利用等效杠桿法分析自動變速器行星齒輪傳動

于琦

摘 ? 要：自動變速器在實際的汽車生產(chǎn)過程中發(fā)揮著十分重要的作用，同時在客戶選擇汽車時，更加關(guān)注自動變速器的工作狀況及實際運營過程中能量的傳遞效率，因此加快自動變速器的技術(shù)研發(fā)就十分關(guān)鍵。就當(dāng)前的科研現(xiàn)狀和實際需求來說，加快對行星齒輪的傳動進行優(yōu)化就成為了必須解決的技術(shù)性難題。本文就將基于等效杠桿的理論基礎(chǔ)上對自動變速器行星齒輪的傳動相關(guān)問題進行分析探討，以求能夠?qū)ψ詣幼兯倨鞯膬?yōu)化提出有用的建議。

關(guān)鍵詞：等效杠桿法 ?自動變速器 ?行星齒輪傳動

中圖分類號：TH13 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）02（a）-0098-02

行星齒輪作為一種嚙合型的傳動裝置，在機械的傳動過程中應(yīng)用較為廣泛，通過對行星齒輪的位置進行調(diào)解就能實現(xiàn)動力的階梯化條件，在傳動過程中其傳動比是通過離合器的離與合來實現(xiàn)的，而且通過增減行星齒輪的排列順序和行星齒輪的數(shù)量，能夠較為理想地達到傳動效果，因此被廣泛地應(yīng)用在各種傳動場合。

自動變速器中行星齒輪的常見分析的方法包括：相對速度比較法、速度分解分析法、力矩分析法等，這些方法大多是在二維空間中對行星齒輪的相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析，這幾種方法在操作上較為簡單，并且能夠較為比較直觀地分析相關(guān)數(shù)據(jù)，但是對于自動變速器中的行星齒輪中三自由度上的數(shù)據(jù)分析就存在一定的技術(shù)難度。同時，自動變速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在進行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集上存在一定的困難，因此利用等效杠桿的方法能夠更加快速簡便的解決這些問題。就目前市面上的機械而言，大多數(shù)是采用2K-H型行星齒輪進行動力傳遞，因此本文就以2K-H型行星齒輪為研究對象。

1 ?等效杠桿法的概述

（1）單行星排齒輪傳動等效。該行星齒輪結(jié)構(gòu)是由太陽輪、行星輪、齒環(huán)、行星齒架以及其他各部件共同構(gòu)成的。根據(jù)其實際工作特點，對其運行情況進行簡單抽象，在通過將行星的一個有效助推過程作為研究對象，如圖1（a）所示s代表太陽輪，行星支架用PC代表，齒圈用R代表，但行星的行星安排通常是在圍繞太陽輪進行自由運動，中間的幾點記為行星支架PC，而s支點與其兩端的交叉距離就是其實際的工作運營范圍，分別如圖1（a）（b）所示，在實際的運行過程中，更多的還應(yīng)關(guān)注其單排與雙排行星齒輪的等效圖。通過對其一個完整的過程的分析就能夠采集到只夠多的實際數(shù)據(jù)，為后續(xù)的優(yōu)化工作提供必要的技術(shù)支持。

（2）多排行星排齒輪傳動等效。多排行星是采用并聯(lián)的方式進行動力傳輸，并且在并聯(lián)過程中，每個行星齒輪系統(tǒng)單元都可以看作一個獨立的個體，在垂直方向上與三角支架形成閉合相連，行星之間的跨件連接點也是相互連接的。在通過杠桿圖上將各支點是為其連接點，將能夠最大化的減化運動過程中帶來的各項影響因素，在進行相關(guān)處理時，應(yīng)根據(jù)實際需求將杠桿進行重復(fù)折疊，并且在必要時要將部分杠桿進行重新打開，在進行重新折疊時，要注意相互連接的部分是否為達到合并點，在進行水平連接時，也應(yīng)對兩種情況進行利弊性評價并及時進行調(diào)整。如圖1（b）所示，在離合器c和制動器b以及輸出構(gòu)件i上，多排行星連接裝置呈現(xiàn)出等效的杠桿圖，并且在相關(guān)作用的發(fā)揮上有著更大的優(yōu)勢，工作狀況并沒有因為并聯(lián)而產(chǎn)生影響。

2 ?利用等效杠桿法對行星齒輪結(jié)構(gòu)進行運動綜合分析

想要利用等效杠桿法對行星齒輪的運動情況進行分析那么首先需要對其相關(guān)結(jié)構(gòu)進行深入的研究和運動分析。

充分利用等效杠桿法的優(yōu)勢，能夠快速建立起行星齒輪結(jié)構(gòu)內(nèi)部的聯(lián)系，并且能夠更加直觀地觀察到各部分的運行情況，各基本構(gòu)件和各行星齒輪的轉(zhuǎn)速都是相對轉(zhuǎn)速的關(guān)系，因此在實際的測量和計算過程中，只需確定其中一項，其他部件的運營情況就已經(jīng)基本確定了。

（1）各工況轉(zhuǎn)速線。如圖3中（a）圖所示，當(dāng)行星齒輪的轉(zhuǎn)速達到一定值，是其他相應(yīng)參數(shù)都會與其產(chǎn)生交點，而這些交點就是其他部位和各部件的相應(yīng)轉(zhuǎn)速，通過這一轉(zhuǎn)速能夠更加準(zhǔn)確地確定出其他部件在實際工作過程中的轉(zhuǎn)速情況，并且對于機械損耗來說也有一定的參考價值，同理，對其他工況曲線的實際測量能夠使其動能的轉(zhuǎn)化，更加直觀地體現(xiàn)在數(shù)據(jù)上，對于其功放平行線上的素質(zhì)，也應(yīng)該采取保守的方式進行數(shù)據(jù)分析，通過這樣的方式能夠最大化地實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的科學(xué)性和全面性，從而保證提分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

（2）各工況下傳動效率。每個行星的轉(zhuǎn)速比和轉(zhuǎn)速工況要求，是以行星齒輪的轉(zhuǎn)動為基礎(chǔ)的，因此在進行相關(guān)轉(zhuǎn)速動能傳輸效率的計算時，應(yīng)增加考慮其轉(zhuǎn)速線上R點時的工況，輸入其構(gòu)件的轉(zhuǎn)速和工況條件，按照實際的轉(zhuǎn)速比例進行相應(yīng)的換算，能夠得到其他工況的轉(zhuǎn)速比。這一轉(zhuǎn)速比具有一定的理論意義價值，但是在實際的測量過程中，應(yīng)該與理論誤差較小，只有這樣才能真正保證其設(shè)計的準(zhǔn)確性和可靠性，從而論證其設(shè)計的合理性。

（3）各連接件的相對轉(zhuǎn)速。就各連接部件而言，由于其在分離狀態(tài)下處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，而這一部分的實際轉(zhuǎn)速很難把握，因此在分離狀態(tài)時，對其連接部件的相對轉(zhuǎn)速計算就成為十分關(guān)鍵的一個部分，一般來說是通過結(jié)合元件和分立元件，兩個基本構(gòu)成元件的轉(zhuǎn)速差來進行相關(guān)內(nèi)容的求解，如圖2所示，在行星齒輪的工況為1時，其相對轉(zhuǎn)速能夠通過圖表查出，當(dāng)工作狀況為2時，又能查出另一個轉(zhuǎn)速，在兩個轉(zhuǎn)速差的平均值，即為其空轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)速，而這一轉(zhuǎn)速是其穩(wěn)定的一個轉(zhuǎn)速，同理，在其他工況條件下個元件進行相應(yīng)轉(zhuǎn)速求解。

（4）各行星輪相對轉(zhuǎn)速。對于各行星之間的相對轉(zhuǎn)速而言，需要對其軸距及齒半徑進行合理的換算，同理在各種工況條件下其下排的齒輪轉(zhuǎn)速較上排齒輪轉(zhuǎn)速較大，同時在實際的工作過程中容易磨損。如圖3所示，在圖（b）上做幾條輔助線能夠更加直觀地觀察到兩者之間的差距，在不同的交叉點上轉(zhuǎn)速差別較大，同時隨著轉(zhuǎn)速越來越快，兩者的差距會逐漸拉大，在轉(zhuǎn)速達到某一恒定點時，這一點之間的差距是可以忽略不計的，這也是自動變速箱的理想工作狀態(tài)，這樣的狀態(tài)下能夠達到傳動比例的最優(yōu)化，并且對于自動變速箱本身也是一種保護。

3 ?結(jié)語

想要真正利用好等效杠桿的測量方法，就需要真正了解其內(nèi)在的原理，還需要多利用、多研究。這樣的理想化模型能夠解決很多的棘手問題，同時在實際的運用過程中應(yīng)該認真思考以下幾方面的問題：

（1）行星齒輪運動傳動裝置在實際的工作過程中是否符合抽象化的條件，同時能夠十分準(zhǔn)確地畫出簡化圖。

（2）對于主動輸入的構(gòu)件和被動制動的構(gòu)件的確定。

（3）能夠熟練掌握各行星齒輪運動過程中轉(zhuǎn)速的換算關(guān)系，利用三角形法則能夠較快地計算出其傳動效率和傳動比等數(shù)據(jù)，同時對其整體的工作情況也能有一個更加全面、準(zhǔn)確的了解。

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