组合行星轮系自动变速器传动比计算方法

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摘要：行星轮系自动变速器传递速比计算是一个比较抽象的过程。文章从行星轮基本原理出发，通过一款自动变速器传动比演算，介绍了一种行星轮系传动比的计算方法。

关键词：自动变速器；行星轮；组合行星轮系；动力传递；传动比；反转原理

中图分类号：TH132.46 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）08-0046-02

近年来，乘用车搭载自动变速器（Auto Transmission）的车型越来越多。自动变速器基本上都是采用行星齿轮系结构，该结构传动比的计算按传统的方法比较繁琐。本文介绍一种利用反转原理的简单算法。

1 自动变速器行星轮系结构及简化

由图1可以看出，太阳轮1、齿圈2和行星架3组成一个行星轮系，太阳轮4、行星架2'和齿圈3'组成一个行星轮系。而齿圈2和行星架2'通过花键啮合在一起，行星架3和齿圈3'也通过花键啮合在一起，形成了一个组合行星轮系。

实际工作时，通过外部机构转化，太阳轮1、齿圈2和太阳轮4都可以作为输入轴将动力输入，齿圈3'和行星架3啮合在一起作为输出轴输出动力，同时在适当的时候可以将齿圈2与变速器壳体、齿圈2与太阳轮1、太阳轮4与变速器壳体相对固定。

将以上结构绘制成原理简图如图2所示。

单凭以上条件去计算在各个挡位时变速器齿轮传递机构的传动比，往往是不容易的，下面介绍反转原理计算传动比的方法，并以二挡为例进行示例计算。

2 行星轮系转化及计算方法

2.1 行星轮系分类

行星轮系分类如图3所示。简单行星轮系：具有一个自由度的行星轮系；差动轮系：具有两个自由度的行星轮系；定轴轮系：凡所有的齿轮轴线位置都是固定的轮系，即行星架被固定。

2.2 定轴轮系传动比计算方法

计算公式如下：

式中，i为传动比；n为转速；ω为角速度；ν为速度；R为齿轮分度圆半径；D为齿轮分度圆直径；m为齿轮组模数；Z为齿轮齿数。

2.3 差动轮系传动比计算方法

差动轮系传动比计算方法是利用反转原理，将差动轮系转化为定轴轮系，然后利用定轴轮系计算公式进行推导。

反转原理：给差动轮系中的每一个构件都加上一个附加的公共转动（转动的角速度为-ωH）后，不会改变轮系中各构件之间的相对运动，但原差动轮系将转化为一个假定的定轴轮系，称为差动轮系的转化机构。

过程如下：

①机构转化过程如图4所示。

②将轮系按-ωH反转后，各个构件的角速度变化如表1所示。

③转化后的机构如图5所示。

④参照定轴轮系计算传动比，如下（公式4）：

⑤差动轮系各种工况下的传动比计算公式。

若太阳轮1为主动件，行星架H为从动件，齿圈3固定：

若太阳轮1固定，行星架H为从动件，齿圈3为主动件：

若太阳轮为主动件，行星架H固定，齿圈3为从动件：

若将太阳轮与齿圈连为一体，有：

2.4 组合行星轮系

当一个机构中存在两个或两个以上的行星轮系时，该结构称为组合行星轮系，如图3所示。组合行星轮系的计算方法是利用单行星轮系计算方法列出多个方程，并通过预先设定的前提条件，组成方程组，然后解方程组得出输入轴与输出轴之间的传动比（一般在设计组合行星轮系时，都会让方程组有解）。

3 二挡传动比计算

由前文可知，齿圈2与行星架2'通过花键啮合，行星架3和齿圈3'通过花键啮合，则有：ω2=ω2'，ω3=ω3'。

另：称太阳轮1、齿圈2、行星架3组成的行星轮系为主行星轮系，称太阳轮4、行星架2'、齿圈3'组成的行星轮系为次行星轮系。

在二挡位置时（如图2所示），太阳轮4与变速器壳体固定在一起，动力经太阳轮1传递到组合行星轮系，然后进过行星架3传递到输出轴输出。

可列出方程组：

4 结 语

行星轮系传动比计算较为复杂，用反转原理辅以适当的方程技巧可以比较方便完成计算。

参考文献：

[1] 王霄锋.汽车底盘设计[M].北京：清华大学出版社，2010.

[2] 黄宗益.现代轿车自动变速器原理和设计[M].上海：同济大学出版社，2006.

[3] 葛安林.车辆自动变速器理论与设计[M].长春：吉林大学出版社，1991.