組合行星輪系自動變速器傳動比計算方法

摘要：行星輪系自動變速器傳遞速比計算是一個比較抽象的過程。文章從行星輪基本原理出發，通過一款自動變速器傳動比演算，介紹了一種行星輪系傳動比的計算方法。

關鍵詞：自動變速器；行星輪；組合行星輪系；動力傳遞；傳動比；反轉原理

中圖分類號：TH132.46 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）08-0046-02

近年來，乘用車搭載自動變速器（Auto Transmission）的車型越來越多。自動變速器基本上都是采用行星齒輪系結構，該結構傳動比的計算按傳統的方法比較繁瑣。本文介紹一種利用反轉原理的簡單算法。

1 自動變速器行星輪系結構及簡化

由圖1可以看出，太陽輪1、齒圈2和行星架3組成一個行星輪系，太陽輪4、行星架2'和齒圈3'組成一個行星輪系。而齒圈2和行星架2'通過花鍵嚙合在一起，行星架3和齒圈3'也通過花鍵嚙合在一起，形成了一個組合行星輪系。

實際工作時，通過外部機構轉化，太陽輪1、齒圈2和太陽輪4都可以作為輸入軸將動力輸入，齒圈3'和行星架3嚙合在一起作為輸出軸輸出動力，同時在適當的時候可以將齒圈2與變速器殼體、齒圈2與太陽輪1、太陽輪4與變速器殼體相對固定。

將以上結構繪制成原理簡圖如圖2所示。

單憑以上條件去計算在各個擋位時變速器齒輪傳遞機構的傳動比，往往是不容易的，下面介紹反轉原理計算傳動比的方法，并以二擋為例進行示例計算。

2 行星輪系轉化及計算方法

2.1 行星輪系分類

行星輪系分類如圖3所示。簡單行星輪系：具有一個自由度的行星輪系；差動輪系：具有兩個自由度的行星輪系；定軸輪系：凡所有的齒輪軸線位置都是固定的輪系，即行星架被固定。

2.2 定軸輪系傳動比計算方法

計算公式如下：

式中，i為傳動比；n為轉速；ω為角速度；ν為速度；R為齒輪分度圓半徑；D為齒輪分度圓直徑；m為齒輪組模數；Z為齒輪齒數。

2.3 差動輪系傳動比計算方法

差動輪系傳動比計算方法是利用反轉原理，將差動輪系轉化為定軸輪系，然后利用定軸輪系計算公式進行推導。

反轉原理：給差動輪系中的每一個構件都加上一個附加的公共轉動（轉動的角速度為-ωH）后，不會改變輪系中各構件之間的相對運動，但原差動輪系將轉化為一個假定的定軸輪系，稱為差動輪系的轉化機構。

過程如下：

①機構轉化過程如圖4所示。

②將輪系按-ωH反轉后，各個構件的角速度變化如表1所示。

③轉化后的機構如圖5所示。

④參照定軸輪系計算傳動比，如下（公式4）：

⑤差動輪系各種工況下的傳動比計算公式。

若太陽輪1為主動件，行星架H為從動件，齒圈3固定：

若太陽輪1固定，行星架H為從動件，齒圈3為主動件：

若太陽輪為主動件，行星架H固定，齒圈3為從動件：

若將太陽輪與齒圈連為一體，有：

2.4 組合行星輪系

當一個機構中存在兩個或兩個以上的行星輪系時，該結構稱為組合行星輪系，如圖3所示。組合行星輪系的計算方法是利用單行星輪系計算方法列出多個方程，并通過預先設定的前提條件，組成方程組，然后解方程組得出輸入軸與輸出軸之間的傳動比（一般在設計組合行星輪系時，都會讓方程組有解）。

3 二擋傳動比計算

由前文可知，齒圈2與行星架2'通過花鍵嚙合，行星架3和齒圈3'通過花鍵嚙合，則有：ω2=ω2'，ω3=ω3'。

另：稱太陽輪1、齒圈2、行星架3組成的行星輪系為主行星輪系，稱太陽輪4、行星架2'、齒圈3'組成的行星輪系為次行星輪系。

在二擋位置時（如圖2所示），太陽輪4與變速器殼體固定在一起，動力經太陽輪1傳遞到組合行星輪系，然后進過行星架3傳遞到輸出軸輸出。

可列出方程組：

4 結 語

行星輪系傳動比計算較為復雜，用反轉原理輔以適當的方程技巧可以比較方便完成計算。

參考文獻：

[1] 王霄鋒.汽車底盤設計[M].北京：清華大學出版社，2010.

[2] 黃宗益.現代轎車自動變速器原理和設計[M].上海：同濟大學出版社，2006.

[3] 葛安林.車輛自動變速器理論與設計[M].長春：吉林大學出版社，1991.