微型車自動式變速器設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+文檔】

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Automatic Transmissions whole set the control system and planetary gear set has been done. The output gas of the engine is 0.94L ,the quality of the whole car is 1800Kg ,the highest speed is 200Km/h. In this design there are the consist set of the Automatic Transmissions, laws of planetary gear operation , the date of designed most important set and checking its strongthen. It has three parts ,there are the torque converter ,overdriver planetary gear systems ,three speed planetary gear systems and hydraulic control systems. A simple planetary gear set consists of three prats : a sun gear ,a carrier with planetary pinions mounted to it and an internally toothed ring gear or annulus. Automatic Transmissions upshift and downshift with no direct assistance from the driver .Factors such as road speed , thottle position and governed engine speed control and triggr shifting between gears. The majority of automatic transmissions rely on planetary gear sets to transfer power and generate torque from the engine to the drive line. The shifting of planetary gears is actuated by the use of hydranlic force .An inticate system of valves is used to control and direct pressurized fluid in the closed system.Under proper sperating conditions it provides overdrive ,reverse,Forward reduction, neutral and direct drive. Key Words：Automatic transmission; Planetary gear; Hydraulic control system; Internal gear; Driver II 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 緒論 1 1.1 選題的理論意義和應(yīng)用價值 1 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 2 2 自動變速器的設(shè)計(jì)參數(shù) 3 2.1 變速器基本參數(shù) 3 2.2 發(fā)動機(jī)主要性能指標(biāo) 3 3 液力變矩器的設(shè)計(jì) 4 3.1 液力變矩器的結(jié)構(gòu) 4 3.2 液力變矩器的選型 5 4 自動變速器的設(shè)計(jì) 6 4.1 四檔自動變速器工作原理 6 4.2 四檔自動變速器工作表 10 4.3 行星齒輪的設(shè)計(jì) 11 4.4 軸與軸承 13 5 自動變速器控制系統(tǒng) 18 6 結(jié) 論 19 參 考 文 獻(xiàn) 20 附錄1：外文翻譯 21 附錄2：外文原文 24 致 謝 30 微型汽車自動變速器的設(shè)計(jì) 1 緒論 1.1 選題的理論意義和應(yīng)用價值 自動變速器是除了發(fā)動機(jī)以外汽車上最重要的一個部分,汽車的很多技術(shù)和相關(guān)性能都與它有著必不可少的聯(lián)系,比如汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性、操縱性以及汽車的某些零部件,甚至汽車行駛的安全性、乘坐舒適性與變速器的性能都相關(guān)緊密。[1]當(dāng)汽車的自動變速器在行駛過程中因?yàn)殚L時間的工作損耗了自身的性能,而導(dǎo)致變速器失效時,這對汽車運(yùn)行的速度會有很大的影響,從而會降低了客戶對汽車的滿意度。因此，研究汽車自動變速器的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)有著重要的作用,不僅可以提升顧客的滿意度,而且對汽車的整體性能也有幫助。 汽車變速器對汽車的動力性操縱性以及尾氣排放都有著重要的影響,是汽車?yán)锩鎯H次于發(fā)動機(jī)的重要組成部分,自動變速器的產(chǎn)生和應(yīng)用對汽車各方面的性能發(fā)揮了重要的作用,不僅使汽車的駕駛舒適性和形式的安全性得到了改善 , 而且對汽車運(yùn)行的速度更接近于理想 的性能。目前汽車自動變速器在汽車行業(yè)界受到了廣泛的關(guān)注,因其能對汽車性能得到實(shí)質(zhì)性的改變以及良好的發(fā)展前景,各汽車廠家對自動變速器都投入了大量的人力物力來研制開發(fā),建立了很多自動變速器的開發(fā)與生產(chǎn)基地 ,自動變速器的技術(shù)也日趨成熟。[2] 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 變速器是汽車傳動系中最主要的部件之一。隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，車輛性能不斷優(yōu)化，電子化程度不斷加強(qiáng)，搭載汽車自動變速器的轎車正在逐漸取代手動變速器已經(jīng)成為主流，也是汽車變速器市場發(fā)展不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。目前，產(chǎn)業(yè)化技術(shù)成熟的自動變速器在車輛上的應(yīng)用主要有四種；液力自動變速器AT、電控機(jī)械式自動變速器AMT、無級自動變速器CVT和雙離合器自變速器DCT。日趨嚴(yán)格的法律法規(guī)和汽車駕駛者日益提高的環(huán)保意識使汽車產(chǎn)業(yè)開始意識到，混合動力在汽車行業(yè)將贏得越來越重要的市場地位。一個新的驅(qū)動系統(tǒng)在這樣的背景下脫穎而出：混合動力專用變速器DHT正在作為新的混合動力驅(qū)動，主要在歐洲發(fā)展起來。[2] 隨著時間的推移，手動變速器的市場占有率會逐漸降低，自動變速器將不斷增加。發(fā)展趨勢緊緊圍繞安全、環(huán)保、節(jié)能、操縱輕便化、換擋自動化、智能化、整車電子集成控制一體化等方面展開。 目前我國匹配各類型變速器的車型的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，我國手動變速器比例在總體上呈下降趨勢，但仍然處于主導(dǎo)地位，絕對數(shù)值超過50%自動變速器中的AT處于絕 對多數(shù)地位，DCT增長速度最快，CVT在近幾年呈現(xiàn)快速增長的勢 頭，AMT已有應(yīng)用。近年來，國內(nèi)部分汽車及變速器企業(yè)通過引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)與設(shè)備，并通過不斷的吸收創(chuàng)新，逐步縮小在自動變速器領(lǐng)域與國際先進(jìn)水平的差距。中國自動變速器產(chǎn)業(yè)化總體上已經(jīng)進(jìn)入起步階段，盡管不同類型自動變速器的技術(shù)成熟度不同，不同企業(yè)根據(jù)自身?xiàng)l件和產(chǎn)品定位，所走的技術(shù)路線也不同，但AT/AMT/CVT/DCT多元化技術(shù)路 線的格局已經(jīng)形成，并將長期保持下去。在不同類型自動變速器競爭中，高效率、可靠性、開發(fā)時間、性能和價格將成為競爭的關(guān)鍵因素，市場將最終做出選擇。[3] 1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 本設(shè)計(jì)在現(xiàn)有自動變速器的條件下，做了一些改變。其一是用液力變矩器取代液力耦合器。液力變矩器在正常工作時，貯于環(huán)形內(nèi)腔中的工作液除有繞變矩器的軸做圓周運(yùn)動以外，還有在循環(huán)圓中的循環(huán)流動，故能將轉(zhuǎn)矩不變地從泵輪傳遞至渦輪上。由于在結(jié)構(gòu)上比耦合器多了一個導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)，在工作液循環(huán)流動的過程中，固定不動的導(dǎo)輪給渦輪一個反作用力矩，使渦輪輸出的轉(zhuǎn)矩不同于泵輪輸入的轉(zhuǎn)矩，起到變距的作用[4]。當(dāng)汽車起步或在壞路面上行駛時，變矩器起作用，這使其充分發(fā)揮其自動適應(yīng)行駛阻力劇烈變化的優(yōu)點(diǎn)。第二個特點(diǎn)是在辛普森三速行星齒輪機(jī)構(gòu)前添置一個超速檔行星齒輪機(jī)構(gòu)。使得超速行星排因獲得大于發(fā)動機(jī)輸入軸傳遞的扭矩而使行駛速度得以提升。這在充分利用燃料方面又邁進(jìn)了一大步。 本設(shè)計(jì)旨在提高汽車的燃料利用率和車輛行駛的平順性兩方面作出努力。安裝了此變速器的車輛具有操作簡便、換檔平穩(wěn)、乘坐舒適、過載保護(hù)性好等優(yōu)點(diǎn)。而且大大減輕了駕駛員的勞動強(qiáng)度，提高平均車速，有效提高發(fā)動機(jī)和傳動系的使用壽命，影響深遠(yuǎn)。 由于國內(nèi)研制自動變速器尚屬起步階段，故而在資料方面便顯得有些捉襟見肘。在大量閱讀美國、日本、英國等國外技術(shù)資料后，才得出此設(shè)計(jì)意圖。結(jié)合《行星齒輪傳動技術(shù)》、《自動變速箱》、《進(jìn)口豐田轎車新結(jié)構(gòu)的維修》等書目，便開始著手展開設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容有自動變速器的機(jī)構(gòu)組成，工作原理，超速檔行星齒輪機(jī)構(gòu)和辛普森式三速行星齒輪機(jī)構(gòu)是本次設(shè)計(jì)的著眼點(diǎn)。分參數(shù)選取、理論分析、設(shè)計(jì)計(jì)算和強(qiáng)度校核四大步展開的。將得到一套完整的自動變速器總體方案的設(shè)計(jì)。 2 自動變速器的設(shè)計(jì)參數(shù) 2.1 變速器基本參數(shù) 設(shè)計(jì)基本參數(shù)如表2.1所示。 表2.1變速器基本參數(shù)表 (1)發(fā)動機(jī)排氣量：0.94L； (2)空車質(zhì)量：1460Kg； (3)最大總質(zhì)量：1800 Kg； (4)載客量：5人； (5)汽車車輪直徑：60mm； (6)發(fā)動機(jī)最大功率：120kW； (7)發(fā)動機(jī)最大扭矩：200N?m； (8)變速器質(zhì)量：250 Kg； (9)各檔位傳動比：iD-1=2.75；iD-2=1.5；iD-3=1；iD-4=0.71；iR=-2.5。 2.2 發(fā)動機(jī)主要性能指標(biāo) （1）發(fā)動機(jī)最大功率Pemax及其相應(yīng)轉(zhuǎn)速np Pemax=magfvamax3600+CDAvamax376140ηT 發(fā)動機(jī)基本參數(shù)如表2.2所示。 表2.2發(fā)動機(jī)基本參數(shù)表 Pemax——發(fā)動機(jī)最大功率Kw g——重力加速度 9.8ms2 ηT——傳動系的傳動效率取ηT＝0.9 ma——汽車總質(zhì)量取ma＝1800kg f——滾動阻力系數(shù)f=0.0165+0.0001(va-50) 取va=125Km/h 所以f＝0.024 vamax—最高車速取vamax=200Km/h Cd——空氣阻力系數(shù) Cd＝0.4 A——汽車正面投影面積 A≈0.78BH≈0.78×1.8×1.55＝2.18m2 所以 Pemax=1800×9.8×0.024×2003600+0.4×2.18×2003761400.9 =127.9kW np=5200rpm （2）發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Temax及其相應(yīng)轉(zhuǎn)速nT Temax=αTp=7019Pemax∕np α—發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩適應(yīng)系數(shù)α＝1.2；np—最大功率時的轉(zhuǎn)速np=5200rpm 所以 Temax=7019×1.2×127.9∕5200=207.2N?m nT=np∕1.6=5200∕1.6=3250rpm （3）發(fā)動機(jī)適應(yīng)系數(shù)：∮=α?np∕nT=1.2×1.6=1.92 3 液力變矩器的設(shè)計(jì) 3.1 液力變矩器的結(jié)構(gòu) 液力變矩器主要由可旋轉(zhuǎn)的泵輪、渦輪及固定不動的導(dǎo)輪三個元件組成[5]。工作輪通常包括泵輪、渦輪和導(dǎo)輪。所有工作輪裝配完以后，通過軸線的縱端面呈現(xiàn)環(huán)形的形狀。工作液完全充滿在環(huán)狀殼體中。要使渦輪和導(dǎo)輪葉片都彎成一定弧度(泵輪的葉片可以不用彎曲），葉片的端面要求是彎曲面，且與工作半徑方向是相對傾斜排列的目的是保證液力變矩器能夠發(fā)揮更優(yōu)質(zhì)的性能及保證液流很好的循環(huán)。 圖3.1為目前汽車市場上普遍采用的綜合式液力變矩器的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3.1 液力變矩器結(jié)構(gòu)示意圖 利用同時具有偶合和變距兩種工況的液力變矩器取代了單一工況的液力耦合器，使其充分發(fā)揮自動適應(yīng)行駛阻力變化的能力，對車輛行駛的平順性的改善也是一大突破。讓駕駛員換檔平穩(wěn)，同時能夠乘坐舒適，也使機(jī)件的使用壽命得以延長。 3.2 液力變矩器的選型 本設(shè)計(jì)采用單級雙向三元件閉鎖式綜合式液力變矩器。其中，“單級”指只有一個渦輪；“雙向”指有變矩和偶合兩種工況；“三元件”指有泵輪、渦輪和導(dǎo)輪三個元件；“閉鎖”指有鎖止離合器閉鎖功能。  4 自動變速器的設(shè)計(jì) 4.1 四檔自動變速器工作原理 本設(shè)計(jì)自動換檔手柄“P、N、R、D、2、L”有六個位置。手柄在D位時，可在Ⅰ-Ⅳ檔變換，而且Ⅲ檔會產(chǎn)生發(fā)動機(jī)制動作用；手柄在L位時，可在Ⅰ－Ⅱ檔變換，并且Ⅰ、Ⅱ均有發(fā)動機(jī)制動作用。 三行星排辛普森式四檔行星齒輪變速器換檔執(zhí)行元件共有10個。各位置的檔位情況分析如下： 1.O/D檔行星架，2．O/D檔太陽輪，3．O/D檔齒圈，4．中間軸，5．前齒圈 6.太陽輪，7.后齒圈，8.輸出軸，9.后行星架，10.前行星架 圖4.1 四檔自動變速器工作分析圖 （1）如圖4.1所示，當(dāng)換檔手柄位于“P”位時，C0工作。把超速行星排的行星架與其太陽輪連鎖在一起，超速行星排處于直接檔狀態(tài)。 （2）當(dāng)換檔手柄位于“N”位時，C0工作。把超速行星排的行星架與其太陽輪連鎖在一起，超速行星排處于直接檔狀態(tài)。從超速行星排輸入的轉(zhuǎn)矩沒有變化地傳至中間軸4，但因C1、C2都不工作，所以動力無法向后傳遞，變矩器處于空檔。Error! Reference source not found. 圖4.2 四檔自動變速器工作分析圖 （3）如圖4.2所示，當(dāng)換檔手柄位于“R”位時，C0、C2、F0、B3工作。C0、F0把超速行星排的行星架于太陽輪連鎖在一起，超速行星排處于直接檔狀態(tài)。 變速器的傳動比即太陽輪6與齒圈7的轉(zhuǎn)速之比。設(shè)前排齒圈與太陽輪齒數(shù)比為 u1=Z5∕Z6,后排齒圈與太陽輪齒數(shù)比為u2=Z7∕Z6。則倒檔傳動比為： iR=n6∕n7=-u2=-Z7∕Z6 （4.1） 圖4.3 四檔自動變速器工作分析圖 （4）如圖4.3所示，當(dāng)換檔手柄位于“D”位時。發(fā)動機(jī)負(fù)荷較大，行駛速度較低時，變速器處于Ⅰ檔工況。換檔執(zhí)行元件中，C1、C0、F2、F0工作。其中C0、F0把超速行星排行星架與太陽輪連鎖在一起，超速行星排處于直接檔狀態(tài)。Ⅰ檔傳動比即為前齒圈5與后齒圈7的轉(zhuǎn)速之比[5]。前排行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性方程為： n6+u1?n5-(1+u1)?n10=0 （4.2） 后排行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性方程為： n6+u2?n7-(1+u2)?n9=0 （4.3） 因?yàn)?n7=n10；且F2固定后行星架9，所以 n9＝0。將 4.2代入4.3中，整理得Ⅰ檔傳動比為： i4.1=n5n7=1+(1+u2u1) 圖4.4 四檔自動變速器工作分析圖 （5）如圖4.4所示，當(dāng)手柄位于“D”位時，發(fā)動機(jī)速度與行駛速度適合換Ⅱ檔時，換檔執(zhí)行元件中，C1、C0、B2、F1、F0工作，其中C0、F0使輸入軸與中間軸直接傳遞動力。C1把動力傳遞到前齒圈5。在Ⅱ檔時，后行星輪處于無載荷的自由旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。[5] 由于Ⅱ檔時后行星輪無載荷地自由旋轉(zhuǎn)，故Ⅱ檔傳動比只由前行星排齒輪機(jī)構(gòu)決定，且前行星排為齒圈輸入行星架輸出，太陽輪固定[5]。根據(jù)前排行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性方程式T2,因?yàn)閚6=0；所以Ⅱ檔傳動比為： i4.2=n5n10=1+(1+u1) 圖4.5 四檔自動變速器工作分析圖 （6）如圖4.5所示，當(dāng)手柄位于“D”位時，發(fā)動機(jī)速度與行駛速度適合換Ⅱ檔時，換檔執(zhí)行元件中，C1、C2、C0、B0、F0工作，其中C0、F0使輸入軸與中間軸直接傳遞動力。變速器處于直接檔工況，傳動比為1。Error! Reference source not found.此時B2雖然工作，但不傳遞動力。 圖4.6 四檔自動變速器工作分析圖 （7）如圖4.6所示，當(dāng)手柄位于“D”位時，發(fā)動機(jī)速度與行駛速度適合換Ⅳ檔時，換檔執(zhí)行元件中，C1、C2、B2、B0工作[6]。變矩器處于超速檔工況，此時B2雖然工作但不傳遞動力。 設(shè)超速行星排齒圈與太陽輪齒數(shù)比為u0=Z3∕Z2，則由(4.2)超速行星排特性方程： n2+u0?n3-1+u0?n11=0 （4.5） 因?yàn)閚2=0；所以超速檔傳動比為： i4.4=n11n3=u0∕(1+1∕u0) (8)換檔手柄位于“2”位時，變速器只能接通Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ檔，這三個檔位的工作原理與換檔手柄位于“D”位的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ檔基本相同換檔手柄位于“D”位，變速器接通Ⅱ檔時，由于F1不能阻止太陽輪順時針方向旋轉(zhuǎn)，所以太陽輪在無載荷狀態(tài)下順時針方向旋轉(zhuǎn)，前齒圈與前行星架連在一起的輸出軸之間不能傳遞扭矩，發(fā)動機(jī)不能產(chǎn)生制動效果[6]。 （9）換檔手柄位于“L”位,變速器只能接通Ⅰ、Ⅱ、檔，這兩個檔位的工作原理與換檔手柄位于“2”位時的基本相同，只是在一檔時還有B3工作。此時后行星架9有順時針旋轉(zhuǎn)的趨勢。由于B3工作，固定了后行星架，致使后行星輪順時針旋轉(zhuǎn)，促使太陽輪逆時針旋轉(zhuǎn)，故前行星輪將繞其軸順時針旋轉(zhuǎn)，使前齒圈順時針旋轉(zhuǎn)，來自輸出軸的作用力，被傳遞至中間軸，再經(jīng)超速行星排傳至發(fā)動機(jī)曲軸。由于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速低，則起到發(fā)動機(jī)制動作用[6]。 換檔手柄位于“D”或“2”位，變速器以Ⅰ檔行駛時，將不具備發(fā)動機(jī)制動功能。這時由于B3不工作，F(xiàn)2又不能阻止后行星架順時針旋轉(zhuǎn)，這樣后行星齒輪機(jī)構(gòu)空轉(zhuǎn)，不能將作用力由輸出軸傳遞給輸入軸[6]。 4.2 四檔自動變速器工作表 變速桿位置 檔位 C0 C1 C2 B0 B1 B2 B3 F0 F1 F2 P 停車 ○ R 倒車 ○ ○ ○ ○ N 空檔 ○ D 1 ○ ○ ○ ○ D 2 ○ ○ ○ ○ ○ D 3 ○ ○ ○ ○ ○ D O/D ○ ○ ○ ○ 2 1 ○ ○ ○ ○ 2 2 ○ ○ ○ ○ ○ ○ 2 3 ○ ○ ○ ○ ○ L 1 ○ ○ ○ ○ ○ L 2 ○ ○ ○ ○ ○ ○ 表4.2四檔自動變速器工作表 注：1、在L位2檔只能降檔，無升檔； 2、○表示投入工作。 4.3 行星齒輪的設(shè)計(jì) 4.3.1 行星齒輪傳動齒數(shù)的選配 設(shè)計(jì)行星齒輪傳動時，其齒數(shù)的選配除了滿足所需的傳動比之外，同時還應(yīng)滿足同心條件。 (1)傳動比條件 已知：iD-1=2.75， iD-2=1.5，iD-3=1，iD-4=0.71，iR=-2.5， u1=Z5∕Z6，u2=Z7∕Z6，iR=-Z7∕Z6，iD-1=1+(1+u2), 所以：u2=2.5，u1=2。 取 Z6=24，則 Z7=60，Z5=48。 因?yàn)閕D-4=u0∕(1+u0)， 故u0=2.46。 由于u0=Z3∕Z2 ， 取Z3=64，故Z2=26。 (2)同心條件 由中心齒輪的齒數(shù)需要滿足行星輪與各中心輪的中心距相等， 即Atx=Aqx, 式中Atx－行星輪和太陽輪的中心距，Aqx－行星輪和齒圈的中心距 4.3.2 齒輪的幾何尺寸的計(jì)算 (1)對于超速行星排，設(shè)定：Z1=19, Z2=26, Z3=64。 由微型汽車齒輪模數(shù)取值范圍m=2.25～2.75，故取m=2.5。 計(jì)算齒輪基本參數(shù)： d1=m?Z1=2.5×19=47.5， d2=m?Z2=2.5×26=65， d3=m?Z3=2.5×64=160， 齒頂高：ha=m=2.5， 齒根高：hf=1.25?m=1.25×2.5=3.125, 齒全高：h=2.25?m=5.625, 齒頂圓直徑：da=m?(Z+2), da1=m?Z1+2=2.5×19+2=52.5, da2=m?Z2+2=2.5×26+2=70, da3=m?Z3+2=2.5×64+2=165, 齒根圓直徑：df=m?Z-2.5, df1=m?Z1-2.5=2.5×19-2.5=41.25, df2=m?Z2-2.5=2.5×26-2.5=58.75, df3=m?Z3-2.5=2.5×64-2.5=153.75, 由齒寬b=?d?d1b, 在此取?d=1,故而b1=1×47.5=47.5,取B1=53,B2=B3=48, (2)對于前行星排： Z10=12,Z6=24,Z5=48； 由微型汽車齒輪模數(shù)取值范圍m=2.25~2.75， 故取m=2.5, 由公式d=m?Z, 所以有：d10=m?Z9=2.5×12=30； d6=m?Z6=2.5×24=60； d7=m?Z7=2.5×48=120； 齒頂高h(yuǎn)a=m=2.5, 齒根高h(yuǎn)f=1.25?m=1.25×2.5=3.1255, 齒全高h(yuǎn)=2.25?m=5.625, 齒頂圓直徑da=m?(Z+2), 所以da10=m?Z10+2=2.5×12+2=35, da6=m?Z6+2=2.5×24+2=65, da5=m?Z5+2=2.5×48+2=125； 齒根圓直徑df=m?Z-2.5, 所以 df10=m?Z10-2.5=2.5×12-2.5=23.75, df6=m?Z6-2.5=2.5×24-2.5=53.75, df5=m?Z5-2.5=2.5×48-2.5=113.75。 由齒寬b=?d?d01 ， 在此取?d=1，故而b10=1×30=30； 取B10=35，B5=B6=30， （3）對于后行星排：Z9=18，Z6=24，Z7=60； 由微型汽車齒輪模數(shù)取值范圍：m=2.25～2.75，故取m=2.5； 由公式d=m?Z, 所以有：d9=m?Z9=2.5×18=45， d6=m?Z6=2.5×24=60， d7=m?Z7=2.5×60=150。 齒頂高h(yuǎn)a=m=2.5， 齒根高h(yuǎn)f=1.25?m=1.25×2.5=3.125， 齒全高h(yuǎn)=2.25?m=5.625， 齒頂圓直徑da=m?(Z+2) 所以da9=m?Z9+2=2.5×18+2=50， da6=m?Z6+2=2.5×24+2=65， da7=m?Z7+2=2.5×60+2=155； 齒根圓直徑df=m?Z-2.5 所以 df9=m?Z9-2.5=2.5×18-2.5=38.75， df5=m?Z5-2.5=2.5×24-2.5=53.75， df7=m?Z7-2.5=2.5×60-2.5=143.75； 由齒寬 b=?d?d9， 在此取?d=1，故而b9=1×45=45； 取B9=50， B2=B3=45。 整理如表4.3所示： 表4.3行星齒輪參數(shù)表 Z m d da df ha hf h Z1 19 2.5 47.5 52.5 41.25 2.5 3.125 5.625 Z2 26 2.5 65 70 58.75 2.5 3.125 5.625 Z3 64 2.5 160 165 153.75 2.5 3.125 5.625 Z10 12 2.5 30 35 23.75 2.5 3.125 5.625 Z6 24 2.5 60 65 53.75 2.5 3.125 5.625 Z5 48 2.5 120 125 113.75 2.5 3.125 5.625 Z9 18 2.5 45 50 38.75 2.5 3.125 5.625 Z6 24 2.5 60 65 53.75 2.5 3.125 5.625 Z7 60 2.5 150 155 143.75 2.5 3.125 5.625 4.4 軸與軸承 4.4.1 軸的剛度驗(yàn)算 （1）軸的彎曲變形的條件和允許值 軸的彎曲剛度的驗(yàn)算主要驗(yàn)算軸上裝齒輪和軸承處的撓度和傾角。各類軸的撓度和裝齒輪軸承處的傾角應(yīng)小于彎曲剛度的許用值即y≤[Y]；θ≤[θ],理論上要求滿足Y=0.01~0.03mm(其中mm指軸的跨距)，mm=2.5；Y=0.075在變形部位裝軸承處θ=0.0025，裝齒輪處θ=0.001. （2）軸的彎曲變形計(jì)算 計(jì)算軸本身彎曲變形產(chǎn)生的撓度及傾角時，一般常將軸簡化為集中載荷下的簡支梁，然后結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中有關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算。 當(dāng)軸的直徑相差不大且計(jì)算精度要求不高時，可把軸看作是等徑軸，取第三根軸為研究對象，受力分析如圖所示： a=78mm, b=203mm,c=68mm,L=349mm,E=2.1×105MPa 圖4.7 軸的受力分析圖 在B處,Qx=2Mnd, Mn=97400N Qx=2×97400×127.9×0.8÷60÷3800=87.4N Qy=1∕2 Qx=43.7N 在C處,Px=2Mn∕d ,Mn=97400 Px=2×97400×127.9×0.8×0.96÷60÷3800=84N Py=1∕2 Px=42N 1）當(dāng)Q單獨(dú)作用時， 圖4.8 軸在Q單獨(dú)作用時的受力分析圖 在B點(diǎn)處有： yx=-Qx?b+c?a?12-b+c2-a26E?I?L =-87.4×271×78×(3492-2712-782)∕(6×2.1×105×3.97×104×349) =0.0046mm yy=12yx=-0.00223mm 在C點(diǎn)處有： yx =-QX?a?c?12-c2-a26E?I?L =-87.4×78×68×(3492-682-782)∕(6×2.1×105×3.97×104×349) =-0.00292mm yy =12yx=-0.00146mm 在A點(diǎn)軸承處有： θx=Qx?b+c?[1-b+c2-3x2]∕6E?I?L =87.4×271×(3492-2712-3×0)∕(6×2.1×105×3.97×104×349) =0.000066(rad) θy=1∕2θx=0.000033(rad) 在B點(diǎn)處有： θx =-Qx?b+c?[12-b+c2-3x2]∕6E?I?L =-Qx?b+c?[12-b+c2-3a2]∕6E?I?L =-87.4×271×(3492-2712-3×782)∕(6×2.1×105×3.97×104×349) =-0.000038(rad) θy =12θx=-0.000019(rad) 在C點(diǎn)處有： θX =-Qx?a[12-a2-3c2]∕6E?I?L =-87.4×78×(3492-782-3×682)∕(6×2.1×105×3.97×104×349) =-0.000038(rad) θy =12θx=-0.000019(rad) 在D點(diǎn)處有： θx=Qx?a[12-a2]∕6E?I?L =87.4×78×(3492-782)∕(6×2.1×105×3.97×104×349) =0.000046(rad) θy=12θx=0.000023(rad) 2）當(dāng)P單獨(dú)作用時： 圖4.9 軸在P單獨(dú)作用時受力分析圖 在B點(diǎn)處有， yx=Px?c?a?[12-c2-a2]∕6E?I?L =84×68×78×(3492-682-782)∕(6×2.1×105×3.97×104×349) =0.0027mm yy=1∕2yx=0.00135mm 在C點(diǎn)處有： yx=Px?(a+b)?c?[12-c2-a+b2]∕6E?I?L =84×281×68×（3492-682-2812）∕（6×2.1×105×3.97×104×349) =0.0035mm yy=1∕2yx=0.00175mm 在A點(diǎn)軸承處有： θx=-Px?c?[12-c2-3x2]∕6E?I?L =-84×68×(3492-682-3×0)∕(6×2.1×105×3.97×104×349) =-0.00004(rad) θy=12θx=-0.00002(rad) 在B點(diǎn)處有： θx=Px?c?12-c2-3a26E?I?L =84×68×(3492-682-3×682)∕(6×2.1×105×3.97×104×349) =0.000032(rad) θy=12θx=0.000016(rad) 在C點(diǎn)處有： θx=Px?(a+b)?[12-(a+b)2-3c2]∕6E?I?L =84×281×(3492-2812-3×682)∕(6×2.1×105×3.97×104×349) =0.00004(rad) θy=12θx=0.00002(rad) 在D點(diǎn)處有： θx=-Px?(a+b)?[12-(a+b)2-0]∕6E?I?L =-84×281×(3492-2812)∕(6×2.1×105×3.97×104×349) =-0.00006(rad) θy=12θx=-0.00003(rad) 現(xiàn)將所求得的值列表如下： 表4.4 軸的受力分析表 撓度 y(mm) 坐標(biāo)方向 作用在B點(diǎn)的力產(chǎn)生的撓度 作用在C點(diǎn)的力產(chǎn)生的撓度 疊加后的撓度 合成后的撓度 計(jì)算值 允許值 續(xù)表4.4 軸的受力分析表 Q X -0.00446 -0.00292 -0.00738 0.01 0.075 Y -0.00223 -0.00146 -0.00369 P X 0.0027 0.0035 0.0062 0.00847 0.075 Y 0.00135 0.00175 0.0031 傾角θ （rad） 坐標(biāo)方向 作用在B點(diǎn)的力產(chǎn)生的傾角 作用在C點(diǎn)的力產(chǎn)生的傾角 疊加后的傾角 合成后的傾角 計(jì)算值 允許值 Q X -0.000038 -0.000038 -0.000076 0.0001 0.001 Y -0.000019 -0.000019 -0.000038 P X 0.000032 0.00004 0.000072 0.000098 0.001 Y 0.000016 0.00002 0.000036 傾角θ （rad） 坐標(biāo)方向 作用在A點(diǎn)的力產(chǎn)生的傾角 作用在D點(diǎn)的力產(chǎn)生的傾角 疊加后的傾角 合成后的傾角 計(jì)算值 允許值 Q X 0.000066 0.000046 -0.000442 0.00015 0.0025 Y 0.000033 0.000023 -0.000221 P X -0.00004 -0.00006 0.00056 0.00014 0.0025 Y -0.00002 -0.00003 0.00028 由此得知，該軸滿足要求。 4.4.2 軸承壽命計(jì)算 由軸承壽命計(jì)算公式可知： Lh=10660n?(CP)ε 其中，角接觸球軸承ε=3，n=3250rpm；設(shè)計(jì)預(yù)期壽命 Lh=100000h。 P=fP?(x?Fr+Y?Fa) 因?yàn)檩d荷系數(shù)fp在受中等沖擊或中等慣性力時取值范圍： fp=1.2～1.8。 本設(shè)計(jì)中取 fp=1.2。 因?yàn)?Fa=0，查表知x=1，Y=0, 所以 P=1.2×1×114.7+0×0=137.7N 查設(shè)計(jì)手冊知對于71806C角接觸球軸承C=28800N 所以， Lh=10660n?CPε=10660×3250?28800137.73=46.9×106h； 所以合格。 5 自動變速器控制系統(tǒng) 自動變速器其動力傳遞和基本控制系統(tǒng)如下圖所示： 信號油壓； 主油路 1——發(fā)動機(jī)；2——液力變矩器；3——變速箱；4——驅(qū)動輪；5——油門踏板；6——油門信號油壓；7——換檔閥；8——速度信號油壓；9——油泵；10——變矩器壓力；11——油門調(diào)壓閥； 12——速度調(diào)壓閥；13——選檔閥；14——選檔手柄；15——主調(diào)壓閥；16——主油路壓力 圖5.1 自動變速器控制系統(tǒng)示意圖 發(fā)動機(jī)驅(qū)動油泵及變矩器的動力由變矩器經(jīng)變速箱傳到驅(qū)動輪。油泵輸出流量經(jīng)主壓力閥一路去變矩器，另一路以主壓力閥調(diào)節(jié)的主油路壓力進(jìn)入由換檔手柄控制的選檔閥，經(jīng)選檔閥將主油路和油門調(diào)壓閥、換檔閥及速度調(diào)壓閥接通，油門調(diào)壓閥根據(jù)油門踏板位置輸出油門信號油壓進(jìn)入換檔閥，速度調(diào)壓閥根據(jù)車速輸出速度信號油壓也進(jìn)入換檔閥，根據(jù)這兩個信號油壓，換檔閥使某些換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)（換檔離合器、制動器）作用，變速箱便在某一檔位工作。當(dāng)油門開度和車速變化到一定程度則換檔控制閥將根據(jù)信號油壓自動使變速箱升入高檔或降至低檔。 6 結(jié) 論 本設(shè)計(jì)研究的是被廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)中的自動變速器。設(shè)計(jì)發(fā)動機(jī)排氣量0.94L，載客量為5人，最大汽車總質(zhì)量1800Kg，汽車車輪直徑60mm，各檔位變速比為： iD-1=2.75；iD-2=1.5；iD-3=1；iD-4=0.71；iR=-2.5，是一臺液控液動自動變速器。 對自動變速器的結(jié)構(gòu)組成加以剖析并詳細(xì)敘述了各檔位的工作情況。對選用的液力變矩器的結(jié)構(gòu)加以闡述，涉及其工作原理。超速檔行星齒輪和三速行星齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是此次設(shè)計(jì)的主要著眼點(diǎn)。分參數(shù)選取、理論分析、設(shè)計(jì)計(jì)算和強(qiáng)度校核四大部分展開的。 本設(shè)計(jì)是在原有的自動變速器的基礎(chǔ)上加以增刪。即利用具有偶合和變距兩種工況的液力變矩器取代了單一工況的液力耦合器，使其充分發(fā)揮自動適應(yīng)行駛阻力劇烈變化，對車輛行駛的平順性的改善方面是一大突破。讓駕駛員有換檔平穩(wěn)的感覺，同時乘坐也相當(dāng)舒適，也使機(jī)件的使用壽命得以延長。本設(shè)計(jì)作出另外一個改進(jìn)即是在原有辛普森三速行星齒輪的基礎(chǔ)上添置一超速檔，從整車性能改善的角度來講，此舉在燃料利用率提高方面邁進(jìn)了一大步。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 鄧定瀛. 自動變速器原理與運(yùn)用[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2002. 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[17] Vladimir Rassokha， Vladimir Isaychev.New Design of the Automatic Gearbox Providing Driving Simplification and Driver Fatigue Decrease[J].Transportation Research Procedia,2017,20:544-549. - 27 - 附錄1：外文翻譯 新設(shè)計(jì)的汽車自動變速箱提供了簡化駕駛和司機(jī)疲勞減少 本文探討了降低駕駛員疲勞和工作強(qiáng)度對交通安全和道路交通事故預(yù)防的影響，重點(diǎn)研究了在城市循環(huán)中運(yùn)行的道路車輛。作為一種解決問題的工具，研究了車輛齒輪箱的設(shè)計(jì)。提出了一種四階段自動變速箱的新設(shè)計(jì)，自動變速齒輪不使用外部能量，并提供連續(xù)傳動。它可以降低駕駛員疲勞和工作強(qiáng)度，降低變速箱成本，提高可靠性，降低離合器運(yùn)行成本，提高駕駛員注意力集中于道路狀況和改善交通安全。 關(guān)鍵詞: 汽車;城市交通周期;自動變速箱;司機(jī)疲勞;交通安全 1.主要內(nèi)容 事故的主要措施之一是減少駕駛員的疲勞和工作強(qiáng)度，特別是在城市循環(huán)的道路車輛上。這種減少是由于車輛駕駛簡化和減少駕駛員的物理負(fù)荷，允許集中在道路條件。它的結(jié)果是提高了交通安全，降低了駕駛員資格和個人特征對車輛運(yùn)行指標(biāo)的影響程度。 反過來，駕駛員疲勞和工作強(qiáng)度在很大程度上取決于傳動裝置的設(shè)計(jì)，首先是在車輛上使用的變速箱。因此，一輛配有手動換擋的機(jī)械裝置的汽車司機(jī)需要將一個變速箱杠桿在1500-2000左右移動，在每次移動時釋放離合器，這對交通安全是不利的。 現(xiàn)代變速箱的設(shè)計(jì)有五種主要類型。帶有自動離合器的機(jī)械變速箱。減少駕駛員疲勞的部分原因是為了消除離合器放松的必要性。價格是第一種的兩倍;變速時無連續(xù)傳輸。自動機(jī)械變速箱減少司機(jī)疲勞，價格高得足夠;需要高壓的動力液體，因此，由汽車發(fā)動機(jī)驅(qū)動的高負(fù)荷泵;其結(jié)果是發(fā)動機(jī)凈功率下降，燃油消耗增加，特別是在城市循環(huán)中，這一現(xiàn)象的解釋是，對于一個有怠速發(fā)動機(jī)的泵的運(yùn)行，要求曲軸的超速;變速時無連續(xù)傳輸。流體機(jī)械傳動，電子控制。減少疲勞駕駛;在阻塞一個變矩器。在郊區(qū)交通的高速齒輪上，它與機(jī)械齒輪箱的效率相比較。與機(jī)械變速箱相比，價格大約是三倍;對變矩器失速和液壓泵驅(qū)動的離合器摩擦盤進(jìn)行壓縮;在城市周期中，其結(jié)果比一個機(jī)械變速箱顯示的要低;車輛動態(tài)質(zhì)量顯著下降，約5%。 變速箱的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)的分析解釋了提出的自動雙速變速箱的專家的興趣。它不需要外部的能量來換檔，它包含一個行星齒輪軸齒輪箱和一個被阻擋的太陽齒輪剛性連接的齒輪箱?？ㄌ兀鸵粋€自由安裝在推力軸上的齒冠齒輪;在傳動主軸上放置軸的行星;一個多盤摩擦離合器的阻滯，取決于軸向傳動力和離心力在籠中的比例，推力和傳動主軸轉(zhuǎn)向第二齒輪。 然而，變速箱有一系列的缺點(diǎn):不同道路狀況的速度不足;不可逆轉(zhuǎn)齒輪;當(dāng)轉(zhuǎn)向第二齒輪時，太陽齒輪仍被阻擋;冠齒輪的外左端面與離合器盤體之間的滑動摩擦導(dǎo)致多次下降。變速箱的可靠性，當(dāng)駕駛在第一個齒輪和增加動力輸入到這個摩擦。 第一個缺點(diǎn)是完全可消除的:結(jié)合兩個相似的行星齒輪，這是可能的。然而，作為一個整體，這些缺點(diǎn)，盡管有部分汽車制造商的興趣，但這些缺點(diǎn)阻礙了變速箱的實(shí)現(xiàn)，盡管關(guān)于它的測試的信息，甚至連續(xù)生產(chǎn)的意圖一次又一次的出現(xiàn)。變速箱作為原型被接受，在此基礎(chǔ)上，文章的作者將開發(fā)一個自動的雙速變速箱和一個四速變速箱的原型缺陷。 2.結(jié)果 兩速變速箱的各種設(shè)計(jì)方案已獲得作者的專利;其中一種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和工作原理在工作中被描述。 四速變速箱的設(shè)計(jì),這也被專利,由三個獨(dú)立的(圖1)串聯(lián)雙速模塊,根據(jù)速度和運(yùn)動阻力矩,自動從第一個轉(zhuǎn)向第二齒輪(圖中左邊模塊),從第二到第三齒輪(中間模塊),從第三到第四齒輪(正確的模塊)。在正確的模塊后面安裝一個反向。每一個模塊的傳輸主軸是連續(xù)模塊的推力軸。 每個模塊由一個行星減少圓柱螺旋機(jī)構(gòu)和自動變速系統(tǒng)組成。在它的轉(zhuǎn)動，行星機(jī)構(gòu)有推力軸1和自由安裝(在花鍵)冠齒輪27;太陽齒輪2自由安裝在一個傳輸主軸14與剛性連接的籠28，蜘蛛針4和行星輥5與皇冠和太陽齒輪。自動變速箱系統(tǒng)提供摩擦離合器驅(qū)動盤，其中6個由花鍵連接到齒冠齒輪和驅(qū)動的磁盤7，其中連接到閥體26和閥籠。因此，變速器主軸;離心式重25與彈簧21固定在離合器體軸上。 這個系統(tǒng)包含一個太陽齒輪控制系統(tǒng)包括離合器制動器包含13輪嚴(yán)格與太陽齒輪轂,制動襯片通過酒吧11和12的9雙杠桿10和8字符串3冠狀齒輪連接,左邊模塊:通過酒吧20和23雙桿和雙桿22 - 24部門和固定器直接驅(qū)動的驅(qū)動程序。離合器體的左側(cè)斜向軸承29，安裝在冠齒輪的30頸上。在離合器體和軸向的齒冠齒輪之間有反作用。 齒輪箱反向有小齒輪15安裝在右側(cè)模塊(第四齒輪)的傳動主軸14軸上，具有內(nèi)齒較小直徑的軸環(huán);從動齒輪16在反變速器主軸17上安裝同軸、剛性;一組兩個齒輪19和反向空閑齒輪18安裝在軸平行于模塊(反向)軸。 提高可靠性和效率的太陽齒輪系統(tǒng)自動控制(阻塞,分塊),建議變速箱的離合器制動器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下:作為一個磁盤離合器,作為一個磁盤塊式制動器,作為鞋鼓式制動器。 變速箱操作如下: 在中性位置，第一個(左)模塊的剎車與第24手柄斷開，第二部分剎車。(中)和第三(右)模塊自動打開。以防發(fā)動機(jī)操作和離合器,推力軸1的第一模塊和冠狀齒輪27日行星輥5和太陽齒輪2旋轉(zhuǎn)而籠28和連接傳動主軸14和連續(xù)的所有元素的中間和右側(cè)的模塊是靜態(tài)的。啟動時，一個司機(jī)關(guān)掉離合器，將第一個模塊的24個剎車控制手柄關(guān)閉。因此，左模塊行星的太陽齒輪2被制動器堵塞，它對應(yīng)于第一個齒輪。此外，一名司機(jī)，按下油門踏板，松開離合器踏板，車輛開始運(yùn)動。因此,行星列車的所有模塊,部分旋轉(zhuǎn)如下:信任與皇冠齒輪軸1 27日行星輥5籠子28日和傳播主要軸14而活躍的軸力螺旋離合器(行星輥-皇冠齒輪)增加力量應(yīng)用于緊固的制動襯片和阻礙早期驅(qū)動模塊的從離心式摩擦離合器重量25。 在達(dá)到設(shè)定的速度后，左邊模塊的離心力超過離合器“冠齒輪-行星滾輪”的軸向力。因此，該模塊摩擦離合器通過執(zhí)行臂的重量25和彈簧21啟動平穩(wěn)的驅(qū)動和轉(zhuǎn)矩，和扭矩和軸向力在離合器“冠齒輪-行星輥”減少。因此，沿著推力軸1的花鍵軸向右轉(zhuǎn)，通過雙杠桿8和10，桿9和11開關(guān)制動，打開它的太陽齒輪2。行星齒輪系通過摩擦離合器堵塞，即其推力和傳動主軸及相關(guān)部件整體旋轉(zhuǎn)。第二個齒輪是打開的。 在進(jìn)一步加速的過程中，也就是通過阻擋相應(yīng)的中、右模塊的行星齒輪傳動裝置，第三和第四齒輪是開啟的。因此，在移動過程中，每個齒輪都有自己的速度(由變速箱設(shè)計(jì))。在速度下降到設(shè)定值,自動變速箱轉(zhuǎn)向之前的齒輪,如果需要之前的前一個(直到第一個),在速度提升到一個更高的齒輪,根據(jù)運(yùn)動阻力部隊(duì)和油門踏板的位置。 對于車輛超速運(yùn)行，需要將離合器關(guān)閉或轉(zhuǎn)臂手柄控制24個左右的模塊制動控制到關(guān)閉位置。反向操作如下。對于車輛向前運(yùn)動，齒輪15具有控制機(jī)構(gòu)，由駕駛員將其傳遞至極右位置，并將其與內(nèi)齒的軸向環(huán)緊密連接在反向傳動主軸上的16環(huán)上。對于反向運(yùn)動，齒輪15轉(zhuǎn)到左側(cè)，并連接到兩輪列車19的大環(huán)上，而轉(zhuǎn)到左側(cè)18則連接到反向傳動主軸上的齒輪16和雙輪系19的右小齒輪環(huán)上。 因此，只有在啟動時才使用離合器。因此，當(dāng)停止時，離合器的釋放是不必要的，它就足以將第一個模塊離合器剎車手柄轉(zhuǎn)移到off位置。 3.結(jié)論 新原理和設(shè)計(jì)一步一步的變速箱,齒輪自動轉(zhuǎn)移沒有使用外部能源和提供連續(xù)傳播,允許減少駕駛員疲勞和工作強(qiáng)度,顯著降低齒輪箱成本,多個增強(qiáng)可靠性,減少離合器操作成本,增強(qiáng)司機(jī)的注意力集中在道路條件和交通安全的改善。  附錄2：外文原文  致 謝 首先要感謝的是我的指導(dǎo)老師，畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中有很多不懂的地方，是導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)讓我順利完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。感謝您循循善誘，督促我們及時完成工作進(jìn)度，時刻對我有疑惑的地方進(jìn)行認(rèn)真解答，在繁忙的工作當(dāng)中還不忘了解我們學(xué)習(xí)情況。感謝機(jī)械工程學(xué)院的各位老師，是您們教我懂得很多機(jī)械方面的知識，這次設(shè)計(jì)才能