拉威挪式四挡行星齿轮变速机构设计大学毕业设计论文.docx
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拉威挪式四挡行星齿轮变速机构设计大学毕业设计论文
毕业设计
拉威挪式四挡行星齿轮变速机构设计
学生姓名：
XXX
专业班级：
XXXXXXX
指导教师：
XXXXX副教授
学院：
XXXXX
2014年6月
拉威挪式行星齿轮变速机构设计
摘要
通过对大量行星齿轮变速机构及自动变速器结构的分析和对实验室实物的拆装，最终确定了拉威挪式行星齿轮自动变速器变速机构的设计方案。
本设计主要对自动变速器的摩擦结合部分和齿轮传动部分进行了设计。
其中：
摩擦结合部分的设计包括3个片式离合器、1个带式制动器和1个片式制动器的具体设计；齿轮传动部分的设计包括齿轮结构尺寸的选取以及相关花键的设计计算和校核。
关键词：
拉威挪变速控制机构离合器制动器行星齿轮
RavigneauTransmissionDesign
Abstract
Throughalargenumberofanalysesandrelatedinstitutionsoflaboratoryequipmentdisassembling,eventuallydeterminetheravigneauautomatictransmissionprincipleofworkandthearrangementoftransmissionscheme.Thisdesignismainlyinthefrictionwithautomatictransmissionpartandgeartransmissionpartsdesign.Includingthreeplateclutchsandtwobrakesonthedesign;Geartransmissionpartofthedesignincludingtheselectionofgearstructuresizeandrelatedsplinedesigncalculationandchecking.
Keywords:
Ravigneaux;transmissioncontrol;Clutch;brake;PlanetaryGear
目录
摘要
Abstract
1绪论1
1.1自动变速器的分类及优点1
1.2自动变速器的发展历史1
1.3液力机械自动变速器的结构组成2
2自动变速器变速方案分析3
2.1自动变速器变速方案设计要求3
2.2自动变速器自由度选取3
2.3自动变速器行星齿轮变速机构结构确定3
2.4换挡传动路线的确定及各挡传动比计算3
3自动变速器摩擦结合元件设计5
3.1概述5
3.2摩擦结合元件的整体布置5
3.3各摩擦结合元件的不同挡位工作状态5
3.4离合器C1设计5
3.5离合器C2设计7
3.6离合器C3设计9
3.7片式制动器B1设计11
3.8带式制动器B2设计13
3.9单向离合器F设计15
4行星齿轮传动机构设计17
4.1确定基本参数17
4.2配齿计算17
4.3确定变位系数18
4.4计算实际传动比与给定传动比误差19
4.5行星齿轮传动的几何尺寸和啮合参数计算19
结论21
参考文献22
附录23
致谢24
1绪论
1.1自动变速器的分类及优点
目前，汽车所用的内燃机转速和转矩范围小，不能适应汽车行驶时车速改变和牵引力变化的需求，需要采用变速装置改变发动机和车轮之间的速比，使发动机工作在合理的工作范围内，因此，变速器对汽车来说是不可缺少的重要部件。
变速器按传动比变化方式不同，分为有级式，无极式和综合式三种：
（1）有级式变速器应用最为广泛。
它采用齿轮传动，具有若干个定值传动比。
按所用轮系形式不同，有轴线固定式变速器和轴线旋转式变速器（行星齿轮变速器）两种。
（2）无级变速器的传动比在一定范围内可按无限多级变化，常见的有电力式和液力式两种。
液力式变速器的传动部件是液力变矩器。
（3）综合式变速器是指由液力变矩器和齿轮式有级变速器组成的液力机械式变速器，其传动比可在最大值和最小值之间的几个间断范围内作无级变化。
按操纵方式不同，变速器分为强制操纵式，自动操纵式和半自动操纵式。
（1）强制操纵式变速器靠驾驶员直接操纵变速杆换挡，为大多数汽车采用。
（2）自动操纵式变速器的传动比选择是自动进行的。
驾驶员只需要操纵加速踏板，即可控制车速。
（3）半自动操纵式变速器有两种形式。
一种是常用的几个挡位自动操纵，其余挡位则由驾驶员操纵；另一种是预选式。
自动变速器的优点：
（1）大大提高发动机和传动系的使用寿命。
液力传动汽车的发动机与传动系，由液体工作介质"软"性连接。
液力传动起一定的吸收、衰减和缓冲的作用，能减少发动和传动系所承受的冲击及动载荷，因而提高了有关零部件的使用寿命。
（2）提高汽车通过性。
采用液力自动变速器的汽车，在起步时，驱动轮上的驱动扭矩是逐渐增加的，防止很大的振动，减少车轮的打滑，使起步容易，且更换平稳，它的稳定车速可以降低很多。
且因换挡时没有功率间断，不会出现汽车停车的现象。
液力机械变速器对于提高汽车的通过性具有良好的作用。
（3）具有良好的自适应性。
目前，液力传动的汽车都采用液力变矩器，它能自动适应汽车驱动轮负荷的变化。
当行驶阻力增大时，汽车自动降低速度，使驱动轮驱动力矩增加；当行驶阻力力减小时，自动减小驱动力矩，增加车速。
因此，变矩器能在一定范围内实现无变速器，大大减少行驶过程中的换挡次数，有利于提高汽车的动力性和平均车速。
（4）操纵轻便。
装备液力自动变速器的汽车，采用液压操纵或电子控制，使换挡实现自动化。
在变换变速杆位置时，只需操纵液压控制的滑阀，这比普通机械变速器用拨叉拨动滑动齿轮实现换挡要简单轻松得多。
而且，它的换挡齿轮组一般都采用行星齿轮组，这就降低或消除了换挡时的齿轮冲击，可不要主离合器，大大减轻了驾驶员的劳动强度。
1.2自动变速器的发展历史
（1）液压控制
该阶段以以液力自动变速器的普遍应用和迅速推广为特征。
这个阶段的液力自动变速器由液力变矩器和行星齿轮变速器组成，控制系统是通过液压系统来，控制信号主要是通过反映油门开度大小的节气门阀和反映车速高低的速控阀来实现，其控制系统是由若干个复杂的液压阀和油路构成的逻辑控制系统，按照设定的换挡规律，控制换挡执行机构的动作，从而实现自动换挡。
（2）电子控制
1969年法国的雷诺R16TA轿车首先使用了电子控制自动变速器。
电子控制系统将控制换挡的参数（如车速和油门开度等）通过传感器转换为电信号输送给电脑，电脑通过处理换挡信号作用于换挡电磁阀，从而利用液压换挡执行机构实现自动换挡。
（3）智能控制
随着车辆技术和自动变速技术的发展，人们不再满足于简单的功能实现，车辆自动变速技术进入智能化阶段，控制策略的不断改进成为车辆自动变速技术的特点。
三菱新型四挡自动变速器，将各种输入信息和驾驶员的换挡通过神经网络建立联系，利用神经网络的学习功能，使得车辆能够按照驾驶员的意图自动换挡。
（4）集成控制
整个汽车电子控子系统一体化。
发动机控制和AT控制、巡航控制、牵引力控制、四轮驱动控制和ABS联合起来进行综合控制。
1.3液力机械自动变速器的结构组成
液力自动变速器由液力变矩器和动力换挡的辅助变速装置组成。
液力变矩器安装在发动机和变速器之间，以液压油为工作介质，起传递转矩，变矩，变速及离合的作用，可在一定范围内自动无级地改变转矩比和传动比。
行星齿轮系统主要由行星齿轮机构和执行机构组成，通过改变动力传递路线得到不同的传动比。
两者组合使用更广泛地扩大了传动比的变化范围。
2自动变速器变速方案分析
2.1自动变速器变速方案设计要求
（1）传动比要求：
具有一个倒挡，一个超速挡，一个直接挡，两个减速挡，并且传动比设置要尽量最大限度发挥变速器性能。
（2）换挡操纵简单:
最好只分离一个元件和接合一个元件就能实现换挡，以便于操纵控制，减轻驾驶员疲劳程度。
（3）变速器的结构要尽量简单，轴的叠套尽可能少，以便于加工制造生产。
2.2自动变速器自由度选取
目前，轿车的行星齿轮自动变速器普遍采用三自由度，与二自由度行星齿轮自动变速器相比，行星齿轮机构简单，减少了行星排和制动器数目，使变速器体积小，重量轻，零件数目少，但增加了离合器数。
四自由度变速器使换挡时需结合的元件过多，操纵换挡复杂，在轿车上不采用。
本机构也采用三自由度。
2.3自动变速器行星齿轮变速机构结构确定
本自动变速器行星齿轮变速机构结构简洁，仅用三个离合器，两个制动器，一个单向离合器，同样也实现了四挡变速，使结构大大简化
。
图2-1变速机构简图
2.4换挡传动路线的确定及各挡传动比计算
（1）一挡：
离合器C1接合，单向离合器F工作，此时行星架只能顺时针转动，所以行星架被制动，小太阳轮与输入轴相连接。
此时传动路线为：
泵轮→涡轮→涡轮轴→离合器C1→小太阳轮7→短行星轮6→长行星轮2→齿圈3输出。
后行星排的特征方程式位：
;
其中：
为小太阳轮转速，等于输入转速;
为齿圈转速，等于输出转速；
为行星架转速，此时为0；
为齿圈齿数和小太阳轮齿数之比；
故传动比由上式可得为（2-1）
（2）二挡：
离合器C1接合，制动器B2制动大太阳轮8。
此时动力传递路线为：
泵轮→涡轮→涡轮→离合器C1→小太阳轮7→短行星轮6→长行星轮2围绕不动的大太阳轮8公转并驱动齿圈3输出。
对于前排行星轮有
对于后排行星轮有
由以上两式可得传动比为（2-2）
（3）三挡（直接挡）：
锁止合器C0接合，液力变矩器锁死，离合器C1，C2，C3接合，使行星齿轮传动机构被锁止，则该系统成为一个整体转动。
此时动力传递路线为：
泵轮→锁止离合器→离合器和整个行星轮副转动输出动力。
其传动比为（2-3）
（4）四挡（超速挡）：
锁止合器C0锁止，离合器C3接合，制动器B2制动大太阳轮8。
此时动力传递路线为：
泵轮→锁止离合器C0→离合器C3→行星架1→长行星轮2绕大太阳轮旋转，并驱动齿圈3输出动力。
前行星排的特征方程式为：
可得其传动比为（2-4）
（5）倒挡：
倒挡离合器C2接合，使大太阳轮8转动。
制动器B1工作，使行星架被制动。
此时动力传递路线为：
泵轮→涡轮→涡轮轴→离合器C2→大太阳轮8→长行星轮2反向驱动齿圈3。
前行星排的特征方程式为：
可得其传动比为（2-5）
（6）空挡：
各离合器和制动器都在闲置状态，此时行星齿轮机构各部分可以自由运动，则行星齿轮机构不传递动力，变速器处于空（N）挡位置。
3自动变速器摩擦结合元件设计
3.1概述
自动变速器的摩擦结合元件是用来结合或分开某些传动元件，从而实现不同的动力流动路线，改变传动比和车速。
摩擦结合元件包括离合器和制动器，它们通过摩擦力来结合或制动行星齿轮传动机构的元件；单向离合器单向传动，使行星齿轮传动机构的元件只能朝一个方向转动。
对摩擦结合元件的要求：
（1）在摩擦结合元件滑磨结合的过程中，应控制好摩擦力的大小，以使换挡过程缓和，平顺，无冲击；
（2）在摩擦结合元件结合传动时，应使其具有足够的转矩储备，以满足使用要求；
（3）摩擦元件应该有足够的热容量，并得到良好的润滑，以防止过热烧损；
（4）在元件分离状态时，要求空转状态下的摩擦力小，分离彻底，以提高经济性；
（5）结构简单紧凑，制造加工容易。
3.2摩擦结合元件的整体布置
在拉威挪式自动变速
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