利用等效杠桿法分析自動(dòng)變速器行星齒輪傳動(dòng)

于琦

摘 ? 要：自動(dòng)變速器在實(shí)際的汽車生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮著十分重要的作用，同時(shí)在客戶選擇汽車時(shí)，更加關(guān)注自動(dòng)變速器的工作狀況及實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中能量的傳遞效率，因此加快自動(dòng)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(shí)際需求來(lái)說(shuō)，加快對(duì)行星齒輪的傳動(dòng)進(jìn)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(duì)自動(dòng)變速器行星齒輪的傳動(dòng)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析探討，以求能夠?qū)ψ詣?dòng)變速器的優(yōu)化提出有用的建議。

關(guān)鍵詞：等效杠桿法 ?自動(dòng)變速器 ?行星齒輪傳動(dòng)

中圖分類號(hào)：TH13 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）02（a）-0098-02

行星齒輪作為一種嚙合型的傳動(dòng)裝置，在機(jī)械的傳動(dòng)過(guò)程中應(yīng)用較為廣泛，通過(guò)對(duì)行星齒輪的位置進(jìn)行調(diào)解就能實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的階梯化條件，在傳動(dòng)過(guò)程中其傳動(dòng)比是通過(guò)離合器的離與合來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而且通過(guò)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(dá)到傳動(dòng)效果，因此被廣泛地應(yīng)用在各種傳動(dòng)場(chǎng)合。

自動(dòng)變速器中行星齒輪的常見分析的方法包括：相對(duì)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(duì)行星齒輪的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這幾種方法在操作上較為簡(jiǎn)單，并且能夠較為比較直觀地分析相關(guān)數(shù)據(jù)，但是對(duì)于自動(dòng)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(shí)，自動(dòng)變速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在進(jìn)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(jiǎn)便的解決這些問(wèn)題。就目前市面上的機(jī)械而言，大多數(shù)是采用2K-H型行星齒輪進(jìn)行動(dòng)力傳遞，因此本文就以2K-H型行星齒輪為研究對(duì)象。

1 ?等效杠桿法的概述

（1）單行星排齒輪傳動(dòng)等效。該行星齒輪結(jié)構(gòu)是由太陽(yáng)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(shí)際工作特點(diǎn)，對(duì)其運(yùn)行情況進(jìn)行簡(jiǎn)單抽象，在通過(guò)將行星的一個(gè)有效助推過(guò)程作為研究對(duì)象，如圖1（a）所示s代表太陽(yáng)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(yáng)輪進(jìn)行自由運(yùn)動(dòng)，中間的幾點(diǎn)記為行星支架PC，而s支點(diǎn)與其兩端的交叉距離就是其實(shí)際的工作運(yùn)營(yíng)范圍，分別如圖1（a）（b）所示，在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)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(guò)對(duì)其一個(gè)完整的過(guò)程的分析就能夠采集到只夠多的實(shí)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(dòng)等效。多排行星是采用并聯(lián)的方式進(jìn)行動(dòng)力傳輸，并且在并聯(lián)過(guò)程中，每個(gè)行星齒輪系統(tǒng)單元都可以看作一個(gè)獨(dú)立的個(gè)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(diǎn)也是相互連接的。在通過(guò)杠桿圖上將各支點(diǎn)是為其連接點(diǎn)，將能夠最大化的減化運(yùn)動(dòng)過(guò)程中帶來(lái)的各項(xiàng)影響因素，在進(jìn)行相關(guān)處理時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求將杠桿進(jìn)行重復(fù)折疊，并且在必要時(shí)要將部分杠桿進(jìn)行重新打開，在進(jìn)行重新折疊時(shí)，要注意相互連接的部分是否為達(dá)到合并點(diǎn)，在進(jìn)行水平連接時(shí)，也應(yīng)對(duì)兩種情況進(jìn)行利弊性評(píng)價(jià)并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。如圖1（b）所示，在離合器c和制動(dòng)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(shì)，工作狀況并沒有因?yàn)椴⒙?lián)而產(chǎn)生影響。

2 ?利用等效杠桿法對(duì)行星齒輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)綜合分析

想要利用等效杠桿法對(duì)行星齒輪的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析那么首先需要對(duì)其相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的研究和運(yùn)動(dòng)分析。

充分利用等效杠桿法的優(yōu)勢(shì)，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(yùn)行情況，各基本構(gòu)件和各行星齒輪的轉(zhuǎn)速都是相對(duì)轉(zhuǎn)速的關(guān)系，因此在實(shí)際的測(cè)量和計(jì)算過(guò)程中，只需確定其中一項(xiàng)，其他部件的運(yùn)營(yíng)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(dá)到一定值，是其他相應(yīng)參數(shù)都會(huì)與其產(chǎn)生交點(diǎn)，而這些交點(diǎn)就是其他部位和各部件的相應(yīng)轉(zhuǎn)速，通過(guò)這一轉(zhuǎn)速能夠更加準(zhǔn)確地確定出其他部件在實(shí)際工作過(guò)程中的轉(zhuǎn)速情況，并且對(duì)于機(jī)械損耗來(lái)說(shuō)也有一定的參考價(jià)值，同理，對(duì)其他工況曲線的實(shí)際測(cè)量能夠使其動(dòng)能的轉(zhuǎn)化，更加直觀地體現(xiàn)在數(shù)據(jù)上，對(duì)于其功放平行線上的素質(zhì)，也應(yīng)該采取保守的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過(guò)這樣的方式能夠最大化地實(shí)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(dòng)效率。每個(gè)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(dòng)為基礎(chǔ)的，因此在進(jìn)行相關(guān)轉(zhuǎn)速動(dòng)能傳輸效率的計(jì)算時(shí)，應(yīng)增加考慮其轉(zhuǎn)速線上R點(diǎn)時(shí)的工況，輸入其構(gòu)件的轉(zhuǎn)速和工況條件，按照實(shí)際的轉(zhuǎn)速比例進(jìn)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(jià)值，但是在實(shí)際的測(cè)量過(guò)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(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性，從而論證其設(shè)計(jì)的合理性。

（3）各連接件的相對(duì)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(shí)際轉(zhuǎn)速很難把握，因此在分離狀態(tài)時(shí)，對(duì)其連接部件的相對(duì)轉(zhuǎn)速計(jì)算就成為十分關(guān)鍵的一個(gè)部分，一般來(lái)說(shuō)是通過(guò)結(jié)合元件和分立元件，兩個(gè)基本構(gòu)成元件的轉(zhuǎn)速差來(lái)進(jìn)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(shí)，其相對(duì)轉(zhuǎn)速能夠通過(guò)圖表查出，當(dāng)工作狀況為2時(shí)，又能查出另一個(gè)轉(zhuǎn)速，在兩個(gè)轉(zhuǎn)速差的平均值，即為其空轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速，而這一轉(zhuǎn)速是其穩(wěn)定的一個(gè)轉(zhuǎn)速，同理，在其他工況條件下個(gè)元件進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)速求解。

（4）各行星輪相對(duì)轉(zhuǎn)速。對(duì)于各行星之間的相對(duì)轉(zhuǎn)速而言，需要對(duì)其軸距及齒半徑進(jìn)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(shí)在實(shí)際的工作過(guò)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(diǎn)上轉(zhuǎn)速差別較大，同時(shí)隨著轉(zhuǎn)速越來(lái)越快，兩者的差距會(huì)逐漸拉大，在轉(zhuǎn)速達(dá)到某一恒定點(diǎn)時(shí)，這一點(diǎn)之間的差距是可以忽略不計(jì)的，這也是自動(dòng)變速箱的理想工作狀態(tài)，這樣的狀態(tài)下能夠達(dá)到傳動(dòng)比例的最優(yōu)化，并且對(duì)于自動(dòng)變速箱本身也是一種保護(hù)。

3 ?結(jié)語(yǔ)

想要真正利用好等效杠桿的測(cè)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(wèn)題，同時(shí)在實(shí)際的運(yùn)用過(guò)程中應(yīng)該認(rèn)真思考以下幾方面的問(wèn)題：

（1）行星齒輪運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置在實(shí)際的工作過(guò)程中是否符合抽象化的條件，同時(shí)能夠十分準(zhǔn)確地畫出簡(jiǎn)化圖。

（2）對(duì)于主動(dòng)輸入的構(gòu)件和被動(dòng)制動(dòng)的構(gòu)件的確定。

（3）能夠熟練掌握各行星齒輪運(yùn)動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)速的換算關(guān)系，利用三角形法則能夠較快地計(jì)算出其傳動(dòng)效率和傳動(dòng)比等數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)其整體的工作情況也能有一個(gè)更加全面、準(zhǔn)確的了解。

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