介绍了六档自动变速器三排行星齿轮机构的结构和工作原理,对其各档工况下换挡执行元件工作规律和速比进行了总结归纳。在rOMAX软件中建立六档三排行星齿轮机构自动变速器的虚拟样机模型,各档仿真分析验证了模型的正确性,得到了各档工况下齿轮安全系数和齿轮啮合错位量,对多排复杂行星齿轮机构的分析有一定参考意义

邹毅

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科技信息SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION2011 年 第 5 期0 引言自动变速器在汽车领域应用日益广泛， 自动变速器已从三档、四档发展到五档、六档甚至八档。 多排行星齿轮机构在自动变速器中的应用越来越广泛，与单排行星齿轮机构相比，多排行星齿轮机构可以实现变速器多档位(包括倒档)，满足实际使用要求。本文对六档自动变速器三排行星齿轮机构各档工作情况和速比进行了分析总结，通过虚拟样机模型的分析，在验证模型参数及结构正确性的同时得到各齿轮的安全系数及啮合错位量，为变速器后续进一步的分析、优化提供参考。1 六档自动变速器行星齿轮机构结构简述5 档以上的自动变速器必须采用三排行星齿轮机构组合。 本文讨论的是六档自动变速器三排行星齿轮机构。图 1 所示为六档三行星排行星齿轮机构传动示意图。 其基本结构为：第一排太阳轮与第二排行星 架及第三排齿圈 3 个元件共体，它们可以被离合器 C2 带为主动，也可以被制动器 BLR 制动；第一排齿圈可以被离合器 CR 带为主动，也可以被制动器 B1 制动；第一排行星架与第二排太阳轮共体，只能被制动器 B2 制动。 第二排齿圈与第三排行星架共体，是变速器各档的输出轴；第三排太阳轮可以被离合器 C1 带为主动。1—第一行星排；2—第二行星排；3—第三行星排；C1—前进挡离合器；C2—高档及超速档离合器；CR—倒档离合器；B1—高档及超速档制动器；B2—2 档制动器；BLR—低档及倒档制动器；T—变矩器涡轮；B—变矩器泵轮；D—变矩器导轮；F—单向离合器图 1 六档自动变速器结构示意图三行星排齿轮结构相同，三行星排的太阳轮、内齿圈、行星轮参数各自相等，行星轮个数都为 N=4。 行星排齿轮都采用斜齿轮，以提高工作的平稳性[4]。 各齿轮基本参数如表 1 所示。表 1 齿轮主要参数有些采用修正系数的齿轮， 行星齿轮的个数会有 1～2 个齿的误差。 即可以不满足方程式：Z3=(Z2-Z1)∕2，式 中，Z1、Z2、Z3 分 别 为 太 阳轮、内齿圈和行星轮齿数。2 六档三排行星齿轮机构各档换挡元件工作规律及传动比2.1 各档换挡元件工作规律各档执行元件工作规律如表 2 所示。 其中，1 档、2 档、3 档为减速前进档，4 档为直接档，5 档为超速一档，6 档为超速二档，6 档速比比5 档小，车速比 5 档更快。表 2 六档三排行星齿轮机构换挡元件工作规律注：〇——接合、制动2.2 六档三排行星齿轮机构各档传动比行星排各档速比采用解方程法 [3]计算，计算过程在此不赘述。各档工况下速比汇总如表 2。 表中 α 为行星齿轮传动比系数。 对于本文讨论的三排行星齿轮机构，有 α=Z2/Z1=86/42=2.048。3 六档三排行星齿轮机构自动变速器建模及运行分析RomaxDesigner 是目前较完整的轴承、 齿轮箱和机械传动系统仿真及产品设计与分析软件，目前已成为齿轮传动领域的行业标准。 该软件广泛应用于汽车、船舶、风力发电、工程机械、轴承设计以及航空航天等领域的齿轮传动系统的设计。图 2 所示为利用 Romax 软件建立的六档三排行星齿轮机构自动变速器的虚拟样机模型，在该模型中建立了输入轴、第一行星排、第二行星排、第三行星排、输出轴以及相应的壳体等。 图 3 所示为第一、二、三行星排结构效果图。图 2 六档三行星排变速器虚拟样机模型及动力流图 3 行星排建模效果图建模过程中，齿轮中心距及齿轮相关参数需输入准确，以免发生六档自动变速器行星齿轮机构浅析邹 毅(厦门大学机电工程系 福建 厦门 361005)【摘 要】介绍了六档自动变速器三排行星齿轮机构的结构和工作原理，对其各档工况下换挡执行元件工作规律和速比进行了总结归纳。在 Romax 软件中建立六档三排行星齿轮机构自动变速器的虚拟样机模型，各档仿真分析验证了模型的正确性，得到了各档工况下齿轮安全系数和齿轮啮合错位量，对多排复杂行星齿轮机构的分析有一定参考意义。【关键词】行星齿轮机构；仿真分析；啮合错位量；Romax参数名 太阳轮 内齿圈 行星轮模数 1.467法面压力角 20°螺旋角 22.5°齿宽 22齿数 42 86 22旋向 左旋 右旋 右旋档位换挡元件工作情况传动比C1 C2 CR B1 B2 BLR1 档 〇 〇 1+α2 档 〇 〇 (1+2α)∕(1+α)3 档 〇 〇 2(α+1)∕( α+2)4 档 〇 〇 15 档 〇 〇 3α∕(3α+2)6 档 〇 〇 α∕(1+α)倒档 〇 〇 -(1+α)○机械与电子○542科技信息 2011 年 第 5 期SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION重合度过小，导致齿侧隙过大从而最终影响传动平稳性 [2]，同时重合度过小也会影响仿真分析的顺利进行。后续样机模型运行顺利完成说明所建立的模型是可行的。各档载荷输入条件按发动机和变矩器额定输入取成一样，动力输入转矩 T=420Nm，输入转速 3767r/min，功率为 157.79kW，载荷持续时间都设置为 1000 小时，这样是偏于安全的。在 Romax 软件中定义各档载荷工况，将其作为一个载荷谱，运行虚拟样机模型，运行完成界面如图 4 所示。图 4 变速器各档载荷工况运行完成界面4 仿真结果分析利用 Romax 软件在该载荷谱工况下运行虚拟样机模型， 可对各齿轮的弯曲、接触安全系数以及齿轮啮合错位量进行分析，结果如表3、表 4 所示。表 3 齿轮安全系数齿轮错位量是指两齿轮之间的实际相对位置关系与绝对理想条件下应有的相对位置关系之间的偏差。齿轮的错位量反映了齿轮的刚度情况，错位量过大，齿轮受力不均匀，齿轮变形大使得齿轮轴变形也大，变速器会产生较大的变形，从而引起振动，产生较大的噪声。从表 3 可以看出， 第二行星排四个行星轮的弯曲安全系数皆为0.852，略微偏小，变速器传动系其余齿轮弯曲、接触安全系数都在 1.1以上，可满足实际使用要求。从表 4 可以看出，齿轮最大错位量发生在倒档传动时的第二行星排中，其四个行星轮与内齿圈啮合的错位量为-52.95um；次之为第一、二、三档传动时的第三行星排，其四个行星齿轮与太阳轮的啮合错位量为 38.73um；有不发生错位的情况，具体如表 4 中所示。表 4 齿轮啮合错位量 单位：um以下列出三行星排在各档传动时的最大啮合错位量，如图 5～图 7所示。 图中所示与表 4 所示结果是一致的。图 5 第一行星排齿轮最大错位量曲线图图 6 第二行星排齿轮最大错位量曲线图 7 第三行星排齿轮最大错位量曲线图（下转第 598 页）齿轮安全系数接触 弯曲第一行星排 行星轮 1 1.985 2.433第一行星排 行星轮 2 1.985 2.433第一行星排 行星轮 3 1.985 2.433第一行星排 行星轮 4 1.985 2.433第一行星排 太阳轮 2.058 3.783第一行星排 内齿圈 3.348 Infinity第二行星排 行星轮 1 1.175 0.852第二行星排 行星轮 2 1.175 0.852第二行星排 行星轮 3 1.175 0.852第二行星排 行星轮 4 1.175 0.852第二行星排 太阳轮 1.218 1.325第二行星排 内齿圈 1.918 Infinity第三行星排 行星轮 1 1.387 1.188第三行星排 行星轮 2 1.387 1.188第三行星排 行星轮 3 1.387 1.188第三行星排 行星轮 4 1.387 1.188第三行星排 太阳轮 1.438 1.847第三行星排 内齿圈 2.271 Infinity齿轮副 1 档 2 档 3 档 4 档 5 档 6 档 倒档第一行星排行星轮 1 -> 内齿圈 0.00 0.00 -10.71 0.00 3.14 0.00 -18.19行星轮 1 -> 太阳轮 0.00 0.00 3.71 0.00 -6.18 0.00 4.47行星轮 2 -> 内齿圈 0.00 0.00 -10.71 0.00 3.14 0.00 -18.19行星轮 2 -> 太阳轮 0.00 0.00 3.71 0.00 -6.18 0.00 4.47行星轮 3 -> 内齿圈 0.00 0.00 -10.71 0.00 3.14 0.00 -18.19行星轮 3 -> 太阳轮 0.00 0.00 3.71 0.00 -6.18 0.00 4.47行星轮 4 -> 内齿圈 0.00 0.00 -10.71 0.00 3.14 0.00 -18.19行星轮 4 -> 太阳轮 0.00 0.00 3.71 0.00 -6.18 0.00 4.47第二行星排行星轮 1 -> 内齿圈 -0.01 -26.03 -28.74 0.00 3.57 3.52 -52.95行星轮 1 -> 太阳轮 0.01 3.83 3.86 0.00 -15.72 -14.36 3.77行星轮 2 -> 内齿圈 -0.01 -26.03 -28.74 0.00 3.57 3.52 -52.95行星轮 2 -> 太阳轮 0.01 3.83 3.86 0.00 -15.72 -14.36 3.77行星轮 3 -> 内齿圈 -0.01 -26.03 -28.74 0.00 3.57 3.52 -52.95行星轮 3 -> 太阳轮 0.01 3.83 3.86 0.00 -15.72 -14.36 3.77行星轮 4 -> 内齿圈 -0.01 -26.03 -28.74 0.00 3.57 3.52 -52.95行星轮 4 -> 太阳轮 0.01 3.83 3.86 0.00 -15.72 -14.36 3.77第三行星排行星轮 1 -> 内齿圈 -1.57 -1.54 -1.54 -2.64 0.01 0.01 0.00行星轮 1 -> 太阳轮 38.73 38.73 38.73 14.85 -0.01 -0.01 0.00行星轮 2 ->内齿圈 -1.57 -1.54 -1.54 -2.64 0.01 0.01 0.01行星轮 2 -> 太阳轮 38.73 38.73 38.73 14.85 -0.01 -0.01 -0.01行星轮 3 -> 内齿圈 -1.57 -1.54 -1.54 -2.64 0.01 0.01 0.01行星轮 3 -> 太阳轮 38.73 38.73 38.73 14.85 -0.01 -0.01 -0.01行星轮 4 -> 内齿圈 -1.57 -1.54 -1.54 -2.64 0.01 0.01 0.00行星轮 4 -> 太阳轮 38.73 38.73 38.73 14.85 -0.01 -0.01 0.00○机械与电子○543科技信息SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION2011 年 第 5 期●科（上接第 543 页）5 结语本文对六档自动变速器三排行星齿轮机构的工作规律和速比进行了归纳， 建立了六档三排行星齿轮机构自动变速器的虚拟样机模型，模拟其实际负载状况完成变速器的齿轮传动过程分析，可以看出：齿轮安全系数除第三行星排行星轮略微偏小外， 大部分齿轮弯曲、接触强度足够。 同时通过齿轮啮合错位量对比分析，可以看出最大错位量为-52.95um,数值不大。 文中分析结果为自动变速器的进一步动态分析、优化提供了参考。【参考文献】［1］李贤彬，鲁民巧．汽车自动变速器的历史、现状及发展趋势[J]．邢台：邢台职业技术学院学报，2003．［2］郑文纬，吴克坚．机械原理[M]．北京：高等教育出版社，2001．［3］邓正思．自动变速器行星齿轮机构的速比计算[J]．汽车维修，2008(1)：44-45．［4］濮良贵，纪名刚．机械设计[M]．北京：高等教育出版社，2000．［5］崔丽．自动变速器行星齿轮机构的传动效率研究[D]．重庆：重庆大学，2005．［6］Romax Technology company．Romax software user guide，http://www.romaxtech.com/．作者简介：邹毅(1981—)，男，福建龙岩人，厦门大学机电工程系 硕 士 研 究生，研究方向为创新设计。［责任编辑：曹明明］●科没有形成传统和特色的相应运动项目； 二是不具备高水平运动队训练、比赛的标准场地、器材；三是不具有思想业务素质水平高的优秀教练员和科研人员；四是不具有高水平运动队训练、比赛及科研所需的稳定的经费保障。由于体育经费不足，常设一般运动队日常的训练，都是在体育教师的宏观指导下，以学生自练为主，遇到有比赛任务时才短期集中训练。 没有常设运动队的学校主要是受场地、师资和训练经费的影响。2.4 广东省独立学院虽然已初步形成了专任与兼职并存、专任为主、自成体系的体育师资队伍，但体育教师年龄、职称、学力结构不合理，科研成果少，工作待遇偏低。表 2 独立学院体育教师基本情况2.4.1 教师数量与构成根据表 2 显示，被调查的 17 所独立学院共有体育教师 268 人，其中男教师 182 人，占总数的 67.9%；女教师 86 人，占 32.1%。由此可见，广东省独立学院体育教师男女比例不均衡，男教师人数远远多于女教师；各独立学院已逐步建立了自己的师资队伍，教授的到来对独立学院体育教学质量的提高有很大的推进作用，尤其在日常教学管理方面更加突出，但大多因年龄和身体等原因，导致独立学院体育部门领导更替较快， 不利于体育教学的连贯性和延续性，必然会影响独立学院体育事业健康有序地发展。2.4.2 教师年龄结构广东省独立学院体育教师年龄结构极不合理，30 岁以下的青年教师所占比例过大，高达 75.4%；31～40 岁的中年教师占 16.8%；41 岁以上的壮老年教师只占 7.8%。 青年教师虽然有其优势，如思想活跃、头脑中陈旧的条条框框少、接受能力强、工作热情高等，但这部分教师大多是刚从体育院系毕业的本科生，教学经验和应变能力不足，缺乏敬业精神，在理论与实践相结合的环节上比较薄弱。 由于教学经验丰富的老教师太少，对青年教师的传、帮、带工作不能落到实处。2.4.3 教师职称结构《普通高等学校独立学院教育工作合格评估指标体系》(以下简称《评估指标》)要求专任教师中具有高级职称的比例占 30%以上。 在被调查的 17 所独立学院的专任体育教师中教授 6 人，副教授也只有 13人，占 7.1%；讲师有 41 人，占 15.3%；助教及以下有 208 人，占 77.6%。由此可见，广东省独立学院专任体育教师中具有高级以上职称的比例远远没有达到评估指标，职称结构极不合理。究其原因，主要是由于独立学院办学时间短，引进的专任教师大多是刚毕业的本科生，他们目前还没有达到评中高级职称所要求的工作年限。2.4.4 教师学力结构《评估指标》要求专任教师中具有研究生学位的比例占 30%以上。表 2 调查结果表明，17 所独立学院中没有体育博士，硕士有 43 人，占16.1%；在职读硕的有 55 人，占 20.5%；本科有 170 人，占 63.4%。 可见在教师学历结构方面已基本达到《评估指标》的要求。虽然独立学院的工作环境、工资待遇等与普通高校相比，还存在着较大的差距，但差距也在逐渐缩小，各方面也有了较大的改进，故独立学院也逐步提高了吸引体育人才的标准。3 结论与建议3.1 结论3.1.1 广东省独立学院学校体育在管理体制上有待进一步完善。 在被调查的 17 所独立学院中，有 12 所实行三级管理，占 70.6%，有 5 所实行二级管理，占 29.4%。3.1.2 广东省独立学院体育教材使用不规范，教学文件不齐备，体育课教学班级人数偏多。3.1.3 广东省独立学院课外运动竞赛开展较好，但课余体育锻炼无计划，在组织和现场指导上较欠缺，常设运动队训练计划不齐备。3.1.4 广东省独立学院已初步形成了专任与兼职并存、 专任为主、自成体系的体育师资队伍，但体育教师男女比例不均衡，年龄结构、职称结构、学力结构不合理，科研成果少，工作环境不理想，待遇偏低。3.2 建议3.2.1 教育行政部门要加强对独立学院学校体育的宏观管理，促进独立学院学校体育的健康发展。3.2.2 完善体育课程的管理制度，丰富体育课程的内容，改进学生学习评价方式，使体育课程的结构更加合理化。3.2.3 尽快完善和落实独立学院体育师资队伍的建设计划，引进高素质体育人才。3.2.4 尽快建立并实施科学完善的独立学院体育工作评估体系。 通过评估教育主管部门能够比较全面准确地把握独立学院体育工作的基本情况，找出体育工作的薄弱环节和不足之处，达到“以评促建”的目的。【参考文献】［1］中共中央、国务院.关于深化教育改革全面推进素质教育的决定．1999-6-13．［2］教育部.关于进一步加强高等学校体育工作的意见．教体艺[2005]4 号，2005-4-25．［3］中国独立学院在线网站．［4］国家教育部网站．［5］刘翠秀.独立学院的产生、发展及原因[J].继续教育研究，2005(4)．［6］张成贵.独立学院体育教学现状与改革思[J].科技信息，2007．［7］张平，农文文，单晓男.新时期独立学院体育教育面临的困境与对策分析[J].科教文汇，2007（9）．作者简介：姜丽(1978—)，女，山东烟台人，硕士研究生，讲师，研究方向为体育教育训练学。［责任编辑：常鹏飞］基本情况 人数 比例%年龄 20～30 202 75.4%30～40 45 16.8%＞40 21 7.8%学历 本科 170 63.4%硕士 43 16.1%在职读硕 55 20.5%博士 0 0%职称 助教 208 77.6%讲师 41 15.3%副教授 13 4.9%教授 6 2.2%性别 男 182 67.9%女 86 32.1%●○高校讲坛○598

六档自动变速器行星齿轮机构浅析

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