ZF自動(dòng)變速器行星排設(shè)計(jì)【獨(dú)家課程畢業(yè)設(shè)計(jì)含3張CAD圖紙帶任務(wù)書+開題報(bào)告+中期報(bào)告+答辯ppt+外文翻譯】

ZF自動(dòng)變速器行星排設(shè)計(jì)

摘要：汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高、扭矩較小、轉(zhuǎn)速與扭矩變化范圍有限等特點(diǎn)，需要自動(dòng)變速器改變轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，并根據(jù)外界環(huán)境的變化自動(dòng)切換到與之相匹配的檔位，因而得到廣泛使用。近些年來，自動(dòng)變速器的發(fā)展?fàn)顟B(tài)呈現(xiàn)出多檔位化的特點(diǎn)，自動(dòng)變速器實(shí)現(xiàn)換擋的關(guān)鍵部件是行星傳動(dòng)，其結(jié)構(gòu)也愈加復(fù)雜，同時(shí)由于相關(guān)專利限制，對(duì)于自動(dòng)變速器行星排設(shè)計(jì)與分析的研究具有重要的工程實(shí)際價(jià)值。

設(shè)計(jì)的主要研究內(nèi)容如下:

對(duì)自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行詳細(xì)的介紹，對(duì)自動(dòng)變速器中行星齒輪機(jī)構(gòu)不同的組合方式進(jìn)行分類與整理，總結(jié)出構(gòu)造自動(dòng)變速器行星齒輪機(jī)構(gòu)的一些規(guī)則。

并且在行星排特性方程基礎(chǔ)之上，提出了如何優(yōu)選行星傳動(dòng)換擋方案

對(duì)東風(fēng)六速自動(dòng)變速器行星排的方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，合理利用已經(jīng)開發(fā)的軟件完成了六速自動(dòng)變速器行星排行星齒輪機(jī)構(gòu)、控制元件方案、換擋方案的設(shè)計(jì)。

對(duì)六速自動(dòng)變速器行星排強(qiáng)度進(jìn)行合理分析，齒輪靜態(tài)安全系數(shù)能夠得出結(jié)果，并且對(duì)行星排強(qiáng)度的設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證;對(duì)設(shè)計(jì)的六速自動(dòng)變速器行星排嚙合特性進(jìn)行分析，得到各齒輪副嚙合印痕，驗(yàn)證行星排幾何修形量設(shè)計(jì)的合理性;并且詳細(xì)認(rèn)真剖析了六速自動(dòng)變速器行星排的傳動(dòng)效率和疲勞壽命。

關(guān)鍵詞：機(jī)械工程；變速器；行星齒輪傳動(dòng)；行星排

ZF automatic transmission planetary row design

Abstract：In the automotive powertrain system, due to the engine have high speed, low torque,small  range  of  speed  and  torque  characteristics,  the  automotive  need  automatictransmission speed up and slow down,  according to the changes in the externalenvironment automatic switches to the matched shift, which are widely used. In order toimprove  the  performance  of  automatic  transmission,  which  has  multiple  shiftdevelopment trend,  planetary transmission  as  automatic transmission  key parts  isbecoming more and more complex, thus identiing a reliable, practical and systematicapproach to planetary transmission configuration,  design,  and analysis  have greatpractical value.

The main contents of the paper are as follows:

 Introduces the structure and working principle of automatic transmission,Through sorting different combinations of planetary gear, gain the rules of constructplanetary gear in automatic transmission

Coding the planetary transmission  of  automatic transmission,  established planetary transmission mathematics model, propose a method through design structure matrix and control matrix completed planetary transmission design.

Completed six-speed automatic transmission ratio design, using the structure matrix design module, and shift plan optimization module completed six-speed automatictrans mission conceptual design. 

Analysis  six-speed automatic transmission strength,  get gear static safety, validation the rationality of planet gear strength design. Analysis six-speed automatictransmission  meshing  characteristics, get the gear meshing prints,validation therationality of planet gear geometry  modification. Analysis  six-speed automatictransmission efficiency, fatigue life.

By connecting them in proper way , the transmission of five forward speed and one backward speed can be obtained . The vehicle auto transmission adpoting this derailleur is simple and concise in structure , multiple in grade of speed governing ,high in transmission efficiency ,smooth in gear shifting , and good in controlability.

Keywords：mechanical engineering , transmission , epicycle gear transmission , planet-row .

目  錄

摘要I

AbstractⅡ

1 緒論 1

1.1 變速器的分類 1

1.1.1 手動(dòng)變速器（MT） 1

1.1.2 自動(dòng)變速器（AT） 1

1.1.3 手動(dòng)—自動(dòng)變速器（AMT） 2

1.1.4 無級(jí)變速器 2

1.2 本論文的主要工作內(nèi)容 3

2 整體方案的研究與確定 4

2.1行星齒輪變速器的原理和功用 4

2.2 行星齒輪機(jī)構(gòu)的簡介 4

2.3 換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)的簡介 5

2.4 基本工作原理 5

3 行星齒輪變速器傳動(dòng)比的確定 8

4 行星排的設(shè)計(jì) 10

4.1 K1行星排的設(shè)計(jì) 11

4.1.1 齒數(shù)選擇 11

4.1.2 材料選擇及熱處理方法： 11

4.1.3齒輪2-3按接觸強(qiáng)度計(jì)算： 11

4.1.4 K1傳動(dòng)系主要尺寸： 11

4.1.5驗(yàn)算強(qiáng)度 12

4.1.6 齒輪抗彎強(qiáng)度校核 13

4.2 K2行星排的設(shè)計(jì) 13

4.2.1 齒數(shù)選擇： 13

4.2.2 材料選擇及熱處理方式： 13

4.2.3 a—c齒輪按接觸強(qiáng)度初步計(jì)算 13

4.2.4驗(yàn)算相互接觸時(shí)的強(qiáng)度的值： 14

4.2.5 齒輪抗彎強(qiáng)度校核 15

4.3 K3行星排的設(shè)計(jì) 16

4.4星型結(jié)構(gòu)中三大系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 16

4.4.1太陽輪的結(jié)構(gòu)： 16

4.4.2行星輪及行星架的結(jié)構(gòu)： 16

5 軸和軸承的設(shè)計(jì) 18

5.1 軸的設(shè)計(jì)及檢驗(yàn) 18

5.2 軸承校核 21

6 主要零件的工藝設(shè)計(jì) 22

6.1太陽輪和行星輪的加工工藝 22

6.1.1工藝過程： 22

6.1.2 關(guān)鍵工序分析： 22

6.2 內(nèi)齒圈加工工藝 22

6.2.1 工藝工程： 22

6.2.2 工藝分析： 22

7 輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24

7.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24

7.2 潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24

8 結(jié)論 26

參考文獻(xiàn) 27

致  謝 28

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1 he is by in s is a of or is of a to to of on is or a is to of is in of to is in is to to on is it it is to On a is to is a on a is in it on of of to to to a a 180 to is is to it is to a of is to of by is by a to is on is on is in to 2 in is on of to in a of or to be an to to 1） in a as to as in to an to is of of a a or in to a to on to of a be is by to to so it t we is to in as at a to a in . If we to at so to at of as is a is or we 3 a is by to to in us in an is to is to is to a “is to is to of of is a be to is in to to at be in is it no on in is to to is is to at as or in to in 2） of a of on of a to on on of is a is by at to so as 3） as a “ is a a as to in in 4 A a is is in is in to a in if it is in to as if in ow go of in a is is a or a is 4） n of on is to to to a a is a is is on to it as as it to up it to of a is of it or to be A is a is of to to of is to in is to s at is is to of to is to a so it in in of in to of is is by it it in a of it 5 is of it is by to at a “a of up on to in as to at 80s， in to a to as 0is by t is rd th 5） he is a of to of a of of a s is on a of is to at a of is to of to a is in in is to an of of In of of a in on to in 6） he to is is in is to of is to a on 6 is as is a of a is at of up a to is to of as 7） he is of a of to of to to of in a is -3 nd or -2 a is is to on is to s ) st up to so it -2 in to to or to 8） n to of to it to to to 7 A is of to in a is to a as a is by a he in A is a of to a of to is is is to is a to a 9） he on to as as as or to it so is of to of as it a a it in or in to at to a to is a a on an on in a of 8 自動(dòng)變速器 對(duì)于現(xiàn)代的汽車，自動(dòng)變速器是一個(gè)復(fù)雜的組件，這種傳遞動(dòng)力的方式，是液力變矩器充當(dāng)離合器來連接發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器 。 兩個(gè)基本類型的自動(dòng)變速器基于該車輛是否是前驅(qū)動(dòng)或后驅(qū)動(dòng)。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)動(dòng)的汽車，變速器通常安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)后底盤中心與油門配合。變速器輸出軸連接到后橋，把發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞到后輪，動(dòng)力傳輸系統(tǒng)是直線的，從發(fā)動(dòng)機(jī)，通過液力變矩器、變速器、傳動(dòng)軸、最后直接到到達(dá)車輪。 對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)的汽車，變速器通常和差速器裝在一起。對(duì)于前驅(qū)動(dòng)的汽車，變速器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)，前車軸直接連接到差速器上，把動(dòng)力傳遞給前輪。在這個(gè)布置中，動(dòng)力來自于發(fā)動(dòng)機(jī)，通過液力變矩器、變速器輸出的動(dòng)力通過了一個(gè) 180 度大轉(zhuǎn)彎，經(jīng)過變速器沿發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)邊通過傳動(dòng)軸輸出到前輪。 還有其它的一些布置，發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)橫向布置，裝設(shè)一個(gè)分動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)四輪驅(qū)動(dòng)。但這種形式目前是最常用的：發(fā)動(dòng)機(jī)中置后驅(qū)動(dòng)，可以使重量均勻的分布在前、后輪之間，改善了操作性能；發(fā)動(dòng)機(jī)后置后驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、驅(qū)動(dòng)輪都在后方， 這種后置式的發(fā)動(dòng)機(jī)的安排，是最滿意的。 現(xiàn)代的自動(dòng)變速器包括了許多組件和系統(tǒng)的協(xié)同工作，有行星齒輪組、液壓系統(tǒng)、密封件和墊圈、變矩器、調(diào)節(jié)器、節(jié)氣門拉線、計(jì)算機(jī)控制這些都是多年來由機(jī)械式演變過來的。這用簡單、通用的解釋，描述一下這些系統(tǒng)。 1）行星齒輪組 自動(dòng)變速器箱體內(nèi)有很多齒輪，有各種不同的組合，在一個(gè)變速箱內(nèi)，齒輪的滑 動(dòng)沿軸線從一個(gè)位置到另一個(gè)位置，對(duì)各種大小齒輪的要求，有正確的傳動(dòng)比。在一個(gè)自動(dòng)變速箱，至始至終，不是齒輪的機(jī)械移動(dòng)來達(dá)到這一點(diǎn)的，通過行星齒輪組來完成。 基本的行星齒輪組成由一個(gè)太陽 輪、一個(gè)齒圈、并且有兩個(gè)或兩個(gè)以上的行星齒輪，全部齒輪都是常嚙合。行星齒輪的相互聯(lián)系通過一個(gè)共同的載體，使齒輪相互嚙合在一起。一個(gè)傳遞方式，這個(gè)系統(tǒng)可以從發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出連接到齒圈作為主動(dòng)件，連接行星輪作為從動(dòng)件，并鎖定太陽輪，使起不能轉(zhuǎn)動(dòng)。在這情況下，當(dāng)我們把齒圈、行星齒輪， 9 沿太陽輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)件與從動(dòng)件就同向轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件的轉(zhuǎn)速慢，齒輪減速就類似汽車的一擋。 如果解開太陽輪和鎖定其它兩個(gè)元素，這就會(huì)使這三個(gè)要素以同樣的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪的傳動(dòng)就類似于汽車是第三或高擋位。另一個(gè)方式是，把行星架鎖定，使太陽輪作為主動(dòng)輪 ，齒圈作為從動(dòng)件，這時(shí)它們的轉(zhuǎn)動(dòng)方向就相反，就類似以汽車的到擋。 上面所說的，在實(shí)際的傳動(dòng)過程是如何控制。齒圈為輸入軸，行星架為輸出軸，都是通過盤式離合器控制。太陽輪一個(gè)單向離合器，一個(gè)制動(dòng)器，當(dāng)制動(dòng)器作用時(shí)，太陽輪只能從一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 在這情況下，離合器的使用，鎖定行星架與太陽輪迫使它們以相同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。如果它們的離合器和制動(dòng)器都被釋放，該系統(tǒng)在自由狀態(tài)。變速器的行星齒輪組太陽輪是自由的，比輸出動(dòng)力。在一擋位，制動(dòng)器制動(dòng)太陽輪跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)，從第一擋到高擋制動(dòng)器釋放和離合器使用到輸入軸，它們以同一個(gè)速度轉(zhuǎn)動(dòng)。 使用兩個(gè)或兩個(gè)以上的行星齒輪組以各種方式連接，可提供不同的前進(jìn)速度和扭矩，普遍的使用以現(xiàn)代的自動(dòng)變速器。 2）片式離合器 片式離合器主要由若干交替排列的離合器盤和離合器片組成。每片離合器盤上有伸出的突線，勾住離合器鼓，以輸入軸連接。離合器片內(nèi)的鍵槽與離合器殼互相嚙合，離合器殼與中間軸鍵槽連接，中間軸又與后行星排內(nèi)齒圈用鍵槽連接。因此，離合器盤和離合器片分別與輸入軸和湖行星排內(nèi)齒圈連接。操作離合器的活塞安裝以離合器鼓上，離合器鼓亦稱做為活塞缸。 3）單向離合器 單向離合器是一種只可以使元件在一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，如把 齒圈自由在一貫方向，而不能反向轉(zhuǎn)動(dòng)，這種作用就象是，自行車踏板轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)或向另一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)是自由的 一個(gè)單向離合器用于一擋時(shí)，在驅(qū)動(dòng)方向是，當(dāng)從停止開始加速，在第一個(gè)齒輪 輸出動(dòng)力，如果繼續(xù)加速，不在一擋位？汽車?yán)^續(xù)加速，他就是一個(gè)方向自由的。此時(shí)，單向離合器不在輸出動(dòng)力，當(dāng)車速慢下來時(shí)，轉(zhuǎn)速慢，它就可以起作用。這一個(gè)現(xiàn)象由于，在提供力的時(shí)候它才起作用，在高速時(shí)，是自由的。 4）液力變矩器 10 對(duì)于自動(dòng)變速器，液力變矩器取代離合器裝于車上。它的作用是：當(dāng)車停下來，發(fā)動(dòng)機(jī)還可以繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。傳遞扭矩的原理，比如，把一個(gè)風(fēng)扇吹向另一個(gè)，另一個(gè)不用插電也能跟它一起轉(zhuǎn)動(dòng)，如果你壓住扇片，它就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，但你一放手，它就開始加速，直到速度接近動(dòng)力風(fēng)扇。它們兩者的差異就是：變矩器不是利用空氣，而是利用油液，以使他的傳遞更加準(zhǔn)確。 液力變矩器是一個(gè)較大的盆壯裝置，安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間。它包含三個(gè)部件，協(xié)同工作，為變速器提供動(dòng)力，液力變矩器的三要素是：泵論、渦輪、導(dǎo)輪，泵論是通過螺栓直接安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸上，轉(zhuǎn)速與 發(fā)動(dòng)機(jī)的相同，渦輪連接到變速器的輸入軸上，為汽車提供動(dòng)力，導(dǎo)輪上裝有一個(gè)單向離合器，使他只可以在一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，而在另一方被固定，每一個(gè)要素之間通過液流傳遞扭矩。 發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，輸入軸開始旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)泵輪旋轉(zhuǎn)，因旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使泵輪葉片間的液流沿葉片從外緣向外甩出；接著又由于泵輪和渦輪轉(zhuǎn)速差引起泵輪葉片外緣與渦輪葉片外緣產(chǎn)生了壓力差，液流從液壓高的泵輪葉片外緣流進(jìn)渦輪葉片外緣，同時(shí)，泵輪的旋轉(zhuǎn)也使得其葉片帶動(dòng)液流隨工作輪旋轉(zhuǎn)，這一旋轉(zhuǎn)就使液流流進(jìn)渦輪時(shí)方向改變，從而沖擊渦輪葉片推動(dòng)渦輪繞泵輪同一方向旋轉(zhuǎn)。從渦 輪流出的液流進(jìn)入固定不動(dòng)的導(dǎo)輪，經(jīng)導(dǎo)輪葉片改變方向后回流至泵輪。如果渦輪的速度大大低于泵輪轉(zhuǎn)素時(shí)，導(dǎo)輪仍鎖住不動(dòng)。導(dǎo)輪停止，液流通過導(dǎo)輪時(shí)重新進(jìn)入泵輪，促使泵輪旋轉(zhuǎn)起到扭矩增大的作用。由于泵輪和導(dǎo)輪的轉(zhuǎn)速增加，液流開始改變方向流向泵輪葉片背面，也可以產(chǎn)生增矩的作用。由于車速的提高，這三要素句以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，為了提高燃油經(jīng)濟(jì)性，在液力變矩器上裝了一個(gè)鎖止離合器，車速達(dá)到 40— 50 英里的時(shí)候，鎖止離合器就把三要素連為一體，這種控制是計(jì)算機(jī)控制。 5）液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的迷宮壯通道，液流壓力控制變速器 扭矩的輸出，。液流有若干用途，包括：換擋控制、潤滑、冷卻。不象發(fā)動(dòng)機(jī)，它只用來潤滑，每一個(gè)流動(dòng)，是依賴于不斷提供的液體壓力。為了使油液在一個(gè)正常的溫度工作，部分液流從散熱器中流過以便散熱。液體通過此通道被冷卻，然后返回到傳輸通道。液里變矩器和散熱器，是用來給液流散熱的。事實(shí)上大部分的摩擦表面都淹沒在油液中，比如：離合器盤、離合器片，也能正常的工作。 6）油泵 11 油泵主要是負(fù)責(zé)提供油液傳輸過程中的壓力，油泵安裝在前面的泵輪上，并且以發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸相連，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)油泵運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生壓力，提供足夠的油。油進(jìn)入油 泵時(shí)通過一個(gè)空氣濾清器，安裝在油底殼的底部。壓力調(diào)節(jié)器、調(diào)壓閥、壓力修正閥調(diào)節(jié)后送到各個(gè)管路。 7）閥體 閥體是自動(dòng)變速器的控制中心。它包含一個(gè)迷宮壯的通道輸送液壓油，在每一個(gè)工況下控制離合器和其它伺服機(jī)構(gòu)，順利的控制齒輪傳動(dòng)情況。 最重要的閥門一個(gè)直接控制的手動(dòng)閥。手動(dòng)閥是直接連接到齒輪變速箱里面的，根據(jù)它所在位置打開或關(guān)閉各種通道，控制換擋節(jié)奏。用齒輪變速傳動(dòng)來舉例說明，監(jiān)控車輛的速度和油門的位置，以便它能確定最佳的換擋時(shí)間，。計(jì)算機(jī)的控制，通過電磁閥控制油壓壓力，控制離合器或制動(dòng)器，以更精確的控制換擋 點(diǎn)。 8）密封墊和墊圈 一個(gè)自動(dòng)變速器有許多的密封件和墊圈，以控制流動(dòng)的液壓油，使它不外泄。主要有兩個(gè)外部密封墊：前油封和后油封。前油封安裝到變速器的變矩器，這使得油底殼到變矩器的油液能自由流動(dòng)，而不外泄。后密封墊使游液不泄漏到輸出軸。 密封墊通常用橡膠（類似汽車擋風(fēng)玻璃雨刮器葉片），它是用來保持不泄漏到其它部分，如旋轉(zhuǎn)軸。在有的情況下，用一個(gè)彈簧和橡膠在一起，如用在花鍵軸。 墊圈是一種用來密封兩個(gè)固定部分，使其連接在一起。一些常見的襯墊材料是：硬紙、軟木、橡膠、有機(jī)硅和軟金屬。 除了主要的密封墊，也有一些 其它的密封墊和墊片，因使用條件而定，有的從軸到軸的連接。一個(gè)常見的例子是橡膠 O 型密封圈用來密封換的擋軸。就是說，你所操作的邊速杠在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，另一個(gè)例子是大部分常見的油底殼墊片，事實(shí)上，密封墊是隨時(shí)進(jìn)行更換，防止油不泄漏。 9）計(jì)算機(jī)控制 計(jì)算機(jī)控制是利用傳感器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器提取數(shù)據(jù)，因?yàn)楣?jié)氣門位置、汽車行駛速度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷等是變數(shù)。利用這些數(shù)據(jù)可以精確控制換擋點(diǎn)，以便換擋平順。一些電腦數(shù)據(jù)，能了解行駛條件，并不斷的適應(yīng)行駛條件的變化，使汽車穩(wěn)定的行駛。 12 由于計(jì)算機(jī)的控制，通過一個(gè)特殊的元素代替了 手動(dòng)控制，在每一個(gè)工況都是安全的。計(jì)算機(jī)的控制，確保發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不至于過高而使發(fā)動(dòng)機(jī)損壞。 另一個(gè)好處是，這些精確的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，有一個(gè)自診斷系統(tǒng)，以便能使我們及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題，當(dāng)有問題時(shí)，故障指示燈就閃爍。維修人員就可以根據(jù)檢測設(shè)備檢測出的故障碼，很快的找到問題所在部位 。