基于杠桿法的拉維納式變速器傳動方案分析

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)分析行星齒輪機構(gòu)的狀態(tài)，各個齒輪在行星機構(gòu)中的作用，并且通過該方法分析拉維納自動變速器的各檔路線，求解傳動比，從而選擇最佳傳動方案。設(shè)計者可根據(jù)這種方法不斷搭配各種傳動方案，制造可能性，為新的傳動方案奠定理論基礎(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。拉維娜式自動變速器相對于辛普森式自動變速器在結(jié)構(gòu)式更加緊湊，因此拉維娜式自動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變速器的一種簡單的檔位分析方法。

1 拉維娜式自動變速器簡介

1.1 變速器結(jié)構(gòu)

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

1.2 拉維納變速器特點

（1）行駛平穩(wěn)，舒適性好

自動變速器換擋過程比較平順，沒有沖擊，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變速器來說，自動變速器在結(jié)構(gòu)上省去了離合器踏板，簡化了換擋過程，駕駛過程中對駕駛?cè)藛T的體力要求降低，駕駛樂趣更高。

（3）提高了汽車的平順性

但此類自動變速器也存在相應(yīng)的缺點：相對于傳統(tǒng)手動變速器來說，結(jié)構(gòu)設(shè)計上更加困難，對零件的加工要求也更高，基于這兩點，自動變速器的制造成本明顯高于手動變速器，并且也給后期的維修帶來一定的難度。

2 單排行星輪系的等效方法

通常情況下，自動變速器所使用的行星輪系都是由多排行星排組合而成，在等效時先將每排行星排單獨畫出，找到每個行星排之間的連接點，并用直線將兩點相連，調(diào)整各行星排的相對位置，并按比例調(diào)整各支點的長度，保證對應(yīng)兩點間的長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方案

3.1 檔位分析

變速器是由行星機構(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構(gòu)的典型應(yīng)用，如圖2，下面以01M為研究對象，采用杠桿法進(jìn)行檔位分析。

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

3.2 用檔位線計算傳動比

下面將單獨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，來自發(fā)動機的動力從后排的太陽輪輸入，在齒圈處輸出至車輪，驅(qū)動汽車行駛，根據(jù)此檔位傳動路線可知，該狀態(tài)下齒圈和太陽輪旋轉(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)系式可計算出該檔位的傳動比。

從檔位 1 的杠桿圖可以及相似三角形原理以看出，傳動比，設(shè)，求。

3.2.2 D位2檔

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

2檔時，太陽輪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，傳動比

根據(jù)公式（1）（2）（3）求出，

所以2檔傳動比

3.2.3 D位3檔（直接檔）

根據(jù)行星齒輪系的傳動特點，系統(tǒng)中任意兩個構(gòu)件以相同速度旋轉(zhuǎn)時，第三個構(gòu)件必定以相同的速度旋轉(zhuǎn)，可將整個系統(tǒng)作為一個剛性整體，因此3檔的傳動比不需要計算，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)中太陽輪S1被制動，視為固定件，發(fā)動的動力由行星架輸入，動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，傳動比可計算如下：

根據(jù)相似三角形定理，傳動比

根據(jù)（1）（2）（3）能求出，，

最后求出傳動比

3.2.5 R檔

倒擋工作過程中，系統(tǒng)中的固定件位行星架，動力輸入元件為前排太陽輪，齒圈作為系統(tǒng)的動力輸出元件，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，實現(xiàn)倒擋，檔位傳動比i可計算如下：

根據(jù)相似三角形定理，傳動比

根據(jù)公式（1）（2）（3）能求出，

所以傳動比

因為倒檔，傳動方向與輸出方向相反，所以傳動比。

4 結(jié)語

本文簡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變速器01M的各檔位，并計算傳動比予以驗證，結(jié)果正確。

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

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