1、 存档编号 华北水利水电大学North China University of Water Resources and Electric Power毕 业 设计题目 6AT 自动变速箱 学 院 机械学院 专 业 机械设计制造及其自动化 姓 名 田春林 学 号 200905708 指导教师 李恒灿 完成时间 2013 年 5 月 26 日 教务处制独立完成与诚信声明本人郑重声明：所提交的毕业设计是本人在指导教师的指导下，独立工作所取得的成果并撰写完成的，郑重确认没有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为。文中除已经标注引用的内容外，不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究
2、做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。毕业设计作者签名： 指导导师签名： 签字日期： 签字日期：毕业设计版权使用授权书本人完全了解华北水利水电大学有关保管、使用毕业设计的规定。特授权华北水利水电大学可以将毕业设计的全部或部分内容公开和编入有关数据库提供检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段复制、保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交毕业设计原件或复印件和电子文档（涉密的成果在解密后应遵守此规定） 。毕业设计作者签名： 导师签名：签字日期： 签字日期：目 录摘 要 1Abstract3第 1 章 绪论 .51
3、.1 国外的研究进展 .51.2 国内的研究现状 .61.3 研究的内容和方法 .7第 2 章 液力变矩器的设计 .92.1 液力变矩器循环圆设计 .92.1.1 循环圆形状的选择 .92.1.2 工作轮在循环圆中的排列位置 .92.1.3 循环圆尺寸的确定 .92.1.4 确定循环圆形状尺寸 112.1.5 循环圆 solid edge 设计图 .132.2 叶片设计 142.2.1 叶片参数设计 142.2.2 确定叶片数 152.3 单向离合器的设计 152.3.1 结构参数的选择 152.3.2 外圈拉应力验算 182.3.3 弹簧力验算 18第 3 章 行星齿轮机构的设计与分析 21
4、3.1 单排行星齿轮机构 213.2 拉维娜行星齿轮机构 233.2.1 拉维那式行星齿轮机构的连接关系 243.2.2 拉维那式行星齿轮机构的运动分析 243.3 自动变速器的行星齿轮机构 273.3.1 行星齿轮机构的动力流分析 273.3.2 各档动力传递路线分析 283.4 各档传动比表达式推导 343.5 行星齿轮机构结构尺寸设计 353.5.1 前排行星齿轮机构结构尺寸设计 353.5.2 拉维娜行星齿轮机构结构尺寸设计 393.6 行星齿轮机构的换挡执行元件 433.6.1 离合器 433.6.2 制动器 443.6.3 单向离合器 45第 4 章 三维建模 474.1 液力变矩
5、器三维模型 474.2 行星齿轮机构三维模型 534.2.1 前排行星齿轮机构三维模型 534.2.2 拉维娜行星齿轮机构三维模型 544.2.3 联动轴 564.2.4 变速机构壳体 574.2.5 行星齿轮机构装配 57第 5 章 总结与展望 595.1 总结 .595.2 展望 .60致谢 .63参考文献 .65附录一 毕业设计（论文）任务书 67附录二 开题报告 71附录三 外文原文 79附录四 中文翻译 91华北水利水电大学毕业设计16AT自动变速箱设计摘 要随着汽车工业的发展和汽车的普及，出现了越来越多的非职业驾驶员，人们对汽车的操纵性和乘坐的舒适性的要求也越来越高，自动变速器便应
6、运而生。自动变速器主要由液力变矩器、行星齿轮变速机构、液压供油系统、控制系统等几部分构成。液力变矩器利用油液循环流动过程中动能的变化将发动机的动力传递给自动变速器的输入轴，并能根据汽车行驶阻力的变化，在一定范围内自动地、无级地改变传动比和扭矩比，具有一定的减速增扭功能。本文中采用的是三元件综合式液力变矩器，它由泵轮、涡轮、导轮三个基本元件组成，导轮套在单向轮的外圈上，从而能够转入液力耦合器工况，以提高效率。变速机构由行星齿轮机构组成，行星齿轮组的个数因档数的多少而不同，本文中所设计的自动变速箱的变速机构采用的是一个简单的行星齿轮机构和一个拉维娜式行星齿轮机构组合的形式，通过 3 组多片式离合器
7、、1 组多片式制动器、1 个带式制动器及 1 组滚柱式单向离合器的作用和释放实现了 6 个前进挡和一个倒挡。其中单向离合器能够使换挡机构组件的相对运动方向改变时立即脱开或锁止，从而简化了液压控制系统。液压控制系统是完全利用液压自动控制原理来完成其主要控制任务的。本文主要对液压控制自动变速箱的液力变矩器和行星齿轮变速机构进行设计计算并根据设计的结果进行建模和装配。关键词：自动变速器; 液力变矩器; 行星齿轮机构; 液压控制系统; 设计与建模中图分类号：U463.212华北水利水电大学毕业设计2华北水利水电大学毕业设计3Design of 6 block automatic transmissio
8、nAbstractWith the development of automobile industry and automobiles popularization, nonprofessional drivers appeared, peoples requirements of a car is also more and more higher, automatic transmission arises at the historic moment. Automatic transmission is mainly composed of hydraulic torque conve
9、rter, planet gear speed change mechanism, hydraulic pressure oil supply system, control system . Hydraulic torque converter using the oil circulating flow kinetic energy change in the process of automatic transfer the power of the engine to the transmission input shaft, and can according to the vari
10、ation of automobile driving resistance, within a certain range automatically, stepless change the transmission ratio and torque ratio, have certain reduction increased torsional function. Employed in this paper are the three elements combined type hydraulic torque converter, it is made up of three b
11、asic element pump wheels, turbine, idler pulley, idler pulley set in one way round on the outer ring, so that they can turn to working condition of hydraulic coupling, in order to improve efficiency. Shifting mechanism composed of planetary gear mechanism, the number of planetary gear set due to the
12、 file on the number of how many different, in this paper the design of automatic transmission shifting mechanism with planetary gears is a simple and a ravina type planetary gear mechanism combination form, through three groups multi-plate clutch, 1 set of multiple disk brake, 1 band brake and 1 set
13、 of the role of miler overrunning clutch and releasing implements six forward gears and one reverse gear. The one-way clutch can change the relative motion direction of the shift mechanism components 华北水利水电大学毕业设计4immediately when open or lock, simplifying the hydraulic control system. Hydraulic cont
14、rol system is fully hydraulic automatic control principle to complete its main control task. This article mainly to the hydraulic control of automatic transmission hydraulic torque converter and planet gear mechanism to carry on the design calculation and modeling and assembly according to the resul
15、t of design. Key words: automatic transmission; Hydraulic torque converter; Planetary gear mechanism; The hydraulic control system; Design and modeling华北水利水电大学毕业设计5第 1章 绪论往复式内燃机是现代汽车广泛采用的动力装置，但是由于其转速变化范围和转矩适应系数有限，不能满足驱动车辆对转速和转矩的要求，因此必须要装设变速器来进一步改变转速和转矩。汽车变速器在型式上可以分为手动变速器和自动变速器两种类型。过去汽车上大多数配备的是手动变速器，
16、手动变速箱主要由齿轮、同步器、轴、轴承等传动部件组成。理论研究表明，变速箱的档位数目越多，汽车的动力性越好。档位数目较多的自动变速箱刚好符合这一要求。并且，汽车上装备自动变速箱以后，汽车将具有更好的驾驶性和操纵性，提高了行车安全性，并且自动变速箱能保证发动机始终处于经济转速区域，不仅减小了排放，而且提高了车辆的燃油经济性。因此，现代装备自动变速器的汽车越来越多。1.1国外的研究进展自从 1939 年，第一台液力机械式自动变速箱在美国通用汽车公司诞生到现在的 70 多年间，自动变速箱的研发技术一直处于变革和改进之中。随着人们对汽车乘坐舒适性的要求越来越高，相对于传统的手动变速箱，性能更加优越的自
17、动变速箱越来越受到广大消费者的亲睐。尤其是近些年以来，自动变速箱已经能够更好地兼顾操控性以及节能环保等因素，使其在国内外的装车比例越来越高。液力自动变速器已经走过了六十多年的历史，它的技术成熟，性能可靠。对液力自动变速器的研究，主要是围绕着提高效率而展开的。上纪 60 年代的研究重点是采用多元件工作轮，70 年代的改进方法是使用锁止离合器，80 年代则是采取增加行星齿轮变速箱档位的方法及使用电控技术。近些年来，传统的液力自动变速箱通过采用 CAD/CAM 技术来提高液力变矩器的传动效率，增加行星齿轮变速箱的档位以及电子技术的应用，液力自动变速箱的性能已经非常完善。现在的液力自动变速箱可以通过微
18、控制器对整个传动系统进行控制。由各种电子传感器和微控制器组成的电控单元，根据各个传感元件输入的信号来确定换档和锁定的时机，发出信号，控制执行元件，电磁阀动作，完成换档、锁止等命令。2002 年，福特汽车公司和通用汽车公司达成协议，共同研发用于前华北水利水电大学毕业设计6轮驱动的 6 挡自动变速箱，其燃油经济性相比于传统的 4 档自动变速器提高了4%至 8%。ZF 分司正在研发 7 档自动变速箱，该变速箱用由双片飞轮组成的湿式离合器代替了变换器，可以车辆的提高加速性能和燃油经济性，降低排放，与 5 档自动变速箱相比，它的体积更小，质量更轻。继 1984 年，日本五十铃公司在世界上率先成功研制出电
19、控机械式有级自动变速箱“NAVI-5 ”， 并装备到 ASKA 轿车上以后，世界上很多汽车制造公司相继进行了类似的研发工作。1996 年，宝马 M3 轿车采用的 “M 序列式变速箱” ，以全新的电液控制系统替代了传统的机械式变速箱的操控系统，并且可以选择手动变速和自动变速两种模式。ZF 公司也推出了它的电子控制机械式自动变速箱的新产品ASTRONIC 系列。1998 年，德国大众 Lupo 轿车装备了电子控制机械式自动变速箱，它的百公里油耗仅为 2.99L，显示出了它的非常优越的燃油经济性。先进的电子控制机械式自动变速箱，都配备有电子控制单元，它是变速箱的核心。将车辆的行驶状况跟所希望实现的状
20、况进行比较，发出控制命令，改变变速箱的档位、离合器的分离与结合及油门开度，实现在最佳换挡时刻自动选档。在几种自动变速箱当中，电控机械式自动变速箱的性价比最高。自从 VDT 公司于上世纪 80 年代研制成功了金属带式无级变速箱并且进入商品化阶段之后，世界上相继出现了一批生产金属带式无级变速箱的厂家。VDT 变速器公司和日本本田汽车公司共同研制的新型无级变速箱已经装备在本田 1996CivicHX 型轿车上了。包括通用汽车公司在内的一些国外企业都在加速发展各自的无级自动变速箱技术。据统计，截止 1996 年底，配备了金属带式无级变速箱的轿车已多达 120 多万辆，所装轿车发动机的排量大多处于 0.
21、63.3L之间。金属带式无级变速箱商品化的时间虽然不是太长，在汽车变速箱中的占有率也仅有 1%，其中的 90%在日本，剩余 10%在欧洲，但是因为它在理论上性能优越，因此它被视为自动变速箱的主要发展方向之一。1.2国内的研究现状我国最早是在长春第一汽车制造厂生产的 CA770 红旗轿车上装备了自动变速箱。近些年来，由于消费者对自动变速箱性能的逐渐普及，自动变速箱的市场需求量越来越大，使国内汽车制造公司加快了自动变速箱的发展速度。1998华北水利水电大学毕业设计7年，上汽通用生产的别克轿车上的 4T65E 电控自动变速箱正式下线，上汽大众的帕萨特 B5、一汽大众的捷达都市先锋上配备了自动变速箱
22、AG4-95，神龙也推出了配备了 AL4 智能型自动变速箱的富康 988“领导者” ，其它的如马自达6、雅阁、君威也都全部采用自动变速箱。作为上世纪 90 年代世界汽车界关注焦点的电子控制机械式自动变速箱技术，也被国家列为“九五”重点技术开发项目，国内的一些研究机构及企业都先后参与到电子控制机械式自动变速箱的研究开发中。其中大连齿轮箱厂、吉林大学、北京理工大学和重庆欧翔电子公司等单位在此项技术上都取得了相当不错的的成就。吉林大学不仅在理论研究方面取得了很多成就，而且它开发出的桑塔纳 2000 型电子控制机械式自动变速箱在 1998 年通过了国家级的样机鉴定。哈尔滨的埃姆特汽车电子有限公司开发研
23、制的电子控制机械式自动变速箱技术，产品质量已经接近了产业化水平。国内有关的专家建议，鉴于我国目前的国情，我国应以电子控制机械式自动变速箱为主要研究方向。电子控制机械式自动变速箱性价比高，仅为液力自动变速箱的 1/43/4，而且生产继承性较好，改造的资金投入也较少，它的硬件开发和软件研制对于各种车型在理论上是相通的，成果可推广到各种类型的汽车上。1.3研究的内容和方法本文设计的自动变速箱的结构形式为液压控制式自动变速箱，它主要由液力变矩器、行星齿轮变速机构以及液压控制系统等几大部分组成。液力变矩器的结构形式为三元件综合式液力变矩器，行星齿轮变速机构为一个简单的行星齿轮机构和拉维娜式行星齿轮机构组
24、合的形式。对液力变矩器采用的是相似设计法和环量分配法的原理，重点进行了循环圆和单向离合器的设计计算。确定他们的结构尺寸和相关技术参数并用solidedgeV19 进行建模和装配。对拉维娜式行星齿轮机构，则是根据其变速传动的原理，用机械设计和汽车理论上的相关设计方法进行了行星齿轮机构结构尺寸的设计计算和建模以及装配。华北水利水电大学毕业设计8华北水利水电大学毕业设计9第 2章 液力变矩器的设计常见的液力变矩器主要由可旋转的泵轮和涡轮，以及固定在套管上的导轮三个元件组成，称为三元件综合式液力变矩器。若将三元件综合式液力变矩器的导轮分割成两个，分别装在各自的自由轮上，即形成四元件综合式液力变矩器。由
25、于三元件综合式液力变矩器结构简单、工作可靠、性能稳定，最高效率达 92%，在转为耦合器工作时，高传动比的效率可达 96%。因此，在高级轿车上应用极广，这里液力变矩器的结构形式也采用三元件综合式液力变矩器。2.1液力变矩器循环圆设计 具体要求及指标：（1）最大扭矩/转速：190Nm/ 4400r/min(rpm)；（2）泵论出口角 B=110 度；涡轮出口角 T=150 度；导轮出口角 D=22 度。2.1.1循环圆形状的选择液力变矩器的循环圆按照外环形状可分为圆形，蛋形，半蛋形以及长方形循环圆四种。汽车型单级液力变矩器大多采用圆形循环圆。这种循环圆形状的液力变矩器，其工作轮可采用冲压焊接制造或
26、铸造，泵轮和涡轮完全对称布置，导轮布置在内径处，便于安装单向离合器，最适合综合式液力变矩器。2.1.2工作轮在循环圆中的排列位置（1） 径流式：这种工作轮从轴面图看，液流沿着叶片半径方向流动，称为离心式工作轮；反之，称为向心式工作轮。径流式工作轮均为单曲叶片。 （2） 轴流式:这种工作轮从轴面图看，液流在叶片流道内轴向流动。（3） 混流式：这种工作轮从轴面图看，液流在工作轮流道内既有轴向流动又有径向流动，他的叶片均为空间扭曲叶片。圆形循环圆变矩器在多数情况下，采用混流式工作轮；长方形循环圆变矩器除了泵轮之外，其余工作轮多采用径流式或轴流式工作轮。华北水利水电大学毕业设计102.1.3循环圆尺寸
27、的确定（1） 变矩器有效直径确定设除去发动机各辅助设备所消耗功率后由发动机传给变矩器泵轮轴的功率为 Pe,因为发动机轴与变矩器泵轮轴直接相连，故有 ne=nB,则传给变矩器泵轮轴的转矩为：TB=PB/B=Te=Pe/e=30Pe/ne而变矩器泵轮的转矩为： TB=BgnB 2D5由此可得变矩器的有效直径 D 为：D= (Bg) -1/5 .(Te/ne2)1/5取 Te=190N.m, ne=4400r/min, =0.8610 3/m 3, B=3.810 -6。代入上述数据计算得：D=202mm如图 2-1 所示，循环圆的相对参数有以下几种：（2）直径比 m直径比 m=D0/D,D0为循环
28、圆内径，D 为有效直径。对一般失速变矩比 K0要求不高的变矩器，m=1/3;而对失速变矩比 K0要求高的变矩器，m 的取值范围为0.40.45，取 m=0.45。D 0=mD=90.9mm。当 m 选定后，循环圆内径也就确定下来了，这时要确定过流断面面积，即确定循环圆的形状。统计表明，圆形循环圆最佳过流面积约为变矩器有效直径总面积的 23%。华北水利水电大学毕业设计11图 2-1循环圆结构示意图（3） 循环圆形状系数 a循环圆形状系数 a=L1/L2，如图 2-1 所示，L 1为循环圆内环的径向长度，L 2为循环圆外环的径向长度。a 减少显然会使流道过流断面的面积增大，循环圆内的流量也就相应的
29、增大，从而使泵轮转矩系数增大。一般 a 的取值范围为a=0.430.55。这里 L1=27.775mm, L2=55.55mm,故：a= L 1/L2=0.50,符合要求。（4） 循环圆宽度比 b循环圆宽度比 b=B/D。式中 B 为循环圆的轴向宽度，D 为有效直径一般 b 的取值范围为 b=0.20.4。这里 B=27.7752+2.5=58.05mm,故：b= B/D=58.05/202=0.287,符合要求。2.1.4确定循环圆形状尺寸现以有效直径为 305mm 的液力变矩器为参考，如图 2-2 所示：已知外环后，开始确定内环，设计流线。确定内环，设计流线的原则是使液流速度沿流道均匀变化
30、。为此假定在同一过流断面上各点的轴面流速 m相等，各相邻元线所形成的过流面积相等。根据最佳过流面积为循环圆面积的 23%的原则，对于有效直径为 305mm 的变矩器，其最佳过流面积为 0.016774m2，那么对于有效直径为 202mm 变矩器，其最佳过流面积为 0.00737m2。设定一些元线，参照图 2-2，在任意元线上的过流面积 F 可按下列正截头圆锥华北水利水电大学毕业设计12体旋转面公式计算：F=(/cos)(r s2-rc2)式中，-元线相对垂线的夹角，所有元线均垂直于设计流线；rs-任一元线与外环交点上的半径；rc-同一元线与内环交点上的半径；r-同一元线与设计流线交点上的半径。
31、首先，选定一些任意的元线，并算出内环和设计流线的初步轮廓。半径 rs和角 可从图中量出，而 rc和 r 则可相应的按下式计算：rc=（r s2-(Fcos/)） 1/2r=( rs2-( Fcos/2) 1/2算得的半径与相应元线之交点的轨迹即为内环。仿照这一过程，可以选出一些更接近于垂直设计流线的新的元线，并重复以上计算过程，直到内环变为由外环与设计过流面积所确定的光滑曲线为止。为了确定最后一条元线的位置，必须先确定导轮的进口边和出口边。经验表明，导论叶片的轴向长度一般以取循环圆直径 d 之半为最佳。对于参考变矩器，在导轮轴面内，可测得设计流线之弦长约为 51mm,故根据相似设计法的原理，新
32、设计的设计流线的弦长约为：51(202/305)=33.77 mm。为了最大限度的利用循环圆，在相邻叶轮的叶片之间可采用最小间隙。而且，在根据强力涡流理论设计叶片时，为了减低涡旋的影响，也需要采用最小间隙。实践中，通常的间隙为 22.5mm,这里取 2.5mm。在确定叶片的进口边和出口边后，可对每个叶轮将设计流线分成十个等分，并作出相应的元线，使每条元线都严格地垂直于设计流线。1、对于泵轮循环圆： =13.5，r 9=(286.74/2)(202/305)=95.00 9mm,rs9=101.04mm,又有：F=(/cos)(r s92- r92)= (/cos)(r 92-rc92),故有：
33、r s92- r92= r92-rc92，代入相关数值计算得：rs9=101.04mm,r9=95.00mm,rc9=89.32mm；用同样的方法计算可得：表 2-1泵轮半径华北水利水电大学毕业设计13序 号 r rs rc0 0.05104 0.04336 0.057711 0.05473 0.0496 0.05952 0.05953 0.05681 0.062133 0.06522 0.0646 0.065834 0.07143 0.07254 0.07035 0.0777 0.08619 0.075136 0.08358 0.08711 0.07997 0.08865 0.09255 0
34、.084138 0.09277 0.09756 0.087719 0.095 0.10011 0.0893210 0.09579 0.10104 0.090332、涡轮循环圆的设计方法和结构尺寸与导轮基本相同，故有涡轮循环圆的相关结构尺寸为：表 2-2 涡轮半径序 号 r rs rc0 0.05104 0.04336 0.057711 0.05473 0.0496 0.05952 0.05953 0.05681 0.062133 0.06522 0.0646 0.065834 0.07143 0.07254 0.07035 0.0777 0.08619 0.075136 0.08358 0.0
35、8711 0.07997 0.08865 0.09255 0.084138 0.09277 0.09756 0.087719 0.095 0.10011 0.0893210 0.09579 0.10104 0.090333、导轮循环圆的设计方法与上面的方法相同，代入相关的数值计算得：表 2-3 导轮半径华北水利水电大学毕业设计14序 号 r rs rc0 0.05104 0.04336 0.057711 0.04989 0.03992 0.057042 0.04789 0.03715 0.056643 0.047 0.03512 0.056434 0.04649 0.03388 0.05635
36、5 0.04632 0.03347 0.056336 0.04649 0.03388 0.056357 0.047 0.03512 0.056438 0.04789 0.03715 0.056649 0.04923 0.03992 0.0570410 0.05104 0.04336 0.057712.1.5循环圆 solid edge设计图图 2-2循环圆设计图2.2叶片设计目前，叶片设计中很大程度上还依赖经验和试验统计规律，这里采用环量分配法进行设计。华北水利水电大学毕业设计152.2.1叶片参数设计根据变矩器发展的经验，泵轮出口角可按失速变矩比的要求来确定。对于直径为 305mm 的参考变
37、矩器，其失速变矩比为 2.52，则泵轮出口角为 110，这里根据相似设计的原理，这个新设计的泵轮的出口角也为 110。在进行叶片轮廓的初步设计时，假设设计转速比为 0.5。由于按照不同转速比设计出来的叶形之间没有很大的差别，因此，尽管冲击损失最小的进口角设计点是在转速比为 0.7 处，但仍可将这些轮廓视为合适的叶形。表 2-4变矩器叶片参数叶轮名称 进口角/（度） 出口角/（度）泵轮 105 110涡轮 32 150导轮 90 222.2.2确定叶片数较多的叶片数，使液流趋向于较有效的偏转，但也增加循环液流的排挤。在较高的转速比时，较多的叶片数趋向于减少滑转，有利于偶合器工况，而低速工况则将增
38、加液流的堵塞。在低转速时，较少的叶片数却能增加循环液流的速度，导致转矩的增大。查阅相关资料得，综合式液力变矩器的最佳叶片数参考下表 2-5 所示：表 2-5最佳叶片参数参考表叶片数叶轮最佳叶片数范围 备注泵轮 2428涡轮 2632考虑到制造工艺上的困难，在 2025 的范围内选取为宜华北水利水电大学毕业设计16导轮 2628这里选取泵轮的叶片数为 26，涡轮的叶片数为 23，导轮的叶片数为 27。2.3单向离合器的设计2.3.1结构参数的选择单向离合器是液力变矩器中负荷最大旳元件之一，整个液力变矩器的可靠性和使用寿命在很大程度上决定于这个元件。单向离合器一般是由外圈，内圈，滚子，压紧弹簧等元
39、件组成。单向离合器的分类：按凸轮面所在元件分：外圈为凸轮面；内圈为凸轮面。按凸轮面形状分：平面轮廓；偏心圆轮廓；对数螺线轮廓。按滚子形状分：圆柱滚子；凸块式。由于圆柱滚子式单向离合器结构比较简单，制造比较容易，使用与维修方便；楔紧与分离工作灵敏，无噪声，工作可靠；分离状态时允许的速度高，磨损小，所以这种形式的单向离合器应用最广泛。这里便是采用滚柱式单向离合器。华北水利水电大学毕业设计17图 2-3单向离合器结构示意图其工作原理是通过内，外圈将滚柱楔住，以传递转矩。为此，将外圈与滚柱的接触面做成凸轮表面，使之形成楔入角。有了楔入角，就可以防止内，外圈在一个方向上的相对转动，并在转矩方向改变时，使
40、二者分开。在现有结构中，这个楔入角（2）一般为 68。在其他条件相同时，楔入角越大，单向离合器传递转矩的能力也就越大，所以设计时，应尽量采用较大的楔入角。这里楔入角取：2=8为了改善单向离合器的工作，常常装设弹簧作为可压缩的固定器，以改善最初的楔入。同时，设计时应尽量使滚柱与外圈及内圈的某些接触区段上保持不变的楔入角，这对由于制造误差以及磨损而产生的尺寸偏差是必要的。为了在接触区段保持不变的楔入角，常常将内圈或外圈的凸轮表面加工成对数螺旋线。这里便将外圈的凸轮表面加工成对数螺旋线。图 2-4 所示即为外圈驱动，凸轮表面为对数螺旋线的单向离合器。图 2-3 中：R 0-外圈接触点的曲率半径；R-
41、内圈半径；r-滚柱半径。 Fp-作用在每个滚柱上的负荷；FN-Fp 力的法向分力；F-Fp 力的切向分力；华北水利水电大学毕业设计18图 2-4 外圈具有对数螺旋线凸轮表面的单向离合器单向离合器的设计步骤如下：根据结构布置和强度要求，初选楔入角 2= 8，内圈半径 R=21.00mm,滚柱半径 r=4mm,滚柱长 l=39.00mm,滚柱数 Z=6。为保证单向离合器的可靠工作，应满足自锁条件，即：tan=0.070=0.1式中 -滚柱和内外圈之间的摩擦因数。作用在单向离合器上的载荷按下式确定：Fp=F/sin=T Di=0/ZRsin=41579.3NF=Fpsin=2743.63NFN=Fp
42、cos=41364.5N单向离合器工作时，最大应力发生在滚柱与驱动件及从动件的接触处。由于滚柱两侧的力相等，且滚柱与内圈的凸面的接触面积要比外圈凹面的小，因此，最大应力发生在滚柱与内圈的接触表面上，单向离合器传递转矩的能力也取决于这个应力。表面接触应力 C可按赫兹公式计算： C=(FNE(1/r+1/R/l)1/2/7式中 F N-一个滚柱上的法向力;E-材料弹性系数；r-滚柱半径；R-内圈半径； l-滚柱长度。如取 E=2.1105,则： C=46.3(FN/l)(1/r+1/R)=1365MPa制造滚柱以及内外圈的材料与滚动轴承的材料相同。根据单向离合器的工作条件，其许用接触应力 C可以高
43、达 2100MPa,故上述设计参数符合要求。2.3.2外圈拉应力验算当单向轮工作时，作用在外圈上的力将使外圈膨胀，在外圈内表面产生的最大拉应力 max可按下式计算：华北水利水电大学毕业设计19 max=p（Ra 2+Rb2）/ (R b2- Ra2)式中 p-作用在外圈上的假定平均应力；Rb-外圈外圆半径；Ra-凸轮表面最大半径。p=ZFpmaxCOS/2Ral=43.24MPa故代入数值计算得： max=256.36MPa,符合要求。2.3.3弹簧力验算当单向离合器工作时，滚柱由于受离心力的作用，总是力图从与从动件的接触点向外偏移，这种偏移应当借助将滚柱向驱动件压紧的弹簧来加以防止。弹簧的强
44、度应能克服驱动件在可能旋转的最大转速下的离心力。作用在滚柱上的离心力 F1可由下式确定：F1=GR 2=GR (n/30)/g式中 G-滚柱重力；R -滚柱中心到单向离合器轴线的距离，即滚柱绕轴心转动的转动半径；n-驱动件的最大转速。这个径向离心力将滚柱压向凸轮表面而引起的切向力 Ft 可由下式确定：Ft=F1tan(2)= GR 2tan(2)代入数值计算得：Ft=16.34N这个力应为弹簧所克服，亦即弹簧的预紧力要大于 Ft，以防止滚柱在离心力作用下脱离从动件接触表面。华北水利水电大学毕业设计20华北水利水电大学毕业设计21第 3章 行星齿轮机构的设计与分析自动变速箱中的液力变矩器虽能在一
45、定范围内无级地改变转矩比和传动比，但其传动效率却只有在输出轴转速接近输入轴转速时达到最大值，而且其增扭作用也只有 24 倍，不能很好地满足汽车的使用要求。因此，在汽车行驶时，还需要齿轮变速机构来进一步实现减速增扭的要求。自动变速箱的齿轮变速机构有普通齿轮和行星齿轮两种，绝大多数自动变速器都采用行星齿轮机构。行星齿轮变速机构因齿轮的排列方式不同有多种类型，这里采用一个简单（单排）的行星齿轮机构和一个拉维娜式行星齿轮机构组合而成的自动变速机构。行星齿轮变速箱的组成包括行星齿轮机构和换挡执行机构两部分，行星齿轮机构的作用是提供几个不同数值的传动比供选择，而换档执行机构的作用是实现档位的变换。3.1单
46、排行星齿轮机构行星齿轮变速箱的种类有很多，但其基础都是单排行星齿轮机构。单排行星齿轮机构包括一个太阳轮，若干行星齿轮及行星架和一个内齿圈。由于斜齿轮具有传动平稳，啮合噪声小，承载能力强等优点，所以行星齿轮机构全部采用斜齿轮。图 3-1单排行星齿轮机构图 3-1 中，1齿圈轴；2齿圈；3行星架；4行星轮；5行星轮轴；6太阳轮；7太阳轮轴华北水利水电大学毕业设计22由于简单的单排行星齿轮机构具有两个自由度，如果没有固定的元件就没有固定的传动比。为了具有固定的传动比，需要将太阳轮，行星架和内齿圈中的一个加以固定，或者使其获得固定的转速，或者使两个相对独立的元件连接起来，使行星齿轮机构的自由度变为 1
47、，从而获得固定的传动比。由于在单排行星齿轮机构中，行星齿轮只起中间轮（惰轮）的作用，因此单排行星齿轮机构的传动比取决于太阳轮的齿数 和齿圈齿数 ，与行星齿轮1Z2Z的齿数无关。设 21/根据分析，单排行星齿轮机构的运动特性方程为： 123()nn式中： 太阳轮转速1n齿圈转速2行星架转速3由这一运动特性方程可以看出，在太阳轮、行星架和齿圈这三个基本构件中，可以任选其中两个基本构件分别作为主动件和被动件，只要第三个基本构件有确定的转速（0 或某一数值） ，即可计算出该机构的传动比，下面分别讨论各种可能的情况：1）齿圈固定 太阳轮主动 行星架从动即可获得减速传动，其传动比表达式为 1321/inz由于齿圈的齿数 大于太阳轮的齿数 ，因而该传动比的数值要大于 2。2zz2）太阳轮固定 齿圈主动 行星架从动即可获得减速传动，其传动比表达式为 231212/(1)/()/inzz因为太阳轮的齿数 小于齿圈的齿数 ，故这一传动比 大于 1 小于 2。1z2i3）太阳轮固定 行星架主动 齿圈从动
