行星齿轮式减速起动机设计解析.docx

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行星齿轮式减速起动机设计解析

1绪论1

1.1引言1

1.2起动机国内外发展现状及发展趋势2

1.2.1国外发展状况2

1.2.2我国汽车起动机的发展现状2

1.2.3起动机的发展趋势2

1.3研究减速式汽车起动机的背景及意义2

1.3.1减速式汽车起动机的研究背景2

1.3.2减速式汽车起动机的研究意义3

2行星齿轮式减速起动机的结构、原理及性能3

2.1行星齿轮式减速起动机的基本组成结构3

2.1.1直流串励式电动机3

2.1.2行星齿轮式减速机构4

2.1.3单向离合器4

2.1.4电磁操纵机构5

2.2行星齿轮式减速起动机的工作原理5

3行星齿轮式减速起动机的设计与计算7

3.1起动机基本参数的选择7

3.1.1起动机功率选择7

3.1.2传动比的选择8

3.2行星齿轮的校核8

3.2.1已知条件8

3.2.2按齿面接触强度校核9

3.3离合器轴的校核11

3.3.1轴的计算简图11

3.3.2计算作用在轴上各个作用力的大小11

3.3.3做出弯矩图和扭矩图12

3.4滚柱式单向离合器的设计12

3.4.1滚柱式单向离合器的基本结构12

3.4.2滚柱式曲面种类12

3.4.3滚珠式曲面的设计15

4结论与展望20

参考文献21

ABSTRACT22

谢辞23

汽车行星齿轮式减速起动机设计

XX

（xx学院xx系，xxxx）

摘要：

随着现代工业的迅猛发展,汽车起动机逐渐向小型化、轻量化、性能检测自动化发展。

本次毕业论文介绍了起动机的发展的方向，同时对减速型起动机的基本原理做了较为深入的阐述。

并且对国、内外在车载计算机辅助起动技术的研究与开发做了详细的介绍。

最后，结合了我国汽车企业的现状,提出了新的研究课题，即行星齿轮式减速起动机的设计。

作为汽车的关键部件，汽车起动部件的发展将面临着多样化，高效化，低耗能等多方面的要求，同时随着科技技术的高发展、新加工技术、自控技术、自检技术及计算机技术的广泛应用，依然向小型、轻量、大功率输出、长寿命方向发展。

未来的汽车工业将以节能环保为主题，同时可靠性、安全性、舒适性等方面也需同步提高。

关键词：

汽车起动机;减速型起动机;CAD/CAE/CAT;参数化分析;

1.绪论

1.1引言

汽车起动机是汽车起动系统的关键部件，它通过将蓄电池的电能转化为机械能,克服发动机阻力矩,将静止状态的发动机发动起来,使汽车能够进入正常运行。

汽车起动机同时又是一个有一定技术含量的机电一体化部件,其内部一般包括串激式直流电动机、传动机构和控制装置等。

由于起动机的功能重要而工作条件较差,故对其设计、加工、装配工艺及性能检测均有较高的要求,而行星齿轮式减速起动机应用越来越广泛，丰田系列轿车和部分奥迪轿车也都采用了行星齿轮式减速起动机，因此，研究、设计、开发行星齿轮式起动机对于我国的汽车工业具有十分重要的意义。

起动机按照工作原理分为直流电起动机、汽油起动机、压缩空气起动机等。

目前内燃机上大都采用的是直流电起动机，其特点是结构紧凑、操作简单且便于维护。

汽油起动机是一种带有离合器与变速机构的小型汽油机，功率大且受气温影响较小，可起动大型内燃机，并适用于高寒地带。

压缩空气起动机目前分为两类，一种是将压缩空气按照工作顺序打入气缸，一种是使用气动马达驱动飞轮。

压缩空气起动机的用途接近于汽油起动机，通常用于大型内燃机的起动由于起动机的功能重要而工作条件较差,故对其设计、加工、装配工艺及性能检测均有较高的要求。

减速起动机的齿轮减速器有外啮合式、内啮合式、行星齿轮式等三种不同形式，所以起动机的外形与普通起动机相似，而行星齿轮式起动机结构紧凑、传动比大、效率高，输出轴与电枢轴同轴线、整机尺寸减小，因此得到近代汽车工业家的广泛好评。

1.2起动机国内外发展现状及发展趋势

1.2.1国外发展状况

汽车行星齿轮式减速起动机的作用系拖动内燃机,以达到起动目的。

通常它是由直流串激电机、电磁开关及单向离合器三部分所组成。

在结构上,国外目前正逐步发展为减速式或永磁减速式，其中更新较快的为轿车用起动机。

近代轿车普遍采用大功率汽油发动机，其排量均在2.5L以上,因此国外的减速式起动机发展较为先进。

1.2.2我国汽车起动机的发展现状

20世纪80年代始，随着我国汽车工业尤其是轿车工业的掘起与迅猛发展，起动机的发展十分迅速，行星齿轮式减速起动机制造企业先后引进国际先进技术与产品，并实施现代化的管理，提高了技术水平，加大了开发与生产能力，使我国的起动机水平向前迈进了一大步。

1.2.3起动机的发展趋势

随着汽车整车的优化设计水平不断提高，今后的发展对起动机的设计制造提出了更高要求。

汽车工业将以节能环、可靠、安全、舒适等方面发展。

起动机作为汽车的关键部件，依然朝着小轻量、大功率、长寿命方向发展。

在1～9kW的功率等中、小型功率起动机将以永磁式行星齿轮减速为主,大功率起动机将向行星齿轮减速型方向发展。

随着工业技术水平的进步，汽车起动机正朝着小型轻量化和装配自动化方向发展。

现在汽车上广泛采用体积小、转速高、转矩大的起动机，这类。

其中，前两者主要用在安装空间较小的车辆上，而减速型起动机应用则代表着现在汽车起动机发展的主流。

轿车用的起动机要进一步优化电磁、结构设计，提高减速比，应用新材料、新结构，减轻重量，提高输出功率和力矩，增加比功率。

1.3研究减速式汽车起动机的背景及意义

1.3.1减速式汽车起动机的研究背景

改革开放伊始，我国汽车业崛起，起动机迅的发展迅猛，全国主要企业先后引进国际先进技术、产品，合资企业，合资公司如雨后春笋般迅速崛起。

这一系列的发展，使现代化管理，起动机的技术水平，开发与生产能力，乃至我国汽车业都向前迈进一大步。

进入21世纪后的一批新兴企业的出现和快速发展更是一股不可忽视的力量，使我国起动机行业形成了的激烈竞争的市场经济格局。

1.3.2减速式汽车起动机的研究意义

本次课题研究是我们毕业前的最后一次综合性设计，它涉及到我们这两年所学的各个方面知识，不仅要求我们具备很强的专业知识，而且要求我们对工程设计方面有所了解。

在设计过程中，我们通过翻阅课本，查阅资料，不断的巩固已有的知识，同时掌握新的知识，而且对计算机辅助设计和实际工程设计流程有了大概的了解，这对我们从事设计研究，在原有的基础上能有更大的进步与提高。

2.行星齿轮式减速起动机的结构、原理及性能

2.1行星齿轮式减速起动机的基本组成结构

行星齿轮式减速起动机主要由直流串励式电动机、行星齿轮式减速机构、单向离合器及电磁操纵机构组成

2.1.1直流串励式电动机

起动电动机，其特征为转速低，转矩大。

电动机由电枢、永久磁铁及电刷等组成。

如图2-2所示：

图2-2直流电动机的组成

1-端盖2-电刷和刷架3-磁场绕阻4-磁极铁芯5-机壳6-电枢7-后端盖.

（1）电枢的组成：

轴、铁心、换向器、绝缘电枢线圈绕组。

电枢铁心上的槽安装了电枢线圈，由厚度为1mm以下的硅钢片加绝缘后制成。

（2）机壳，铁制圆筒，形成磁力线通路，组成电动机的壳体。

（3）电刷，共四个，两个用绝缘刷支承，两个接地。

电刷由弹簧压在换向器上，并可在刷握内上下滑动。

（4）换向器换向器的作用是连接磁场绕组、电枢绕组和电源，并保证电枢产生的电磁力矩方向不变，使电枢能输出固定方向的转矩。

它有许多截面呈燕尾形的铜片围合而成，铜片嵌在换向器轴套和压环组成的槽中，铜片之间以及铜片与轴套、压环之间均用云母绝缘。

铜片一端焊接电枢绕组线头的凸缘。

2.1.2行星齿轮式减速机构

由于行星齿轮式减速机构具有结构紧凑、传动比大、效率高，且由于输出轴与电枢轴同轴线、同旋向，电枢轴无径向载荷，振动轻，整机尺寸减小等诸多优点，因此行星齿轮式减速机构较其他减速机构得到更广泛的应用。

其结构如图2-3所示：

图2-3行星齿轮式减速机组成

1—固定内齿轮2—行星齿轮3—电枢齿轮4—输出齿轮

2.1.3单向离合器

单向离合器的作用是单向传递转矩将发动机起动，同时又能在启动后自动打滑，以防止发动机起动后飞轮带动起动机电枢高速飞转而造成事故的作用。

它包括滚柱式单向离合器、弹簧式单向离合器、摩擦片式单向离合器。

滚柱式单向离合器结构简单，坚固耐用，工作可靠，但在传递较大转矩时容易被卡住，故不能用于大功率起动机，而在中、小功率起动机中得到最为广泛的应用。

弹簧式单向离合器具有结构简单、工艺简化、寿命长、成本低等优点。

但因扭力弹簧圈数多，轴向尺寸较长，故只适用于大功率柴油机的启动，而不适合小型起动机上装用。

摩擦片式单向离合器所传递的最大转矩受结构限制。

滚柱式单向离合器的结构如图2-4所示：

图2-4滚柱式单向离合器

1-驱动齿轮2-密封垫3-半圆环4-滚柱5-罩壳

6-套筒7-啮合弹簧8-移动衬套9-挡圈10-扁弹簧

2.1.4电磁操纵机构

电磁式控制装置一般称之为起动机的电磁开关，它与电磁式拨叉合装在一起，利用挡铁控制起动机驱动齿轮与飞轮的啮合与分离。

用按钮和钥匙控制电磁铁，再有电磁铁控制主电路开关，以接通或断开主电路。

电磁开关主要由活动铁心、保持线圈、吸引线圈、接触盘、拨叉等组成。

电磁操纵机构的电路图如图2-5所示：

2.2行星齿轮式减速起动机的工作原理

下面将吉普车上装用的12VDW1.4型永磁减速起动机为例简要说明行星齿轮式减速起动机的以北京BJ2021（切诺基）工作原理。

行星齿轮式减速起动机的工作原理如图2-6所示

图2-5电磁操纵机构电路图

1-起动继电器2-起动机3-起动机蓄电池接线柱4-接触片5-吸引线圈6-保持线圈7-铁芯8-驱动杠杆9-小齿轮10-电动机接线柱11-起动开关12-起动继电器触电13-起动继电器线圈

图2-6行星齿轮式减速起动机的工作原理图

起动机中有6块永久磁铁，用弹性保持架固定于机壳内。

传动机构为滚柱式单向离合器。

减速装置为行星齿轮减速装置，它以电枢齿轮为太阳轮，另有3个行星轮和1个固定内齿圈，其啮合关系如上图所示。

太阳轮压装在电枢轴上与3个行星齿轮同时啮合。

3个行星齿轮的轴压装在一个圆盘上，（行星齿轮在轴上可以灵活转动）。

该圆盘与驱动齿轮轴做成一体，驱动齿轮轴一端制有螺旋花键，与单向离合器的传动套筒内的螺旋花键配合。

内齿圈由塑料铸塑而成，3个行星齿轮在其上滚动，内齿圈的外缘制有定位用的凸缘，以便嵌放在后端盖上。

起动继电器有两对触点，一对触点控制吸引线圈和保持线圈的电路，另一对触点（图中未画出）用于起动时短路点火系统一次电路中的附加电阻，以增大一次电流，改善起动性能。

起动机不工作时，起动继电器的两对触点均处于打开状态。

该起动机工作过程与QD124型起动机基本相同，不同之处在于电枢轴产生的转矩需经行星齿轮减速装置才能传递给起动机的驱动齿轮。

转矩传递程序为：

电枢轴产生的转矩经电枢轴齿轮（太阳轮）——行星齿轮及支架——驱动齿轮轴——滚柱式单向离合器——驱动齿轮——飞轮。

3.行星齿轮式减速起动机的设计与计算

3.1起动机基本参数的选择

3.1.1起动机功率的选择

为了使发动机能迅速、可靠的起动，起动机必须具有足够的功率。

如果起动功率不够，就会使重复起动次数增多，起动时间延长，这不仅对蓄电池不利，并且对燃料的消耗、零件的磨损以及车辆的工作都是极其不利的。

起动发动机所必须的功率，决定于发动机的最低起动转速和发动机的起动阻力矩，并可按下式计算

（3-1）

式中P——起动机功率（kW）

MQ——发动机的起动阻力矩（N）

——最低起动转速（r/min）

发动机的起动阻力矩是指在最低起动转速时的发动机阻力矩。

发动机阻力矩包括摩擦阻力矩、压缩损失阻力矩和驱