摘 要

随着国内越野车保有量的持续增加，非职业驾驶员也不断增多。因此，对于民众来说，汽车具有良好操作性和驾乘舒适性也越来越重要，此时，为其配置一款合适的自动变速器就显得尤为重要。

液力自动变速器主要由液力变矩器、行星齿轮变速器及液压操纵系统组成。液力变矩器的主要作用是使汽车起步平稳，减缓换挡时的冲击载荷。而依靠齿轮变速机构，则可加大变矩范围，获得倒挡和空挡。本次以一款2016款普拉多2.7L自动标准版汽车作为参考车型，依据其性能参数，以自动变速器中的行星齿轮变速机构作为研究对象，为其设计一款能很好满足工作要求的齿轮变速机构。因此本文主要是对液力自动变速器的行星齿轮变速机构完成设计计算和建模装配工作。

关键词：液力自动变速器；液力变矩器；行星齿轮机构；换挡执行元件

Abstract

With the continuous increase in the number of domestic off-road vehicles, non-

professional drivers are also increasing. Therefore, for the people, the car has good operability and driving comfort is also important, at this time,for the allocation of a sutiable automatic transmission is particularly important.

Hydraulic automatic transmission is mainly composed of hydraulic torque converter, planetary gear transmission and hydraulic control system. The main role of the torque converter is to make the car start smooth, slow down the impact load when shifting. And rely on gear transmission mechanism, you can increase the range of torque, access to reverse gear and neutral. This is a 2016 Prado 2.7L automatic standard version of the car as a reference model, according to its performance parameters to automatic transmission in the planetary gear transmission as a research object, to design a good job to meet the requirements of the gear speed mechanism. Therefore, this paper is mainly on the hydraulic automatic transmission planetary gears to complete the design calculation and modeling and assembly work.

Key words: Automatic transmission; hydraulic torque converter; planetary gear mechanism

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究的目的及意义 1

1.2 国内外的研究现状分析 1

1.3 研究的内容和方法 2

第2章 液力自动变速器 3

2.1 液力变矩器 3

2.2 行星齿轮变速器 4

第3章 行星齿轮机构的设计分析 6

3.1 行星齿轮变速器的结构 6

3.2 行星齿轮变速器的动力传递路线 6

3.3 各挡传动比表达式推导 7

3.4 各挡传动比计算 9

3.4.1 第1挡传动比的计算 9

3.4.2 各挡传动比的计算 10

3.5 行星齿轮机构结构尺寸设计 10

3.5.1 前排行星齿轮机构结构尺寸设计 10

3.5.2 拉维诺齿轮机构前行星排结构尺寸设计 13

3.5.3 拉维诺齿轮机构后行星排结构尺寸设计 15

3.6 行星齿轮传动的强度计算 18

3.6.1 前排行星齿轮机构的强度计算 18

3.6.2 拉维诺齿轮机构前行星排的强度计算 22

3.6.3 拉维诺齿轮机构后行星排的强度计算 25

3.7 涡轮轴直径计算 28

第4章 换挡执行元件的选择 29

4.1 离合器 29

4.2 制动器 30

4.3 单向离合器 31

第5章 总结与展望 33

5.1 总结 33

5.2 展望 34

参考文献 35

致 谢 36

第1章 绪论

目前汽车上普遍采用汽油式或柴油式内燃机作为发动机，驱动车辆行驶。但根据其动力输出特性可知，其直接能够输出的转速转矩大小是不能满足汽车实际行驶工况需求的，此时在发动机与驱动轮之间配置能够改变转速转矩适应实际需求的变速器显得十分关键。以前在汽车上装配的主要是手动变速器，虽然传动效率较高，经济性较好，但需要通过人为操作完成换挡工作，较为麻烦。而随着自动变速技术的快速发展，多挡位的自动变速器越来越多的成为了汽车传递动力的标配。由于其挡位较多，能够很好地满足动力性的需求；同时发动机始终处于经济转速区域，燃油经济性也得以改善；更重要的是实现了自动换挡，使汽车拥有更好的操纵性、驾乘舒适性和安全性，能让更多的人体验驾驶的乐趣。因此，自动变速器在现代汽车变速器市场中的地位就越来越重要了。

1.1 研究的目的及意义

汽车自动变速器所采用的齿轮变速器，主要分为行星式和定轴式两种。而轿车液力自动变速器（AT）很大程度上都是采用行星齿轮变速器。用行星齿轮机构作为变速机构，由于有多个行星齿轮同时工作，且采用内啮合方式，故与普通齿轮变速机构相比，在传递同样大小功率的情况下，变速器的尺寸和重量均得以减小，同时也能实现同向、同轴减速传动^[1]。而齿轮常啮合的传动方式，可使动力得以不间断输出。另外，其传动效率也比较高。因此在液力行星齿轮变速器中与变矩器配合使用的一般都是行星齿轮变速机构。而根据所选车型和相关性能参数，为其设计一款能很好满足使用要求的行星齿轮变速机构也设计工作中是必不可少的内容。

1.2 国内外的研究现状分析

行星齿轮传动作为先进的机械传动，主要有三种类型：摆线针轮齿轮传动、渐开线行星齿轮传动和谐波齿轮传动,目前广泛使用的是渐开线行星齿轮传动^[2]。世界上一些传统的工业强国在此方面的研究也是处于世界领先地位。1980年在德国出现了第一个行星齿轮传动装置的专利，1920年则首次成批量制造出行星齿轮传动装置，并首先被用作汽车的差速器^[2]。二次世界大战后，航空发动机及工程机械等的快速发展，促进了行星齿轮传动的进一步发展。目前，行星齿轮传动已经达到了较高水平，其圆周速度可达150-200m/s，传动功率可达73.55kw,传动效率则高达98﹪。由于其特殊的传动属性，在机械传动中被广泛的作为变速装置加以应用。其中典型的例子就是包括汽车在内的众多机械装置所使用的行星齿轮变速器。行星齿轮变速器发展到现在，其总趋势是高速化、小型化、低噪声及高可靠性；各种技术也是日趋成熟，像硬齿面技术、功率分支技术和模块化设计技术就科技感十足，非常博人眼球。采用硬齿面技术的行星齿轮机构，其齿轮材料多为优质合金钢锻件，并采用渗碳淬火的热处理方式，使其综合承载能力大为提高，是中硬齿面调质齿轮的3-4倍、普通软齿面齿轮的4-5倍，且还同时兼顾了高效低噪高可靠性的优越性能。而将功率分支技术用于行星齿轮传动，能够让齿轮尺寸得以大幅减小、整体结构更为紧凑、承载能力成倍提高，从而减小传动轮系的质量和制造成本，提高使用寿命。除此之外，模块化设计技术的应用也是齿轮减速器的发展方向，其优越性在于保持高性能的同时，尽量减少毛坯及零部件的数量和品种规格，形成批量生产，降低成本，获得规模效益。

我国对于行星齿轮传动的研究则起步更早。早在南北朝时期，就由祖冲之发明了装备行星齿轮的差动式指南针。至于渐开线式行星齿轮传动，则从60年代初开始有比较深入的研究制造，也取得了不少科研成果^[2]。改革开放以来，我国更是引进国外先进设备，消化吸收国外先进技术，也逐渐掌握了各种高低速重载齿轮装置的设计制造技术，无论是齿轮材料、热处理质量还是其加工精度都有了显著的提高。20世纪80年代以来，我国研制出了多种新型减速器，相继制订了近100个齿轮和蜗轮蜗杆减速器的标准，其中包括先后制定的四种行星齿轮减速器的标准，而大规格低速中载行星齿轮的研制工作正在展开，高速行星齿轮传动得到了成功应用，低速大扭矩的行星减速器已批量生产，如双滚筒采煤机的行星齿轮减速器（375kw）等^[3]。目前国内生产的许多减速器采用了硬齿面技术和模块化设计技术，体积质量大为减轻，承载能力、传动效率、使用寿命则大为提高，这对于节能和提高主机的总体水平也有着很重要的作用。正因如此，行星齿轮传动在我国的诸多行业如工程机械、起重运输、石油化工、冶金矿、医疗器械、船舶、汽车及航空航天等均有十分广泛的应用。