變速器齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)研究說明書.docx

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目 錄 摘 要 I Abstract II 1 緒 論 3 1.1 自動(dòng)變速器的應(yīng)用及發(fā)展 3 1.2 行星齒輪機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn) 3 1.3 行星齒輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì) 4 2 自動(dòng)變速器的工作原理 5 2.1 行星齒輪變速機(jī)構(gòu) 5 2.2 單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的工作原理 5 2.3 動(dòng)力傳遞路線分析 8 3 行星齒輪齒數(shù)的選配 16 3.1 行星齒輪齒數(shù)選配的約束條件 16 3.2 2K-H（NGW)型行星齒輪的配齒方法 17 4 齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度校核計(jì)算 20 4.1 選擇齒輪材料及精度等級(jí) 20 4.2 確定設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 20 4.3 強(qiáng)度校核計(jì)算 21 5 行星齒輪機(jī)構(gòu)的建模 22 5.1 三維建模軟件的介紹 22 5.2 行星齒輪機(jī)構(gòu)的建模 22 6 全文總結(jié) 26 參考文獻(xiàn) 27 致 謝 28 I 變速器齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)研究 摘 要 自動(dòng)變速器的出現(xiàn)，簡(jiǎn)化了手動(dòng)換擋操作，這是汽車發(fā)展進(jìn)程當(dāng)中的一項(xiàng)里程碑式的發(fā)明。而大多數(shù)自動(dòng)變數(shù)器里的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都采用行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。與普通傳動(dòng)相比，行星齒輪機(jī)構(gòu)具有傳動(dòng)平穩(wěn)，效率高，速比大等優(yōu)點(diǎn)。 本文主要以 722.6 自動(dòng)變速器為原型，先分析其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，然后以其齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 為研究對(duì)象，其中的行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由 3 個(gè)單排行星齒輪組成，然后了解各個(gè)擋位的動(dòng)力傳遞路線并計(jì)算各擋傳動(dòng)比。根據(jù)行星齒輪機(jī)構(gòu)的特性，分析配齒方法，再進(jìn)行齒輪強(qiáng)度校核計(jì)算。最后再運(yùn)用 UG，CATI 等三維建模軟件對(duì) 3 排串聯(lián)的單排行星齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模，便于直觀了解行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 關(guān)鍵詞：自動(dòng)變速器；行星齒輪機(jī)構(gòu)；傳動(dòng)比；配齒計(jì)算 The study on AT with planetary gear institutions of transmission Abstract Automatic transmission could give automobile easy driving.It’s very important in the history of vehicle. Most of Automatic transmissions use planetary gear institution.It could power transmission,larger torque converter area,which also has reverse and empty large shifting ratio,comfortable operation. This paper mainly takes 722.6 automatic transmission as the research object.It’s transmission scheme,principle and transmission efficiency are analyzed.First we analyze its advantages and disadvantages, then using its gear transmission mechanism as its research object. The planetary gear transmission mechanism consists of three single-row planetary gears. Then, the power transmission path of each gear position is known and the gear ratio of each gear is calculated. According to the characteristics of the planetary gear mechanism, analysis of tooth distribution calculation method, and then calculate the strength calculation of the gear. Finally, using UG, CATIA and other three-dimensional modeling software to model the three-row series of single-row planetary gear mechanism, it is easy to intuitively understand the planetary gear transmission mechanism. Key words: Automatic Transmission; Planetary Gear-box Institution; Gear Ratio ; Tooth Distribution Calculation II 1 緒 論 1.1 自動(dòng)變速器的應(yīng)用及發(fā)展 自動(dòng)變速器主要有一下幾種：液壓機(jī)械式自動(dòng)變速器、機(jī)械式自動(dòng)變速器、無(wú)級(jí)變速器和雙離合器自動(dòng)變速器。早在上個(gè)世紀(jì) 40 年代初，世界上最早的自動(dòng)變速器出自美國(guó) 的通用公司。在此之后的 1977 年，美國(guó)的克萊斯勒公司開發(fā)出了一種液力變矩器，這種液力變矩器帶有閉鎖離合器，使得變速器的工作溫度大大降低的同時(shí)還能提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性，到目前為止這種自動(dòng)變速器已經(jīng)在汽車上得到了廣泛的應(yīng)用[1]。 本文中的研究對(duì)象為 722.6 型自動(dòng)變速器，它是一款電控五前速變速箱，變矩器內(nèi)帶 有鎖止離合器。其中齒輪變速機(jī)構(gòu)是由 3 個(gè)單排行星齒輪組合而來，每個(gè)擋位的傳動(dòng)比由它們決定。齒輪機(jī)構(gòu)通過三組多片式離合器、三組多片式制動(dòng)器和兩組單向離合器的相應(yīng)組合來控制換檔，采用不同的離合器和制動(dòng)器工作，使得該自動(dòng)變速器能獲得五個(gè)前進(jìn)檔和兩個(gè)倒檔[12]。發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)論在什么樣的工況下運(yùn)行換擋，該變速器都能提供與其相精確匹配的油壓，使得換擋時(shí)十分順暢。與液控的變速器相比 ，722.6 型自動(dòng)變速器具有的突出優(yōu)點(diǎn)有： （1）具有更高的燃油經(jīng)濟(jì)性，減少尾氣的排放。 （2）在擋位的設(shè)計(jì)上更加合理，5 個(gè)前進(jìn)擋和 2 個(gè)到退檔，使得齒輪的傳動(dòng)比間隔更加合理。 （3）換擋更加順暢，工作性能更加可靠，延長(zhǎng)使用壽命。 （4）可以在一定程度降低維修的費(fèi)用。 1.2 行星齒輪機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn) 行星齒輪機(jī)構(gòu)可以進(jìn)行一下分類： 1)如果按齒輪的嚙合方式來分類，行星齒輪可分為外嚙合式和內(nèi)嚙合式。外嚙合在汽車上的使用幾乎已經(jīng)被淘汰；內(nèi)嚙合式的更緊湊，傳動(dòng)效率更高，所以在自動(dòng)變速器中大多數(shù)都采用這種結(jié)構(gòu)[6]。 2）按照行星齒輪的排數(shù)進(jìn)行分類，多排行星齒輪機(jī)構(gòu)便是由兩個(gè)或者以上的單排行星齒輪機(jī)構(gòu)組成而來的。在汽車市場(chǎng)中，比較常用的自動(dòng)變速器幾乎都是采用這樣的多排行星齒輪機(jī)構(gòu)。 3）按照根據(jù)太陽(yáng)輪和齒圈中部的行星齒輪嚙合數(shù)劃分,雙行星齒輪機(jī)構(gòu)嚙合的為兩組行星齒輪；如果只有一組稱為單行星齒輪機(jī)構(gòu)。 在行星齒輪機(jī)構(gòu)這樣的變速器機(jī)構(gòu)當(dāng)中，由于行星輪與齒圈采用的嚙合方式為內(nèi)嚙合， 能夠讓變速器變得更加輕便；還可以完成同軸、同向的減速傳動(dòng)；另外，各個(gè)元件一直處 于嚙合的狀態(tài)，使得傳動(dòng)的動(dòng)力更加穩(wěn)定，工作性能更為可靠[6]。 10 1.3 行星齒輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì) 1.3.1 國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀 行星齒輪傳動(dòng)的類型共有三種：漸開線行星齒輪傳動(dòng)、擺線針輪齒輪傳動(dòng)以及諧波齒輪傳動(dòng)，而最廣泛使用的傳動(dòng)方式是漸開線行星齒輪傳動(dòng)[15]。在運(yùn)動(dòng)特性方面與普通傳動(dòng)相比，行星齒輪傳動(dòng)往往突出其特點(diǎn),如動(dòng)軸和動(dòng)力轉(zhuǎn)向,以及內(nèi)部嚙合的正確應(yīng)用，會(huì)使得其在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上擁有諸多優(yōu)勢(shì)。尤其是在有些普通的齒輪傳動(dòng)難以滿足要求的地方， 比如當(dāng)車輛傳動(dòng)需要差速機(jī)構(gòu)的時(shí)候，行星齒輪機(jī)構(gòu)就具有顯著的優(yōu)點(diǎn)[3]。 在國(guó)外，大約在 19 世紀(jì)的 80 年代，德國(guó)誕生了世界上第一個(gè)行星齒輪傳動(dòng)裝裝置的專利，行星齒輪傳動(dòng)就開始在工業(yè)方面迅速發(fā)展[4]。而后汽車的差速器上面出現(xiàn)了行星齒輪傳動(dòng)裝置，到后來就開始應(yīng)用于航空，航海等領(lǐng)域的工程機(jī)械，隨著愈來愈廣泛的應(yīng)用， 推動(dòng)了行星齒輪傳動(dòng)的發(fā)展。世界上的工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，例如日本，德國(guó)，美國(guó)等，對(duì)齒輪的發(fā)展，生產(chǎn)和研究十分重視，這些發(fā)達(dá)國(guó)家在齒輪傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩、功率和速度等方面的研究已經(jīng)非常深入,引領(lǐng)世界。目前,高速行星傳動(dòng)的速度已超過 100M/s,其功率已超過 200 萬(wàn)千瓦。 1.3.2 國(guó)內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)最早應(yīng)用行星齒輪傳動(dòng)可追溯到南北朝時(shí)代，那時(shí)祖沖之發(fā)明了擁有行星齒輪傳動(dòng)的指南車。漸開線行星齒輪傳動(dòng)在上世紀(jì) 60 年代開始研究和生產(chǎn)。然后,開發(fā)了四種行星齒輪減速器:標(biāo)準(zhǔn) NGW-L 型(JB1799—76)、NGW-Z 型(JB3722-8)、NGW-L 型(JB37— 24)和 NGW-S 型(JB3723-84)。在那之后,他們投入大批量生產(chǎn),根據(jù)這四個(gè)標(biāo)簽,他們被廣泛的推廣和應(yīng)用在中國(guó)。目前，我國(guó)正在開展低速重載行星齒輪傳動(dòng)的研究工作，并已成功先后研制輸出軸為 200KNm 到 400KNm 不等的產(chǎn)品。我國(guó)自行設(shè)計(jì)的雙排行星齒輪減速器由于結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，將會(huì)得到更多的發(fā)展。其次，在高速行星齒輪傳動(dòng)等方面的研究與設(shè)計(jì)，我國(guó)同樣取得了重大的突破。行星齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率在某種程度上決定了其傳動(dòng)性能，所以研究和確定傳動(dòng)效率具有重要的意義，這將影響機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇以及設(shè)計(jì)和應(yīng)用[5]。 2 自動(dòng)變速器的工作原理 在實(shí)際應(yīng)用的汽車的自動(dòng)變速器中的行星齒輪機(jī)構(gòu)與復(fù)合式的行星齒輪有一些區(qū)別，一般都是由兩排或者以上行星齒輪機(jī)構(gòu)組合而成。這樣的變速器能產(chǎn)生幾種的傳動(dòng)比以滿足汽車不同的行駛需求，所以通常會(huì)有四、五個(gè)前進(jìn)擋及一兩個(gè)到退檔。 2.1 行星齒輪變速機(jī)構(gòu) 復(fù)合式行星輪齒機(jī)構(gòu)常見的有兩種：一種是拉維娜（Ravigneavx)式行星齒輪機(jī)構(gòu)， 它是由兩個(gè)太陽(yáng)輪、兩排行星齒輪和一個(gè)內(nèi)齒圈組成；另外一種是辛普森（Simpson)式行星齒輪機(jī)構(gòu)，兩排行星齒輪公用一個(gè)行星齒輪機(jī)構(gòu)[7]。 2.2 單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的工作原理 自動(dòng)變速器大多數(shù)都會(huì)采用行星齒輪變速機(jī)構(gòu)，通過了解單排行星齒輪的結(jié)構(gòu)和原理, 這種行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一般由 2-3 個(gè)單列行星齒輪機(jī)構(gòu)組成[9]，進(jìn)而可以計(jì)算變速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比。列行星齒輪機(jī)構(gòu)的組成:太陽(yáng)輪(或中心輪)、行星齒輪架(行星架)、齒輪環(huán)和固定在行星架上的多個(gè)行星齒輪。在設(shè)計(jì)變速器的負(fù)荷時(shí)，其負(fù)荷的多少?zèng)Q定行星輪的個(gè)數(shù)， 如果有重負(fù)荷的，需要多加行星齒輪，更多的齒輪能夠承擔(dān)更多的負(fù)荷。實(shí)際行星齒輪機(jī)構(gòu)一般會(huì)有 3-6 個(gè)行星齒輪。當(dāng)齒輪機(jī)構(gòu)工作時(shí)，行星架上的行星齒輪會(huì)同時(shí)做兩種運(yùn)動(dòng)： 一是和行星架一起繞著太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)；二是繞行星架的軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。它們的運(yùn)動(dòng)方式和行星繞著太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的方式有些相同的地方，比如地球圍繞著太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)，有公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。內(nèi)齒圈，行星架，太陽(yáng)輪稱為行星排的三個(gè)基本單元，這三者在做轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，三個(gè)基本單元的軸線固定。它們的輪齒一直處于嚙合的狀態(tài)，這種結(jié)構(gòu)可以使換擋迅速、準(zhǔn)確、平穩(wěn)而不會(huì)產(chǎn)生偏差或者發(fā)生齒輪碰撞的現(xiàn)象。 2.2.1 單排行星齒輪的傳動(dòng)比 為了解 722.6 自動(dòng)變速器齒輪機(jī)構(gòu)的工作原理，先進(jìn)行分析單排行星齒輪的機(jī)構(gòu)的運(yùn) 動(dòng)規(guī)律。圖 2.1 為單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的行星輪所受的作用里示意圖。 作用在中心輪 1 上的力矩： 作用在齒圈 2 上的力矩： 作用在行星架 3 上的力矩： M 1 = F1r1 M 2 = F 2r 2 M 3 = F 3r3 （2-1） （2-2） （2-3） 令內(nèi)齒圈與太陽(yáng)輪的齒數(shù)之比為：α，即：a= z2 = r 2 z1 r1 1 2 因而：r 2 = ar1 ，又有 r3 = r1 + r 2 = 1+ar 2 ,式中r , r  為中心輪和內(nèi)齒圈的節(jié)圓半 2 2 徑；r3 為行星輪和中心輪的中心距。由在行星輪上的力平衡條件可得：F1 = F 2 , 因此，中心輪、齒圈和行星架上的力矩分別為： M 1 = F1r1 M 2 = aF1r1 M 3 = -(1+a)F1r1 F 3 = -2F1 （2-5） （2-6） （2-7） 根據(jù)能量守恒定律，三個(gè)基本元件上輸出和輸入的功率代數(shù)和應(yīng)為零，那么： M 1v1 + M 2v2 + M 3v3 = 0 v1 +av2 - (1+a)v3 = 0 其中的v1 、v2 、v3 分別是中心輪、齒圈和行星架的角速度。  （2-8） （2-9） 由以上兩個(gè)式子可得到表示單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的一般運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性的方程式： 將角速度轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速，則上式可以寫成： 2.2.2 傳動(dòng)比的計(jì)算 n1 +an2 - (1+a)n3 = 0 圖 2.1 單排行星齒輪機(jī)構(gòu)及作用力 （2-10） 單排行星齒輪機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)自由度，其傳動(dòng)比并不固定，所以在變速傳動(dòng)中不能直接應(yīng)用。那么必須將其中一個(gè)元件固定起來，然后將其作為主動(dòng)件與輸入軸相連接；另一個(gè)元件與輸出軸相連，將其作為被動(dòng)件；再約束剩下的一個(gè)元件，使它轉(zhuǎn)速為零[5]。這樣整個(gè)行星齒輪機(jī)構(gòu)以一定的傳動(dòng)比來傳遞動(dòng)力?？煞譃橐韵聨追N傳動(dòng)情況： 1）減速傳動(dòng) ?主動(dòng)件——太陽(yáng)輪，固定件——齒圈，從動(dòng)件——行星架： 當(dāng)齒圈被固定時(shí)， n2 = 0 ，代入式 2.1 得 n1 = (1+a)n3 ，這種情況下的輸入軸轉(zhuǎn)速與 輸出軸轉(zhuǎn)速之比，即傳動(dòng)比i 為：  i = n1 = 1+a> 1 n2  （2-11） 上式可得，這種傳動(dòng)中，輸入軸與輸出軸的轉(zhuǎn)速之比為1/(1+a),小于 1 所以是一種減速的傳動(dòng)。 ?主動(dòng)件——齒圈，固定件——行星架，從動(dòng)件——太陽(yáng)輪: 當(dāng)太陽(yáng)輪被固定時(shí)， n1 = 0，則有an2 = (1+a) ，傳動(dòng)比i : i = n2 = 1+a> 1 n3 a （2-12） 這也是一種減速增扭矩傳動(dòng)，但是與?相比，減速比較小，那么輸出軸的轉(zhuǎn)速相比更高，即擋位比?要高。 ?主動(dòng)件——太陽(yáng)輪，固定件——行星架，從動(dòng)件——齒圈； 當(dāng)行星架被固定時(shí)， n3 = 0 ，則n1 +an2 = 0 ，傳動(dòng)比： i = n1 = -a n2  （2-13） 其中的“-”表示內(nèi)齒圈的轉(zhuǎn)動(dòng)方向、太陽(yáng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向這兩的是互為反向的，即為倒擋。但其絕對(duì)值大于 1，故仍為一種減速增扭傳動(dòng)。 2）升速傳動(dòng) ?主動(dòng)件——行星架，固定件——太陽(yáng)輪，從動(dòng)件——齒圈當(dāng)太陽(yáng)輪被固定時(shí)， n1 = 0 ，則n1(1+a)n3 ，傳動(dòng)比i ： i = n3 = n2 a < 1 a+1  （2-14） 此種傳動(dòng)中輸出軸轉(zhuǎn)速比輸入軸轉(zhuǎn)速還高，所以是升速減扭傳動(dòng)。 ?主動(dòng)件——行星架，固定件——齒圈，從動(dòng)件——太陽(yáng)輪當(dāng)齒圈被固定時(shí)， n2 = 0 ，則an2(1+a)n3 ，傳動(dòng)比i : i = n3 = n1 1 < 1 1+a  （2-15） 此種傳動(dòng)也是一種升速減扭傳動(dòng)，但其升速值大于前一種。 ?主動(dòng)件——齒圈，固定件——行星架，從動(dòng)件——太陽(yáng)輪； 當(dāng)行星架被固定時(shí)， n3 = 0 ，則n1 +an2 = 0 ，傳動(dòng)比i : i = n2 = - 1 n1 a (2-16) 輸出軸太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向與輸入軸齒圈相反，且是一種升速減扭傳動(dòng)，為升速的倒轉(zhuǎn)。 以上共有六種傳動(dòng)，升速減扭和減速增扭各三種。除此之外，還有兩種： 3）自由傳動(dòng) 當(dāng)齒圈、行星架和太陽(yáng)輪三個(gè)元件中，即沒有任意兩個(gè)元件相連接，又沒有任一元件被動(dòng)，則各元件都可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)整個(gè)機(jī)構(gòu)將沒有動(dòng)力傳遞，那這就是空擋。 4）直接傳動(dòng) 當(dāng)齒圈、行星架和太陽(yáng)輪三個(gè)元件中，任意兩個(gè)元件連成一體，另一個(gè)元件被固定， 整個(gè)機(jī)構(gòu)直接傳動(dòng)，即所有元件都沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)比i = 1。 2.3 動(dòng)力傳遞路線分析 本文研究的自動(dòng)變速的原型為 722.6 自動(dòng)變速器，其中的變速機(jī)構(gòu)是由 3 個(gè)單排行星齒輪組通過離合器和制動(dòng)器機(jī)構(gòu)組合而成。前、中、后三個(gè)行星齒輪組組合的傳動(dòng)比，從而讓其達(dá)到幾個(gè)擋位不同的傳動(dòng)比。查閱資料可以得到動(dòng)力傳遞路線如圖 2.2 所示。換擋執(zhí)行元件包括 3 個(gè)制動(dòng)器 B1、B2、B3 和 3 個(gè)離合器 K1、K2、K3 及兩個(gè)超越離合器 F1、F2[14]。各換擋執(zhí)行元件的作用如表 2.1，不同擋位時(shí)各換擋執(zhí)行元件的狀態(tài)表 2.2。 表 2.1 各換擋執(zhí)行元件的作用 換擋執(zhí)行元件 作 用 離合器 K1 離合器 K2 離合器 K3 制動(dòng)器 B1 制動(dòng)器 B2 制動(dòng)器 B3 超越離合器 F1 超越離合器 F2 鎖止前行星架和前太陽(yáng)輪 連接輸入軸，連接后行星架和中間齒圈連接后太陽(yáng)輪和中間太陽(yáng)輪 固定前太陽(yáng)輪 固定中間太陽(yáng)輪 固定中間齒架/后行星輪 防止前太陽(yáng)輪逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn) 當(dāng) B2 工作時(shí)，防止后太陽(yáng)輪逆時(shí)針方向 表 2.2 不同換擋時(shí)各換擋執(zhí)行元件的狀態(tài) 擋位 K1 K2 K3 B1 B2 B3 F1 F2 1 О* О* О О О 2 О О* О О 3 О О О 4 О О О 5 О О О* О R1 О О* О О R2 О О О 1 擋動(dòng)力傳遞路線： 圖 2.2 722.6 變速器動(dòng)力傳遞路線 來自變矩器的扭矩通過輸入軸（1）和所有三個(gè)行星齒輪組得以增加并傳輸?shù)捷敵鲚S。動(dòng)力傳遞路線如圖 2.3 所示。 下列部件沒有接合：前多片式離合器（K1）、中央多片式離合器（K2）、中央多片式制動(dòng)器（B3）。 前行星齒輪機(jī)構(gòu)：內(nèi)齒圈為動(dòng)力輸入端與輸入軸相連，制動(dòng)器(B1)或者超越離合器 F1 工作，前太陽(yáng)輪被鎖止，則前行星架與發(fā)動(dòng)機(jī)同向減速轉(zhuǎn)動(dòng)，并將動(dòng)力傳遞給后齒圈。后行星齒輪機(jī)構(gòu)：制動(dòng)器（B2）和離合器(K3)工作，后太陽(yáng)輪被離合器鎖止，后齒圈 作為動(dòng)力輸入端，后太陽(yáng)輪有逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，所以后行星架同向減速轉(zhuǎn)動(dòng)，將動(dòng)力傳遞給中間齒圈。 中間行星齒輪機(jī)構(gòu)：制動(dòng)器（B2）工作，中間太陽(yáng)輪被鎖止。中間內(nèi)齒圈與后排行星架轉(zhuǎn)速相同，為動(dòng)力輸入端，中間行星架與發(fā)動(dòng)機(jī)同向減速轉(zhuǎn)動(dòng)，為動(dòng)力輸出端。 由以上分析可知，1 擋，3 個(gè)行星排都在執(zhí)行減速行動(dòng)。那么 1 擋的傳動(dòng)比為： 由圖 3 中動(dòng)力傳遞路線，前行星齒輪組的傳動(dòng)比由公式(2-10)可得： na1 +anb1 - (1+a)ng1 = 0 (2-17) 式中 na1 為前太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)速， nb1 為前齒圈轉(zhuǎn)速，a為齒圈與太陽(yáng)輪的齒數(shù)比，即: a= zb ,代入所測(cè)得數(shù)據(jù)： za = 49, zb = 77 ，由于太陽(yáng)輪鎖止， na1 = 0 ，得： za nb1 = 1+a = 1.64 ng1 a (2-18) 同理，后行星齒輪此時(shí)太陽(yáng)輪被鎖止，有： na 2 +anb 2 - (1+a)ng 2 = 0 式中 na 2 為后太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)速， nb 2 為后齒圈轉(zhuǎn)速，a為齒圈與太陽(yáng)輪的齒數(shù)比。代入數(shù)據(jù)可得：  (2-19) nb 2 = 1+a = 1.64 ng 2 a (2-20) 中間行星齒輪組的行星架為動(dòng)力輸出端，太陽(yáng)輪固定，那么同理由公式（2-6）得： na3 +anb3 - (1+a)ng 3 = 0  （2-21） 21 式中 na3 為中間太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)速， nb3 為中間齒圈轉(zhuǎn)速，a為齒圈與太陽(yáng)輪的齒數(shù)比。 nb3 = 1+a = 1.64 ng 3 a (2-22) 那么 1 擋總傳動(dòng)比為：  i1 = nb1 nb 2 nb3 = 1.64 1.64 1.64 = 4.41 ng1 ng 2 ng 3 (2-23) 2 擋動(dòng)力傳遞路線： 圖 2.3 1 擋動(dòng)力傳遞路線 來自變矩器的扭矩通過傳動(dòng)軸和中央及后行星齒輪組得以提升并傳輸?shù)捷敵鲚S。下列部件沒有接合：前多片式制動(dòng)器（B1）、中央多片式制動(dòng)器（B3）、中央多片式離合器（K2）。 2 擋的動(dòng)力傳遞路線圖如圖 2.4 所示。 前行星齒輪機(jī)構(gòu)：行星齒輪架和太陽(yáng)輪通過離合器（K1）互相連接。行星齒輪組機(jī)構(gòu)作為一個(gè)整體與輸入軸同速轉(zhuǎn)動(dòng)，前行星架將動(dòng)力同向等轉(zhuǎn)速傳遞后齒圈。 后行星齒輪機(jī)構(gòu)：制動(dòng)器（B2）與離合器（K3）工作，后太陽(yáng)輪被鎖止，在加速時(shí)，超于離合器（F2）將太陽(yáng)輪鎖止，那么后行星架與發(fā)動(dòng)機(jī)同向減速轉(zhuǎn)動(dòng)，作為動(dòng)力輸出端。中間行星齒機(jī)構(gòu)：制動(dòng)器（B2）工作，太陽(yáng)輪被鎖止，內(nèi)齒圈與后行星架同速轉(zhuǎn)動(dòng)， 行星架與發(fā)動(dòng)機(jī)同向減速轉(zhuǎn)動(dòng)。 由以上可得，與 1 擋相比，2 擋時(shí)前、后排行星齒輪都是做減速傳動(dòng)。那么 2 擋的傳動(dòng)比為： 由動(dòng)力傳遞路線可知，前行星齒輪組整體傳動(dòng)。則前行星齒輪組的傳動(dòng)比為： nb1 = 1 ng1 （2-24） 在后排行星齒輪組中，太陽(yáng)輪被固定，前行星架的動(dòng)力傳遞給后齒圈。后行星架的動(dòng)力傳遞給中間行星齒輪組的齒圈，則中間行星齒輪組的傳動(dòng)比： nb 2 = 1+a = 1.64 ng 2 a （2-25） 那么中間行星架的傳動(dòng)比為：  nb3 = 1+a = 1.64 ng 3 a （2-26） 那么 2 擋的總傳動(dòng)比為： i2 = nb1 nb 2 nb3 = 11.64 1.64 = 2.69 ng1 ng 2 ng 3 （2-27） 3 擋動(dòng)力傳遞路線： 圖 2.4 2 擋動(dòng)力傳遞路線 來自變矩器的扭矩通過傳動(dòng)軸和中央行星齒輪組得以提升并傳輸?shù)捷敵鲚S。下列部件沒有接合：前多片式制動(dòng)器（B1）、中央多片式制動(dòng)器（B3）、超越離合器（F1）、超越離合器（F2)。3 擋的動(dòng)力傳遞路線如圖 2.5 所示。 前行星齒輪機(jī)構(gòu)：離合器（K1）工作，將前行星架與齒圈相連接，行星齒輪組作為一個(gè)整體轉(zhuǎn)動(dòng)。 后行星齒輪機(jī)構(gòu)：離合器（K2）工作，將動(dòng)力直接輸入后行星架，同時(shí)將后行星架與中間齒圈相連，行星齒輪組作為一個(gè)整體轉(zhuǎn)動(dòng)。 中間行星齒機(jī)構(gòu)：制動(dòng)器（B2）工作，中間太陽(yáng)輪被鎖止；離合器（K2）工作，后行星齒輪傳遞動(dòng)力給內(nèi)齒圈，作為動(dòng)力輸入端；行星架作為輸出軸，與發(fā)動(dòng)機(jī)同向減速轉(zhuǎn)動(dòng)。 由以上可知，3 擋時(shí)，只有中間行星齒輪減速轉(zhuǎn)動(dòng)，其余兩組行星齒輪機(jī)構(gòu)都是同向等速轉(zhuǎn)動(dòng)。則傳動(dòng)比為： 由動(dòng)力傳遞路線圖 2.4.4 可知，前行星齒輪組的傳動(dòng)比為： nb1 = 1 ng1 （2-28） 離合器工作，被鎖定的前行星齒輪組與后行星架以及后齒圈相連接，所以后行星架整體轉(zhuǎn)動(dòng)，后行星齒輪組的傳動(dòng)比為： nb 2 = 1 ng 2  （2-29） 則中間行星齒輪組的傳動(dòng)比：  nb3 = 1+a = 1.64 ng 3 a （2-30） 所以 3 擋的總傳動(dòng)比為： i3 = nb1 nb 2 nb3 = 111.64 = 1.64 ng1 ng 2 ng 3 （2-31） 4 擋傳遞路線： 圖 2.5 3 擋動(dòng)力傳遞路線 4 擋的直接傳動(dòng)比意味著不存在扭矩和速度轉(zhuǎn)換。離合器 K1,K2,K3 都工作，動(dòng)力通過 3 個(gè)鎖止的行星齒輪組從傳動(dòng)軸傳輸?shù)捷敵鲚S。下列部件沒有接合：前多片式制動(dòng)器（B1）、 后多片式制動(dòng)器（B2）、中央多片式制動(dòng)器（B3）。動(dòng)力傳遞路線如圖 2.6 所示。 前行星齒輪機(jī)構(gòu)：離合器（K1）工作，太陽(yáng)輪和行星架相連接。從而前行星齒輪組作為一個(gè)整體裝置以與輸入軸一樣的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。 后行星齒輪機(jī)構(gòu)：離合器（K2）嚙合并通過環(huán)齒將輸入軸的輸入速度傳輸?shù)胶笮行驱X輪架。由于同鎖止的前行星齒輪架之間相連接，齒圈與行星齒輪架的轉(zhuǎn)動(dòng)方式相同。該行星齒輪組因此鎖止并作為一個(gè)閉合單元轉(zhuǎn)動(dòng)。 中間行星齒輪機(jī)構(gòu)：由于中央多片式離合器（K2）嚙合，齒圈以輸入速度轉(zhuǎn)動(dòng)。后多片式離合器（K3）將中央行星齒輪組與后行星齒輪組的行星傳動(dòng)太陽(yáng)齒輪連接在一起。由于齒圈和行星傳動(dòng)太陽(yáng)齒輪的速度相同，因此行星齒輪組的轉(zhuǎn)動(dòng)受到限制并作為一個(gè)閉合單元旋轉(zhuǎn)。 由以上可知由于離合器工作的原因，前、后、中三排行星齒輪組在 4 擋時(shí)都是作為一 個(gè)整體的裝置進(jìn)行傳動(dòng)，也就是說他們不傳遞傳動(dòng)比，那么 4 擋的總傳動(dòng)比為 1，即 4 擋變速機(jī)構(gòu)為直接傳動(dòng)。 5 擋傳遞路線： 圖 2.6 4 擋動(dòng)力傳遞路線 來自變矩器的扭矩通過傳動(dòng)軸和所有 3 個(gè)行星齒輪組得以提升而傳輸?shù)捷敵鲚S。下列部件沒有接合：后多片式制動(dòng)器（B2）、中央多片式制動(dòng)器（B3）、前多片式離合器（K1）。 5 擋動(dòng)力傳遞路線如圖 2.7 所示。 前行星齒輪機(jī)構(gòu)：制動(dòng)器（B1)或者單向離合器（F1）工作，前太陽(yáng)輪被鎖止，前齒圈與輸入軸相連，前行星架為動(dòng)力輸出端將動(dòng)力傳遞給后齒圈。 后行星齒輪機(jī)構(gòu)：有兩組動(dòng)力輸入，一是前行星齒輪組將動(dòng)力傳遞給后齒圈；二是離合器 K2 工作，中間行星輪齒圈和后行星架相連接；并接受前行星齒輪的動(dòng)力輸入，后行星架也與輸入軸等速旋轉(zhuǎn)，使得后太陽(yáng)輪獲得一個(gè)更快的傳動(dòng)比。 中間行星齒輪機(jī)構(gòu)：離合器（K2）工作，輸入軸接入內(nèi)齒圈；同時(shí)離合器（K3）工作， 將中間太陽(yáng)輪與后行星架相連接，被其傳動(dòng)比所驅(qū)動(dòng)，那么中間行星架作為動(dòng)力輸出端會(huì)獲得一個(gè)更快的傳動(dòng)比。 由 5 擋動(dòng)力傳遞路線圖 2.7 可得前行星齒輪組的傳動(dòng)比為： nb1 = 1+a = 1.64 ng1 a （2-32） 由于離合器工作，后太陽(yáng)輪與中間太陽(yáng)輪連接在一起，而行星架同樣由于離合器的作用也與中間行星齒輪組的齒圈鎖定在一起，所以 5 擋的總傳動(dòng)比為： i5 = a+1 1 1 = 0.66 a a a （2-33） R1 擋動(dòng)力傳遞路線： 圖 2.7 5 擋動(dòng)力傳遞路線 來自變矩器的力矩通過驅(qū)動(dòng)軸，中央行星齒輪組和后部行星齒輪組得以增大，并以與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速方向相反的方向傳遞至輸出軸。以下部件未嚙合：制動(dòng)器（B1）、制動(dòng)器（B2）、離合器（K2）。R1 擋動(dòng)力傳遞路線如圖 2.8 所示。 前行星齒輪機(jī)構(gòu)：離合器（K1）或單向離合器（F1）工作，前行星齒輪組的太陽(yáng)輪被鎖止，則前行星架與發(fā)動(dòng)機(jī)同向減速轉(zhuǎn)動(dòng)，并將動(dòng)力傳遞給后齒圈。 后行星齒輪機(jī)構(gòu)：后齒圈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，傳遞來自前行星齒輪組的動(dòng)力。制動(dòng)器(B3)工作，固定后行星架，則后太陽(yáng)輪逆時(shí)針增速旋轉(zhuǎn)。 中間行星齒輪機(jī)構(gòu)：制動(dòng)器（B3）工作，中間齒圈被鎖止；中間太陽(yáng)輪被后齒輪行星組傳輸動(dòng)力后與發(fā)動(dòng)機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)；則中間行星架作為輸出端與發(fā)動(dòng)機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。 由 R1 擋的動(dòng)力傳遞路線圖可知，前排行星齒輪組的太陽(yáng)輪由于制動(dòng)器被鎖止，內(nèi)齒圈輸入動(dòng)力，行星架輸出動(dòng)力，則前排行星齒輪組的傳動(dòng)比： nb1 = 1+a = 1.64 ng1 a （2-34） 后排行星齒輪組由于制動(dòng)器工作，行星架被固定，內(nèi)齒圈輸入動(dòng)力，太陽(yáng)輪把動(dòng)力傳遞給中間行星齒輪組的太陽(yáng)輪，所以后排行星齒輪組的傳動(dòng)滿足方程式： 由ng 2 = 0 得： na 2 +anb 2 - (1+a)ng 2 = 0 （2-35） nb 2 = - 1 = -0.61 na 2 a （2-36） 中間行星齒輪組的內(nèi)齒圈被制動(dòng)器鎖止，則nb3 = 0 ，可得： na 2 = 1+a= 2.64 ng 3  （2-37） 那么 R1 擋的總傳動(dòng)比為： iR1 = nb1 nb 2 na3 = 1.64 (-0.61) 2.64 = -2.65 ng1 na 2 ng 3 （2-38） R2 擋動(dòng)力傳遞路線（冬季模式）： 圖 2.8 R1 擋動(dòng)力傳遞路線 來自變矩器的力矩通過傳動(dòng)軸和所有的 3 個(gè)行星齒輪組得以增大，并以與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速方向相反的方向傳遞至輸出軸。下列部件沒有接合：后多片式制動(dòng)器（B2）、超越離合器 （F2）、前多片式離合器（K1）。 R2 擋動(dòng)力傳遞路線如圖 2.9 所示。在前行星齒輪組中，離合器 K1 工作，前行星架與太陽(yáng)輪固定在一起，所以前行星齒輪組被鎖止作為一個(gè)整體轉(zhuǎn)動(dòng)。后排行星齒輪組中的行星架被制動(dòng)器（B3）鎖止，離合器（K3）把后排和中間的太陽(yáng)輪連接在一起，內(nèi)齒圈以輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)，太陽(yáng)輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)作為輸出軸。而在中間行星齒輪組中，內(nèi)齒圈被制動(dòng)器（B3） 鎖止，行星架反向減速轉(zhuǎn)動(dòng)作為輸出軸。 由動(dòng)力傳遞路線圖 2.9 可知，前行星齒輪的太陽(yáng)輪和行星架被離合器固定在一起，作為一個(gè)整體轉(zhuǎn)動(dòng)，那么其前行星齒輪組的傳動(dòng)比為 1。 制動(dòng)器工作將后行星架鎖止，離合器把中間和后排行星齒輪組的太陽(yáng)輪鎖定在一起， 內(nèi)齒圈以輸入軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，則后排行星齒輪組的傳動(dòng)比： nb1 = - 1 = -0.61 na1 a （2-39） 中間行星齒輪組的內(nèi)齒圈被制動(dòng)器固定，所以nb3 = 0 ，則中間行星齒輪組的傳動(dòng)比： 則 R2 擋的總傳動(dòng)比為： i  nb1  nb 2 na 3 = 1+a= 2.64 ng 3 na 3  （2-40） R1 =  na1  ng 2 ng 3 = 1 (-0.61) 2.64 = -1.61  （2-41） 圖 2.9 R2 擋動(dòng)力傳遞路線 3 行星齒輪齒數(shù)的選配 3.1 行星齒輪齒數(shù)選配的約束條件 在設(shè)計(jì)行星齒輪傳動(dòng)的時(shí)候，我們可以按照所需傳動(dòng)比確定齒數(shù)，除了應(yīng)該滿足同心條件，鄰接條件和裝配條件，在有些特別的情況下還應(yīng)有其他的條件[19]。 3.1.1 傳動(dòng)比條件 aH 1）以 2K-H（NGW）型為例： ib aH 為滿足傳動(dòng)比條件，令 x = zaib = 1- i H ab ，則 = 1- zb ，故 za zb = x - za za = (ib -1)za aH 滿足傳動(dòng)條件的表達(dá)關(guān)系式：  zaib x zS = za + zg = ?aH = 2 2  （3-1） 即： aH 2zS = zaib zb = 2zS - za  （3-2） （3-3） 式中的 a,b,g 分別代表中心輪，齒圈和行星輪。 3.1.2 同心條件 對(duì) 2K-H 型行星傳動(dòng)，三個(gè)基本元件的旋轉(zhuǎn)軸線，以及整個(gè)齒輪機(jī)構(gòu)的主軸線應(yīng)該統(tǒng)一,也就是說各行星輪與太陽(yáng)輪組成嚙合副的實(shí)際中心距必須是相同的。 1）以 2K-H（NGW)型為例： 非角度變位齒輪傳動(dòng)，由中心距相等： aag = agb m = 2(za + zg ) m 2(zb - zg )  （3-4） 由上式可知，對(duì)于非角度變位傳動(dòng)來說，太陽(yáng)輪與齒圈的齒數(shù)之差為行星輪齒數(shù)的兩倍，即滿足同心條件。 滿足同心條件的另外一種表達(dá)關(guān)系式： zg = X 2  - za  （3-5） 3.1.3 裝配條件 欲使幾個(gè)行星齒輪能夠均勻地配置在中心輪周圍，而且都能嵌入中心輪和齒圈之間。倘若行星輪的個(gè)數(shù)與各輪齒數(shù)沒有滿足一定的關(guān)系，那么行星輪是無(wú)法裝配進(jìn)去的。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)行星輪裝入之后，中心輪和齒圈的相對(duì)位置就確定了，這時(shí)其他的行星輪在一般情況下就不能嵌入中心輪和齒圈之間，也就是無(wú)法裝配。所以為了保證能夠裝配，設(shè)計(jì)時(shí)就需要滿足行星齒輪個(gè)數(shù)與各齒輪齒數(shù)之間符合一定的關(guān)系，也就是裝配條件[19]。 3.1.4 鄰接條件 行星齒輪傳動(dòng)中的鄰接條件就是在兩個(gè)鄰近的行星輪之間應(yīng)該有間隙，且這個(gè)間隙必須要大于模數(shù)的一半，這樣才能讓行星在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中不會(huì)發(fā)生相互碰撞。 3.2 2K-H（NGW)型行星齒輪的配齒方法 aH NGW 型行星輪系的配齒數(shù)，先查表確定行星輪的個(gè)數(shù)np 。當(dāng)np 與ib 的關(guān)系滿足鄰接條 件時(shí)，配齒數(shù)根據(jù)上述要求的三個(gè)方面約束條件進(jìn)行。本文當(dāng)中一共介紹三種配齒數(shù)方法。 （1）滿足精確傳動(dòng)比的要求，根據(jù)三個(gè)約束條件的表達(dá)式，得出一個(gè)非角度變位齒輪傳動(dòng)時(shí)的配齒公式： (ib -1) b ib za : zg : zb : q = za : aH za : (iaH 2 -1)za : aH za np  （3-6） 式中各項(xiàng)齒數(shù)應(yīng)為正整數(shù)。對(duì)于角度變位齒輪傳動(dòng)，也可以先按上式配齒公式進(jìn)行計(jì)算，再將行星齒輪數(shù)減少 1~2 齒，然后再進(jìn)行角度變位的計(jì)算。 （2）第二種方法適用于普通行星輪系，一般動(dòng)力傳動(dòng)輪系，對(duì)于傳動(dòng)比的要求并不是十分精準(zhǔn)，比較靈活，應(yīng)用前面的約束條件的表達(dá)式，可以得到簡(jiǎn)便的配齒方法。 aH 傳動(dòng)比ib ，非角度變位或角度變位齒輪傳動(dòng)。 1）根據(jù)傳動(dòng)比按鄰接條件查表及結(jié)構(gòu)預(yù)設(shè)要求，確定行星輪個(gè)數(shù)np 。 2）根據(jù)強(qiáng)度、傳動(dòng)平穩(wěn)性等條件，先確定太陽(yáng)輪齒數(shù) za 。 3）湊 x 值，根據(jù)以下三個(gè)方面湊定 x 值： aH ①傳動(dòng)比條件： x = ib za ②裝配條件： x 應(yīng)為行星輪個(gè)數(shù)的倍數(shù) ③非角度變位的同心條件： x 應(yīng)為偶數(shù)，如果是角度變位齒輪傳動(dòng)，可以不受此條件限制。 4）計(jì)算內(nèi)齒圈及行星輪齒數(shù)： zb = x - za （3-7） 如果是角度變位齒輪傳動(dòng)： zg = zb - za - Dzg 2 （3-8） 式中的Dzg 由角度變位確定。行星齒輪數(shù)減少值既可以為整數(shù)，也可以為非整數(shù)。如果是是非角度變位齒傳動(dòng)： zg = x - za 2 （3-9） 或 zg = zb - za 2 （3-10） （3）第三種方法適用于系列設(shè)計(jì)的配齒數(shù)，在 NGW 型行星輪系的設(shè)計(jì)中，其主要的 aH 參數(shù)需要按優(yōu)先系數(shù)預(yù)先排好系列。這些主要的參數(shù)包括：傳動(dòng)比ib 、模數(shù)m 、公稱中 心距a 、齒數(shù)和 zS 等。其模數(shù)應(yīng)與系列要求模數(shù)一致，而其他參數(shù)應(yīng)盡可能接近規(guī)定的公稱值。配齒數(shù)的已知條件有公稱齒數(shù)和、傳動(dòng)比、行星輪的個(gè)數(shù)以及是否有角度變位等。則計(jì)算步驟： 1）由已知的約束條件，從而校核確定的齒數(shù)和 zS 。 需要滿足的裝配條件： 2zS 應(yīng)該為 np 的倍數(shù)。 需要滿足的同心條件：如果是非角度變位傳動(dòng)， 2zS 則應(yīng)該為偶數(shù)。如果是角度變位傳動(dòng)齒輪，則2zS 不需要滿足偶數(shù)的要求。在前面提到，當(dāng)Dzg 為整數(shù)時(shí)，則2zS 需要滿足偶數(shù)；否則2zS 需要滿足為奇數(shù)。 2）齒數(shù)的計(jì)算： i b za = 2zS aH zb = 2zS - za 非角度變位傳動(dòng)有： zg = zS - za 。角度變位傳動(dòng)有： zg = zS - za - Dzg 。 假設(shè)2zS = x ,則可以按照第二種方法進(jìn)行配齒數(shù)，原始參數(shù)： i 步驟如下：  （3-11） （3-12） aH b 以及是否要求變位。 aH ①由ib 按照鄰接條件查表以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的要求，得到行星輪的個(gè)數(shù)np 。 aH ②初步確定太陽(yáng)輪的齒數(shù) za ?？紤]到齒輪應(yīng)該具有足夠的彎曲強(qiáng)度，小齒輪的硬度不 aH 能小于大齒輪的硬度，所以有小齒輪的齒數(shù) z1 ，當(dāng)ib > 4 時(shí)，za = z1 ；當(dāng)ib  4時(shí)，zg = z1 ， 那么 zg = 2zS 。 ib - 2 aH ③湊齒數(shù)和 zS ，可以根據(jù)以下條件： ib za 傳動(dòng)比條件： zS = aH 。 2 裝配條件：2 zS 應(yīng)為np 的倍數(shù)。 非角度變位傳動(dòng)應(yīng)滿足的同心條件：2 zS 應(yīng)為偶數(shù)。 如果是角度變位傳動(dòng)，則以上的的同心條件不受限制，當(dāng)Dzg 為整數(shù)時(shí)，則2zS 需要滿 足偶數(shù)；否則2zS 需要滿足為奇數(shù)。 ④內(nèi)齒圈和行星輪的齒數(shù)計(jì)算：  zb = 2zS - za  （3-13） 那么非角度變位傳動(dòng)有： zg = zS - za 角度變位傳動(dòng)： zg = zS - za - Dzg 4 齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度校核計(jì)算 4.1 選擇齒輪材料及精度等級(jí) 查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇齒輪的材料為：小齒輪選用 45 調(diào)質(zhì)鋼，硬度為 220-250HBS； 大齒輪選用 45 鋼正火，硬度為 170-210HBS。因?yàn)槭怯糜谄囎兯倨骼锩嬷匾凝X輪，查表可得選用 7 級(jí)精度，要求齒面粗糙度 Ra 1.60 ~ 3.2 4.2 確定設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 由該變速器吃閉式齒輪傳動(dòng)，切齒輪的均為齒面硬度 HBS 小于等于 350 的軟齒面。齒面點(diǎn)蝕為主要的實(shí)效形式。應(yīng)先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，確定齒輪的主要參數(shù)和尺寸，然后再按照彎曲疲勞強(qiáng)度校核齒根彎曲強(qiáng)度。 （1）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度強(qiáng)度設(shè)計(jì) 因兩齒輪均為鋼質(zhì)齒輪，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教材的公式，求出d1 值。 KT 1(u + 1) 28 d 1 76 .43 3 ydu [sH ]2 （4-1） 確定有關(guān)參數(shù)與系數(shù)： （2）轉(zhuǎn)矩T 1 ，由小齒輪的齒數(shù) z1 為 14，轉(zhuǎn)速n1 = 600r / min ，大齒輪的齒數(shù) z2 為 49， 齒數(shù)之比： u = z2 = 49 = 3.5 ，查閱表選取 yd = 1 z1 14 （3）許用接觸應(yīng)力[sH ] 查閱教材上的圖可得： sH lim 1 = 560 MPa ,sH lim 2 = 530 MPa 查表可得， SH = 1 N1 = 60njLh = 60 600 1 (10 52 40) = 2.14 109  （4-2） N1 2.14109 N 2 = = =  6.11  108  （4-3） i 3.5 根據(jù)上式結(jié)果查圖可得ZN1 = 1、ZN 2 = 1.06 由機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教材公式（11.15）可得 [sH ]1 = Z N 1sH lim 1 S H = 1 560 1 MPa = 560 MPa [sH ]2 = Z N 2sH lim 2 S H = 1 .06 530 1 MPa = 562 MPa 所以由公式（4-1） KT1(u +1) d1 76.433 ydu[sH ]2  1.1105 (3.5 +1) = 76.433 mm = 58.61mm 1 3.5 5602  （4-4） 4.3 強(qiáng)度校核計(jì)算 按照齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 查閱教材由公式（11.25），如果sF [sF ],則校核合格。 確定有關(guān)參數(shù)： 齒形系數(shù)YF ,查閱機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教材表 11.12 得YF1 = 2.68,YF 2 = 2.18 。應(yīng)力修正系數(shù)YS ,同樣查機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表 11.13 得YS1 = 1.59,YS 2 = 1.80 。許用彎曲應(yīng)力[sF ] 由機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教材上的圖 11.26 查得sF lim 1 = 210MPa,sF lim 2 = 190MPa 由表 11.9 查得 SF = 1.3,由圖 11.27 查得YN1 = YN 2 = 1。在由 [sF ]1 = YN1sF lim 1 = 1 210 MPa = 162MPa SF 1.3 [sF ]2 = YN 2sF lim 2 = 1190 MPa = 146MPa 所以 sF1 = SF 2KT 1 YFYS = bm2 z1 1.3 2 1.1105 60 1.52 14  2.68 1.59MPa = 115MPa < [sF ]1 sF 2 = sF 1 YF 2YS 2 = 115 YF 1YS 1 2.18 1.8 2.68 1.59  = 96 MPa  < [sF ]2 所以齒根彎曲強(qiáng)度校核合格 5 行星齒輪機(jī)構(gòu)的建模 5.1 三維建模軟件的介紹 本次使用的三維建模軟件是 UG。UG（Unigraphics NX）是由 Siemens PLM Software 公司出品的，它的功能很強(qiáng)大，可以讓產(chǎn)品在設(shè)計(jì)或者是加工的過程變得數(shù)字化、智能化， 可以十分便捷地完成許多復(fù)雜實(shí)體及造型的建構(gòu)[17]。其次，這款軟件將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制造系統(tǒng)融入其中，這款軟件在最初的時(shí)候主要基于工作站，但隨著計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展和使用人群的擴(kuò)增，在電腦上的應(yīng)用取得了迅猛的增長(zhǎng)，在眾多三維設(shè)計(jì)里已經(jīng)占據(jù)主流地位。 UG 的開發(fā)始于 1969 年，它在 c 語(yǔ)言的基礎(chǔ)之上進(jìn)行開發(fā)和實(shí)現(xiàn)的。其特點(diǎn)就是將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造與分析三大系統(tǒng)進(jìn)行融合。擁有強(qiáng)大的實(shí)體造型，曲面造型以及虛擬裝配等功能，還可以使用計(jì)算機(jī)輔助分析模塊進(jìn)行有限元分析，運(yùn)動(dòng)仿真等。便捷的建模方式，可直接修改參數(shù)驅(qū)動(dòng)，十分方便[17]。 5.2 行星齒輪機(jī)構(gòu)的建模 本次建模的原型是單排行星齒輪機(jī)構(gòu)。首先打開 UG 軟件，點(diǎn)擊新建文件，進(jìn)入建模界面，如圖 4.1 圖 5.1 行星齒輪機(jī)構(gòu)的建模過程 點(diǎn)擊齒輪模塊中的齒輪建模命令，選擇創(chuàng)建齒輪，然后選擇斜齒輪和外嚙合，經(jīng)過測(cè)量和計(jì)算，該行星齒輪機(jī)構(gòu)中的太陽(yáng)輪的齒數(shù) z1 = 49 ，行星輪的齒數(shù) z2 = 14 ，齒圈的齒數(shù)z3 = 77 ，齒輪的牙寬 b=20mm,法向壓力角a= 20，螺旋角b= 15 。查標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)系列表可得，齒輪的模數(shù)m = 1.25 ，且齒輪的模數(shù)相同，輸入?yún)?shù)后，選擇齒輪的旋向，可直 接生成齒輪，如圖所示圖 4.2 圖 5.2 齒輪的建模 按照以上方法可以生成其余的四個(gè)行星輪?？梢酝ㄟ^陣列的方法完成，或者也可以直接生成。 圖 5.3 行星輪的建模過程 然后運(yùn)用齒輪模塊里的“齒輪嚙合”的命令，將太陽(yáng)輪輪設(shè)置為主動(dòng)輪，將行星輪設(shè)置為從動(dòng)輪，確定中心連線向量后，就可以把太陽(yáng)輪和行星輪嚙合在一起。如圖 4.4 所示 圖 5.4 齒輪的嚙合過程 再根據(jù)齒輪命令選擇內(nèi)嚙合的斜齒輪，輸入?yún)?shù)后生成齒圈。 圖 5.5 行星齒輪組 最后通過草繪命令生成行星架，如圖所示： 圖 5.6 行星齒輪的裝配 重復(fù)按照上述步驟生成三個(gè)行星齒輪，最后進(jìn)行總裝配，生成如圖所示的行星齒輪變速機(jī)構(gòu)： 圖 5.7 3 排行星齒輪組的裝配 6 全文總結(jié) 目前在自動(dòng)變速器的傳動(dòng)技術(shù)大家普遍采用的的行星齒輪傳動(dòng)，且液力自動(dòng)變速器的發(fā)展歷程較長(zhǎng)，所以技術(shù)比較完備，而且目前在國(guó)內(nèi)外的汽車行業(yè)中的應(yīng)用也較為廣泛。但是，其明顯缺點(diǎn)就是傳動(dòng)效率相對(duì)較低，從而對(duì)汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性會(huì)有一定影響。在汽車上常用的兩種行星齒輪是拉維娜式和辛普森式兩種行星齒輪機(jī)構(gòu)。當(dāng)然除了汽車上的應(yīng)用，在我們的日常生活中還有很多地方都有行星齒輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用，例如一些大型的減速器，用于實(shí)現(xiàn)大傳動(dòng)比的減速傳動(dòng)。 在查閱許多文獻(xiàn)資料以后，學(xué)習(xí)了齒輪嚙合方面的基礎(chǔ)知識(shí)。本文以 722.6 自動(dòng)變速 器為原型，分析單排齒輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，了解單排齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算。了解到 722.6 自動(dòng)變 速器的 7 個(gè)傳動(dòng)擋位，并分析各個(gè)擋位的傳動(dòng)路線，在各個(gè)擋位中，各個(gè)離合器和制動(dòng)器工作元件的工作情況以及各個(gè)執(zhí)行元件的作用，分析動(dòng)力傳遞的過程，三個(gè)行星齒輪組在動(dòng)力傳遞過程中的工作情況，計(jì)算各個(gè)單排行星齒輪組在這過程中的傳動(dòng)比，以及傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)情況分析，進(jìn)而組成 8 個(gè)不同的總傳動(dòng)比，即該款自動(dòng)變速器有 8 個(gè)不同的擋位。然后主要以 2K-H 型行星齒輪機(jī)構(gòu)為原型，描述了三種配齒計(jì)算方法。最后了解 722.6 自動(dòng)變速的實(shí)物，并以此為原型，用三維建模軟件，建立行星齒輪機(jī)構(gòu)的三維模型。 在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我是初次接觸三維建模軟件 UG，雖然是第一次接觸 UG，但是在學(xué)習(xí)了解之后，發(fā)現(xiàn)這款軟件與其他的三維建模軟件有一定相似之處，在三維建模上的功能特別強(qiáng)大而且特別方便，運(yùn)用它進(jìn)行行星齒輪機(jī)構(gòu)的三維建模更加便捷。在這個(gè)過程中，我做的可能有些不足，因?yàn)槲伊私獾闹R(shí)還不夠全面，但是正因?yàn)檫@些不足才讓我收獲了許多，在以后的學(xué)習(xí)中不斷提醒自己。 參考文獻(xiàn) [1]吳光強(qiáng), 孫賢安. 汽車自動(dòng)變速器發(fā)展綜述[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2010, 38(10):1478-1483. 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