朱本超
山东理工职业学院 山东 济宁 272067
摘要：汽车变速器，是用于协调发动机转速和车轮实际行驶速度的变速装置，用于发挥发动机的最佳性能。本文以拉维娜式四挡自动变速器为例，就自动变速器行星齿轮传动机构设计展开探讨。
引言
行星齿轮机构是自动变速器的核心部件，它的优化设计一直都是研究的重点，目前主要的优化方法有:基于体积或质量最小，基于振动最小、基于强度最大或等强度，基于传动平稳性最好以及基于可靠度最高等等。
1自动变速器概述
自动变速器分为行星齿轮式和定轴式，在实际应用中，相比于定轴式，行星齿轮式的传动比范围更大，传动效率更高;在结构上，行星齿轮式的齿轮集中在中间，其动力通过多个模数较小的行星轮来传递，实现了结构上的简化，空间体积和重量也有了很大的降低。
2换挡执行机构设计
2.1结构组成及作用
本文以拉维娜式四挡自动变速器为例，设计的换挡执行机构包括三个离合器（C1，C2，C3），两个制动器（B1，B2），一个单向离合器（F），具体结构见图1所示。
其中：n21为小太阳轮转速，等于输入转速ni；n22为齿圈转速，等于输出转速n0；n23为行星架转速，此时为0；α2为齿圈齿数和小太阳轮齿数之比。故传动比由上式可得为
②二挡：离合器C1接合，制动器B2制动大太阳轮。此时动力传递路线为：泵轮→涡轮→涡轮→离合器C1→小太阳轮→短行星轮→长行星轮围绕不动的大太阳轮公转并驱动齿圈输出。
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
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
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。此时动力传递路线为：泵轮→锁止离合器C0→离合器C3→行星架→长行星轮绕大太阳轮旋转，并驱动齿圈输出动力。
前行星排的特征方程式为：
可得其传动比为
⑤倒挡：倒挡离合器C2接合，使大太阳轮转动。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→长行星轮反向驱动齿圈。
前行星排的特征方程式为：
可得其传动比为
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行星齿轮机构的评价指标
自动变速器行星齿轮机构的评价指标有很多，可选取几个常用的指标来进行比较。评价指标之一是传动比，传动比幅度(等于i1/i4，也等于速比阶跃乘积)越大越好;而且速比阶跃较小有利于平稳换挡。评价指标还可以是尺寸参数和工艺参数等。尺寸参数是与行星排外形轮廓尺寸有关的参数，用各排齿数比α表示，α$(1.4，4.5)，α越接近2.7越好。工艺参数是与自动变速器的制造工艺有关的参数，用T=αmin/αmax来表示，αmin和αmax分别为最小和最大的齿数比α，T$(0.33，1)，T离1越近越好。
图2原设计和优化设计的传动比
图3原设计和优化设计的速比阶跃
从图2～图3中可以看到:①前进挡传动比方面，优化设计第1挡传动比略小于原设计，其他挡两者很接近或相等，优化前后传动比幅度几乎一样;②速比阶跃方面，原设计第1挡和2挡之间的速比阶跃是1.848，略有点高，优化后第1挡和2挡之间的速比阶跃是1.671，比较好，而且优化设计速比阶跃整体比原设计平缓，换挡冲击小，所以优化设计在这方面有优势。从尺寸参数看，原设计α2离2.7较远，优化设计α2离2.7很近，非常好;两种设计α1的相差不大，所以综合考虑优化设计更好一些。从工艺参数看，原设计T=0.594，优化设计T=0.681，优化设计的0.681比原设计的0.594更接近1，从而优化设计在工艺参数方面也有优势。总之，尺寸参数和工艺参数方面，优化设计效果都不错。
结语
汽车变速器，是用于协调发动机转速和车轮实际行驶速度的变速装置，用于发挥发动机的最佳性能。自动变速器由于其操作更加简便，一定程度上降低了驾驶员的疲劳度，提高了行驶安全性，因此自动变速器在轿车上的应用更加广泛。本课题设计了四挡拉维娜式自动变速器的传动机构，通过对传动路线的分析与设计确定了变速器的具体方案，完成了行星齿轮传动机构的传动比计算及齿轮参数等的确定。
参考文献
[1]邓雷.汽车齿轮变速箱的振动分析与优化设计[D].重庆:重庆大学，2015:14－23
[2]孙金风，何红秀，陈胜，黄良玉，王启东.行星齿轮传动机构虚拟样机仿真研究[J].机械，2017，4.
论文作者:朱本超
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/15
标签：行星论文; 齿轮论文; 离合器论文; 传动比论文; 优化设计论文; 速比论文; 自动变速器论文; 《防护工程》2018年第30期论文;