自動變速器機械傳動方案分析與模糊評價研究

于琦

摘 ? 要：自動變速器是指可以在汽車行駛過程中可以改變汽車齒輪傳動比的汽車變速器，而機械式自動變速器是一種新型的變速器，它的主要作用是通過電子控制實現(xiàn)對傳統(tǒng)干式離合器和手動齒輪變速器的自動換檔，機械式自動變速器的控制過程基本是模擬駕駛員的操作。本文主要分析三自由度三行星排行星齒輪傳動變速器的傳動方案，并且對行星齒輪傳動變速器的不同方案進(jìn)行模糊評價分析，通過模糊評價，得出最終的評價結(jié)果。

關(guān)鍵詞：自動變速器 ?傳動方案分析 ?模糊評價

中圖分類號：TH164 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）02（b）-0113-02

隨著社會的快速發(fā)展，人們的生活水平有了顯著提高，汽車已經(jīng)成為了目前最常用的交通工具。隨著人們對生活質(zhì)量的要求越來越高，對汽車的選擇也有了一定的要求。汽車動能、耗油量和排放量是現(xiàn)代人們選擇汽車時的首要要求，為了滿足客戶的需求，汽車設(shè)計也在不斷改進(jìn)之中。目前汽車發(fā)展的最大趨勢是增加檔位數(shù)。檔位數(shù)增加能夠增加傳動比的范圍，減少傳動比間隔。而在汽車變速裝置中起著決定性因素的是機械傳動部分的性能的好壞。從目前來看，轎車行星變速器主要采用的是五檔變速器，而五檔變速器的特點是采用三自由度三行星排行星齒輪傳動，但是，三自由度三行星排行星齒輪傳動的方案有許多種，探究一種最為合理的方案是目前主要研究的問題。

1 ?三自由度行星齒輪傳動變速器等效杠桿分析法

一般情況下一個行星排的構(gòu)成要素主要有四種，分別是由太陽輪、行星輪、齒圈以及行星架，因此可以根據(jù)行星排結(jié)構(gòu)特點，可以把一個行星排等效成一個垂直杠桿和三個支點。這三個支點就分別代表太陽輪、行星架、齒圈。對于單排的行星結(jié)構(gòu)是行星架為中間的支點，兩邊的支點是太陽輪和齒圈;而對于雙排的行星結(jié)構(gòu)是中間的支點是齒圈，兩邊的支點是太陽輪和行星架。而且太陽輪到齒圈的距離和行星輪到齒圈的距離是分別和太陽輪的齒數(shù)以及齒圈的齒數(shù)成正比的。

如果是多行星排排列，那么可以把每一個行星排看做一個垂直杠桿和三個支點的結(jié)構(gòu)。在具體處理問題的時候一般有兩種方式，分別是把這些杠桿重疊在一起或者是分開來處理。如果采用杠桿重疊的方式需要把相互連接的部分看成一個點;如果是分開就是原本連接的點的位置用水平線來代替。但是不論是重疊還是分開都需要重新改變力臂，在調(diào)整力臂時一定要保證連接部分合并點之間的力臂長度相等，并且各杠桿力臂長度比不變，這樣將多個行星排的杠桿圖合并為一個總杠桿。

2 ?五檔變速器行星齒輪傳動方案分析

變速器對結(jié)構(gòu)上的要求非常的嚴(yán)格，首先自動器必須能夠引出，為了避免造變速器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜和混亂，所以行星排之間不應(yīng)該有太多的迂回線。各行星排k值的接近程度是多排齒輪行星變速器的制造工藝最大的影響因素，如果k值越不接近，那么說明各行星排的制造工藝就越差，反之越好。為了避免造成變速器的結(jié)構(gòu)不合理，各行星排齒圈的齒數(shù)應(yīng)該盡量保證數(shù)量一致。另外，為了減小傳遞的摩擦力距，離合器的位置應(yīng)該盡量放在變速器中的高速軸上。最后，換擋操縱一定要簡單，為了達(dá)到便于操縱控制的目的，要盡量實現(xiàn)分離和結(jié)合一個接合元件實現(xiàn)換擋。

3 ?傳動系統(tǒng)的性能分析

一般情況下，傳動系統(tǒng)的性能分析主要是借助相應(yīng)的計算機輔助分析程序進(jìn)行分析，通常分析可以分為三大類，分別是檔位分析，運動分析以及力距分析。通過分析會發(fā)現(xiàn)行星輪或者基本構(gòu)件轉(zhuǎn)速過高的問題主要發(fā)生在傳動比為0.54的超速檔中。轉(zhuǎn)速是導(dǎo)致負(fù)荷的重要因素，一旦轉(zhuǎn)速過高將會引起附加慣性動載荷，從而影響軸承的壽命應(yīng)予以排除。由此可見，單行星排和三星行排的齒輪傳動變速器只能實現(xiàn)5個前進(jìn)檔而不能實現(xiàn)6個前進(jìn)檔，5個前進(jìn)檔分別是一個倒檔，一個超速檔，一個直接檔和三個減速檔。

4 ?變速器行星齒輪傳動方案的模糊綜合評判

4.1 傳動方案的評價因素

傳動方案的評價因素不僅有許多種，而且它主要還受不同的使用條件影響，不同的使用條件會導(dǎo)致不同的取用因素和影響程度。本文僅選取尺寸參數(shù)、工藝參數(shù)、平均效率、運動參數(shù)、矩參數(shù)摩案力矩參數(shù)等作為評價因素。本文把評語分為很合適、較合適、合適、不合適四個等級，運用這四個評價等級去評價評價因素。

4.2 各種評價因素的隸屬函數(shù)

利用模糊評價的方式處理概念時需要用到模糊數(shù)學(xué)，所以隸屬函數(shù)對于模糊評價來說是十分重要的。因為如果隸屬函數(shù)的選用不太恰當(dāng)很容易造成離實際情況差別比較大，從而導(dǎo)致結(jié)果的可信度比較低。所以一般在選用隸屬函數(shù)時都按照卡曼夫收集的常用隸屬函數(shù)來進(jìn)行選擇。

（1）尺寸參數(shù)L：結(jié)構(gòu)參數(shù)k的定義是變速器中一個行星排的齒圈齒數(shù)和太陽輪齒數(shù)的比值。一般情況下，結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理范圍在1.5～4.5之間，但是由實際測試的結(jié)果可表明，想要保證行星排具有最小尺寸和質(zhì)量1，k值必須在2.5～3.0之間。無論k值怎樣變化，它的輪廓尺寸與質(zhì)量都會增加，說明有一個理想值，所以可以假設(shè)k=2.8是k的理想值，由于在每種方案中都有多個行星排，所以存在著很多k的值。就假設(shè)一種來說：假設(shè)（k-2.8）為最大值的k值作為尺寸參數(shù)L的數(shù)值，而尺寸參數(shù)L是影響行星齒輪變速器的尺寸和質(zhì)量的重要指標(biāo)。在建立尺寸參數(shù)L的隸屬函數(shù)時，因結(jié)構(gòu)復(fù)雜的方案以先期淘汰，故套軸層數(shù)可不考慮。當(dāng)k接近邊界值1.5和4.5的時候，變速器的輪廓尺寸與質(zhì)量都會明顯增加。

（2）工藝參數(shù)T：工藝參數(shù)是為了比較k而引入的參量，被定義為在同一種方案中k的最小值和最大值之間的比值。在同一種方案中，存在多個k而這些k之間的接近程度就是對多排行星齒輪變速器的最大影響因素，所以利用工藝參數(shù)這個參量來對此因素進(jìn)行比較分析。根據(jù)大量數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)T接近1的時候，多排行星齒輪變速器的性能最好;而當(dāng)T越來越少的時候，多排行星齒輪變速器的性能也越來越不好。工藝性能最差的時候是k取邊界值15或者4.5的時候，此時T=0.33。

（3）效率η：在滿負(fù)荷的情況下，行星齒輪變速器的任何一臺的效率都不應(yīng)該低于0.6，如果效率低于0.6就會失去存在的價值。

（4）運動參數(shù)N：，附加慣性動載荷是影響軸承壽命的主要因素，而行星齒輪及基本構(gòu)件的轉(zhuǎn)速過高是導(dǎo)致附加慣性動載負(fù)荷的主要原因。因此，必須合理控制行星輪及基本構(gòu)件的速度，一般情況下其絕對速度以不能夠超過主軸轉(zhuǎn)速的1倍，作為方案評價的因素之一，應(yīng)為nmax≤2no.運動參數(shù)N定義為N= nmax/no.

綜上所述，可以通過對變速器各行星齒輪傳動方案的多目的模糊評價，總結(jié)為如下特點：

（1）如果三自由度三行星排實現(xiàn)五個前進(jìn)檔，可以很好的符合各項評價標(biāo)準(zhǔn)，但是，如果要實現(xiàn)六個前進(jìn)檔，那么第二個超速就會出現(xiàn)行星排基本構(gòu)件和輸入轉(zhuǎn)速的比值大于二。

（2）定量化的數(shù)學(xué)方法是對變速器各行星齒輪傳動方案的模糊評價目標(biāo)進(jìn)行處理的主要方法，這樣方法具有科學(xué)、合理、準(zhǔn)確的優(yōu)點。

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