平行轴行星齿轮变速器结构与仿真
汽车自动变速器构造与维修电子课件第三章行星齿轮变速机构
3-1 行星齿轮机构及换挡执行机构
2.制动器
（1）片式制动器（双活塞型） 在丰田A40和 A340系列自动 变速器中'有一个由外活塞和内活 塞构成的双活塞型制动器，用以 缓冲制动器接合时产生的振动。 如图3-1-11所示。
15 第 三 章 行 星 齿 轮 变 速 机 构
3-1 行星齿轮机构及换挡执行机构
10 第 三 章 行 星 齿 轮 变 速 机 构
3-1 行星齿轮机构及换挡执行机构
1.离合器
自动变速器离合器均为湿式多片式离合 器，它的功用是连接轴与行星齿轮机构中的 元件，或是连接行星齿轮机构中的不同元件。
（1）结构及组成 离合器主要由离合器鼓、活塞、主动摩 擦片、从动钢片、回位弹簧等组成，如图31-7 所示。
—、行星齿轮机构
1.行星齿轮机构的结构与类型 最简单的行星齿轮机构为一个单排行星齿轮机构，如图3-1-1 所示，
由一个太阳轮、—个齿圈、一个行星架及若干行星齿轮组成。
4 第三章 行星齿轮变速机构
3-1 行星齿轮机构及换挡执行机构
1.行星齿轮机构的结构与类型 行星架、太阳轮和齿圈是单
排行星齿轮机构的三个基本构件， 且它们具有公共的固定轴线，如 图3-1-2 所示。
7 第三章 行星齿轮变速机构
3-1 行星齿轮机构及换挡执行机构
2.行星齿轮机构的变速原理
（2）双行星齿轮机 构的运动规律
图3-1-5 所示的传动 简图就是市面上较为流行 的一款自动变速器中的传 动部分。
8 第三章 行星齿轮变速机构
3-1 行星齿轮机构及换挡执行机构
3.单排行星齿轮机构的动力传动方式 如图3-1-6所示，通
3-1 行星齿轮机构及换挡执行机构
1.湿式多片式离合器的检修
行星齿轮变速器原理解析
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
２、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３以n3 转动。对整体行星 排施加一个与行星 架３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：i
主动轴转速n主 从动轴转速n从
＝从动齿轮齿数Ｚ从 主动齿轮齿数Ｚ主
备注
太阳轮 行星架 齿圈 行星架 太阳轮 齿圈
n1/n3=1+α n3/n1=1/1+α
同向 减速增扭
同向 增速减扭
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？
主动件 齿圈
从动件 锁定件 行星架 太阳轮
行星架 齿圈
太阳轮
传动比 n2/n3=1+α/α
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。
平行轴变速箱实训报告
一、实习背景随着汽车行业的快速发展，汽车变速箱作为汽车传动系统的重要组成部分，其性能和效率直接影响着汽车的动力性能和燃油经济性。
平行轴变速箱作为一种新型变速箱，因其结构紧凑、传动效率高、可靠性好等优点，得到了广泛应用。
为了更好地了解和掌握平行轴变速箱的结构和工作原理，提高自身的动手能力，我们进行了平行轴变速箱的实训。
二、实习目的1. 理解平行轴变速箱的结构和组成，掌握其工作原理。
2. 掌握平行轴变速箱的拆装方法和步骤。
3. 提高动手能力和实际操作技能。
4. 分析平行轴变速箱在实际应用中的优缺点。
三、实习内容1. 平行轴变速箱的结构和组成平行轴变速箱主要由输入轴、输出轴、同步器、行星齿轮机构、换挡机构、壳体等部分组成。
输入轴通过同步器与发动机曲轴连接，输出轴通过换挡机构与车轮连接，实现发动机动力向车轮的传递。
2. 平行轴变速箱的工作原理平行轴变速箱通过同步器实现输入轴和输出轴的连接，同步器内装有多个啮合齿轮，当输入轴旋转时，通过同步器将动力传递给输出轴。
根据换挡机构的不同，可以实现不同挡位的切换。
3. 平行轴变速箱的拆装方法（1）拆装前的准备工作1）熟悉平行轴变速箱的结构和工作原理；2）准备好拆装工具和设备；3）检查平行轴变速箱的零部件，确保无损坏。
（2）拆装步骤1）拆下变速箱的固定螺栓，取下变速箱壳体；2）拆卸同步器，检查同步器齿轮的磨损情况；3）拆卸换挡机构，检查换挡机构的齿轮和拨叉是否磨损；4）拆卸行星齿轮机构，检查齿轮和轴承的磨损情况；5）拆卸输出轴，检查输出轴的磨损情况；6）拆卸输入轴，检查输入轴的磨损情况；7）对拆卸下来的零部件进行清洗和检查；8）按照拆卸的相反顺序进行组装。
4. 平行轴变速箱的优缺点分析（1）优点1）结构紧凑，体积小，质量轻；2）传动效率高，噪音低；3）可靠性好，使用寿命长；4）适应性强，可应用于不同车型。
（2）缺点1）制造成本较高；2）维修难度较大；3）换挡速度较慢。
行星齿轮变速装置传动结构实物剖析PPT教案
（2）超速档箱
超速档箱从前至后分别由超速行星排由太阳轮组件、行星架 组件和制动器B0组件组成，离合器C1组件与之相连。
图3-82超速档箱分解图
图3-83超速档箱结构简图和动力传递路线
丰田A43D自动变速器变矩器与齿轮变速装置仿真剖视图
自动变速器壳体前端用螺栓与发动机壳体连接。
大众01M自动变速器前壳体总成从前至后分别由变矩器、 油泵、行星齿轮变速装置和壳体四部分组成。
图3-97 01M行星齿轮变速装置结构简图
2、01M行星齿轮变速装置
（1）制动器B2
B2为湿式多片制动器。B2活塞在油泵壳体内，B2钢片摩 擦片组靠近B2活塞，B2摩擦片内花键与B2毂花键连接， B2钢片外花键与B2鼓（变速器外壳）花键连接，B2传动 套与B2毂、太阳轮壳（与太阳轮一体）均为花键连接。
制动器B1、B2壳体相连，B1B2鼓内均有活塞、钢片摩擦 片、回位弹簧、弹簧座及卡环等。
B1毂与公共太阳轮键连接，B1工作使公共太阳轮制动。
（5）制动器B2与单向离合器F1
B2鼓内有活塞、钢片摩擦片、回位弹簧、弹簧座及卡环等。 B2毂为F1外环，F1内环与公共太阳轮轴颈过度配合。 B2工作使太阳轮单向制动。
（8）输出轴组件
输出轴组件由前齿圈后行星架连成一体，为行星齿轮变速 装置的转矩输出装置。
在输出轴壳体后内后端的后齿圈中心孔内花键通过中间传 动轴的外花键与离合器C1毂相连。
二、拉维奈尔赫式行星齿轮变速装置传动结构 实物剖析
1、大众01M自动变速器总成分解
大众01M自动变速器为发动机横置前驱式，行星齿轮变速装 置装在自动变速器外壳内。
行星齿轮减速器的设计及仿真(PL系列)DOC
第一章绪论1.1 本课题的目的我国的行星齿轮减速器在性能和质量方面与发达国家存在较大差距，一个重要原因就是设计技术手段落后。
发达国家在机械产品设计上已进入分析设计阶段，他们利用计算机辅助设计技术，将现代设计方法，如有限元分析.优化设计等应用到产品设计中，采用机械CAD系统在计算机上进行建模.分析.仿真.干涉检查等。
通过对行星齿轮减速器的结构设计，初步计算出各零件的设计尺寸和装配尺寸，并对设计结果进行参数化分析，为行星齿轮减速器产品的开发和性能评价，实现行星齿轮减速器规模化生产提供产考核依据。
[1]进入信息化时代以来，随着经济全球化、贸易自由化和社会信息化的不断发展，制造业趋势也变的越来越不可预测，企业间的竞争也越来越激烈。
在这种市场局势下，企业若想在市场竞争中取得优势，就必须不断提高设计效率与水平，节约生产成本，但是传统的设计方法，多依赖于设计者的经验，必须通过样机的试制来验证产品的可靠性，导致设计难度大，周期长，也做不到最优设计，所以也就适应不了现代社会快速而又激烈的市场环境。
参数化设计为这一问题的解决提供了有效途径。
[2]它利用计算机超大的容量、强大的内存、超快的计算速度，大大的提高了零件模型的生成和修改、再生的速度，也使产品的系列化设计、相似性设计及在专用 CAD 系统开发方面显示出了较大的应用价值。
CAD/CAM 技术的广泛应用以及技术水平的不断提高，都为参数化设计提供了一个良好的基础平台。
而随后出现的 CAD/CAM/CAE 技术在加速产品创新设计方面的显著地位，更使参数化设计的应用得到了更高层次的运用，而且越来越受到众多制造企业中设计人员的重视。
现在有很多国家都把CAD 技术的发展与应用水平作为衡量一个国家工业水平的重要标准。
因而以此为背景，国家已为“863”计划专门投资，用来支持三维 CAD 软件的开发和产业化的发展，使得国内 CAD 技术的研究和应用进入了新的发展阶段。
以 Pro/E 4.0 为开发平台，Visual studio 2005 为语言开发工具，主要针对 Pro/E 二次开发技术、标准件建库技术、系统虚拟装配技术、界面与图形之间的接口技术在产品参数化设计及快速装配中的应用进行了深入研究，并将装配好的减速器系统导入到 ADAMS 软件中进行仿真模拟以及动学分析。
浅析汽车自动变速器行星齿轮变速系统的简图仿真教学法
浅析汽车自动变速器行星齿轮变速系统的简图仿真教学法作者：莫德平来源：《汽车维护与修理·汽修职教》 2017年第7期在技工学校的汽车专业教学中，汽车自动变速器是一门专业性很强、公认的难教难学课程。
笔者曾长期在企业从事自动变速器的维修和教学工作，到技工学校从事教学工作后，根据技工学校学生的特点，探索出一套有效的自动变速器教学方法，其中对自动变速器的行星齿轮变速系统，采用简图分析和仿真纸板演示相结合的方法，在教学实践中收到了良好效果。
1 简图的绘制自动变速器行星齿轮机构的种类繁多，但按其基本结构，一般可分辛普森式和拉维娜式，其中应用最多的是辛普森式，这种行星齿轮的结构特点是整个行星齿轮机构由双排行星齿轮组成，前后排行星齿轮共用一条太阳轮轴，输出元件为后排齿圈或行星架。
下面以丰田A540E型自动变速器为例说明简图的绘制方法。
为了使学生对自动变速器先有个感性认识，在分析基本原理前，组织学生分组到现场对自动变速器进行分解，认识观察，查找各元件的连接关系，这个过程，每4人一个小组，每组4课时。
进行现场认识观察课的主要目的是让学生认识各主要零件的名称和装配关系，识别各零件，在操作中有目的地用离合器连接输入轴和太阳轮、齿圈、行星齿轮支架，来突出离合器的作用；用制动器连接变速器壳体和太阳轮、齿圈、行星齿轮支架，来突出制动器的作用。
用单向离合器连接壳体和太阳轮、齿圈、行星齿轮支架，来突出单向离合器的作用。
用输出轴连接齿圈、行星齿轮支架，来突出输出轴的作用。
然后结合自动变速器实体，按各元件实际位置关系，绘制自动变速器传动简图（图1），简图以主视图为主，再加上3个行星排左视图，使复杂的结构简单化。
注意：传动简图是学生根据实际变速器总成，在教师的指导下，按各元件实际位置关系亲自绘制。
有了结构简图，学生在分解过程中感到非常复杂的结构，就变得简单明白了，但要掌握具体的工作原理，还有必要进行演示。
2 仿真纸板的制作自动变速器结构复杂，如果单纯在实物上演示，学生因没有维修实践经验，对内部结构难以理解，难以分清元件的相互关系，更难以掌握其工作原理。
自动变速器行星齿轮机构ppt课件
1
第三节 齿轮变速器
作用：具备普通手动变速器所有的作用。 （1）改变传动比； （2）实现到车行驶； （3）中断动力传递。
结构组成：变速齿轮机构和换档执行机构。
典型的齿轮变速机构的形式：平行轴式（或称定轴式、 普通齿轮式）和行星齿轮式（包括有辛普森式、拉维 娜式、串联式等）。
片式制动器
• 9-弹簧 • 10-活塞 • 11-内外O形密
封圈 • 12-壳体 • 13-滚针轴承 • 14-推力轴承 • 15-密封环52
制动器 53
带式制动器的结构与工作原理
制动器间隙由调 整螺钉调整。
54
带式制动器
伺服机构的形式有： 直杆式、杠杆式、钳形式等。
55
3、单向离合器
作用：利用单向锁止的原理实现对单排元 件的固定或者是单排中两个元件的锁止或 者前后两个单排元件的连接。
8
一、单排行星齿轮机构分析
传动方案：有8种。
9
一、单排行星齿轮机构分析
档位设置： 行星齿轮架作从动件---------1档或2档 两元件连接后带另一元件-----3档 行星齿轮架作主动件---------O/D档 行星齿轮架固定-------------倒档。
10
二、行星排的组合
现代轿车自动变速器所采用的行星齿轮机构包括复合 式行星齿轮机构和串联式行星机构。
23
三、行星排的表达方式
捷豹JX波箱
24
三、行星排的表达方式
4HP20
25
三、行星排的表达方式
09G变速器结构
26
三、行星排的表达方式
09G变速器结构
27
三、行星排的表达方式
行星齿轮减速器仿真及有限元研究
行星齿轮减速器仿真及有限元研究随着工业科技的不断发展，行星齿轮减速器在许多领域中的应用越来越广泛。
为了优化其设计和性能，提高其使用寿命和效率，研究人员正在不断寻求更精确的仿真方法和有限元分析技术。
本文将探讨行星齿轮减速器的仿真研究以及有限元分析的重要性，并介绍一些相关的最新研究进展。
行星齿轮减速器是一种精密的机械装置，它由一系列的齿轮和轴组成，可以大幅度地降低输入转速，同时增加扭矩。
行星齿轮减速器被广泛应用于各种工业领域，如化工、电力、钢铁、矿山等，它已经成为许多大型设备的重要组件。
仿真研究是行星齿轮减速器设计过程中的重要环节。
通过仿真，设计师可以预测并评估减速器的性能，优化其设计。
近年来，计算机技术的快速发展为仿真研究提供了强大的工具。
使用计算机建模和仿真软件，设计师可以模拟减速器的运行情况，观察其动力学行为，评估齿轮的强度、疲劳寿命等关键性能指标。
有限元分析（FEA）是一种数值计算方法，它可以将复杂的系统分解成许多小的单元，通过数学模型描述每个单元的行为，然后对所有单元进行综合分析。
在行星齿轮减速器的设计中，有限元分析可以帮助设计师精确地预测齿轮的应力和变形。
通过有限元分析，设计师可以在产品设计阶段找出潜在的问题，如应力集中、疲劳等，从而进行优化。
随着科技的不断发展，行星齿轮减速器的仿真和有限元分析技术将会更加精确和高效。
未来，设计师将需要结合新的材料科学、制造技术以及智能传感器等新技术，对减速器的性能进行更全面的评估和优化。
同时，还需要深入研究行星齿轮减速器的动态行为以及疲劳寿命等关键问题，以提高其运行效率和使用寿命。
行星齿轮减速器的仿真及有限元研究对于优化其设计和性能具有重要意义。
通过先进的仿真技术和有限元分析，设计师可以更好地理解减速器的运行机制，预测其性能，优化其设计。
随着科技的不断发展，我们期待在未来的研究中看到更加精确、高效的仿真和有限元分析方法，以推动行星齿轮减速器技术的进一步发展。
拉维奈尔赫行星齿轮变速装置结构与工作原理
行星齿轮变速装置
（1）D1档转矩传动分析与传动比计算
11
单元三
行星齿轮变速装置
B2 C2 C3 C1
F1
B1
图3-64b D1档行星齿轮变速装置转矩传动结构简图
12
单元三
1）D1档转矩传动分析
行星齿轮变速装置
从图3-64可知，离合器C1工作后，把后排小太阳轮与涡轮连成一体，于 是小太阳轮便主动顺时针旋转，短行星轮必逆时针旋转（两齿轮外啮合）， 长行星轮必顺时针旋转（两齿轮外啮合），行星架以小太阳轮为轴逆时针旋
所以1n1=1n2=1n3= 2n1=2n2=2n3 传动比i=D3=2n1/2n2=1
即D3档传动比i=D3=1， D3档传动为同向、同速、同矩。
31
单元三
行星齿轮变速装置
2
② D位D3档加速时传动用矢量图计算D3档传动比
D3档加速时传动矢量图如右图所示。 在垂直线段1S1CR2S1上过2S1、1S1 画右向矢量线2n1和1n1（大小太阳轮 通过离合器C1 、C2均与涡轮相连输 入转速转向相同）。 连接矢量线2n1和1n1端点线段与 2S 1S 线段平行与过R点n 相交得n ， 1 1 2 2 n2即为齿圈输出。 2n =n 2n /n =1 即D 档传动比i=1 1 2 1 2 3 D3档传动为同向同速同矩。
6
单元三
行星齿轮变速装置
3、拉维奈尔赫式行星齿轮变速装置传动比的计算 （1）用运动方程计算传动比 前排是单排单级行星齿轮机构，运动方程为：
1n1+α · 1 1 1 n2-(1+α1)·n3=0
（1）
后排是单排双级行星齿轮机构，运动方程为：
2n –α · 2 2 1 2 n2–（1–α2）·n3=0
行星齿轮减速器建模与运动学仿真
ｃｏｓｔ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｇｅｔ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔ．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ３Ｄ ｓｏｌｉｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｐｌａｎｅｔａｒｙ ｇｅａｒ ｉｎ
Ｉ－ＤＥＡＳ．Ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｋｅｙ ｐｏｉｎｔ ｏｆｍｏｄｅｌｉｎｇ ｈｅｒｒｉｎｇｂｏｎｅ ｇｅａｒ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ Ｉ／Ｏ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆＩ—ＤＥＡＳ ａｎｄＡＤＡＭＳ，ｅｓｔａｂｌｉｓｈ
祝耱２００８年第５期总第３５卷
计算机应用技术
·４５·
行星齿轮减速器建模与运动学仿真
梁晓峰１，陈艳锋２ （１．海军驻航天七院军事代表工作组，四川成都６１０１００；２．海军工程大学船舶与动力学院，湖北式汉４３００３３）
奠要：应用虚拟样机技术可以大幅缩短新产品开发周期和降低开发成本，获得高性能、最优化的产品。在Ｉ－ＤＥＡＳ软件
实现齿轮之间的精确啮合后，根据行星齿轮减 速器的装配约束条件加入其它所需零部件，如轴、 行星架、轴承、高速连轴器、盘车棘轮等，完成整 个行星齿轮减速器的虚拟装配（图３所示）。
图３行星齿轮装配图
２减速器运动学仿真
２．１设置材料属性
减速器的运动分析是利用ＡＤＡＭＳ软件来完成 的，由于Ｉ－ＤＥＡＳ与ＡＤＡＭＳ之间的文件传递存在 质量特性丢失的现象，所以在ＡＤＡＭＳ中首先要对 减速器各零部件进行材料属性设置，然后软件会自 动计算出各零部件的质量、转动惯量和质心的位置， 为接下来的运动仿真分析提供必要的数据。
ｌ所示。
参数 模誉ｆ／（ｍｍ） 齿数
表１各齿轮基本参数
太阳轮
２７
行星轮
３ ６３
内齿圈
１５３
行星齿轮变速器实训报告
一、实训目的通过本次实训，使学生深入了解行星齿轮变速器的结构、工作原理以及传动比的计算方法，掌握行星齿轮变速器在实际应用中的调试和维护技巧，提高学生的实际操作能力和工程实践能力。
二、实训时间2023年X月X日至2023年X月X日三、实训地点XX汽车学院实训中心四、实训内容1. 行星齿轮变速器结构认识2. 行星齿轮变速器工作原理3. 行星齿轮变速器传动比计算4. 行星齿轮变速器调试与维护五、实训过程（一）行星齿轮变速器结构认识1. 实训教师介绍了行星齿轮变速器的组成部分，包括行星齿轮机构、离合器、制动器、单向离合器等。
2. 学生参观了实训中心的行星齿轮变速器解剖模型，了解了其内部结构及各部件的安装位置。
（二）行星齿轮变速器工作原理1. 实训教师讲解了行星齿轮机构的工作原理，以最简单的单排行星齿轮机构为例，说明了太阳轮、行星架和齿圈三个基本构件的运动规律。
2. 学生通过模型演示，掌握了不同挡位下行星齿轮变速器的传动路线。
（三）行星齿轮变速器传动比计算1. 实训教师介绍了行星齿轮机构传动比的计算方法，包括齿数、转速等参数的计算。
2. 学生根据实际模型，计算了不同挡位下的传动比，并验证了计算结果的准确性。
（四）行星齿轮变速器调试与维护1. 实训教师讲解了行星齿轮变速器的调试方法，包括离合器、制动器的调整等。
2. 学生在实训教师的指导下，进行了行星齿轮变速器的调试，确保其正常工作。
3. 实训教师介绍了行星齿轮变速器的维护方法，包括齿轮油更换、部件检查等。
六、实训心得通过本次实训，我对行星齿轮变速器有了更深入的了解，以下是我的一些心得体会：1. 行星齿轮变速器结构复杂，但原理简单易懂。
通过本次实训，我掌握了其工作原理和传动比计算方法。
2. 实践操作过程中，我发现调整离合器、制动器等部件需要一定的技巧，通过反复练习，我逐渐掌握了这些技巧。
3. 行星齿轮变速器的维护工作非常重要，定期更换齿轮油、检查部件磨损情况等，可以延长变速器的使用寿命。
一种自动变速器行星齿轮动力流传递仿真教学装置[发明专利]
![一种自动变速器行星齿轮动力流传递仿真教学装置[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/a06d2a00b8f67c1cfbd6b86b.png)
专利名称：一种自动变速器行星齿轮动力流传递仿真教学装置专利类型：发明专利
发明人：陈兆俊
申请号：CN201910332474.9
申请日：20190412
公开号：CN109994035A
公开日：
20190709
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种自动变速器行星齿轮动力流传递仿真教学装置，由工字型基座、立柱、滑套装置、支撑装置、部分刨体的自动变速器动力传动装置和行星齿轮组、制动装置及销键连接装置和带展板的可移动台案组成，在工字型的基座中心线上分别装有三根立柱，并在立柱上螺母连接滑套装置，在立柱二和立柱三的滑套装置之间螺栓固定连接行星齿轮组制动装置；在立柱的顶端螺母连接高度可调的支撑装置，在支撑装置上装有部分刨体的行星齿轮组及自动变速器动力传动装置，自动变速器动力传动装置毂/座与毂轴之间装有销键连接装置。
本发明的有益效果：教学中，既方便学生全面、系统、直观地观察到自动变速器结构及传动规律，又方便学生拆装及实践操作。
申请人：大连职业技术学院
地址：116035 辽宁省大连市甘井子区夏泊路100号(大连职业技术学院)
国籍：CN
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行星齿轮开关变速器动力学仿真
行星齿轮开关变速器动力学仿真
史炎
【期刊名称】《汽车工程师》
【年(卷),期】2015(000)009
【摘要】双离合变速器存在换挡过程中动力中断的问题，行星齿轮变速器又难以根据发动机特性曲线为各个挡位安排最佳的传动比。
文章介绍了一种行星齿轮开关变速器。
该变速器结构形式多样，只需控制制动器即可实现任意挡位变换。
基于SIMPACK软件平台，建立变速器的仿真模型，依据仿真模型对汽车的启动及换挡动态性能进行计算。
仿真结果表明，行星齿轮开关变速器启动时扭矩增长可控，换挡过程动力不中断。
该技术传动效率高且易于制造。
【总页数】3页(P48-50)
【作者】史炎
【作者单位】西南交通大学牵引动力国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】U463.212
【相关文献】
1.行星齿轮开关变速器动力学仿真
2.行星齿轮变速器和双离合器变速器在前置横驱车辆上的技术竞争
3.浅析行星齿轮变速器与普通齿轮变速器在汽车中的应用
4.浅析行星齿轮变速器与普通齿轮变速器在汽车中的应用
5.基于ADAMS的双齿圈人字行星齿轮传动系统动力学仿真与故障特征分析
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平行轴行星齿轮变速器结构与仿真史炎（西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都610031）摘要：本文提出一种新型自动变速器，动力由行星齿轮输出端通过一对相互啮合的圆柱齿轮传递到输出轴，控制制动器换挡。
基于SIMPACK软件平台，建立变速器的仿真模型，依据仿真模型对车辆的起动、换挡动态性能进行仿真。
仿真结果表明，此变速器起动时扭矩增长可控，换挡过程动力不中断。
关键词：平行轴行星齿轮变速器；仿真中图分类号：U463.2 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2015)07-96-03Structure and simulation for Parallel-axle planetary transmissionShi Yan( Traction Power State Key Laboratory, Southwest Jiaotong University, Sichuan Chengdu 610031 )Abstract:Proposed a new type of automatic transmission, power transmission from the output of the planetary gear to the output shaft by a pair of output terminals of cylindrical gears meshing with each other, Shift control by Brake. SIMPACK software used to establish transmission simulation model, based on the simulation model of the vehicle starting, shifting dynamics simulation. The simulation results show that this increase starting torque transmission is easy to control, power shifting process is not interrupted.Keywords: Parallel-axle planetary transmission; simulationCLC NO.: U463.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)07-96-03引言变速器的主要功能是在宽广的车速范围内，实现从发动机动力向汽车驱动力的最优转换，现有行星齿轮变速器的各个挡位传动比互相关联、分配缺乏灵活性，难以根据发动机特性曲线为各个挡位安排最佳的传动比。
由于换挡需要换挡离合器和换挡制动器协作，所以挡位越多，需要参与的换挡离合器和换挡制动器就越多。
双离合变速器换挡过程动力要中断，而且使用的同步器由八个精密零件组成，结构复杂。
本文提出了一种将行星齿轮输出轴通过圆柱齿轮联接到变速器的输出轴，构成一种新型变速器---平行轴行星齿轮变速器（以下简称PAPT变速器），采用SIMPACK软件建立该变速器模型进行动力学仿真模拟，取得了预期的效果。
1、结构与工作原理1.1 PAPT变速器三个基础结构及功能扩展变速器有前进挡、倒车挡，前进挡又可细分成减速挡、超速挡。
利用行星齿轮三个基本构件联结输出轴即可实现减速、超速、反转功能。
PAPT变速器基础结构如图１所示。
图1中，从动齿轮都固定在输出轴上，从动齿轮与对应的主动齿轮常啮合。
A型结构中，输入轴与行星齿轮排的太阳轮共轴同步旋转、行星架与主动齿轮共轴同步旋转，制动齿圈，行星架与主动齿轮一起作正向减速旋转。
B型结构中，输入轴与行星齿轮排的行星架共轴同步旋转、太阳轮与主动齿轮共轴同步旋转，制动齿圈，太阳轮与主动齿轮一起作正向加速旋转。
C型结构中，输入轴与行星齿轮排的太阳轮共轴同步旋转、齿圈与主动齿轮共轴同步旋转，制动行星架，齿圈与主动齿轮一起作反向减速旋转。
此外，若输入轴与行星齿轮排的齿圈共轴同步旋转、太阳轮与主动齿轮共轴同步作者简介：史炎，高工，就职于西南交通大学牵引动力国家重点实验室，主要研究方向为车辆工程。
汽车实用技术97 2015年第7期旋转，制动行星架，太阳轮与主动齿轮一起作反向加速旋转，产生一个超速倒车挡。
图１PAPT变速器基础结构1.齿圈12. 从动齿轮13. 输出轴4. 输入轴5. 主动齿轮16、7、8. 制动器9. 主动齿轮2 10. 从动齿轮2 11.齿圈2每个挡位均为二级减速模式，行星齿轮减速和齿轮减速，总传动比为二者传动比之积。
各个挡位的传动比通过以下方式获得：①只改变行星排的传动比；②只改变主、从齿轮的传动比；③同时改变行星排和外接齿轮的传动比。
可见，以这种方式获得的各个挡位传动比，其跨度范围大，设置灵活，每个挡位传动比都可以量体定做。
例如，A型结构中行星齿轮与不同的主、从齿轮能组合成减速挡和超速挡，表1给出了一种前进挡齿轮组合参数，其中太阳轮、行星齿轮、齿圈的齿数分别为48、30、108，表1 前进挡齿轮组合主、从齿轮位置对调，产生新的传动比，这能减少齿轮的规格。
1.2 工作原理PAPT变速器通过制动器选择挡位，每个挡位对应一个制动器，各个制动器无动作时相当于挂空挡，制动哪个挡位就启用哪个挡位的转速比，既可顺序换挡，也可换任意挡。
2、动力学仿真2.1 建立样机模型SIMPACK软件是德国开发的针对机械、机电系统运动学、动力学仿真分析的多体动力学分析软件包。
本仿真在SIMPACK环境里进行，用其自带的齿轮模块按表1所述的A 型结构建立PAPT变速器的第1挡、第2挡的模型，二挡的行星齿轮结构形式和参数相同，如图2所示，所有齿轮模数、压力角、螺旋角、齿宽分别为3mm、20o、10o、50mm，表2列出模型的其余参数。
图2 样机三维图表2 模型基本参数2.2 变速器传动参数验证在输入轴上施加200rad/s的转速驱动，输出轴固定。
分别以制动第1挡齿圈、第2挡齿圈和制动器全松开三种运行工况进行仿真模拟，获得三种工况的参数，取转速稳定后的值与理论值比较，分析结果列于表3。
表3 传动参数验证由表3可知，仿真参数与理论参数高度一致，模型正确，空转工况数据供后续分析用。
2.3 起动性能模拟模拟运行状态从发动机怠速变换到第1挡的过程，对输入轴施加270N.m的稳定扭矩，输入轴保持200rad/s的恒定转速，参照表3设置第1挡齿圈的输入函数，在5秒内转速从空转时的-88.889rad/s降低到-10rad/s，再变降低到0。
第1挡齿圈静止后起动力矩达到最大，为输入扭矩的8.67倍，如图3所示，起动力矩与第1挡齿圈转速成线性反比例关系。
史炎：平行轴行星齿轮变速器结构与仿真98 572015年第7期 -80-60-40-205001000150020002500输出扭矩/(N .m )齿圈1转速/(rad/s)图3 起动力矩与齿圈转速关系如图4所示，齿轮圆周力递增，最后停留在理论值9601.9N 附近，第1挡齿圈转速在-10rad/s 时，圆周力为8513N ，只降低了11%。
图4 齿轮圆周力起动过程曲线可见，PAPT 变速器的起动过程与手动挡起步过程相似，控制制动力矩，不抱死第1挡齿圈，使其以较低转速运行，对车辆保持持续的较高起动力矩。
2.4 换挡过程模拟结合本模型，按照单排行星齿轮机构一般运动规律的特性方程：n 1+an 2-(1+a)n 3=0可知，输入轴转速n 1恒定时，齿圈转速n 2从0变到-88.889rad/s 时，行星架转速n 3呈非线性下降，由行星架驱动的输出轴转速也是非线性曲线。
图5所示为从第1挡变换到怠速时的输出轴转速曲线，在1.2秒内输出轴转速急剧下降，若在1.2秒内制动第2挡齿圈，则输出轴转速向第2挡变化，实现动力不中断换档。
图5 输出轴转速衰减特性模拟第1挡在0.2秒时间内转换到第2挡，参照表3设置第1挡齿圈输入函数在0.2秒内转速从0上升到46.68rad/s ；设置第2挡齿圈输入函数在0.1秒内转速由-30.57rad/s 下降到0。
图6 换挡时转速变化曲线由图6可见，从第1挡换到第2挡过程中，输出轴转速在0.2秒时间内线性不间断增加，从-23.08rad/s 增加到-35.18 rad/s 。
实际上，第2挡齿圈制动器介入后，第1挡齿圈制动器应该迅速放松，避免运动干涉。
3、结论（1）平行轴行星齿轮变速器所用零件种类少，主要是制造水平成熟的齿轮，变速跨度大，使用相同尺寸的齿轮可以构建不同的传动比。
在不改变外观尺寸的情况下，改变太阳轮和行星轮的齿数也能实现不同的传动比。
（2）起动性能分析表明：给平行轴行星齿轮变速器的第1挡设置较高的传动比，可模拟手动挡起步过程。
（3）换挡策略简单：只需协调使用挡和期望挡的二个换挡制动器的动作。
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