齿轮变速机构的结构和工作原理

任务三　齿轮变速机构的结构和工作原理

任务目标

1．了解齿轮变速机构的功用。

2．了解齿轮变速机构的变速原理。

必备知识

1．行星齿轮机构机构传动的基本原理

自动变速器的变速机构建立在齿轮传动原理基础上，它包括齿轮和轴以及为变速器提供各种传动比的变速执行元件多片离合器。制动箍带和伺服油缸、单向离合器等部件。行星齿轮机构在绝大多数的自动变速器中被广泛使用，但日本本田公司的变速机构采用平行轴斜齿轮布置。

变速机构可以提供不同的传动比，在整个驱动范围内，为汽车的动力性和经济性的提高创造了条件。齿轮传动的变速器的传动比都是有级的，传动比可以由驾驶员手动选择或由液压控制系统通过变速执行元件的作用和释放自动选择。

简单(单排)的行星齿轮机构是变速机构的基础，通常自动变速器的变速机构都由两排或三排以上行星齿轮机构组成。简单行星齿轮机构包括一个太阳轮、若干个行星齿轮和一个齿轮圈，其中行星齿轮由行星架的固定轴支承，允许行星轮在支承轴上转动。行星齿轮和相邻的太阳轮、齿圈总是处于常啮合状态，通常都采用斜齿轮以提高工作的平稳性(如图2－15所示)。

图2－15　齿轮变速机构

图2－16表示了简单行星齿轮机构，位于行星齿轮机构中心的是太阳轮，太阳轮和行星轮常啮合，两个外齿轮啮合旋转方向相反。正如太阳位于太阳系的中心一样，太阳轮也因其位置而得名。行星轮除了可以绕行星架支承轴旋转外，在有些工况下，还会在行星架的带动下，围绕太阳轮的中心轴线旋转，这就像地球的自转和绕着太阳的公转一样，当出现这种情况时，就称为行星齿轮机构作用的传动方式。在整个行星齿轮机构中，如存在行星轮的自转，而行星架则固定不动，这种方式类似平行轴式的传动称为定轴传动。齿圈是内齿轮，它和行星轮常啮合，是内齿和外齿轮啮合，两者间旋转方向相反。行星齿轮的个数取决于变速器的设计负荷，通常有三个或四个，个数愈多，承担负荷愈大。

图2－16　简单行星齿轮机构

简单的行星齿轮机构通常称为三构件机构，三个构件分别指太阳轮、行星架和齿圈。这三构件如果要确定相互间的运动关系，一般情况下首先需要固定其中的一个构件，然后确定谁是主动件，并确定主动件的转速和旋转方向，结果被动件的转速、旋转方向就确定了。

2．传动分析

(1)传动分析

为分析运动规律，设太阳轮、齿圈和行星架的转速分别为n₁、n₂和n₃，齿数分别为z₁、z₂和z₃，齿圈与太阳轮的齿数比为α。根据能量守恒定律，由作用在该机构各元件上的力矩和结构参数可导出表示单排行星齿轮机构一般运动规律的特性方程式:

n₁+αn₃－(1+α)n₃=0

由上式可见，单排行星齿轮机构具有两个自由度，在三个基本构件中任选两个分别作为主动件和从动件，而使另一元件固定不动，或使其运动受一定的约束，则机构只有一个自由度，整个轮系以一定的传动比传递动力。

1)太阳轮为输入元件，由行星架输出，齿圈被固定。传动比为:

i₁₃=1+α

2)输入元件是行星架，由太阳轮输出，齿圈被固定。传动比为:

i₃₁=1/(1+α)

3)固定元件是太阳轮，动力经齿圈输入，由行星架输出。传动比为:

i₂₃=1+z₁/z₂

4)固定元件是太阳轮，输入元件是行星架，输出元件是齿圈。传动比为:

i₃₂=z₂/(z₁+z₂)

5)输入元件是太阳轮，行星架被固定，行星齿轮只能自转，并带动齿圈旋转输出动力。太阳轮的旋转方向与齿圈相反，传动比为:

i₁₂=－z₂/z₁

6)输入元件是齿圈，行星架被固定，行星齿轮只能自转，并带动太阳轮旋转输出动力。太阳轮的旋转方向与齿圈相反，传动比为:

i₂₁=－z₁/_z2

7)若三元件中的两元件被连接在一起转动，则第三元件必然与这两者以相同的转速转动。

8)若所有元件均不受约束，则行星齿轮机构失去传动作用。

(2)行星齿轮机构与外啮合齿轮机构相比具有的优点

1)所有行星齿轮均参与工作，都承受载荷，行星齿轮工作更安静，强度更大。

2)行星齿轮工作时，齿轮间产生的作用力由齿轮系统内部承受，不传递到变速器壳体，变速器可以设计得更薄、更轻。

3)行星齿轮机构采用内啮合与外啮合相结合的方式，与单一的外啮合相比，减小了变速器尺寸。

4)行星齿轮系统的齿轮处于常啮合状态，不存在挂挡时的齿轮冲击，工作平稳、寿命长。

任务实施

1．考核要求

(1)了解齿轮变速机构的组成。

(2)掌握齿轮变速机构的动力传递。

2．相关设备

(1)丰田A340E齿轮变速机构、捷达王齿轮变速机构。

(2)相关挂图或图册若干。

3．注意事项

(1)在分解时应将所有组件和零件按分解顺序依次排放，以便于检修和组装。特别注意各个部件的位置，不可错乱。

(2)在安装时，为了防止零件掉落，可在零件表面上涂抹一些普通润滑脂或凡士林，以便将零件固定在安装位置上。

4．实施步骤

通过原理图认识齿轮变速机构的组成，掌握齿轮变速机构的动力传递。

任务报告

理论习题

1．齿轮变速机构的组成有哪些?

2．齿轮变速机构变速的原理是什么?

实训报告

实训报告

任务评价