數(shù)最佳換檔規(guī)律、動(dòng)態(tài)3參數(shù)換檔規(guī)律、最佳同步換檔規(guī)律、動(dòng)態(tài)閉環(huán)換檔控制、離合器模糊起步控制等理論，并在輕型車、重型車、轎車等不同的車型上進(jìn)行了裝車實(shí)驗(yàn)。北京理工大學(xué)對(duì)AMT的研究主要在重型車輛上，該校所研制的某裝甲車AMT產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)行了3000km定型試驗(yàn)考核，通過(guò)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型。該產(chǎn)品采用電控液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，能夠完全進(jìn)行自動(dòng)換檔操作，也可操作換檔手柄進(jìn)行人工換檔，該產(chǎn)品還具有保持檔功能、自學(xué)習(xí)功能。原車的操縱機(jī)構(gòu)仍然保留，在電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以進(jìn)行手動(dòng)操縱。深圳市欣源晟實(shí)業(yè)有限公司在轎車上實(shí)現(xiàn)了AMT自動(dòng)換檔，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)為普通電機(jī)，由3個(gè)電機(jī)分別實(shí)現(xiàn)油門、離合器、選檔、換檔的操作動(dòng)作，通過(guò)對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，選檔和換檔的操作只需一個(gè)電機(jī)就可完成，離合器的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用省力裝置，減小了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率。目前部分車型如奇瑞QQ等已選裝AMT自動(dòng)變速器。 （3）無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器的發(fā)展與現(xiàn)狀至于機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器，早在十年前，國(guó)內(nèi)就有高校購(gòu)買過(guò)國(guó)外樣機(jī)作分析研究。重慶大學(xué)正在對(duì)CVT的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)機(jī)理進(jìn)行基礎(chǔ)研究;東風(fēng)汽車公司和吉林大學(xué)、東北工業(yè)大學(xué)、湖北汽車工業(yè)學(xué)院合作，承擔(dān)了國(guó)家科技部九五重大攻關(guān)項(xiàng)目，對(duì)CVT技術(shù)進(jìn)行實(shí)用化研究。目前，CVT自動(dòng)變速器已應(yīng)用于很多車型，如奧迪A6、南京菲亞特的西耶那Speedgear、奇瑞旗云等。根據(jù)國(guó)外目前CVT應(yīng)用的趨勢(shì)和所做的預(yù)測(cè)，CVT可能是小功率（發(fā)動(dòng)機(jī)排量2L以下）液力自動(dòng)變速器最有威脅的挑戰(zhàn)者，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)前景不容忽視。1.3設(shè)計(jì)目的我國(guó)是汽車數(shù)量大國(guó)，隨著社會(huì)發(fā)展人們對(duì)汽車的舒適性能要求越來(lái)越高，在我國(guó)廣闊的汽車市場(chǎng)中，輕型車和微型車占有不小的比例，這兩種車型中自動(dòng)變速器的使用率不高，技術(shù)也不先進(jìn)。自動(dòng)變速器具有操縱方便、能提高發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系的使用壽命及汽車的動(dòng)力性和適應(yīng)性、能減輕汽車對(duì)環(huán)境的污染等多方面的優(yōu)點(diǎn)，在汽車上被廣泛應(yīng)用。目前三速自動(dòng)變速器主要應(yīng)用在韓國(guó)現(xiàn)代A4AF,A4BF，日本馬自達(dá)FA3A-EL和GF4A-EL,德國(guó)大眾096和097等車型中。對(duì)自動(dòng)變速器技術(shù)的研究，我們起步較晚，與發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的差距。1.4 三速自動(dòng)變速器齒輪變速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求（1）為汽車提供三個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)倒檔。（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，以降低加工難度和減小制造成本。（3）操作方便，以減少駕駛員的工作疲勞度小結(jié)：自動(dòng)變速器主要有：液力自動(dòng)變速器，電控機(jī)械式自動(dòng)變速器，無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器。我國(guó)自動(dòng)變速器的發(fā)展與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的距離。但國(guó)內(nèi)市場(chǎng)前景良好。第2章 三速自動(dòng)變速器齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 變速器齒輪機(jī)構(gòu)圖及工作原理 2.11 三速自動(dòng)變速器齒輪的機(jī)構(gòu)為滿足設(shè)計(jì)要求，變速器結(jié)構(gòu)緊湊，適合輕型、微型車使用，本設(shè)計(jì)采用拉維納式，即兩行星輪共用一個(gè)支架，它由雙排的行星齒輪構(gòu)成。具有大小兩個(gè)太陽(yáng)輪、三個(gè)長(zhǎng)行星齒輪和三個(gè)短行星齒輪并共用同一個(gè)行星架。僅有一個(gè)齒圈并和輸出軸連接。拉維納行星齒輪機(jī)構(gòu)可以組成三個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)倒檔。它的前排是一個(gè)簡(jiǎn)單的行星齒輪機(jī)構(gòu)。而后排則是一個(gè)雙行星齒輪機(jī)構(gòu)。（如圖2-1） 圖2-1拉維納式自動(dòng)變速器2.12 各執(zhí)行元件的功能該機(jī)構(gòu)的變速執(zhí)行元件共有五個(gè)。前多片離合器C1，后多片離合器C2，前制動(dòng)帶B1，后制動(dòng)帶B2，單向離合器F1。當(dāng)多片離合器、制動(dòng)帶和單向離合器起作用時(shí)，具有以下效果。 （1）多片離合器C1作用來(lái)自于輸入軸（渦輪軸）的輸入動(dòng)力接到后排小陽(yáng)輪。 （2）多片式離合器C2作用，把來(lái)自渦輪軸的輸入動(dòng)力接到前排大太陽(yáng)輪。 （3）制動(dòng)器B1的作用是固定前排大太陽(yáng)輪不動(dòng)，結(jié)果長(zhǎng)行星齒輪圍繞大太陽(yáng)輪外緣轉(zhuǎn)動(dòng)，行星齒輪機(jī)構(gòu)作用。 （4）單向離合器的作用，固定行星架不動(dòng)，單向離合器在逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)有自鎖功能。它具有后制動(dòng)帶作用的同樣功能。 （5）制動(dòng)器B2的作用是，固定行星架不動(dòng)，此時(shí)行星齒輪作為過(guò)渡輪。它繞自己軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。2.1.3 三速自動(dòng)變速器換擋原理1）一檔操縱桿位于D檔位置。C1多片離合器作用，小太陽(yáng)輪為驅(qū)動(dòng)元件。F1單向離合器作用并將行星架制動(dòng)。齒圈作為輸出元件將動(dòng)力傳遞給輸出軸。 在這里行星齒輪只起過(guò)渡作用，為了改變輸入動(dòng)力的旋轉(zhuǎn)方向。對(duì)機(jī)構(gòu)的速比影響忽略不計(jì)。因?yàn)槎嗔艘唤M過(guò)渡的行星齒輪，所以輸出軸和和發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相同。當(dāng)小太陽(yáng)輪順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，長(zhǎng)行星輪最終帶動(dòng)齒圈也順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，此時(shí)，齒圈給行星架反作用的力矩。使行星架產(chǎn)生逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)。由于F1逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)自鎖，所以行星架被制動(dòng)。汽車處于滑行狀態(tài)時(shí)，由驅(qū)動(dòng)輪逆向輸入的動(dòng)力帶動(dòng)齒圈順時(shí)針高速旋轉(zhuǎn)。通過(guò)長(zhǎng)行星輪對(duì)行星架產(chǎn)生順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，于此同時(shí)，太陽(yáng)輪仍有來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速動(dòng)力帶動(dòng)時(shí)期順時(shí)針低速轉(zhuǎn)動(dòng)。但最終使行星架脫離單向離合器的鎖止，順時(shí)針自由空轉(zhuǎn)。這就是1檔的汽車滑行。當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速低于某一值時(shí)，行星架又被F1單向離合器鎖止，汽車滑行狀態(tài)結(jié)束，又從新回復(fù)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。汽車下坡時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪可以通過(guò)行星齒輪機(jī)構(gòu)，反向帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。利用發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)阻力，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)。2）二檔 C1多片離合器和制動(dòng)器B2同時(shí)作用。小太陽(yáng)輪依然是驅(qū)動(dòng)件，大太陽(yáng)輪被B2制動(dòng)。由于大太陽(yáng)輪被制動(dòng)，長(zhǎng)行星齒輪只能在行星架的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。最后帶動(dòng)齒圈旋轉(zhuǎn)。齒圈帶動(dòng)輸出軸旋轉(zhuǎn)。其轉(zhuǎn)動(dòng)方向與發(fā)動(dòng)機(jī)方向一樣，輸出軸是減速運(yùn)動(dòng)。這是2檔的輸出軸轉(zhuǎn)速比一檔高，這是由于齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)由長(zhǎng)行星齒輪的自轉(zhuǎn)和行星架的公轉(zhuǎn)共同帶動(dòng)。3）三檔 C1 C2 C3多片離合器共同工作，此時(shí)為直接檔，傳動(dòng)比為14）倒檔 此時(shí)多片離合器C2和制動(dòng)器B1共同作用。大太陽(yáng)輪作為驅(qū)動(dòng)件，行星架被B1制動(dòng)。動(dòng)力由輸出軸傳給大太陽(yáng)輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)長(zhǎng)行星齒輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，由于此時(shí)行星架制動(dòng)所以長(zhǎng)行星齒輪只能帶動(dòng)齒圈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)倒檔。2.1.4 變速器原理圖目前自動(dòng)變速器所采用的行星齒輪機(jī)構(gòu)主要有兩種形式組成即辛普森式和拉維納式。拉維納式行星齒輪機(jī)構(gòu)由雙排的行星齒輪構(gòu)成。具有大小兩個(gè)太陽(yáng)輪、三個(gè)長(zhǎng)行星齒輪和三個(gè)短行星齒輪并共用同一個(gè)行星架。僅有一個(gè)齒圈并和輸出軸連接。即兩行星輪共用一個(gè)支架，它由雙排的行星齒輪構(gòu)成。具有大小兩個(gè)太陽(yáng)輪、三個(gè)長(zhǎng)行星齒輪和三個(gè)短行星齒輪并共用同一個(gè)行星架。僅有一個(gè)齒圈并和輸出軸連接。它與辛普森式自動(dòng)變速器不同在于，辛普森式自動(dòng)變速器由兩排行星架構(gòu)成，兩個(gè)行星齒輪公用一個(gè)太陽(yáng)輪。其前后齒圈鏈接為一個(gè)整體。前行星齒輪和后齒圈組件連接。為滿足設(shè)計(jì)要求，變速器結(jié)構(gòu)緊湊，適合輕型、微型車使用，本設(shè)計(jì)采用拉維納式。拉維納式原理氣路原理如圖2-2所示。 圖2-2 工作原理示意圖1.長(zhǎng)行星齒輪 2齒圈 3.行星架 4.短行星齒輪5.小太陽(yáng)輪6大太陽(yáng)輪. C1、C2、C3為1、2、3號(hào)離合器其中 B1、B2為1、2號(hào)制動(dòng)器F為單向2.1.5 各檔位工作情況分析表 表2-1檔位 驅(qū)動(dòng)件 制動(dòng)件 輸出件 工作元件一檔 小太陽(yáng)輪 行星架 齒圈 C1、F二檔 小太陽(yáng)輪 大太陽(yáng)輪 齒圈 C1、B2三檔 大小太陽(yáng)輪 無(wú) 齒圈 C1、C2、C3R檔 大太陽(yáng)輪 行星架 齒圈 C2、B1 2.2三速自動(dòng)變速器的設(shè)計(jì)2.2.1三速自動(dòng)變速器設(shè)計(jì)參數(shù)整備質(zhì)量：1180Kg 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率：62.5Kw最大扭矩：108Nm 最低轉(zhuǎn)速：2000rpm 發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速：6000rpm高車速140km/h 最大爬坡度：輪胎型號(hào)：205/60/R15 主減速器傳動(dòng)比：5.032.2.2各檔位傳動(dòng)比計(jì)算 設(shè)定長(zhǎng)行星輪齒數(shù)為,齒圈齒數(shù)為，短行星齒輪齒數(shù)為，小太陽(yáng)輪齒數(shù)為，大太陽(yáng)輪齒數(shù)為。 一檔傳動(dòng)比的計(jì)算： 由于一檔時(shí)行星架被固定，故該輪系為定軸輪系，動(dòng)力由小太陽(yáng)輪傳遞給短行星輪。短行星齒輪傳遞給長(zhǎng)行星輪。長(zhǎng)行星齒輪傳遞給齒圈。此時(shí)大太陽(yáng)輪處于空轉(zhuǎn)，因此得出： （2-1） 二檔傳動(dòng)比計(jì)算：此時(shí)大太陽(yáng)被制動(dòng)，大太陽(yáng)輪在自轉(zhuǎn)的同時(shí)給小太陽(yáng)輪一個(gè)力矩。因此 對(duì)于后排行星輪（短行星輪）得傳動(dòng)比得出： （2-2） 在二檔傳動(dòng)比的計(jì)算時(shí)長(zhǎng)行星齒輪將來(lái)自短行星齒輪的轉(zhuǎn)速傳給齒圈。 對(duì)于前排行星輪（長(zhǎng)行星輪） （2-3） 由于大太陽(yáng)輪被制動(dòng) ,故（自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速） 綜合以上三式得出：三檔（直接檔）傳動(dòng)比的計(jì)算： 由于行星齒輪副被鎖止，該系統(tǒng)成為一個(gè)整體在轉(zhuǎn)動(dòng)，因此 倒檔傳動(dòng)比的計(jì)算： 行星架被制動(dòng)，該輪系為定軸輪系，倒檔工作時(shí)動(dòng)力由大太陽(yáng)輪傳遞給長(zhǎng)行星齒輪，此時(shí)傳動(dòng)比 （2-4）2.2.3最高車速的驗(yàn)算達(dá)到最高車速時(shí)，變速器處于最高檔（即直接檔）變速器的傳動(dòng)比為1 為發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速6000rpm主減速器傳動(dòng)比5.03輪胎半徑0.3135m 最高車速為140km/h所以140km/h滿足要求2.2.4齒輪齒數(shù)的確定傳動(dòng)系最大傳動(dòng)比確定：綜合汽車的最大爬坡度，最低車速，加速時(shí)間和附著條件等要求做出計(jì)算設(shè)計(jì)： (2-5)式中：G整車重力11800N f汽車頻率取0.02 汽車最大爬坡度 r輪胎半徑0.3135m 大傳動(dòng)比滿足： (2-6)汽車的最小傳動(dòng)比: 汽車的最小傳動(dòng)比影響汽車的駕駛性能最小傳動(dòng)比過(guò)小，汽車在重負(fù)荷下工作加速性不好出現(xiàn)噪聲振動(dòng)。最小傳動(dòng)比過(guò)大，燃油經(jīng)濟(jì)型差，發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲大。在汽車的最小傳動(dòng)比傳動(dòng)比不同的情況下汽車的功率如圖所示：圖2-3不同最小傳動(dòng)比時(shí)汽車的功率圖 各檔傳動(dòng)比的分配: 變速器中各檔傳動(dòng)比按等比級(jí)數(shù)分配關(guān)系： (2-6)實(shí)際高檔的利用率遠(yuǎn)大于低檔，因此等比級(jí)數(shù)關(guān)系到高檔位的性能及變速器的使用性能。等比級(jí)數(shù)傳動(dòng)比的分配對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作范圍都相同的時(shí)候，加速時(shí)便于操作；各檔位工作所對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率都比較大，有利于汽車的動(dòng)力性。 圖2-4為一些常見的發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)比的比值，根據(jù)此圖可以對(duì)傳動(dòng)比的比值選取進(jìn)行參考。圖2-4常見轎車傳動(dòng)比比值如圖所示上訴常見車型均為轎車類型其傳動(dòng)比應(yīng)比乘用車小。因而選取時(shí)應(yīng)選取較大值。在爬坡度的選擇時(shí)貨車在各種路況下行駛一般最大傳動(dòng)比在30%即。而越野車要在壞路或無(wú)路情況下行駛。爬坡度對(duì)于越野車是一個(gè)重要指標(biāo)，它的最大爬坡度可達(dá)到60%即左右。在爬坡度的選取時(shí)乘用車在之間選擇。今年來(lái)由于道路環(huán)境的改善而且乘用車的應(yīng)用廣泛，所以爬坡度的選取應(yīng)接近貨車?？紤]到汽車在平坦路面上行駛時(shí)的燃油經(jīng)濟(jì)性，變速器最高檔位選為直接檔（傳動(dòng)比為1），此時(shí)汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性由發(fā)動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)橋主減速比決定。變速器低檔（一檔）的傳動(dòng)比決定了汽車的最大爬坡度。因此選擇最低檔傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)根據(jù)汽車的最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)輪與路面附著力、汽車的最低穩(wěn)定車速，以及主減速比和驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑等綜合考慮。為了滿足汽車的足夠的爬坡度。良好的附著力及可靠的工作。綜合以上因素選定自動(dòng)變速器各檔傳動(dòng)比為： 將所選擇的傳動(dòng)比帶入式子（2-1）、（2-2）、（2-3）經(jīng)計(jì)算得出齒圈齒數(shù)為74、大太陽(yáng)輪齒數(shù)為36、小太陽(yáng)輪齒數(shù)為29 根據(jù)短行星齒輪同太陽(yáng)輪嚙合，而長(zhǎng)行星齒輪與短行星齒輪嚙合，而長(zhǎng)行星齒輪又與齒圈嚙合，其中太陽(yáng)輪、齒圈為同心圓設(shè)齒圈直徑為，太陽(yáng)輪直徑，為短行星輪直徑為。 位置關(guān)系如圖所示 圖2-5行星齒輪位置關(guān)系1行星架2短行星齒輪3長(zhǎng)行星齒輪4齒圈5太陽(yáng)輪根據(jù)大太陽(yáng)輪行星排同心(如圖2-5）求出長(zhǎng)行星輪齒數(shù)：由于 （2-7） 驗(yàn)證大太陽(yáng)輪所在行星排的鄰接條件：必須保證相鄰兩行星輪不產(chǎn)生碰撞，即保證行星輪之間有一定的空隙。兩相鄰行星輪的齒頂圓半徑和小于其中心距的一半。圖2-6行星輪位置關(guān)系 （取1) （2-8） 符合條件小結(jié)變速器齒輪變速系統(tǒng)采取拉維納式典型行星齒輪結(jié)構(gòu)。確定了個(gè)檔位的元件控制關(guān)系。在考慮燃油經(jīng)濟(jì)型，最大爬坡度等汽車性能指標(biāo)后選取了變速器最佳傳動(dòng)比。并且根據(jù)傳動(dòng)比可以進(jìn)行下一章的相關(guān)計(jì)算.第3章 各齒輪元件參數(shù)的確定及校核3.1齒輪材料的選擇原則1、滿足工作條件的選擇不同工作條件，對(duì)齒輪傳動(dòng)有不同要求，故對(duì)齒輪要求亦有不同要求。但是對(duì)于一般動(dòng)力傳輸齒輪要求其材料具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性。，而且齒面硬，齒芯軟。2、合理選擇材料配對(duì)如對(duì)硬度不大于350HBS的軟齒面齒輪，為使兩輪壽命接近，小齒輪材料硬度應(yīng)略高于大齒輪，且兩輪硬度差在30-50HBS左右。而在三速自動(dòng)變速器中，由于大小太陽(yáng)輪不直接嚙合，而是由長(zhǎng)短行星齒輪過(guò)渡后結(jié)合，所以大小太陽(yáng)輪及行星齒輪可選取相同材料。3、考慮加工工藝及熱處理工藝變速器齒輪滲碳層深度推薦采用下列值： m3.5時(shí)滲碳層深度0.81.2 m3.5時(shí)滲碳層深度0.91.3 m5時(shí)滲碳層深度1.01.3表面硬度HRC5863；芯部硬度HRC3348。為滿足設(shè)計(jì)要求，變速器結(jié)構(gòu)緊湊，適合輕型、微型車使用，優(yōu)化選取齒輪材料為60MnVb.3.2 行星齒輪各元件計(jì)算3.2.1 齒圈受力及運(yùn)算 齒輪壓力角較小時(shí)，重合度較大并降低了齒輪的剛度。為此能減少進(jìn)入嚙合和退出嚙合時(shí)的運(yùn)動(dòng)載荷，使傳動(dòng)平穩(wěn)，有利于降低噪聲。壓力角較大時(shí)，可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。試驗(yàn)證明對(duì)于斜齒輪，壓力角為時(shí)強(qiáng)度最高。因此對(duì)于乘用車為加大重合度降低噪聲應(yīng)取，等小些的壓力角，實(shí)際上，因國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)壓力角為 因此變速器普遍采用壓力角為 斜齒輪在變速器中得到廣泛應(yīng)用，選取斜齒輪的螺旋角，應(yīng)該注意它對(duì)齒輪工作噪聲，齒輪強(qiáng)度和軸向力的影響。在齒輪選擇大些的螺旋角時(shí)，使齒輪嚙合的重合度增加，因而工作平穩(wěn)，噪聲降低。試驗(yàn)還證明隨著螺旋角的增大，齒輪的強(qiáng)度也相應(yīng)提高。不過(guò)當(dāng)螺旋角過(guò)大抗彎強(qiáng)度驟然降低。因此從提高低檔齒輪的抗彎強(qiáng)度出發(fā)，并且不希望過(guò)大的螺旋角，以取為宜。齒輪模數(shù)是一個(gè)重要參數(shù)，并且影響它的選取因素很多，為了增加齒輪的齒數(shù)，同時(shí)增加齒寬和重合度，并減少噪聲，并且減小變速器質(zhì)量應(yīng)選取較小的模數(shù)。因此為滿足設(shè)計(jì)要求，變速器結(jié)構(gòu)緊湊，適合輕型、微型車使用，此次模數(shù)選取1.5齒圈在工作時(shí)起到傳遞動(dòng)力的作用。齒圈作為輸出件，動(dòng)力通過(guò)長(zhǎng)行星齒輪傳遞。因?yàn)辇X圈與長(zhǎng)行星齒輪內(nèi)嚙合，所以齒圈的旋轉(zhuǎn)方向與長(zhǎng)行星齒輪相同。當(dāng)輸入軸的旋轉(zhuǎn)方向與齒圈相同則為前進(jìn)擋。相反為倒檔，齒圈的直徑和壁厚的比值較大，容易產(chǎn)生變形，所以在加工過(guò)程中需要采用回火207241HRB ，材料為60MnVb。經(jīng)過(guò)手冊(cè)查閱得出5： 齒圈的法面模數(shù)： 螺旋角： 壓力角 端面模數(shù) ： （3-1） Z=74 根據(jù)分度圓圓關(guān)系公式可知：齒頂圓直徑： 齒根圓直徑：式中：齒頂圓直徑 齒根圓直徑 斜齒輪法面參數(shù)表3-1 斜齒圓柱齒輪的參數(shù)及幾何尺寸的計(jì)算公式名稱 符號(hào) 計(jì)算公式 齒頂高 齒根高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 注：表中取0，取1，取0.25 齒寬 : (3-2) (為常嚙合齒輪系數(shù) 取為6.08.5,取7.8)a 輪齒接觸應(yīng)力計(jì)算： 1972.72Mpa （3-3）式中：F法面內(nèi)基圓切向力 端面分度圓切向力 計(jì)算載荷1303N.mm 節(jié)圓半徑 57.5mm 齒輪材料的實(shí)際寬度 鋼材取Mpa 主齒輪節(jié)點(diǎn)處齒廓曲率半徑（： ）b彎曲應(yīng)力計(jì)算 =232.46/mmmm （3-4）式中：圓周力， 計(jì)算載荷，64.7Nmm 應(yīng)力集中系數(shù)，直齒輪取1.65，斜齒輪取1.5 b齒輪接觸實(shí)際寬度，斜齒輪用代替 法面周節(jié)， y齒形系數(shù)，由圖3-1 重合度系數(shù)，取23.2.2小太陽(yáng)輪受力及計(jì)算小太陽(yáng)輪在低速檔（即一檔）工作時(shí)起到動(dòng)力輸入作用。輸入軸將動(dòng)力輸入，此時(shí)C2離合器工作輸入軸的動(dòng)力傳遞給小太陽(yáng)輪。小太陽(yáng)輪與軸通過(guò)花鍵連接。小太陽(yáng)輪的材料為60MnVb。查機(jī)械手冊(cè)5：太陽(yáng)輪壓力角，螺旋角 。經(jīng)計(jì)算小太陽(yáng)輪分度圓直徑D=45mm，齒頂圓直徑為48mm，齒根圓直徑為41.25mm。 a.接觸應(yīng)力計(jì)算:1352.72Mpa式中：法面內(nèi)基圓切向力 端面內(nèi)分度圓切向力，即圓周力 計(jì)算載荷 362.5N.mm 節(jié)圓半徑 22.5mm 節(jié)點(diǎn)處壓力角 螺旋角齒輪材料的實(shí)際寬度,鋼材取齒輪接觸的實(shí)際寬度,斜齒用代替主齒輪節(jié)點(diǎn)處齒廓曲率半徑（ ）b彎曲應(yīng)力計(jì)算=270.45mmmm式中：圓周力， 計(jì)算載荷，56.4Nmm應(yīng)力集中系數(shù)，直齒輪取1.65，斜齒輪取1.5摩擦力影響系數(shù)，主動(dòng)齒輪取1.1，從動(dòng)齒輪取0.9齒輪接觸實(shí)際寬度，斜齒輪用代替 法面周節(jié)，y齒形系數(shù)，由圖3-1重合度系數(shù)，取2 以上參數(shù)按圖3-1中齒輪齒數(shù)分布圖。圖中當(dāng)齒輪受到的載荷作用于齒頂時(shí)按當(dāng)量齒數(shù)計(jì)算。 圖3-1 齒形系數(shù)分布圖齒形系數(shù)y(當(dāng)載荷作用于齒頂，)，斜齒輪按當(dāng)量齒數(shù)3.2.3大太陽(yáng)輪受力及計(jì)算大太陽(yáng)位于小太陽(yáng)輪的前端。由C2離合器控制動(dòng)力的傳遞和切斷。大太陽(yáng)輪在一檔時(shí)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。而在二檔時(shí)大太陽(yáng)輪被制動(dòng)。在倒檔時(shí)大太陽(yáng)輪作為主要的驅(qū)動(dòng)元件。和小太陽(yáng)輪相同屬于花鍵連接。經(jīng)查手冊(cè)5：壓力角，螺旋角，法面模數(shù)，經(jīng)計(jì)算太陽(yáng)輪分度圓直徑為56mm，齒頂圓直徑59mm，齒根圓直徑52.25mm。a.接觸應(yīng)力計(jì)算 1520.26Mpa（計(jì)算過(guò)程同上）b彎曲應(yīng)力計(jì)算190.47N/mmN/mm3.2.4行星輪受力及計(jì)算 行星齒輪的傳遞特點(diǎn)是體積小，承載能力強(qiáng)，工作平穩(wěn)。行星齒輪傳遞效率高，但是傳動(dòng)比不大。行星齒輪因公轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心慣性力和齒廓間反作用力的徑向分力可互相平衡。在拉維納式行星齒輪變速系統(tǒng)中有兩種行星齒輪，即長(zhǎng)行星輪和短行星輪。因兩行星輪齒數(shù)相同，故其分度圓直徑相同經(jīng)計(jì)算：分度圓直徑D為30，齒頂圓33，齒根圓為26.25 a.接觸應(yīng)力計(jì)算（長(zhǎng)行星輪）1422.29Mpab彎曲應(yīng)力計(jì)算mm/mma.接觸應(yīng)力計(jì)算（短行星輪）1328.73Mpab彎曲應(yīng)力計(jì)算/mm3.3離合器摩擦片的選擇 自動(dòng)變速器中離合器的組成由壓盤、摩擦片、回位彈簧、離合器殼體等組成。在三速自動(dòng)變速器中共有三組離合器C1、C2、C3分別控制小太陽(yáng)輪、大太陽(yáng)輪和行星架。在檔位變換時(shí)工作。摩擦片式離合器有較理想的非線性彈性特性。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊零件數(shù)目少。在輸入軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，性能保持穩(wěn)定。摩擦盤分布均勻，接觸良好，磨損均勻。易于實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱和潤(rùn)滑。壽命長(zhǎng)。因?yàn)橐陨蟽?yōu)點(diǎn)在自動(dòng)變速器中常采用這種離合器。 摩擦片的外徑是離合器設(shè)計(jì)的主要參數(shù)。它對(duì)離合器的設(shè)計(jì)有決定性的影響。他直接影響離合器能夠承受的轉(zhuǎn)矩大小。也關(guān)系到離合器的結(jié)構(gòu)重量使用壽命。在結(jié)構(gòu)空間允許的前提下盡可能的選擇較大的直徑。這樣既能滿足使用性能，又能增加使用壽命。 圖3-2 離合器摩擦片 圖中所示為干式離合器面片。干式離合器面片主要用于對(duì)比濕式離合器面片能夠承受更高的溫度。適用于工作環(huán)境相對(duì)干燥的場(chǎng)合。濕式離合器面片多用于有潤(rùn)滑油的工作環(huán)境中 在選取離合器摩擦片時(shí)參考國(guó)家準(zhǔn)機(jī)械零件根據(jù)國(guó)家機(jī)械局1996-06批準(zhǔn)表11選擇：圖3-3干式離合器根據(jù)表中選擇表中選擇確定離合器的摩擦片尺寸：外徑為145mm,內(nèi)徑為100mm，厚度2.5mm，內(nèi)外徑之比為0.6896。小結(jié) 對(duì)行星齒輪，太陽(yáng)輪，齒圈進(jìn)行了計(jì)算。確定了其分度圓直徑。 對(duì)行星齒輪，太陽(yáng)輪，齒圈進(jìn)行了材料的選取和力的校核。 摩擦片在選取時(shí)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)形式，摩擦片數(shù)量由受力分析和離合器殼 體尺寸決定。第4章 輸入軸的強(qiáng)度校核及壽命分析4.1 輸入軸直徑選擇4.1.1 軸的工藝要求及材料選擇自動(dòng)變速器的軸因?yàn)榧瘸惺芘ぞ赜殖惺軓澗兀虼丝梢圆捎脻B碳，高頻，氰化等熱處理方法。軸的材料主要有碳素鋼和合金鋼。滲碳鋼比合金鋼價(jià)格低廉，并且對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較小，所以應(yīng)用廣泛。常用的優(yōu)質(zhì)碳素鋼有30、40、45、和50鋼。為保證其機(jī)械性能，應(yīng)采用調(diào)質(zhì)正火處理，軸的直徑變化盡可能小，并且盡量限制軸的最大直徑與各軸段的直徑差，這樣既能改善軸的力學(xué)性能，減小應(yīng)力集中，又能節(jié)省材料，減少切削量。軸上有需要磨削和切制螺紋處，要留有砂輪越程槽和螺紋退刀槽，以保證加工完整。當(dāng)軸上有多個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)將它們開在同一母線上，以便一次裝夾后全部加工完。如有可能，應(yīng)使軸上各過(guò)度圓角、倒角、鍵槽、砂輪越程槽、退刀槽及中心孔等尺寸分別相同，并符合標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，以利于加工和檢驗(yàn)。與標(biāo)準(zhǔn)件相配合的軸段直徑應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)件的要求，取標(biāo)準(zhǔn)值。例如，與滾動(dòng)軸承配合的軸徑應(yīng)按滾動(dòng)軸承內(nèi)徑尺寸選??；軸上的螺紋部分直徑應(yīng)符合螺紋標(biāo)準(zhǔn)等。為便于軸上零件的裝配，使其能順利通過(guò)相鄰軸段而到達(dá)確定位置，常采用直徑從兩端