基于杠桿法的拉維納式變速器傳動(dòng)方案分析

張鵬飛

摘 要：本篇論文介紹了一種分析方法——杠桿法。杠桿法能明確表達(dá)齒輪結(jié)合和分離所起的作用，可以直觀的看出各個(gè)齒輪的旋轉(zhuǎn)方向，以及系統(tǒng)是減速還是增速。詳細(xì)分析行星齒輪機(jī)構(gòu)的狀態(tài)，各個(gè)齒輪在行星機(jī)構(gòu)中的作用，并且通過(guò)該方法分析拉維納自動(dòng)變速器的各檔路線，求解傳動(dòng)比，從而選擇最佳傳動(dòng)方案。設(shè)計(jì)者可根據(jù)這種方法不斷搭配各種傳動(dòng)方案，制造可能性，為新的傳動(dòng)方案奠定理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：行星齒輪;杠桿法;檔位分析

到目前為止，傳統(tǒng)燃油車上所使用的自動(dòng)變速器大致可以分為兩類，一類稱為辛普森式，另一類稱為拉維娜式。拉維娜式自動(dòng)變速器相對(duì)于辛普森式自動(dòng)變速器在結(jié)構(gòu)式更加緊湊，因此拉維娜式自動(dòng)變速器在家用轎車中的應(yīng)用更為廣泛，所以本篇論文中將利用杠桿法介紹這類自動(dòng)變速器的一種簡(jiǎn)單的檔位分析方法。

1 拉維娜式自動(dòng)變速器簡(jiǎn)介

1.1 變速器結(jié)構(gòu)

拉維娜自動(dòng)變速器由三部分組成：液力元件、控制機(jī)構(gòu)及變速機(jī)構(gòu)。

1.2 拉維納變速器特點(diǎn)

（1）行駛平穩(wěn)，舒適性好

自動(dòng)變速器換擋過(guò)程比較平順，沒(méi)有沖擊，汽車行駛比較平穩(wěn)，乘車的舒適性良好。

（2）易于操作

相比較于之前的手動(dòng)變速器來(lái)說(shuō)，自動(dòng)變速器在結(jié)構(gòu)上省去了離合器踏板，簡(jiǎn)化了換擋過(guò)程，駕駛過(guò)程中對(duì)駕駛?cè)藛T的體力要求降低，駕駛樂(lè)趣更高。

（3）提高了汽車的平順性

但此類自動(dòng)變速器也存在相應(yīng)的缺點(diǎn)：相對(duì)于傳統(tǒng)手動(dòng)變速器來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上更加困難，對(duì)零件的加工要求也更高，基于這兩點(diǎn)，自動(dòng)變速器的制造成本明顯高于手動(dòng)變速器，并且也給后期的維修帶來(lái)一定的難度。

2 單排行星輪系的等效方法

通常情況下，自動(dòng)變速器所使用的行星輪系都是由多排行星排組合而成，在等效時(shí)先將每排行星排單獨(dú)畫出，找到每個(gè)行星排之間的連接點(diǎn)，并用直線將兩點(diǎn)相連，調(diào)整各行星排的相對(duì)位置，并按比例調(diào)整各支點(diǎn)的長(zhǎng)度，保證對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的長(zhǎng)度比與所表示的齒輪副的齒數(shù)比一致。如圖1所示。

利用三角形相似原理就可以得出杠桿法的水平角速度符合轉(zhuǎn)速方程式。

3 杠桿法分析拉維納式變速器的傳動(dòng)方案

3.1 檔位分析

變速器是由行星機(jī)構(gòu)加上結(jié)合原件組成，在上圖的基礎(chǔ)上加上摩擦結(jié)合原件（離合器和制動(dòng)器）和自由輪，并畫上和標(biāo)出輸入和輸出構(gòu)件既得到行星變速器等效杠桿圖。大眾汽車上使用的01N和01M等都是拉維納變速機(jī)構(gòu)的典型應(yīng)用，如圖2，下面以01M為研究對(duì)象，采用杠桿法進(jìn)行檔位分析。

利用等效杠桿速度線圖來(lái)表示拉維娜自動(dòng)變速器各檔位，各個(gè)構(gòu)件的基本轉(zhuǎn)速和各結(jié)合原件的相對(duì)轉(zhuǎn)速，繪制如圖3所示的等效杠桿圖。

3.2 用檔位線計(jì)算傳動(dòng)比

下面將單獨(dú)分析各檔的檔位線杠桿圖：

3.2.1 D位1檔

D位1檔位前進(jìn)檔位，來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力從后排的太陽(yáng)輪輸入，在齒圈處輸出至車輪，驅(qū)動(dòng)汽車行駛，根據(jù)此檔位傳動(dòng)路線可知，該狀態(tài)下齒圈和太陽(yáng)輪旋轉(zhuǎn)方向相同，因此D位1檔的檔位線應(yīng)是圖3中所繪制的情況，利用數(shù)學(xué)關(guān)系式可計(jì)算出該檔位的傳動(dòng)比。

從檔位 1 的杠桿圖可以及相似三角形原理以看出，傳動(dòng)比，設(shè)，求。

3.2.2 D位2檔

二擋的動(dòng)力輸入與一檔相同，都有后排太陽(yáng)輪完成，固定件變成了前排太陽(yáng)輪S1，動(dòng)力由齒圈輸出，可得2檔檔位線如圖3。

2檔時(shí)，太陽(yáng)輪S2為輸入元件，行星架PC1約束，根據(jù)相似三角形原理得：

根據(jù)相似三角形定理，傳動(dòng)比

根據(jù)公式（1）（2）（3）求出，

所以2檔傳動(dòng)比

3.2.3 D位3檔（直接檔）

根據(jù)行星齒輪系的傳動(dòng)特點(diǎn)，系統(tǒng)中任意兩個(gè)構(gòu)件以相同速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，第三個(gè)構(gòu)件必定以相同的速度旋轉(zhuǎn)，可將整個(gè)系統(tǒng)作為一個(gè)剛性整體，因此3檔的傳動(dòng)比不需要計(jì)算，可直觀看出是1。

3.2.4 D位4檔（超速檔）

根據(jù)該檔位的狀態(tài)可知，系統(tǒng)中太陽(yáng)輪S1被制動(dòng)，視為固定件，發(fā)動(dòng)的動(dòng)力由行星架輸入，動(dòng)力輸出依然由共用齒圈完成，因此可繪制如圖3所示的超速檔檔位線，傳動(dòng)比可計(jì)算如下：

根據(jù)相似三角形定理，傳動(dòng)比

根據(jù)（1）（2）（3）能求出，，

最后求出傳動(dòng)比

3.2.5 R檔

倒擋工作過(guò)程中，系統(tǒng)中的固定件位行星架，動(dòng)力輸入元件為前排太陽(yáng)輪，齒圈作為系統(tǒng)的動(dòng)力輸出元件，繪制檔位線如圖3，并可直觀看出輸入和輸出元件的旋轉(zhuǎn)方向相反，實(shí)現(xiàn)倒擋，檔位傳動(dòng)比i可計(jì)算如下：

根據(jù)相似三角形定理，傳動(dòng)比

根據(jù)公式（1）（2）（3）能求出，

所以傳動(dòng)比

因?yàn)榈箼n，傳動(dòng)方向與輸出方向相反，所以傳動(dòng)比。

4 結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)單的介紹了拉維納變速器的結(jié)構(gòu)及工作原理，并闡述了杠桿法的主要方法和步驟，最后利用杠桿法的基本原理具體分析了拉維納式自動(dòng)變速器01M的各檔位，并計(jì)算傳動(dòng)比予以驗(yàn)證，結(jié)果正確。

杠桿法集所有圖解法之大成，熟練運(yùn)用可以解決更多的問(wèn)題，所以更有開(kāi)發(fā)性，研究性。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊桂香，郭志強(qiáng)，王明海，楊珍.行星齒輪傳動(dòng)速比計(jì)算方法綜述[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2013（1）：4-6.

[2]李志偉，基于杠桿法分析01M自動(dòng)變速的換擋過(guò)程及設(shè)計(jì)思路，機(jī)械傳動(dòng)，2011（10）：112.

[3]田晉躍，車輛自動(dòng)變速器構(gòu)造原理與設(shè)計(jì)方法，北京：北京大學(xué)出版社，2009.

[4]陳天民，自動(dòng)變速器動(dòng)力流分析大全，北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[5]李志偉，尤明福，文強(qiáng).主編.《基于杠桿法分析01M自動(dòng)變速器的換擋過(guò)程及設(shè)計(jì)思路》期刊論文 2013

[6]趙倩，楊啟梁，彭威波.江敏.主編.《無(wú)級(jí)變速器速比變化的杠桿控制法》期刊論文 2010.