汽车自动变速器行星齿轮速比分析
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矗峨影.///.垃7,,垲j,i1刀.i‘”,5.3位(3—1档、3-2档、3—3档)3—1档、3—2档与D一1档、D一2档完全相同,3—3档在D一3档的基础上增加了Cl、F1。
由图1b)可以看出,C1、FI、C3、F3共同作用的结果是超越离合器Fl的超越作用被取消,这相当于一个离合器单独工作。
参考图1、图6,3—3档与D一3档在车辆加速时的传动机理类似,在车辆滑行时,由于F1的超越作用被取消,所以动力输入发动机形成发动机制动。
6.2位(2—1档、2—2档)1)2-1档2—1档与D一1档、3—1档比较,增加了1/2档制动带B1,固定后排太阳轮,单向离合器F2的单向离合作用被取消。
参考图1、图4,2一l档与D—l档在车辆加速时的传动机理类似,在车辆滑行时,虽然由于Bl的加入取消了F2的单向离合作用,但由于Fl仍超越,所以动力还是不能传递到发动机形成发动机制动。
2)2—2档2—2档在D一2档的基础上增加了1/2档制动带B1。
参考图l、图5,2—2档与D一2档在车辆加速时的传动机理类似,在车辆滑行时,由于F2的单向离合作用被取消,所以动力输入发动机形成发动机制动,传动比为2档传动比的倒数。
此时,由式(6)可以得出,Fl超越,前行星排空转。
7.1位(1一l档)1—1档在2—1档的基础上增加了C3、F3。
参考图l、图4,1—1档与D一1档在车辆加速时的传动机理类似,在车辆滑行时,由于C1、F1、C3、F3的共同作用,F1的超越作用被取消;由于B1的作用,F2的单向离合作用被取消,所以动力输入发动机形成发动机制动。
B1在2—2档、1一l档时配合B2、F1工作。
可以看出,Bl仅需控制发动机制动,所以B1在结构上要比B2窄小。
2—1档仅B1作用并不能实现发动机制动。
保留Bl可以简化阀体设计,B1的油路在换档杆位于2位和1位时均接通,即仅需通过与换档杆相连的手动阀控制Bl的供油(-y-动阀与换档杆相连)。
8.快速分析法总结表3是4T65E型自动变速器运行分析简表,是对前面分析的简略概括。
2 行星变速器速比的计算方法2.1 单排行星机构的运动特性方程对行星变速器速比计算时要用到单排行星机构的运动特性方程,现有众多的汽车自动变速器原理与维修类书籍中或是按照转矩平衡和能量守衡定律来推导或是没有推导直接给出,这里介绍一种由运动学方法推导的方法。
对于图1所示的行星机构,运用机械原理中的系杆(行星架)固定法,当在行星架上观察行星排各构件的运动时,行星排中各齿轮的啮合传动就如同定轴系一样,这相当于给行星排的各构件加上了一个与行星架转速大小相等、方向相反的转速,而各构件间的相对运动关系不变。
设太阳轮转速为n t ,行星架转速为n j ,齿圈转速为n q ,太阳轮齿数为z t ,齿圈齿数为z q ,行星轮齿数为z x ,行星轮相对于行星架的转速为jx n ,则太阳轮相对于行星架的转速为j t j t n n n -=;齿圈相对于行星架的转速为j q j q n n n -=;在单行星轮单排行星机构中,从太阳轮到齿圈的传动比用转速表示的表达式为:(1) j q j t j q j x jxj t j q j x j x j t n n n n n n n n n n n n n n i --=-⨯-=⨯=; 而从太阳轮到齿圈的传动比用齿数表示的表达式为:(2) tq x qt x z z z z z z i -=⨯-=;式中—号表示齿圈的转速方向与太阳轮相反(图1中箭头所示)。
令α=tq z z 为行星排特性参数,由式(1)和式(2)得:(3) α-=--jq j t n n n n ;由(3)式得单行星轮单行星排的运动特性方程为:(4) 0)1(=+-+j q t n n n αα同理可推出图2所示的双行星轮单行星排的运动特性方程为:(5) 0)1(=---j q t n n n αα式(4)和式(5)可合并为:(6) 0)1(=±-±j q t n n n αα式中±中的+号用于单行星轮行星排,—号用于双行星轮行星排。
自动变速器速比的计算为适应人们日益提高的对汽车安全与舒适度的要求,自动变速器在轿车上逐渐普及。
随着自动变速器的广泛应用,轿车驾驶变得轻松,乘坐变得舒适。
但由于自动变速器的结构相对复杂,自动变速器速比计算在很多教材中暂未涉及,这给汽车维修类专业学习者理解自动变速器的传动性能和档位分析造成了一定的困难。
下面,我们对典型的单排行星齿轮机构的传动比计算原理及方法作出仔细分析。
一、自动变速器动力传递概述自动变速器由液力元件、变速机构、控制系统、主传动部件等几大部分组成。
变速机构可分为固定平行轴式、行星齿轮式和金属带式无级自动变速器(CVT)三种。
在轿车上,自动变速器都采用行星齿轮式变速机构。
行星齿轮机构一般由2个或2个以上行星齿轮组按不同的组合方式构成,其作用是通过对不同构件的驱动或制动,产生不同速比的前进挡、倒挡和空挡。
换挡执行元件是指约束行星齿轮机构的某些构件,其作用包括固定并使其转速为0,或连接某部件使其按某一规定转速旋转。
通过适当选择行星齿轮机构被约束的基本元件和约束方式,就可以得到不同的传动比,形成不同的挡位。
换挡执行元件包括离合器、制动器和单向离合器三种不同的元件。
其中,离合器的作用是连接或驱动,以将变速机构的输入轴(主动部件)与行星齿轮机构的某个部件(被动部件)连接在一起,实现动力传递。
制动器的作用是固定行星齿轮机构中的某基本元件,它工作时将被制动元件与变速器壳体连接在一起,使其固定不能转动。
单向离合器具有单向锁止的功能,当与之相连接元件的旋转趋势使其受力方向与锁止方向相同时,该元件被固定(制动)或连接(驱动);当受力方向与锁止方向相反时,该元件被释放(脱离连接)。
由此可见,单向离合器在不同的状态下具有与离合器、制动器相同的作用。
二、单排单级行星齿轮机构1、单排单级行星齿轮机构的传动比。
最简单的行星齿轮机构由一个太阳轮、一个内齿圈和一个行星架组成,我们称之为一个单排单级行星排,如图1所示。
由于单排行星齿轮机构具有两个自由度,为了获得固定的传动比,需将太阳轮、齿圈或行星架三者之一制动(转速为0)或约束(以某一固定的转速旋转),以获得我们所需的传动比;如果将三者中的任何两个连接为一体,则整个行星齿轮机构以同一速度旋转。
自动变速器拉维纳行星齿轮典型结构速比分析
【摘要】汽车自动变速器行星齿轮的基本结构之一为拉维纳(Ravigneavx)结构。
大众01V自动变速器齿轮机构的结构包括一组拉维纳齿系和一个输出齿轮组(单行星排),拉维纳齿系和单行星排共齿圈,可实现5个前进速比。
汽车自动变速器行星齿轮的基本结构之一为拉维纳(Ravigneavx)结构。
如图-1所示,拉维纳行星排的结构特点是:???
拉维纳行星排的传动规律:???
大众01V自动变速器齿轮机构的结构如图—1所示,包括一组拉维纳齿系和一个输出齿轮组(单行星排),并且,拉维纳齿系和单行星排共齿圈。
换挡执行机构包括:4个离合器、3个制动器和1个单向离合器。
离合器C1、C2 和C3用于拉维纳行星齿轮组,C1用于将动力传给拉维纳齿系小太阳轮;C2用于将动力传给拉维纳齿系大太阳轮;C3用于将动力传给拉维纳齿系行星架。
C4用于接合输出单行星排的齿圈和太阳轮。
制动器Bl用于制动拉维纳齿系大太阳轮;制动器B2用于制动拉维纳齿系行星架;B3用于制动输出单行星排的太阳轮。
单向离合器F用于单向阻止拉维纳行星架的逆时针(逆向曲轴转动方向)转动。
C2
C1C3F B2C4
B3
B1
C 1 C 2 C 3 C 4 B 1 B 2 B 3 F 1档 √ √ √ 2档 √ √ √ 3档 √ √ √ 4档 √ √ √ √ 5档 √ √ √ R 档
√
√
√
√----工作
图—1 大众01V 自动变速器拉维纳结构与传动规律
速比分析:
N 1+α•N 2=(1+α)N 3 α= Z 2 /Z 1 N 4−β•N 2=(1+β)N 3 β= Z 2 /Z 4 N 01+γ•N 02=(1+γ)N 03 γ= Z 02 /Z 01 N 02= N 2
其中:
N 1为拉维纳齿系大太阳轮的转速; Z 1为拉维纳齿系大太阳轮的齿数; N 2为拉维纳齿系齿圈的转速; Z 2为拉维纳齿系齿圈的齿数;
N3为拉维纳齿系行星架的转速;
N4为拉维纳齿系小太阳轮的转速;
Z4为拉维纳齿系小太阳轮的齿数;
N01为输出单行星排太阳轮的转速;
Z01为输出单行星排太阳轮的齿数;
N02为输出行星排齿圈的转速;
Z02为输出行星排齿圈的齿数;
N03为输出行星排行星架的转速。
1 1档动力传递
1.1 动力传递分析
1档动力传递如图—4所示。
离合器Cl、制动器B3、单向离合器F工作。
离合器C1驱动小太阳轮顺时针转动,短行星轮逆时针转动,长行星轮顺时针转动,但其齿圈是输出元件运动阻力大,所以行星架有逆时针转动的趋势,由于单向离合器F阻止行星架逆时针转动,因此拉维纳行星齿轮组的齿圈只能被长行星轮驱动顺时针转动,并将动力传给输出齿轮组的齿圈。
在输出行星齿轮组中,制动器B3固定输出单行星排的太阳轮,因此齿圈顺时针转动驱动行星架,在固定的太阳轮上顺时针滚动将动力输出。
F B3
C1
图—4 大众01V 1档动力传递
1.2 速比分析
N4−β•N2=(1+β)N3β= Z2 /Z4
N01+γ•N02=(1+γ)N03γ= Z02 /Z01
其中:N3=0 N01=0 N02= N2
i1= N4/ N03=β/γ
2 2档动力传递
2.1 动力传递分析
2档动力传递如图—5所示。
离合器Cl、制动器B1、制动器B3工作。
离合器Cl驱动小太阳轮顺时针转动,短行星轮逆时针转动,由于制动器B1固定了大太阳轮,长行星轮在小太阳轮上顺时针滚动的同时,驱动齿圈顺时针转动,将动力传给输出单行星排的齿圈。
输出单行星排的齿圈顺时针转动驱动行星架,使其在被制动器B3固定的太阳轮上顺时针滚动,再次减速将动力输出。
B3
C1
B1
图—5 大众01V 2档动力传递
2.2 速比分析
N1+α•N2=(1+α)N3α= Z2 /Z1
N4−β•N2=(1+β)N3β= Z2 /Z4
N01+γ•N02=(1+γ)N03γ= Z02 /Z01
其中:N1=0 N01=0 N02= N2
故:
i2= N4/ N03=(1+γ)(1+2β+αβ)/(1+αβ)
3 3档动力传递
3.1 3档动力传递分析
3档动力传递如图—6所示。
离合器C1、C4、制动器B1工作。
拉维纳行星齿轮组的工
作情况与2档时相同,在输出单行星排,离合器C4工作,将动力传给太阳轮使其与齿圈同步转动将动力输出,输出单行星排传动比为1。
C4
C1
B1
图—6 大众01V 3档动力传递
3.2 速比分析
N1+α•N2=(1+α)N3α= Z2 /Z1
N4−β•N2=(1+β)N3β= Z2 /Z4
其中:N1=0 N03=N02= N2
故:
i3= N4/ N03=(1+(2+α)β)/(1+α)
4 4档动力传递
4档动力传递如图—7所示。
离合器C1、C3、C4工作。
拉维纳行星齿轮组的后太阳轮和行星架同时从离合器Cl、C3获得动力,各元件整体转动,传动比为1。
输出单行星排与3档时相同,离合器C4工作,将动力传给太阳轮,使其与齿圈同步转动,将动力输出,在输出单行星排传动比也为1,为直接档。
C1
C3C4
图—7 大众01V 4档动力传递
5 5档动力传递 5.1 动力传递分析
5档动力传递如图—8所示。
离合器C3、C4、制动器B1工作。
拉维纳行星齿轮组的前太阳轮被制动器B1固定,行星架从离合器C3获得动力,驱动齿圈超速转动,传动比小于1。
输出单行星排与3、4档时相同,离合器C4使太阳轮与齿圈同步转动将动力输出,在输出单行星排传动比为1,此档为超速挡。
C3
C4
B1
图—8 大众01V 5档动力传递
3.6.2 速比分析
N 1+α•N 2=(1+α)N 3 α= Z 2 /Z 1 N 4−β•N 2=(1+β)N 3 β= Z 2 /Z 4
其中:N 1=0 N 02= N 2
故:
i5= N4/ N03=(α+β+αβ)/(1+α)
6 R档动力传递
6.1 动力传递分析
R档动力传递如图—9所示。
离合器C2、制动器B2、制动器B3工作。
拉维纳行星齿轮组的行星架被制动器B2固定,前太阳轮从离合器C2获得动力,驱动齿圈反向转动。
制动器B3固定输出单行星排的太阳轮,齿圈驱动行星架再次减速,反向驱动车辆倒驶。
B2B3
C2
图—9 大众01V R档动力传递
6.2 速比分析
N1+α•N2=(1+α)N3α= Z2 /Z1
N4−β•N2=(1+β)N3β= Z2 /Z4
N01+γ•N02=(1+γ)N03γ= Z02 /Z01
其中:N3=0 N01=0 N02= N2
故:
i R= N1/ N03=α(1+γ)/γ。