行星齿轮变速器.ppt
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1、第三章 行星齿轮变速器,齿轮变速器=齿轮传动机构+换档执行机构齿轮传动机构:获得各档动力传递形式:固定轴式(如:本田雅阁)行星齿轮式(如丰田、奥迪等绝大多数)换档执行机构:改变齿轮机构中各元件的状态,获得档位之间的变化。形式:离合器 制动器 单向离合器,执行机构,一、齿轮传动的一般规律1.旋转方向,左图为外啮合齿轮传动其旋转方向相反,旋转件的常习:内啮合旋转方向相同,不改变方向只改变传动比。,三轮之间的旋转方向,不改变传动比,却实现方向相同,假定C轴线不动,一、平行轴式齿轮变速机构,与手动变速器的差别:结构:自动变速器中的齿轮与轴的连接通过多片式离合器实现;手动变速器中的齿轮与轴是通过花键或齿
2、套连接的。换档方式:手动变速器通过齿轮在轴上的滑动或齿套啮合来实现换档;自动变速器则是通过多片式离合器的接合与分离来实现换档。,齿轮变速机构原理:,前离合器接合,后离合器分离,为低档;前离合器分离,后离合器接合,为超速档。,二、行星齿轮变速机构,行星齿轮机构的组成:它由太阳轮或称为中心轮、行星齿轮、行星齿轮架,通常简称为行星架、齿圈等组成。行星齿轮为轴转式齿轮系统,与定轴式齿轮系统一样,也可以变速、变矩。按照齿轮的排数不同,行星齿轮机构分为单排行星齿轮机构和多排行星齿轮机构。按照太阳轮和齿圈之间行星齿轮的组数不同,行星齿轮机构可分为单星行星排和双星行星排。,单排单星行星齿轮机构,单排双星行星齿
3、轮机构,1、单排单级行星齿轮机构工作原理1)齿圈固定,太阳轮主动,行星架被动,此种组合为降速传动,通常传动比一般为2.55,转向相同。,行星架固定,2)齿圈固定,行星架主动,太阳轮被动,此种组合为升速传动,传动比一般为0.20.4,转向相同。,3)太阳轮固定,齿圈主动,行星架被动,此种组合为降速传动,传动比一般为1.251.67,转向相同。,太阳轮固定,4)太阳轮固定,行星架主动,齿圈被动,此种组合为升速传动,传动比一般为0.60.8,转向相同,5)行星架固定,太阳轮主动,齿圈被动,此种组合为降速传动,传动比一般为1.54,转向相反,6)行星架固定,齿圈主动,太阳轮被动,此种组合为升速传动,传
4、动比一般为0.250.67,转向相反,7)把三元件中任意两元件结合为一体的情况,8)三元件中任一元件为主动,其余的两元件自由:从分析中可知,其余两元件无确定的转速输出。第六种组合方式,由于升速较大,主被动件的转向相反,在汽车上通常不用这种组合。其余的七种组合方式比较常用。,、传动比计算,小齿轮做中间齿轮,与传动比无关。当行星架未制动时,行星架以n3转动。对整体行星排施加一个与行星架转速大小相等、方向相反的速度n3,这对构件的相对速度无影响,使行星排变为定轴式转动。,齿圈,行星轮,太阳轮,行星架,传动比的计算:,整理后得:单排单级行星齿轮的运动方程,单排单级行星齿轮传动比,1)齿圈固定不动,a、
5、太阳轮为主动件,行星架为从动件图ab、行星架为生动件太阳轮为从动件如图b,2)锁定太阳轮,行星轮自动并顺时针公转,齿圈也顺时针旋转问题:以下两种类型在AT中适宜做哪一个档位?,3)锁定行星轮架,问题:以下两种类型适合做何种档位?,4)将任意二元件连接在一起,连接任意二个就会使得行量齿轮不再有自转,此时三元件合为一体,三元件之间的传动均为1,即为直接档传动。,5)不锁定任何元件,若右图可以随意转动,此时为空档,、单排双级行星齿轮机构,理论上讲,可有种不同的传动。实际上,有些传动方案是不宜采用的。通常单排行星机构,只能采用两个档位。自动变速器通常采用多个单排行星齿轮机构进行串、并联或换联主从动构件
6、的办法来扩大档位数目。两排行星机构通常采用增加一个离合器的方式来换联主动元件。三排行星机构组成的自动变速器,采用其中一排与另两排串联的方法来获得更多的档位。,三、两种典型的行星齿轮机构(一)辛普森(Simpson)式齿轮机构,、结构特点:前后两个行星排的齿轮参数完全相同,而前后两行星排共用一个太阳轮;前行星排的行星架和后行星排的齿圈相连为输出轴;前行星排的内齿圈和太阳轮通常做为输入轴。可实现三进一倒的档位。,辛普森结构,辛普森结构传动方式,、双排辛普森行星齿轮机构各元件间的转速关系方程式为:,由于共用太阳轮,故:前排太阳轮转速与后排太阳轮转速相同;前行星架转速与后齿圈转速相同;联立方程,可解辛
7、普森结构的总传动比。,(二)拉维奈尔赫(Ravigneanx)行星结构,结构特点:前排为单级行星齿轮,后排为双级行星齿轮,前后共用一个内齿圈;共用一组行星齿轮(后排外与前排)和共用行星架;以内齿圈为输出轴,以前后两太阳轮为输入轴;可组成三或四个前进档;由于结构简单、尺寸小,常用于前驱式车辆(变速驱动桥),拉维奈尔赫式结构,拉维奈尔赫式结构传动方式,双排拉维奈尔赫齿轮机构各元件间的转速关系方程式:,共用内齿圈,,共用前、后行星架,,联解方程组,可得到拉维奈尔赫结构的总传动比。,四、行星齿轮传动联想记忆,为了方便记忆,我们可以将行星齿轮传动转换成普通圆柱齿轮传动。太阳轮相当于最小的齿轮,齿圈相当于
8、中等齿轮,行星架相当于最大的齿轮。其中行星架的齿数等于太阳轮齿数与齿圈齿数之和。,1当齿圈固定时太阳轮主动,行星架被动,最小的齿轮带动最大的齿轮旋转降速,传动比最大,在汽车上用作前进1档;反之,若行星架主动,太阳轮被动,最大的齿轮带动最小的齿轮旋转,升速,传动比最小,在少数汽车上使用,作为前进超速2档。,2当太阳轮固定时齿圈主动,行星架被动,较大齿轮带动最大齿轮旋转,降速,传动比较大,在汽车上常用作前进2档;反之,若行星架主动,齿圈被动,最大齿轮带动较大齿轮旋转,升速,传动比略小于1,在汽车上用作前进超速1档,3当行星架固定时太阳轮主动,齿圈被动,最小齿轮带动较大齿轮旋转,降速,反向,在汽车上
9、用作倒档。,五、换档执行机构工作原理,行星齿轮变速器的换档执行机构主要由离合器、制动器和单向离合器三种执行元件组成。离合器和制动器是以液压方式控制行星齿轮机构元件的旋转,而单向离合器则是以机械方式对行星齿轮机构的元件进行锁止。,1、离合器作用:连接轴和行星齿轮机构的旋转元件,或将行星排的的某两个元件连在一起,使之成为一个整体。组成:卡环:它安装在输入轴转鼓的卡环槽内,限制活塞的行程输出转鼓:其中心有齿形花键与输出轴相连,边缘有键槽钢片:是光板,外缘有矩形花键与输入轴转鼓内键槽相连摩擦片:内圆有花键,与行星齿轮某一元件相连接,其表面有铜基粉末冶金层或合成纤维层,以增大摩擦力。钢片与摩擦片相间排列
10、,可轴向移动。弹簧座卡环:安装在输入轴卡环槽内。许多个回位弹簧沿圆周方向均匀分布。,示意图,实际离合器,工作原理:当离合器结合时,控制油压通过输入轴中心孔进入活塞,克服回位弹簧力将钢片和摩擦片压紧,产生摩擦力。这时动力从输入轴经过离合器传到输出轴,当需要离合器分离时,控制油压通过原来的管路排出,由于回位弹簧的作用,活塞回到初始的位置,摩擦片和钢片分离,动力不能传递。,离合器工作原理,离合器工作原理,动力传动路线,离合器的自由间隙:离合器处于分离状态时,离合器片之间有一定的轴向间隙,以保证钢片和摩擦片之间无轴向压力。,一般离合器的自由间隙为0.52.0mm。间隙大:离合器片磨损;间隙小:离合器片
11、变形。间隙可用挡圈或压板调整。,磨损的摩擦片,离合器的安全阀:防止泄压后,残留油液在高转速时压向离合器片,使离合器接合,从而导致钢片和摩擦片间出现不正常滑磨。,单向球阀,离合器安全阀的工作,离合器所能传递的动力,或者说转矩的大小与摩擦片的面积、片数及离合器片间的压紧力有关。片间压紧力的大小由作用在离合器活塞上的油压及作用面积决定。一般上压紧力确定,从而离合器传递动力大小取决于摩擦片的面积和片数。,离合器压紧力控制,两种控制方式:双油路控制;双活塞控制,双活塞控制原理,2、制动器:分为片式制动器和带式制动器,作用:制动锁定旋转部件。1)片式制动器组成:,片式制动器的结构和功能与湿式多片式离合器基
12、本相同,也是由后离合器鼓、离合器片、离合器盘、活塞及中心支承组成。不同点是:中心支承取代了离合器壳,而中心支承与变速器连为一体。制动器分离,活塞未压紧离合器盘片时,后离合器鼓可自由转动,活塞压紧离合器盘与片时,后离合器鼓与中心支承拼命,后离合器鼓被制动。,多片式制动器原理,液压作用,2)带式制动器,(1)组成:制动鼓、制动带、油缸。,制动鼓:它与行星齿轮的某一元件相连接。制动带:围在转鼓的外圆上,它的外表面是钢带,内表面有摩擦材料,制动带的一端用锁销固定在自动变速器壳体上,另一端与液压油缸的推杆相接触。油缸:它固定在自动变速器壳体上,其内部有活塞和推杆相连接。,带式制动器结构,(2)制动带的夹
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