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(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)上對自動變速器行星齒輪的傳動相關(guān)問題進(jìn)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(xiàn)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(jī)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(jìn)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(dá)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(jìn)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(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便的解決這些問題。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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行相關(guān)處理時，應(yīng)根據(jù)實際需求將杠桿進(jìn)行重復(fù)折疊，并且在必要時要將部分杠桿進(jìn)行重新打開，在進(jìn)行重新折疊時，要注意相互連接的部分是否為達(dá)到合并點，在進(jìn)行水平連接時，也應(yīng)對兩種情況進(jìn)行利弊性評價并及時進(jìn)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(jìn)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(jìn)行分析那么首先需要對其相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)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(dá)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(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(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，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(jìn)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(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(dá)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(dá)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(hù)。

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(rèn)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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