摘 要:本文通过对单个行星排进行分析,阐明了行星齿轮机构的传动原理,并提供了一种行星排传动规律简单易记的方法;另外,根据行星排传动规律的特点,对行星齿轮变速器进行了档位分析,从而使行星齿轮变速器的传力路线变得容易理解。
关键词:行星排 转速特性方程 传动方案 执行元件 传力路线
中图分类号:TG86 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)01(b)-0065-02
目前汽车自动变速器在国产的轿车的应用已经十分普遍,其中大部分轿车自动变速器都是以行星齿轮变速器为基础。对于很多人来说,在进行行星齿轮变速器档位分析时,其传力路线总是让人难以理解,特别是现在市场上出现了很多6速、7速、8速等新型自动变速器。其实,在复杂的变速器也是由最简单的单个行星排通过组合而成,因此,有必要通过单个行星排分析来掌握行
星排变速规律,再结合辛普森式、拉维娜式两种典型行星齿轮变速器的档位分析,这样就能很好的理解行星齿轮变速器的传动特点,行星齿轮变速器各档位的传力路线也就变得简单了。
1 行星排分析
复杂的行星齿轮变速器中所采用的基本行星机构大多数是单排内、外啮合的行星齿轮机构,简称行星排,它有单行星行星排和双行星行星排两种。一个行星排包括有一个太阳轮、一个齿圈、一个行星架和支承在行星架上的几个行星齿轮组成的。其中,太阳轮、齿圈和行星架称为行星排的三个基本元件,分别用符号S、R、PC来表示,行星轮用符号P表示。行星排的运动可看成是行星架上相互啮合的齿轮相对行星架作啮合传动,这是相对运动。因此,当站在行星架上观察时,各轮传动如定轴轮系,存在一定的转速关系,如下式所示:
式中:(nS—nPC)为太阳轮相对行星架的转速(r/min);(nR—nPC)为太阳轮相对行星架的转速(r/min);K为齿圈齿数(ZR)和太阳轮齿数(ZS)之比。
由上式可得行星排转速特性方程式,对于单行星行星排,上式K取负号,得:
对于双行星行星排,上式K取正号,得:
对于单行星行星排来说,可以获得八种传动方案,如表1中所示。
对于前六种传动方案,行星排中的三个元件——太阳轮、齿圈、行星架分别作为主动件、从动件和固定件,因为行星齿轮只是作为中间传动齿轮,因此可以将行星排传动看作是定轴轮系,这样便于记忆和理解。对于固定件,只需将它从图中去掉,这样行星排的传动即转化成只有两个元件(主动件和从动件)的内啮合齿轮传动或外啮合齿轮传动。
2 行星齿轮变速器档位分析
为了简化传力路线,对于前行星排中的太阳轮、齿圈、行星架分别用符号S1、R1、PC1表示;对于后行星排中的太阳轮、齿圈、行星架分别用符号S2、R2、PC2表示;用in表示输入,接主动件,用out表示输出,接从动件;用“＋”表示行星排中各元件的运动方向或运动趋势的方向与输入轴相同,即为顺时针方向;用“－”表示行星排中各元件的运动方向或运动趋势方向与输入轴相反,即为逆时针方向。
2.1 辛普森式三档行星齿轮变速器
辛普森式三档行星齿轮变速器中各换档执行元件的布置(如图1所示)。
前后行星排的太阳轮连在一起,前行星排的行星架与后行星排的齿圈连在一起并接输出轴。辛普森式三档行星齿轮变速器换档执行元件工作表如表2所示。单向离合器F1在逆时针方向上固定后排行星架。
（1）1档传力路线(图3）：
D位1档时,C2接合,前行星排的齿圈为主动件,前排行星架和后排齿圈为从动件,后排行星架的运动趋势为逆时针方向,因此单向离合器F1起作用,在逆时针方向制动后排行星架,前后行星排同时传力,传动为减速同向,为低速档。因为,F1起作用,只能逆时针方向制动后行星架,因此该档位不具有发动机制动作。
2位1档或1位1档传力路线(见图a)。
传力路线与D位1档完全相同,因为,B2起作用,可以双向制动后行星架,因此该档位具有发动机制动作用。
(2)2档传力路线(图b)。
2档时,C2、B1接合,后排太阳轮与前排太阳轮一起被制动器B1固定,后行星排不传力,而前行星排齿圈为主动件,行星架为从动件,传动为减速同向,为低速档。
1档、2档的传力变化可以这样理解:假定1档、2档时的输入状态不变,1档时传力路线有两条,2档时传力路线只有一条,所以2档时的传力比1档时小,但是输出转速变快了。
(3)3档传力路线。3档时,离合器C1、C2同时接合,前后行星排都不起变速作用,作为一个整体将动力传给输出轴,为直接档,传动比是1。
(4)倒档传力路线(图c)。
倒档时,C1、B2接合,前排齿圈不受约束,因此前行星排空转不传力;后行星排太阳轮为主动件,齿圈为从动件,行星架被制动器B2固定,传动为减速反向,为倒档。
2.2 拉维娜式四档行星齿轮变速器(传动简图见图2)
前行星排为单行星行星排,后行星排为双行星行星排,前后行星排共用一个齿圈和一个行
星架。拉维娜式四档行星齿轮变速器换档执行元件工作表如表3所示。单向离合器F在逆时针方向上固定排行星架。
（1）1档传力路线（如图4）：
1档时,C1接合,前行星排的大太阳轮不受约束,因此前行星排空转不传力;后行星排的小太阳轮为主动件,齿圈为从动件,行星架的运动趋势为逆时针方向,因此单向离合器起作用,在逆时针方向上制动行星架,传动为减速同向,为低速档。因为,只有单向离合器F起作用,只能在逆时针方向制动行星架,因此没有发动机制动。
1位1档传力路线(图d)。
因为,制动器B1起作用,可以双向制动行星架,因此具有发动机制动。
(2)2档传力路线(图e)。
2档时,C1、B2接合,后行星排的小太阳轮为主动件,前行星排的大太阳轮为固定件,前后行星排同时传力,传动为减速同向,为低速档。
1档、2档的传力变化可以这样理解:假定1档、2档时的输入状态不变,1档时传力路线有一条,2档时传力路线有两条,但是2档时的传力比1档时小,是因为通过前排传力时齿圈的运动趋势与后排传力时相反,即两条传力路线的传力被抵消了,齿圈的运动趋势仍然为逆时针,但是输出转速变快了。
(3)3档传力路线。3档时,离合器C1、C3同时接合,前行星排的大太阳轮不受约束,因此前行星排空转不传力,后行星的小太阳轮和行星架同时作为主动件,因此后行星排作为一个整体将动力传给输出轴,为直接档,传动比是1。
(4)4档传力路线（图f）。
后行星排的小太阳轮S2发动机制动不受约束,因此后行星排空转不传力。前行星排的行星架为主动件,齿圈为从动件,大太阳轮为固定件,增速同向,为超速档。
(5)R档传力路线(图g)。
后行星排的小太阳轮S2不受约束,因此后行星排空转不传力。前行星排的大太阳轮为主动件,齿圈为从动件,减速反向,为倒档。
参考文献
[1] 黄宗益.现代轿车自动变速器原理和设计[M].上海:同济大学出版社,2006,9(1).
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