轎車(chē)自動(dòng)變速器的設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文】【汽車(chē)專業(yè)】

哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 1 - 目 錄 摘要 Abstract II 第 1章 緒論 1 1.1 自動(dòng)變速器的特點(diǎn)及分類(lèi) 2 1.2 我國(guó)自動(dòng)變速器的發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.3 設(shè)計(jì)目的 4 1.4 三速自動(dòng)變速器齒輪變速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 5 第 2 章 三速自動(dòng)變速器齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 2.1 變速器齒輪機(jī)構(gòu)工作原理 6 2.1.1 三速自動(dòng)變速器齒輪變速機(jī)構(gòu) 6 2.1.2 各執(zhí)行元件的功能 6 2.1.3 三速自動(dòng)變速器齒輪變速機(jī)構(gòu) 7 2.1.4 變速器工作原理圖 8 2.1.5 各檔位工作情況分析表 9 2.2 自動(dòng)變速器齒輪變速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 2.2.1 三速自動(dòng)變速器設(shè)計(jì)參數(shù) 10 2.2.2 各檔位傳動(dòng)比計(jì)算 10 2.2.3 最高車(chē)速計(jì)算 11 2.2.4 齒輪齒數(shù)確定 11 第 3章 各齒輪參數(shù)的確定及校核 16 3.1 齒輪材料的選擇 16 3.2 行星齒輪系統(tǒng)各元件的計(jì)算 16 3.2.1 齒圈的受力及計(jì)算 16 3.2.2 小太陽(yáng)輪受力及計(jì)算 19 3.2.3 大太陽(yáng)輪受力及計(jì)算 21 3.2.4 行星齒輪受力及計(jì)算 22 3.3 離合器摩 擦片的選擇 22 第 4章 輸入軸的強(qiáng)度校核及軸承壽命分析 25 4.1 輸入軸直徑的選擇 25 4.1.1 軸的工藝要求及材料選擇 25 4.1.2 軸徑的初步估算 25 4.2 輸入軸的強(qiáng)度校核 26 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 2 - 4.3 軸承的選擇及壽命計(jì)算 28 4.3.1 軸承的選擇及壽命計(jì)算 28 4.3.2 軸承壽命計(jì)算 28 結(jié)論 29 致謝 30 參考文獻(xiàn) 31 附錄 1 32 附錄 2 33 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 3 - 摘要 變速器用來(lái)改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，目的是在原地起步，爬坡，轉(zhuǎn)彎 加速等各種行駛工況下，使汽車(chē)獲得不同的牽引力和速度。變速器分自動(dòng)變速器和手動(dòng)變速器。 長(zhǎng)期以來(lái)具有自動(dòng)變速器的轎車(chē)，一直被視為高級(jí)和豪華的象征。裝有自動(dòng)變速器的轎車(chē)具有很多優(yōu)點(diǎn)。裝有自動(dòng)變速器的轎車(chē)可以消除職業(yè)和非職業(yè)駕駛員操作上的差異。減少駕駛員的疲勞強(qiáng)度，提高安全性能。自動(dòng)變速器可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染。但其售價(jià)昂貴，燃油經(jīng)濟(jì)型較差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修保養(yǎng)困難，較難在普及型轎車(chē)上推廣。本文將根據(jù)汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性，爬坡度等汽車(chē)性能選取最佳傳動(dòng)比，對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析計(jì)算。其中是標(biāo)準(zhǔn)件的選取標(biāo)準(zhǔn)件。 關(guān)鍵 字：變速器，自動(dòng)變速器，行星齒輪系統(tǒng) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 4 - Abstract Spread to the driving wheel used to change the transmission on the engine torque and speed, the purpose is starting in place, climbing, cornering speed and other driving conditions, making the car get different traction and speed. Sub-transmission automatic transmission and manual transmission. Cars with automatic transmission has long been seen as a symbol of high-level and luxury. Cars with automatic transmission has many advantages. Cars equipped with automatic transmissions can eliminate occupational and non-professional drivers operating on the difference. To reduce driver fatigue and improve safety performance. Automatic transmission to reduce engine emissions. But the prices are too expensive, poor fuel economy, structural complexity, maintenance difficulties, difficult to be promoted in the popular sedan. This will be based on vehicle fuel economy, performance of the car climbing degree select the best transmission ratio, the design of its internal structure calculation. Which is the standard selection of standard parts. Keywords: transmission, automatic transmission, planetary gear system 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 5 - 第 1 章 緒論 1.1 自動(dòng)變速器的 特點(diǎn)及分類(lèi) 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(pán)，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(chē)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(chē)輛的負(fù)荷以及車(chē)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(chē)感受。 汽車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(jiàn)，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(lèi)型的自動(dòng)變速器，免除了手動(dòng)變速器繁雜的操作，使開(kāi)車(chē)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(chē)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，哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 6 - 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(chē)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(mén)的調(diào)節(jié)的。 ECU 根據(jù)車(chē)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(chē)速）、駕駛員意圖（油門(mén)開(kāi)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(mén)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(chē)、城市客車(chē)、軍用車(chē)輛、載貨車(chē)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(lèi)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(pán)和一個(gè)能沿軸向移動(dòng)的可動(dòng)錐盤(pán)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(pán)上，通過(guò)改變作用到主、從動(dòng)錐輪可動(dòng)錐盤(pán)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(chē)乘坐舒適，超車(chē)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(chē)上使用了具有 2 個(gè)前進(jìn)檔的哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 7 - 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(kāi)放，大量國(guó) 外轎車(chē)進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)，其中許多中高檔轎車(chē)是帶有自動(dòng)變速器的，而其類(lèi)別幾乎全部是液力自動(dòng)變速器。這也使一大批汽車(chē)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(chē)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(chē)公司（ SGM）生產(chǎn)的用于別克轎車(chē)上的 4T65E 電子控制自動(dòng)變速器正式下線， 1999 年開(kāi)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(chē)。 1999 年中日合資生產(chǎn)的本田雅閣轎車(chē)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(chē)。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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)（即公共汽車(chē)）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(chē)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(chē)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(mén)也正在進(jìn)行研究。國(guó)內(nèi)對(duì) AMT 技術(shù)的研究開(kāi)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(kāi)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(chē)電子有限公司、重慶東方歐翔汽車(chē)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)展哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 8 - 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(chē)、重型車(chē)、轎車(chē)等不同的車(chē)型上 進(jìn)行了裝車(chē)實(shí)驗(yàn)。北京理工大學(xué)對(duì) AMT 的研究主要在重型車(chē)輛上，該校所研制的某裝甲車(chē) 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(chē)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(chē)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(mén)、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(chē)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(mǎi)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(chē)公司和吉林大學(xué)、東北工業(yè)大學(xué)、湖北汽車(chē)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(chē)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(chē)數(shù)量大國(guó)，隨著社會(huì)發(fā)展人們對(duì)汽車(chē)的舒適性能要求越來(lái)越高，在我國(guó)廣闊的汽車(chē)市場(chǎng)中，輕型車(chē)和微型車(chē)占有不小的比例，這兩種車(chē)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(chē)的動(dòng)力性和適應(yīng)性、能減輕汽車(chē)對(duì)環(huán)境的污染等多方面的優(yōu)點(diǎn)，在汽車(chē)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(chē)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)哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 9 - 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(chē)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。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 10 - 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(chē)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。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 11 - （ 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(chē)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(chē)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(chē)滑行狀態(tài)結(jié)束，又從新回復(fù)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。汽車(chē)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 1 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 12 - 4）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(chē)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 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 13 - 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、 C3 R 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(chē)速 140km/h 最大爬坡度： 20 輪胎型號(hào)： 205/60/R15 主減速器傳動(dòng)比： 5.03 2.2.2 各檔位傳動(dòng)比計(jì)算 設(shè)定長(zhǎng)行星輪齒數(shù)為 1Z ,齒圈齒數(shù)為 2Z ，短行星齒輪齒數(shù)為 4Z ，小太陽(yáng)輪齒數(shù)為5Z，大太陽(yáng)輪齒數(shù)為6Z。 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： 25 4 1 2 21 2 5 4 1 5( 1 )n Z Z Z Zi n Z Z Z Z （ 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： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 14 - 23 53 4 1 2 252 2 3 5 4 1 51nn Z Z Z Zi n n Z Z Z Z （ 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） 3 63 2 1 262 2 3 6 1 61nn Z Z Zi n n Z Z Z （ 2-3） 由于大太陽(yáng)輪被制動(dòng) ,故 06n（自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速） 綜合以上三式得出： 22652261ZZZZiZZ 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 13i 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 1 2 26 1 61R Z Z Zi Z Z Z （ 2-4） 2.2.3 最高車(chē)速的驗(yàn)算 達(dá)到最高車(chē)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 75.1411060 36002 30m ax lp rnu pn 為發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速 6000rpm 0 主減速器傳動(dòng)比 5.03 lr 輪胎半徑 0.3135m 最高車(chē)速為 140km/h 所以 maxu 140km/h 滿足要求 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 15 - 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(chē)的最大爬坡度，最低車(chē)速，加速時(shí)間和附著條件等要求做出計(jì)算設(shè)計(jì)： ,0wF 0jF m axm ax ift FFF 73.2s inc o s00m ax1 iT rfGi g (2-5) 式中： G 整車(chē)重力 11800N f 汽車(chē)頻率取 0.02 汽車(chē)最大爬坡度 r 輪胎半徑 0.3135m 90.00 大傳動(dòng)比滿足：m axm ax377.0 unri (2-6) 汽車(chē)的最小傳動(dòng)比 : 汽車(chē)的最小傳動(dòng)比影響汽車(chē)的駕駛性能最小傳動(dòng)比過(guò)小，汽車(chē)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(chē)的最小傳動(dòng)比傳動(dòng)比不同的情況下汽車(chē)的功率如圖所示： 圖 2-3 不同最小傳動(dòng)比時(shí)汽車(chē)的功率圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 16 - 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： gngngggg iiiiii 13221 (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(chē)的動(dòng)力性。 圖 2-4 為一些常見(jiàn)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(jiàn)轎車(chē)傳動(dòng)比比值 如圖所 示上訴常見(jiàn)車(chē)型均為轎車(chē)類(lèi)型其傳動(dòng)比應(yīng)比乘用車(chē)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(chē)在各種路況下行駛一般最大傳動(dòng)比在 30%即7.16 。而越野車(chē)要在壞路或無(wú)路情況下行駛。爬坡度對(duì)于越野車(chē)是一個(gè)重要指標(biāo)，它的最大爬坡度可達(dá)到 60%即 31 左右。在爬坡度的選取時(shí)乘用車(chē)在 7.16 31 之間選擇。今年來(lái)由于道路環(huán)境的改善而且乘用車(chē)的應(yīng)用廣泛，所以爬坡度的選取應(yīng)接近貨車(chē)。 考慮到汽車(chē)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(chē)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)橋主哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 17 - 減速比決定。變速器低檔（一檔）的傳動(dòng)比決定了汽車(chē)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(chē)的最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)輪與路面附著力 、汽車(chē)的最低穩(wěn)定車(chē)速，以及主減速比和驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的滾動(dòng)半徑等綜合考慮。為了滿足汽車(chē)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： 551.21 i 510.12 i 000.13 i 050.2Ri 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) 2Z 為 74、大太陽(yáng)輪齒數(shù)6Z為 36、小太陽(yáng)輪齒數(shù)5Z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 2d ，太陽(yáng)輪直徑6d，為短行星輪直徑為 1d 。 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) 1Z ： 由于 112 6 122d d d 112 6 122t t tm Z m Z m Z 11 2 62 19Z Z Z 4 19Z （ 2-7） 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 18 - 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1l的一半。 圖 2-6 行星輪位置關(guān)系 1.36211 nata mhmZd （ nah取 1) （ 2-8） 3.3760s in)(2 211 rrl 36.1 37.3 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(chē)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 . 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 19 - 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： m 3.5 時(shí)滲碳層深度 0.81.2 m 3.5 時(shí)滲碳層深度 0.91.3 m 5 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(chē)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n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 25 時(shí)強(qiáng)度最高。因此對(duì)于乘用車(chē)為加大重合度降低噪聲應(yīng)取 5.14 ， 15 ，16 ， 5.16 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 20n 因此變速器普遍采用壓力角為 20 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)哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 20 - 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 2015 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(chē)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)： 5.1nm 螺旋角： 15 壓力角 20n 端面模數(shù) ： 5529.1c o s nt mm （ 3-1） Z=74 11522 tt mZDmDZ 根據(jù)分度圓圓關(guān)系公式可知： 齒頂圓直徑： 1182 aa hDD 齒根圓直徑： 25.1 1 12 ff hDD 式中：aD 齒頂圓直徑 fD 齒根圓直徑 afhh 斜齒輪法面參數(shù) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 21 - 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 ah nanna xhmh 齒根高 fh nnannf xchmh 齒頂圓直徑 ad aa hDD 2 齒根圓直徑 fd ff hDD 2 注：表中nx取 0， anh取 1，nc取 0.25 齒寬 : 7.115.18.7 nc mkb (3-2) (ck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： 21 11418.0 bFEj1972.72Mpa （ 3-3） 式中： F 法面內(nèi)基圓切向力 coscos tFF tF 端面分度圓切向力dZTF jt jT 計(jì)算載荷 1303N.mm d 節(jié)圓半徑 57.5mm E 齒輪材料的實(shí)際寬度 鋼材取 5101.2 E Mpa 21 主齒輪節(jié)點(diǎn)處齒廓曲率半徑（： 211 co s/s inr 222s i n c o sr ） 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 22 - b彎曲應(yīng)力計(jì)算 ykbP kFmtw =232.46/mm2 /350180 Nw mm2 （ 3-4） 式中：tF 圓周力dTF jt2 ， jT 計(jì)算載荷， 64.7N mm K 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 cos/b 代替 mP 法面周節(jié)，nm mP y 齒形系數(shù)，由圖 3-1 k 重合度系數(shù)，取 2 3.2.2 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 20 ，螺旋角 15 。 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 : 2111418.0 bFE 1352.72Mpa 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 23 - 式中： F 法面內(nèi)基圓切向力 coscos/tFF tF 端面內(nèi)分度圓切向力，即圓周力 dTFjt /2 jT 計(jì)算載荷 362.5N.mm d 節(jié)圓半徑 22.5mm 節(jié)點(diǎn)處壓力角 螺旋角 E 齒輪材料的實(shí)際寬度 ,鋼材取 MpaE 5101.2 b 齒輪接觸的實(shí)際寬度 ,斜齒用 cos/b 代替 21 主齒輪節(jié)點(diǎn)處齒廓曲率半徑（ 211 co s/s inr 222 co s/sinr ） b彎曲應(yīng)力計(jì)算 ykbP kFmtw =270.45mm2 /350180 Nw mm2 式中：tF 圓周力，dTF jt2 jT 計(jì)算載荷， 56.4N mm K 應(yīng)力集中系數(shù)，直齒輪取 1.65，斜齒輪取 1.5 fK 摩擦力影響系數(shù)，主動(dòng)齒輪取 1.1，從動(dòng)齒輪取 0.9 b 齒輪接觸實(shí)際寬度，斜齒輪用 cos/b 代替 mP 法面周節(jié)，nm mP y 齒形系數(shù)，由圖 3-1 k 重合度系數(shù)，取 2 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 24 - 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， 1,200 f)， 斜齒輪按當(dāng)量齒數(shù)3cosZZn 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 20 ，螺旋角 15 ，法面模數(shù) 5.1nm ，經(jīng)計(jì)哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 25 - 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 21 11c o s/418.0 b FEj1520.26Mpa（計(jì)算過(guò)程同上） b彎曲應(yīng)力計(jì)算 ykbP kFmtw190.47N/mm2 350180 wN/mm2 3.2.4 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） 2111c o s/418.0 bFEj1422.29Mpa b 彎曲應(yīng)力計(jì)算 /36.205 NykbP kFmtw mm2 Nw 350180 /mm2 a.接觸應(yīng)力計(jì)算（短行星輪） 2111c o s/418.0 bFEj1328.73Mpa b彎曲應(yīng)力計(jì)算 /39.210 NykbP kFmtw Nw 350180 /mm2 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 26 - 3.3 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(pán)、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(pán)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： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 27 - 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。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 28 - 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?，因此可以采用滲碳，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(kāi)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?。惠S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，常采用直徑從兩端向中間逐漸增大的階梯軸。軸上的各階梯軸肩的高度，除用作軸上零件軸向固定，其余僅為便于安裝而設(shè)置的自由軸肩，其軸肩高度常可取 0.5-3mm。軸端應(yīng)倒角，以去掉毛刺，便于導(dǎo)向和裝配。固定滾動(dòng)軸承的軸肩高度應(yīng) 小于軸承內(nèi)圈厚度，以便拆卸。該高度要滿足軸承標(biāo)準(zhǔn)中的安裝尺寸要求。 4.1.2 軸徑的初步估算 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式： 9.21m a x3 eTKd 式中： K 經(jīng)驗(yàn)系數(shù) K=4.04.6 maxeT 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 maxeT =108N.mm 根據(jù)軸承的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選擇將軸承直 徑圓整所以輸入軸 d 取 25mm.因此輸哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 29 - 出軸直徑 d 取 20mm. 式中計(jì)算出的直徑為最小直徑 mind ，若剖面有鍵槽時(shí)，應(yīng)將計(jì)算出的軸徑適當(dāng)加大。當(dāng)有一個(gè)鍵槽時(shí)增大 5%，當(dāng)有兩個(gè)鍵槽時(shí)增大 10%，然后圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑 。 4.2 輸入 軸的強(qiáng)度校核 受力分析如圖 4.1 所示： 圖 4-1 輸入 軸的受力分析 彎矩圖及扭矩圖如圖 4-2 4-3 所示： 圖 4-2 輸入 軸的彎矩圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 30 - 圖 4.3 輸入 軸的扭矩圖 計(jì)算支撐反力： 在水平 平面上： 1 9 0 660 4.6 0 23.2 0 1304.1 7 3 22/ 3231 LL dFLFNR arH （ 4-1) 6.1 7 31 9 0 64.1 7 3 2/ 12 HrH RFNR (4-2) 負(fù)號(hào)表示 HR2 的方向與受力簡(jiǎn)圖所設(shè)方向相反。 在垂直平面上： 3 0 0 02/6 0 0 02/ 21 tVV FRNR (4-3) 在水平平面上： 5 7 1 8 0301 9 0 6)/( 31 LRmmNM VaH 在垂直平面上： 9 0 0 0 0303 0 0 0)/( 31 LRmmNM Vav 在 a-a 剖面 ： 9 4 7 7 0 0)./( 22 avaHa MMmmNM 由彎矩圖和扭矩圖可知 a-a 截面 因彎矩大，有轉(zhuǎn)矩，還有鍵槽引起的應(yīng)力集中，故 為危險(xiǎn) 截面 查機(jī)械設(shè)計(jì)表 10.19 3233 301.02 )(1.0/ d tdbtdmmW (4-4) 1.35/ WMM Pab 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 31 - MPaab 1.35 0m 取 =0.6 軸的計(jì)算應(yīng)力 ： 5.39156.0421.354/ 2222 be M P a (4-5) 查表 13-110，軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理 1=60Mpa 1 e ，故安全 4.3 軸承 的選擇及 壽命計(jì)算 4.3.1 軸承的選擇 在三速自動(dòng)變速器中軸承的作用共有兩種：一種是起支撐作用的軸承一種是止推軸承。在這里止推軸承選取滾動(dòng)軸承中的深溝球軸承。作為支撐的軸承選取為圓錐滾針軸承。軸承的選擇根據(jù)國(guó)家機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)選取查表 表 4-111 軸承型號(hào) 內(nèi)徑 d 外徑 D 公稱寬度 動(dòng)載荷 30202 15 35 11.75 20.8 30203 17 40 13.25 28.2 30204 20 47 15.25 32.2 30205 25 52 16.25 43.2 30206 30 62 17.25 43.2 30207 35 72 18.25 54.2 30208 40 80 19.75 63.0 30209 45 85 20.75 67.8 4.3.2 軸承壽命計(jì)算 由機(jī)械手冊(cè) 10查 30250C 號(hào)軸得 Cr=32200N,C0r=28200N. （ 1）計(jì)算軸承的軸向力。由機(jī)械設(shè)計(jì)表 11.13 查的 30250 號(hào)軸承內(nèi)部軸向力計(jì)算公式，則軸承、 II 內(nèi)部軸向力分別為： 6 4 44.04.0/ 111 RFNS r 5464.04.0/ 112 RFNS r 根據(jù)軸承受力布置圖 12 / SNAS ，因此軸有左移趨勢(shì)。但由軸承部件的結(jié)構(gòu)圖分析可知軸承將使軸保持平衡，故兩軸承的軸向力分別為： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） - 32 - 1129/ 21 ASNF a 5462 aF 比較兩軸承的受力：2121 , aarr FFFF 故只需要校核軸承。 (2)計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷： eCFra 7.016101129/1 查表 11.12，得 e=0.04因?yàn)?eFFra 7.016101129/ 11所以： X=0.44， Y=1.36 當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算為： 8.2045112936.1164044.011 ar