拉维娜行星齿轮机构的运动分析和传动效率计算_公彦军

根据 ( 5)式有: n2 - A2 n6 - ( 1- A2 ) n3 = 0; 又因 为共用行星架制动有: n3 = 0。所以得 n2 = A2 n6。
因此, D 1
档的传动比
iD 1 =
n n
2 6
=
A2 =
2.
71 43。
31112 传动效率的计算
因为此时行星齿 轮传动转化为定轴轮 系传动,
0 引言
如今, 自动变速器已被广泛应用到汽车领域, 与此 同时人们对自动变速器的研究开发也取得了很大的进 展, 自动变速器已从三档、四档发展到五档、六档甚至 八档, 然而四档自动变速器仍是大多数汽车的标配, 通 过对四档自动变速器的运动分析和效率计算, 可为提 高自动变速器的性能提供一定的理论依据[ 1] 。
( 1)
若 Ta、T b、TH 分别表示太阳轮、齿圈和行星架所受到 的转矩, GH 表示其转化机构的效率, 则有:
( 1)若 na > nH , PHa = T a nHa = T a ( na - nH ) > 0时有
PHa 为输入功率, 则有 [ 4-5] :
Ta = -1
Tb - AGH
=
TH 1+ AGH
圈受到的转矩为 T 62, 共用行星架受到的转矩为 T 32,
在机构匀速运动时有: T 31 + T 32 = 0[ 3-9 ] , 得 T 32 = - T 31 = ( 1- GH A2 ) T 2 < 0, 所以有 P 32 = T 32 @ n3 < 0, P32为 输出功率, 则 P62为输入功 率, 所以对于后排行星齿
311 D1 档的运动分析与效率计算
传动路线: 离合器 C 1 结 合前排 太阳 轮输 入动
力, 制动器 B2 结合使共用行星架制动; 因此仅前排 行星齿轮 组作用, 输入: 前排 太阳轮, 输 出: 共 用齿 圈, 制动: 共用行星架。此时行星齿轮传动转化为定 轴轮系传动。
31111 传动比的计算
n6
=
A1 + A2 +
1 A1
n
2,
n3 =
A2
A1 +
A1
n2
因此, D 2 档的传动比:
iD2 =
n2 = n6
A2 + A1 A1 + 1
=
21
Leabharlann Baidu
375+ 217143 21375+ 1
=
11 5079
31212 传动效率的计算
在前排行星齿轮组 中, 设共用齿圈 受到的转矩
2010年第 9期
关键词: 拉维娜行星齿轮机构; 自动变速器; 传动比; 效率; 啮合功率法
中图分类号: TH 16; TG65
文献标识码: A
M otion Analysis and Transm ission Effic iency Calcu lation for N avgneaus P lanetary G ear M echan ism GONG Y an- jun, ZHAO H an, HUANG K ang, CH EN Q i
图 1 四档拉维娜机构结构示意图
nb、nH 分别表示太阳轮、齿圈和行星架的转速, A表 示齿圈与太阳轮的齿数比, 则有单排单行星齿轮机 构一般运动规律的特性方程式如下 [ 3 ] :
1. 太阳轮 2. 齿圈 3. 行星架 4. 行星轮 图 2 单排单行星齿轮机构示意图
na + Anb - ( 1+ A) nH = 0
前提下, 可以通过换挡执行元件的不同组合方式, 获 得三个或四个前进挡传动比, 因此在自动变速器中 得到了广泛的应用。四档拉维娜式行星齿轮机构的 结构示意图如图 1所示。其结构特点如下:
( 1)在一个行星架上安装有相互啮合的两套行 星齿轮, 长行星轮同时与大太阳轮、短行星轮、内齿 圈相啮合; 短行星轮与长行星轮和小太阳轮相啮合; 两套行星齿轮共用一个齿圈和一个行星架。
GH = G 1G 2
( 4)
如图 3, 在单排双行星齿轮机构中则有 [ 7 ] :
na - Anb - ( 1- A) nH = 0
( 5)
1. 齿圈 2. 太阳轮 3. 行星架 4. 短行星轮 5. 长行星轮
图 3 单排双行星齿轮机构示意图
它同时也满足 ( 2)、( 3)两式, 只不过此时,
GH = G1 G2G 3
本文对四档拉维娜行星齿轮机构自动变速器进行 了详细的运动分析, 并得到了其各档的传动比和效率, 从而很好地说明了这种自动变速器的运动规律。
1 机械结构介绍 [ 2]
目前, 汽车自动变速器所采用的 行星齿轮机构 的类型主要有两类: 辛普森式行星齿轮机构和拉维 娜式行星齿轮机构。拉维娜行星齿轮机构的换挡执 行元件配置灵活, 在行星齿轮机构不做大的改变的
了它各档的运动规律和各个工作元件之间的运动关系, 然后通过运用单排行星齿轮机构一般运动规
律的特性方程式列线性方程组求解出了其各档的传动比, 同时采用啮合功率法 (间接功率法 ) 得到了
其各档的传动效率。通过该方法计算出的传动比和传动效率均符合车用变速器的要求, 从而得到了
一种针对拉维娜行星齿轮机构的新的分析方法。
( 6)
式中 G1、G2、G3 分别表示太阳轮与短行星轮、齿圈与长
# 10#
行星轮、长行星轮与短行星轮的啮合效率 A要变为 A。
3 运动分析与效率计算
如图 1所示, 可知前排行星齿轮组 为单排双行 星齿轮结构, 而后排行星 齿轮组为单排单行星齿轮 结构。若所用齿轮均选 用圆柱斜 齿轮, 精度均为 8 级, 采用油润滑, 则每级齿轮 的传动效 率 G 可取为 0198[ 8 ] 。
所以齿轮机构 的传动效率 G1 = GH , 此时根据 ( 6)式
有:
GH = G3 = 01 983 = 01 9412
312 D2 档的运动分析与效率计算
传动路线: 离合器 C 1 结 合前排 太阳 轮输 入动
力, 制动器 B1 结合使后排太阳轮制动; 因此前后排
行星齿轮组均作用, 输入: 前排太阳轮, 输出: 共用齿
313 D 3 档的运动分析与效率计算
传动路线: 离合 器 C1 结 合前 排太 阳轮 输入动
力, 离合器 C 4 结合共用行星架输入动力, 因此前排 太阳轮与共用行星架转速相 同; 所以前排行星齿轮 组各元件成刚性连接, 传动比为 1, 即 iD 3 = 1。同时 可得该档时机构的传动效率 G3 = 1。
为
T 61,
共用行星架受到的转矩为
T 31;
因为
n2
>
n3,
P
3 2
= T2 (n2 -
n3 )
>
0,
所以
P
3 2
为
输
入功率
,
根据
( 2)式:
T 31 = - ( 1- GH A2 )T 2, T 61 = - GH A2T 2, 此时 GH = G3 = 01983 = 019412。而在后排行星齿轮组中, 设共用齿
( 2) B1 及 B2 制动器分别制动后排太阳轮和共用 行星架。
( 3)有 3组离合器, 离合器 C1 结合: 1, 2, 3档动 力输入; 离合器 C4 结合: 4档动力输入; 离合器 C 2 结 合: 倒档动力输入。
( 4)动力输出为共用齿圈。
2 理论基础
如图 2所示, 在单排单行星齿 轮机构中, 若 na、
圈, 制动: 后排太阳轮。
31211 传动比的计算
对于后排行星齿轮组, 根据 ( 1) 式有: n1 + A1 n6
- ( 1+ A1 ) n3 = 0; 对于前排行星齿轮组, 根据 ( 5)式
有: n2 - A2 n6 - ( 1- A2 ) n3 = 0; 又因为后排太阳轮制 动有: n1 = 0。所以得:
轮组, 根据 ( 3)式有:
T 62
=
A1
A1 +
T32 GH 2
=
A1 ( A2GH A1 + GH 2
1) T2
其中, GH2 = 0. 982 = 0. 9604, GH = 0. 9412。
所以, D 2 档齿轮机构的效率 G2 为:
G2 =
(T 61 + T62 ) n6 = 0. 9600 T 2n2
2010年第 9期
# 设计与研究 #
文章编号: 1001- 2265( 2010) 09- 0009- 03
拉维娜行星齿轮机构的运动分析和传动效率计算*
公彦军, 赵韩, 黄康, 陈奇
(合肥工业大学 机械与汽车工程学院, 合肥 230009)
摘要: 文章以四档拉维娜行星齿轮机构自动变速器为研究对象, 通过不同换挡执行元件的组合, 得到
( Schoo l o fM achinery and Autom obile Eng ineering, H efe i University of T echno logy, H efe i 230009, China) Abstract: A four-sta ll autom at ic transm ission, wh ich has a navgneaus p lanetary gear m echanism, w as taken as the exam ple. And through the com b inations o f different shift actuators, itsm otion law and m ovem en t re lat ions betw een various wo rk components w ere go.t T hen the characterist ic equat ion, w hich show s the general law o fm o tion of the S ing le-Row P lanetary GearM echan ism, w as used to calcu late its transm ission ratio and / M esh ing Pow er M ethod0 to calculate the effic iency of the autom atic transm ission. As a resu l,t they are both in line w ith the requirem en ts of car transm issions, so a new analysism ethod for th ism echan ism is prop osed. K ey words: navgneaus p lanetary gear m echanism; autom atic transm ission; transm ission ratio; efficiency m esh ing pow er m ethod
( 2)
( 2)若 na < nH , PHa = T a nHa = T a ( na - nH ) < 0时有 PHa 为输出功率, 则有 [ 4-5] :
T -
a
1
=
T b GH -A
=
TH GH A+ GH
( 3)
其中, 若用 G1、G2 分别表示太阳轮与行星轮、齿圈与 行星轮啮合时的传动效率则有 [ 6 ] :
# 9#
# 设计与研究 #
组合机床与自动化加工技术
1. 后排太阳轮 2. 前排太阳轮 3(H ). 共用行星架 4. 前排行星轮 5. 后排 行星轮 6. 共用齿圈 C 1. 前排太阳轮离合器 C 2. 后排太阳轮离合器 C 4. 共用行星架离合器 B1. 后排太阳轮制动器 B2. 共用行星架制动器
另外, 用 Z1、Z 2、Z6 分别 表示后排太阳轮、前排 太阳轮和共用齿圈的齿数, 其中取 Z 1 = 24, Z2 = 21, Z6 = 57, 则有 A1 = Z6 /Z1 = 57 /24= 21375, A2 = Z6 /Z2 = 57 /21= 217143; 用 n1、n2、n3、n6 分别 表示后排太 阳轮、前排太阳轮、共用行星架和共用齿圈的转速; 用 T 1、T 2、T 3、T 6 分别表示后排太阳轮、前排太阳轮、 共用行星架和共用齿圈所受的转矩。
收稿日期: 2010- 03- 26 * 基金项目: 国家科技支撑计划项目 ( 2009BA G 12B03 ); 安徽省科技攻关计划项目 ( 08020203019)
作者简介: 公彦军 ( 1987) ) , 男, 山东临沂人, 合肥工业大学硕士研究生, 主要从事机械传动与控制理论研究, ( E - m ail) hhygy@j 126. com; 赵 韩 ( 1957) ) , 男, 安徽滁州人, 合肥工业大学教授, 博士生导师, 主要从事机构学、机械传动、磁力机械学。