宋小艷

（沈陽(yáng)城市建設(shè)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110167）

1 自動(dòng)變速器簡(jiǎn)介

自動(dòng)變速器以其操作簡(jiǎn)單、駕駛舒適等優(yōu)點(diǎn)，深受廣大用戶的喜歡。自動(dòng)變速器的主要結(jié)構(gòu)包括液力變矩器，行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，換擋控制系統(tǒng)等。液力變矩器位于發(fā)動(dòng)機(jī)與齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之間，起到傳遞、改變轉(zhuǎn)矩的作用，其結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，包括渦輪、泵輪、導(dǎo)輪，通過(guò)自動(dòng)變速器油的流動(dòng)帶動(dòng)與輸出軸連接的渦輪旋轉(zhuǎn)，從而傳遞扭矩，導(dǎo)輪的作用起到改變扭矩的作用。由于液力變矩器只能有限的改變扭矩的大小，所以需要機(jī)械傳動(dòng)的方法進(jìn)步一改變扭矩，從而增大輸出速度的變化范圍，該作用是由行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。

行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是指由行星齒輪系構(gòu)成的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該組行星齒輪排包括太陽(yáng)輪，行星齒輪和行星架，齒圈。如果固定其中一個(gè)結(jié)構(gòu)，第二個(gè)結(jié)構(gòu)為主動(dòng)件，第三個(gè)結(jié)構(gòu)為從動(dòng)件，就會(huì)形成一組傳動(dòng)比。根據(jù)不同的排列組合，可以形成8種組合形式，具體傳動(dòng)見(jiàn)表1所示。通常由2～3排的行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成一個(gè)自動(dòng)變速器。

圖1 行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

2 換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)

在行星齒輪機(jī)構(gòu)中，需要有一結(jié)構(gòu)連接行星齒輪排或是連接行星齒輪機(jī)構(gòu)中的不同元件，該結(jié)構(gòu)就是換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的離合器；還需要有一結(jié)構(gòu)固定行星齒輪機(jī)構(gòu)中某一元件的運(yùn)動(dòng)，即制動(dòng)器；換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)中還有一元件-單向離合器，其作用是使某一元件只能按一定方向旋轉(zhuǎn)，另一方向被鎖止。本文主要針對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行設(shè)計(jì)。

表1 行星齒輪變速表

3 制動(dòng)器

制動(dòng)器有兩種形式：片式制動(dòng)器和帶式制動(dòng)器，其中片式制動(dòng)器與換擋執(zhí)行元件中的離合器結(jié)構(gòu)相似，本文以帶式制動(dòng)器為例，介紹其設(shè)計(jì)流程，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 制動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖

3.1 制動(dòng)器工作原理

制動(dòng)帶開(kāi)口處的一端通過(guò)支柱支承于固定在變速器殼體的調(diào)整螺釘上，另一端支承于油缸活塞桿端部；活塞在回位彈簧和油缸左腔油壓作用下位于右極限位置，此時(shí)，制動(dòng)帶和制動(dòng)鼓之間存在一定間隙。

制動(dòng)時(shí)，壓力油進(jìn)入油缸右腔，克服左腔油壓和回位彈簧的作用力推動(dòng)活塞左移，制動(dòng)帶以固定支座為支點(diǎn)收緊；在制動(dòng)力矩的作用下，制動(dòng)鼓停止旋轉(zhuǎn)，行星齒輪機(jī)構(gòu)某元件被鎖止；隨著油壓撤除，活塞逐漸回位，制動(dòng)解除。

3.2 制動(dòng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

此次設(shè)計(jì)的制動(dòng)器用于制動(dòng)太陽(yáng)輪，其制動(dòng)鼓上的內(nèi)花鍵和大太陽(yáng)輪的外花鍵結(jié)合，通過(guò)制動(dòng)帶的的張緊和松開(kāi)來(lái)制動(dòng)制動(dòng)鼓，從而制動(dòng)大太陽(yáng)輪。

3.2.1 制動(dòng)器參數(shù)

（1）制動(dòng)鼓半徑和制動(dòng)帶包角的確定

依據(jù)變速器整體結(jié)構(gòu)尺寸初定制動(dòng)鼓半徑Rm=82mm，制動(dòng)帶包角α=345°。

（2）結(jié)構(gòu)形式的選取

活塞的作用力直接作用在制動(dòng)帶上，制動(dòng)帶的包角分為單圈和雙圈兩種，本文采用單圈；拉緊方式可分為單端拉緊和雙端拉緊兩種，此次設(shè)計(jì)采用單端拉緊。

（3）摩擦襯面材料的選取

選用的材料為粉末冶金材料，其動(dòng)摩擦系數(shù)取μ=0.08，取其許用比壓為[p]=3MPa。

3.2.2 制動(dòng)力、制動(dòng)力矩的計(jì)算

制動(dòng)器的作用是制動(dòng)旋轉(zhuǎn)的某個(gè)元件，所以制動(dòng)力很關(guān)鍵，接下來(lái)對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行受力分析。如圖2，支柱7左端為固定結(jié)構(gòu)，其作用力用F2表示，右端為活塞的作用力，用F1表示。在制動(dòng)帶上取一個(gè)微分段，它對(duì)應(yīng)的包角為da。假設(shè)帶為撓性，即忽略界面上彎矩和剪力的作用，則兩端截面上只受拉力F和F+dF。

制動(dòng)帶微分段上的力平衡式為：

式中，dFN-制動(dòng)帶微分段摩擦表面上的正壓力；μd-摩擦系數(shù)。

解上式可得

令α=0時(shí)，F(xiàn)=F1則積分常數(shù)C=1nF1

帶入上式，得，解得

從上式可以看出制動(dòng)帶任意處的拉力與操縱端的包角α成指數(shù)函數(shù)關(guān)系。當(dāng)操縱端作用力與制動(dòng)鼓旋轉(zhuǎn)方向一致時(shí)，成為正轉(zhuǎn)，F(xiàn)2=F1eμdα，摩擦力對(duì)操縱力起助力作用；當(dāng)操縱端作用力與制動(dòng)鼓旋轉(zhuǎn)方向相反時(shí)，稱為反轉(zhuǎn)，F(xiàn)2=F1e-μdα，摩擦力對(duì)操縱力起削減作用。

制動(dòng)力矩平衡式為M= (F2-F1)R

當(dāng)制動(dòng)鼓正轉(zhuǎn)時(shí)，將F2=F1eμdα關(guān)系代入上式，得M=F1(eμdα-1)R

當(dāng)制動(dòng)鼓反轉(zhuǎn)時(shí)，則

由此可見(jiàn)，如果制動(dòng)力矩相同時(shí)，制動(dòng)鼓反轉(zhuǎn)時(shí)的操縱力應(yīng)為正轉(zhuǎn)情況的eμdα倍。因此為了減小制動(dòng)器油缸的作用力，制動(dòng)帶操縱端的位置應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成使作用力與鼓旋轉(zhuǎn)方向相同（即正轉(zhuǎn)情況）。

已知汽車(chē)的最大轉(zhuǎn)矩Te max=162N.m，制動(dòng)鼓半徑Rm=82mm，制動(dòng)帶包角α=345°，則可以確定：

即制動(dòng)器操縱機(jī)構(gòu)所施加的力為3.19KN。

3.3 制動(dòng)帶與制動(dòng)鼓比壓計(jì)算

帶式制動(dòng)器摩擦副間的比壓q由下式計(jì)算：

式中：B-制動(dòng)器摩擦副寬度，由鼓的結(jié)構(gòu)和布置可以確定B=47.5mm；

R-制動(dòng)鼓半徑，Rm=82mm。

由此式可見(jiàn)，比壓的變化規(guī)律與拉力相同，且其最大比壓在緊端。帶式制動(dòng)器比壓分布不均勻，造成磨損不均的缺點(diǎn)，緊端部分磨損快，這就使帶式制動(dòng)器壽命大大低于片式制動(dòng)器。

4 結(jié)論

本文介紹了自動(dòng)變速器行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的變速原理，行星齒輪機(jī)構(gòu)中的控制元件制動(dòng)器的原理及其結(jié)構(gòu)的整理設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算得出制動(dòng)力和制動(dòng)力矩，并得出制動(dòng)帶近端部分磨損快的結(jié)論。

參考文獻(xiàn)

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