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摘 要
近年來，雖然許多國(guó)家都投入大量資金人力研究電動(dòng)汽車，但目前為止變速器和其它一些關(guān)鍵性技術(shù)還沒有取得有效地突破，變速器的續(xù)駛里程和充電時(shí)間大大制約了電動(dòng)汽車的發(fā)展和普及。因此，在變速器問題解決之前，如何合理地選擇這些部件及有關(guān)參數(shù)，使匹配達(dá)到最優(yōu)，在相同變速器條件下，更好地滿足動(dòng)力性要求和最大地增加續(xù)駛里程，一直是研究者們追求的目標(biāo)，也是本論文研究的主要目的。
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，汽車工業(yè)得到了迅速發(fā)展，而人類對(duì)舒適性的更高追求，使得自動(dòng)變速器的發(fā)展更加深入。本文通過對(duì)行星齒輪傳動(dòng)變速器的研究和闡述，計(jì)算了每個(gè)行星排傳動(dòng)比的表達(dá)式。通過此次設(shè)計(jì)，我們可以了解到該變速器的基本結(jié)構(gòu)：即換擋執(zhí)行元件（2個(gè)離合器和3個(gè)制動(dòng)器）與行星排以適當(dāng)方式連接組成，得到5個(gè)前進(jìn)檔和1個(gè)倒檔。采用該機(jī)構(gòu)的汽車自動(dòng)變速器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、檔位數(shù)多、傳動(dòng)效率高、換檔平穩(wěn)、操縱性能好。
關(guān)鍵詞：機(jī)械工程、變速器、行星齒輪傳動(dòng)
ABSTRACT
Although in recent years, many countries have invested heavily in human research electric cars, but so far the transmission and other key technology has not been effectively breakthrough, travel distance transmission and charging time greatly restrict the development of electric vehicles and popularity. Before transmission problems, therefore, how to reasonably select these components and related parameters, to match the optimal, under the condition of the same transmission, to better meet the performance requirements and the travel distance increased, the earth has been the target of the researchers, is also the main purpose of this thesis.
With the progress of science and technology, the automotive industry got rapid development, and the human the higher pursuit of comfort, make the development of automatic transmission more deeply. In this paper, based on the research of the planetary gear transmission, and calculated the expression of each row ratio. Through this design, we can learn the basic structure of the transmission: namely shift actuators (2 3 clutch and brake) and planetary line connection in the proper manner, get five forward gears and one reverse gear. Using the automobile automatic transmission, simple and compact structure, the gear number, high transmission efficiency, smooth shift, good control performance.
Keywords : mechanical engineering , transmission , epicycle gear transmission.
目 錄
摘 要 1
ABSTRACT 2
目 錄 4
第一章 緒 論 7
1.1 引言 7
1.2 混合動(dòng)力汽車概述 7
1.3 混合動(dòng)力汽車國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀 8
1.3.1 日本混合動(dòng)力/電動(dòng)汽車發(fā)展概況 9
1.3.2 美國(guó)混合動(dòng)力/電動(dòng)汽車發(fā)展概況 10
1.3.3 歐洲混合動(dòng)力/電動(dòng)汽車發(fā)展概況 11
1.3.4 國(guó)內(nèi)發(fā)展概況 12
1.4 混合動(dòng)力汽車原理 13
1.4.1混合動(dòng)力汽車原理 13
1.5 汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展歷程 14
1.6 行星齒輪的發(fā)展與研究 15
第二章 傳動(dòng)系統(tǒng)的概述及其方案的確定 17
2.1 行星齒輪變速器的原理和功用 17
2.2 行星齒輪機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)介 17
2.3 換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)介 17
2.4 行星齒輪變速器的基本工作原理 18
第三章 行星齒輪變速器傳動(dòng)比的確定 20
3.1 行星齒輪變速器傳動(dòng)比方案的確定 20
3.2 傳動(dòng)比計(jì)算 21
第四章 行星排的設(shè)計(jì) 24
4.1 K1行星排的設(shè)計(jì) 24
4.1.1 齒數(shù)選擇： 24
4.1.2 材料選擇及熱處理方法： 24
4.1.3 齒輪2-3按接觸強(qiáng)度計(jì)算： 24
4.1.4 K1傳動(dòng)系主要尺寸： 25
4.1.5 驗(yàn)算K1行星傳動(dòng)排的接觸強(qiáng)度 25
4.1.6 齒輪抗彎強(qiáng)度校核 26
4.2 K2行星排的設(shè)計(jì) 26
4.2.1 齒數(shù)選擇： 26
4.2.2 材料選擇及熱處理方式： 26
4.2.3 a—c齒輪按接觸強(qiáng)度初步計(jì)算 26
4.2.4 驗(yàn)算a-c齒輪傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度： 27
4.2.5 齒輪抗彎強(qiáng)度校核 28
4.2.6 b-c齒輪傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度的校核 28
4.3 K3行星排的設(shè)計(jì) 28
4.4 太陽輪、行星輪和行星架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 29
4.4.1 太陽輪的結(jié)構(gòu)： 29
4.4.2 行星輪及行星架的結(jié)構(gòu)： 29
第五章 軸和軸承的設(shè)計(jì) 31
5.1 軸的設(shè)計(jì)及檢驗(yàn) 31
5.2 軸承校核 34
第六章 離合器與制動(dòng)器的設(shè)計(jì) 35
6.1 離合器的設(shè)計(jì) 35
6.2 制動(dòng)器的設(shè)計(jì) 36
第七章 主要零件的工藝設(shè)計(jì) 38
7.1 太陽輪和行星輪的加工工藝 38
7.1.1 工藝過程： 38
7.1.2 關(guān)鍵工序分析： 38
7.2 內(nèi)齒圈加工工藝 38
7.2.1 工藝工程： 38
7.2.2 工藝分析： 38
第八章 輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì) 40
8.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 40
8.2 潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì) 40
結(jié) 論 42
參考資料 43
致 謝 45
第一章 緒 論
1.1 引言
混合動(dòng)力汽車應(yīng)是我國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化的突破口據(jù)中國(guó)汽車報(bào)報(bào)道，根據(jù)“十五”國(guó)家863計(jì)劃電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)的目標(biāo)定位和技術(shù)路線，結(jié)合我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，一些專家認(rèn)為，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車應(yīng)成為我國(guó)電動(dòng)汽車發(fā)展的重點(diǎn)和方向，并有希望率先取得產(chǎn)業(yè)化突破。從我國(guó)電動(dòng)車技術(shù)來看，目前已從實(shí)驗(yàn)室開發(fā)試驗(yàn)階段過渡到商品性試生產(chǎn)階段，我國(guó)電動(dòng)汽車研制開發(fā)基本上與國(guó)外同行處于同一起跑線上，技術(shù)水平與產(chǎn)業(yè)化的差距比較小，目前已有一定基礎(chǔ)。在上世紀(jì)90年代中期已推出電動(dòng)汽車樣車，電動(dòng)轎車概念車、燃料電池中型客車已經(jīng)問世。
現(xiàn)在世界上的電動(dòng)汽車主要分成純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車和燃料電池汽車三種，專家認(rèn)為選擇混合動(dòng)力電動(dòng)汽車作為現(xiàn)階段我國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化的突破口，符合我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展要求。原因一是混合動(dòng)力電動(dòng)汽車承接了傳統(tǒng)汽車的技術(shù)，有利于對(duì)傳統(tǒng)汽車工業(yè)的改造；二是有利于降低制造成本和有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
1.2 混合動(dòng)力汽車概述
1881年就出現(xiàn)了電動(dòng)汽車，它比內(nèi)燃機(jī)汽車還早一些。但內(nèi)燃機(jī)汽車后來居上，在性能、機(jī)動(dòng)性、車輛的重量等指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過了電動(dòng)汽車。電動(dòng)汽車在20世紀(jì)20年代達(dá)到了鼎盛時(shí)期后就一蹶不振，成為“電瓶車”式的輔助車輛。
在20世紀(jì)初蒸汽汽車、電動(dòng)汽車、和內(nèi)燃機(jī)汽車基本是三足鼎立，在汽車保有量中，蒸汽汽車占40％，電動(dòng)汽車38％，而內(nèi)燃機(jī)汽車僅占22％，美國(guó)是最早使用電動(dòng)汽車作為運(yùn)輸車輛的國(guó)家之一，1915年美國(guó)電動(dòng)汽車的產(chǎn)量曾經(jīng)達(dá)到過年產(chǎn)5000輛的最高峰。有很多電動(dòng)汽車一直到第二次世界大戰(zhàn)期間仍在使用。但到20世紀(jì)60年代電動(dòng)汽車的保有量?jī)H占汽車總量的2％。隨著現(xiàn)代水利發(fā)電、核能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電和太陽能的利用，為人們提供了巨大的能源。因此，各國(guó)和各大汽車公司都重視了電動(dòng)汽車的研究、開發(fā)和試制，從20世紀(jì)70年代起，新一代電動(dòng)汽車脫穎而出，出現(xiàn)了各種各樣高性能的電動(dòng)汽車。
混合動(dòng)力表示有多種動(dòng)力參與汽車驅(qū)動(dòng)，一般指燃油發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)這兩種動(dòng)力?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車是電動(dòng)汽車研制中的后起之秀，卻在純電動(dòng)汽車之前成功實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。它綜合了傳統(tǒng)汽車引擎驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，既能充分發(fā)揮燃料發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)、動(dòng)力性能好，又可以發(fā)揮電動(dòng)機(jī)無污染、低噪聲的好處。并且，混合動(dòng)力汽車可以在運(yùn)行過程中維持電量的均衡，不像純電動(dòng)汽車要配備專用的充電器等配套設(shè)備。
混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，其動(dòng)力系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)和電池組，兼?zhèn)淞藘?nèi)燃機(jī)汽車和電動(dòng)汽車優(yōu)點(diǎn),按內(nèi)燃機(jī)與電動(dòng)機(jī)的連接方法可分為并聯(lián)式、串聯(lián)式和混聯(lián)式。它將內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)與一定容量的儲(chǔ)能器件通過控制系統(tǒng)相結(jié)合，電動(dòng)機(jī)可補(bǔ)充提供車輛起步、加速時(shí)所需轉(zhuǎn)矩，又可以存儲(chǔ)吸收內(nèi)燃機(jī)富余功率和車輛制動(dòng)能量，從而可大幅度降低油耗，減少污染物排放?；旌蟿?dòng)力汽車雖然沒有實(shí)現(xiàn)零排放，但其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放等綜合指標(biāo)能滿足當(dāng)前苛刻要求，可緩解汽車需求與環(huán)境污染及石油短缺的矛盾。與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車相比，主要優(yōu)點(diǎn)是采用了高功率的能量?jī)?chǔ)存裝置（飛輪、超級(jí)電容器或蓄電池）向汽車提供瞬時(shí)能量，可以提高效率、節(jié)省能源、降低排放，經(jīng)濟(jì)性和排放性明顯改善，技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性較強(qiáng)。較之純電動(dòng)汽車，其主要優(yōu)點(diǎn)：續(xù)使里程和動(dòng)力性可達(dá)到內(nèi)燃機(jī)汽車的水平；空調(diào)、真空助力、轉(zhuǎn)向助力及其它輔助電器，借助原動(dòng)機(jī)動(dòng)力，無需消耗電池組有限電能，從而保證了乘坐的舒適性；而且混合動(dòng)力汽車技術(shù)難度相對(duì)較小，成本相對(duì)較低。混合動(dòng)力汽車介于傳統(tǒng)汽車和動(dòng)力汽車、燃料電池汽車之間，是一種承前啟后的，在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面都趨于成熟的電動(dòng)汽車產(chǎn)品［4］。
1.3 混合動(dòng)力汽車國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀
混合動(dòng)力汽車通過內(nèi)燃機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的有機(jī)結(jié)合，具備了內(nèi)燃機(jī)汽車加油方便、續(xù)使里程長(zhǎng)和純電動(dòng)汽車污染少、效率高的特點(diǎn)，成為當(dāng)今世界汽車界競(jìng)相開發(fā)的熱點(diǎn)。豐田的Prius、本田的Insight、福特的Prodigy、克萊斯勒的ESX3、通用的Precept141、日產(chǎn)的Tino1151等都具有代表性的車型，其中Prius和Insight已是成熟的產(chǎn)品，并將繼續(xù)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，其它車型也將在2～3年推向市場(chǎng)［5］。
我國(guó)也非常重視混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的研制和開發(fā)，一些單位已進(jìn)行了一些初步的工作，并取得了一定的成績(jī)，國(guó)家科技部已將其做為“十五”863 重大專項(xiàng)內(nèi)容。
1.3.1 日本混合動(dòng)力/電動(dòng)汽車發(fā)展概況
日本汽車保有量占全球第二位，由于人口密集，國(guó)土狹小，石油100％依賴進(jìn)口。因此，日本對(duì)EV\HEV的研發(fā)十分重視。日本從1965年開始電動(dòng)車的研制、通產(chǎn)省正式把電動(dòng)車列入國(guó)家項(xiàng)目，1967年成立了日本電動(dòng)車協(xié)會(huì)，促進(jìn)了電動(dòng)車事業(yè)的發(fā)展，1971年日本通產(chǎn)省就制定了電動(dòng)汽車的開發(fā)計(jì)劃，1991年日本通產(chǎn)省又制定了“第三屆電動(dòng)汽車普及計(jì)劃”，提出到2000年日本電動(dòng)汽車的年產(chǎn)量達(dá)到10萬輛，保有量達(dá)到20萬輛。2001年7月，日本開展了“低公害車開發(fā)普及行動(dòng)”，將EV\HEV列為重點(diǎn)開發(fā)的低公害汽車之列，并制定了專門的政策，以促進(jìn)EV\HEV的普及應(yīng)用；2002年提出從2005年開始大幅度限制尾氣排放，制定了《新長(zhǎng)期排放限制》的標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)備用于2005年以后銷售新車的一項(xiàng)排放法規(guī)；2002年2月26日，日本中央環(huán)境審議會(huì)大氣環(huán)境領(lǐng)域的一個(gè)專門委員會(huì)（環(huán)境大臣的咨詢機(jī)構(gòu)）提出了一份將要納入這項(xiàng)法規(guī)的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)的咨詢提案。這項(xiàng)提案的內(nèi)容包括將顆粒狀物質(zhì)（PM）含量比現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求最大削減85%，將氮氧化物（NOX）削減50%等一些內(nèi)容，該法規(guī)的實(shí)施將進(jìn)一步推動(dòng)EV\HEV的發(fā)展。按照目前的發(fā)展速度，預(yù)計(jì)在2010年將達(dá)到210萬輛。
豐田是全世界第一臺(tái)正式批量生產(chǎn)的混合動(dòng)力車的制造者，自從1997年開始，Prius就開始在日本銷售，2000年起便在北美、歐洲及世界各地公開發(fā)售。目前，Prius已經(jīng)在中國(guó)上市。到了2001年，豐田又在日本推出了Estima混合動(dòng)力小貨車、使用弱混合動(dòng)力的皇冠豪華小轎車和Dyna混合動(dòng)力輕型貨車。豐田商業(yè)化的車型已經(jīng)達(dá)到5款。為了在實(shí)現(xiàn)低排放的前提下，提高車輛的動(dòng)力性，在2003年，豐田汽車把新一代的混合動(dòng)力系統(tǒng)Hybrid Synergy Drive引入到了第二代的Prius上面。在2005年，他把這套系統(tǒng)的使用范圍擴(kuò)展到了對(duì)動(dòng)力性能要求更高的SUV車型上——雷克薩斯的RX400h（日本名為Harrier Hybrid）和Highlander Hybrid（日本名為Kluger Hybrid）。
本田公司在混合動(dòng)力車方面也頗有建樹， 1999年推出“INSIGHT”，2001年推出“CIVIC”。本田還在混合動(dòng)力車的開發(fā)上，通過研究新型發(fā)動(dòng)機(jī)、鎳氫蓄電池等追求動(dòng)力高效化；通過開發(fā)新型輕質(zhì)鋁車身、樹脂油箱等謀求車輛的輕型化，使汽車達(dá)到每公升汽油可行駛35公里的世界最高水平，并且使汽車尾氣排放達(dá)到世界最嚴(yán)格要求的標(biāo)準(zhǔn)。
1.3.2 美國(guó)混合動(dòng)力/電動(dòng)汽車發(fā)展概況
汽車工業(yè)是美國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)，給美國(guó)帶來了繁榮昌盛，但同時(shí)也帶來了能源危機(jī)、環(huán)節(jié)污染以及資源的浪費(fèi)。美國(guó)近年來幾乎要從國(guó)外進(jìn)口全國(guó)消耗量一半以上的石油。為了避免受到石油危機(jī)的沖擊，美國(guó)十分重視對(duì)混合動(dòng)力汽車的研究和開發(fā)。1976年卡特總統(tǒng)簽署EV/HEV研究開發(fā)和示范法案，授權(quán)美國(guó)能源部執(zhí)行和管理EV/HEV研究計(jì)劃，但是直到九十年代初電動(dòng)車的研究在美國(guó)才真正開始。1990年10月布什總統(tǒng)簽署清潔空氣法嚴(yán)格規(guī)定了汽車排放的標(biāo)準(zhǔn)，同月加州政府也有了新的規(guī)定，即要求汽車制造商在加州銷售的車輛中百分之二必須是零排放車輛，而當(dāng)時(shí)只有純電動(dòng)汽車才可能達(dá)到零排放車輛的要求。
1991年美國(guó)通用汽車公司、福特汽車公司和克萊斯勒汽車公司共同協(xié)議，成立了先進(jìn)電池聯(lián)合體(USABC)，共同研究開發(fā)新一代電動(dòng)汽車所需要的高能電池。1991年10月USABC與美國(guó)能源部簽訂協(xié)議，在1991-1995年的四年間投資2.26億美元來資助電動(dòng)汽車用高能電池的研究。1993年，美國(guó)克林頓政府推出了新一代汽車伙伴計(jì)劃即PNGV，要求聯(lián)邦政府部門從1993到1995年度大量購買包括EV/HEV的替代燃油車。PNGV制訂了10年開發(fā)計(jì)劃，目標(biāo)是80mpg(約3L/100km)的低油耗汽車。
2002年1月9日，10年計(jì)劃尚未結(jié)束，美國(guó)能源部部長(zhǎng)斯潘塞?阿伯拉罕在各大汽車公司首腦參加的會(huì)議上宣布，根據(jù)總統(tǒng)布什的國(guó)家能源計(jì)劃，降低美國(guó)對(duì)進(jìn)口石油依賴性，決定成立一個(gè)新的汽車研究項(xiàng)目，叫做自由車(Freedom CAR)，該項(xiàng)目的長(zhǎng)期目標(biāo)是高效、價(jià)廉、無污染。研究先進(jìn)、高效的燃料電池技術(shù)，用氫燃料作動(dòng)力，不產(chǎn)生任何污染。改項(xiàng)目繼續(xù)對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行專項(xiàng)研究，但是重點(diǎn)是發(fā)展氫燃料電池電動(dòng)車。
按照PNGV的時(shí)間表，在1999年以前為濃縮并集中技術(shù)目標(biāo)階段，1999～2001為生產(chǎn)概念車階段，2001～2005年為生產(chǎn)性樣車階段。在2000年底特律國(guó)際汽車展上福特和通用汽車公司展示了其柴油復(fù)合動(dòng)力概念車，同年2月22日，戴姆勒克萊斯勒在華盛頓國(guó)家博物館公布了其PNGV復(fù)合動(dòng)力概念車。PNGV計(jì)劃在2002年被終止，原因是80MPG的目標(biāo)很高，而研制的新車在成本上并未取得很好的成果，不能滿足用戶在價(jià)格上的要求，也就是說，在短時(shí)期內(nèi)不具有市場(chǎng)價(jià)值。更重要的是，PNGV仍然局限于用石油作為基本能源。因此要求新項(xiàng)目在這方面有新的突破，將著眼于新一代汽車能源，而不囿于現(xiàn)有技術(shù)和當(dāng)前燃料資源。但是PNGV起到了全球EV/HEV技術(shù)開發(fā)領(lǐng)頭人的作用，從其建立和執(zhí)行情況來看，新一代汽車已經(jīng)成為跨國(guó)汽車公司和工業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展的重要內(nèi)容。
1.3.3 歐洲混合動(dòng)力/電動(dòng)汽車發(fā)展概況
(1)法國(guó)
法國(guó)是一個(gè)缺少石油的國(guó)家，每年要從國(guó)外進(jìn)口大量石油。因此，法國(guó)是全世界最積極研制和推廣電動(dòng)汽車的國(guó)家之一。法國(guó)電力供應(yīng)充沛且多用核能發(fā)電和水力發(fā)電，發(fā)電源干凈且電價(jià)便宜，汽車工業(yè)發(fā)達(dá)。法國(guó)政府鼓勵(lì)開發(fā)電動(dòng)汽車和充分利用電力資源，在政策上給予支持，為開發(fā)電動(dòng)汽車提供資助。法國(guó)政府、法國(guó)電力公司、標(biāo)致－雪鐵龍汽車公司和雷諾汽車公司共同承擔(dān)開發(fā)和推廣電動(dòng)汽車的協(xié)議，共同合資組建了電動(dòng)汽車的電池公司，和薩夫特(SAFT)公司承擔(dān)電動(dòng)汽車的高能電池的研究和開發(fā)，以及電池的租賃和維修等工作。
1990年法國(guó)標(biāo)致－雪鐵龍汽車公司所開發(fā)的J-5和C-25電動(dòng)貨車投入生產(chǎn)。1995年法國(guó)能源部、標(biāo)致－雪鐵龍汽車公司開發(fā)了標(biāo)致－106和SAXO型四座電動(dòng)轎車，用雪鐵龍－AX型轎車改裝的電動(dòng)轎車，雷諾汽車公司的Clio型四座電動(dòng)轎車及其變型車等，并投放在羅切里市進(jìn)行試驗(yàn)。1997年法國(guó)的電動(dòng)汽車產(chǎn)量達(dá)到2000輛左右。
不僅如此，法國(guó)非常鼓勵(lì)使用混合動(dòng)力汽車，使法國(guó)混合動(dòng)力汽車的發(fā)展位居世界前列。四年前法國(guó)政府電力公司與汽車制造商簽訂了協(xié)議，使全國(guó)電動(dòng)汽車保有量達(dá)到10萬臺(tái)，在20個(gè)城市推廣混合動(dòng)力汽車。法國(guó)已有十幾個(gè)城市運(yùn)行電動(dòng)汽車且有比較完善的充電站等服務(wù)設(shè)施，政府機(jī)關(guān)帶頭使用混合動(dòng)力汽車。法國(guó)政府為了鼓勵(lì)用戶使用混合動(dòng)力汽車，還宣布企業(yè)購買混合動(dòng)力汽車第一年可以免稅。法國(guó)電力公司向電動(dòng)汽車生產(chǎn)廠家每生產(chǎn)一輛電動(dòng)汽車提供1萬法郎的補(bǔ)助，以擴(kuò)大電力使用范圍。目前，法國(guó)混合動(dòng)力汽車的普及程度和保有量都位居世界前列。
(2)德國(guó)
德國(guó)政府十分重視環(huán)節(jié)保護(hù)，投入了大量的資金用于EV的研發(fā)，1971年成立了城市電動(dòng)車交通公司(GES)，積極組織EV的研究與開發(fā)。1991年在拜爾州投入了300輛EV進(jìn)行運(yùn)行。拜爾州還撥400萬馬克，用于資助用戶車價(jià)的30%購買電動(dòng)汽車。另外，漢堡市也采取資助用戶車價(jià)的25%來鼓勵(lì)用戶購買電動(dòng)汽車。德國(guó)政府指定奔馳汽車公司和大眾合資建立的德國(guó)汽車工業(yè)有限公司的科技開發(fā)機(jī)構(gòu)，1992年德國(guó)政府撥款2200萬馬克，在呂根(Rugen)島建立歐洲EV試驗(yàn)基地，組織了四大公司62輛各類電動(dòng)車在呂根半島城運(yùn)行試驗(yàn)，對(duì)64輛電動(dòng)汽車和電動(dòng)汽車的系統(tǒng)工程進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)4年的大規(guī)模試驗(yàn)，并有很多國(guó)家和城市都派有EV參加呂根島的實(shí)驗(yàn)。1994年展示出了19種轎車，13種面包車，4種大客車，都進(jìn)入了實(shí)用階段。20世紀(jì)70年代末期，德國(guó)戴姆勒－奔馳汽車公司生產(chǎn)了一批LE306電動(dòng)汽車，采用鉛酸電池。20世紀(jì)80年代初期，德國(guó)奔馳汽車公司生產(chǎn)了電動(dòng)大客車，也生產(chǎn)了商用電動(dòng)汽車，奔馳公司還宣布投資4.7億美元研究開發(fā)燃料電池，計(jì)劃2005年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。歐寶公司在1972年開始研制新型電動(dòng)汽車。1981年與BBC公司(現(xiàn)在的ABB公司)合作研制了電動(dòng)轎車。
1.3.4 國(guó)內(nèi)發(fā)展概況
我國(guó)目前也非常重視混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的研究與開發(fā)，一些單位的起步研究工作正在展開，國(guó)家科技部已將其作為“十五”863 重大專項(xiàng)的內(nèi)容。我國(guó)有關(guān)電動(dòng)汽車的研制開始于20世紀(jì)90年代。從1996 年開始，廣東省科委統(tǒng)一協(xié)調(diào)組織研制電動(dòng)汽車，并取得了可喜的進(jìn)展。清華大學(xué)研制了電動(dòng)中型客車。中國(guó)遠(yuǎn)望(集團(tuán))總公司與北京理工大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)和河北勝利客車廠等單位聯(lián)合，于1996 年3月研制成功了51 座YW6120 型電動(dòng)大客車。
在此基礎(chǔ)上，我國(guó)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的研制也有了一定的進(jìn)展。1998 年，清華大學(xué)與廈門金龍公司合作研制了混合動(dòng)力電動(dòng)客車；同年，江蘇理工大學(xué)承擔(dān)了江蘇省科委下達(dá)的重點(diǎn)工業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目——混合動(dòng)力電動(dòng)公交輕型客車ZJK 6700HEV 串聯(lián)式混合動(dòng)力的研制，目前樣車的研制工作已經(jīng)結(jié)束。一汽在2001 年4 月19 日閉幕的第3 屆北京國(guó)際清潔車展上推出一款混合動(dòng)力電動(dòng)轎車——紅旗CA7180AE。該轎車是由一汽研究所、美國(guó)電動(dòng)車亞洲7公司、汕頭國(guó)家電動(dòng)汽車試驗(yàn)示范區(qū)三方共同合作完成的，屬串聯(lián)式結(jié)構(gòu)的中高檔車型。清華大學(xué)與沈陽金杯客車制造有限公司在2001 年3月簽訂了“SY6480 混合動(dòng)力電動(dòng)客車的研制與開發(fā)”合作項(xiàng)目的合同。深圳明華環(huán)保汽車有限公司于2001 年4月推出了混合動(dòng)力電動(dòng)環(huán)保汽車MH6720，引起社會(huì)各界關(guān)注; 該車采用的是并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)為87kw ；電機(jī)為312V、充電次數(shù)大于500 次；異步交流電機(jī)平均功率為36kW; 滿載最高車速 為90 km/h; 最大爬坡度為33％; 續(xù)駛行程可達(dá)1080 km，純電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)為100km；百公里等速油耗7.69L; 乘客數(shù)為22; 其尾氣排放達(dá)歐洲標(biāo)準(zhǔn)，噪聲指標(biāo)也大大低于國(guó)產(chǎn)普通中巴車。東風(fēng)汽車公司承接“863”混合動(dòng)力研制項(xiàng)目現(xiàn)已完成, 并已于最近推出混合動(dòng)力電動(dòng)客車樣車，整車性能良好。我國(guó)通過國(guó)家“八五”、“九五”甚至“十五”電動(dòng)汽車的科技攻關(guān)，在HEV方面已經(jīng)積累了一定的技術(shù)基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)
1.4 混合動(dòng)力汽車原理
1.4.1混合動(dòng)力汽車原理
混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（Hybrd Electric Vehicle,簡(jiǎn)稱HEV）采用了兩種動(dòng)力裝置（內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)），通過儲(chǔ)能裝置（蓄電池等）和控制系統(tǒng)對(duì)能量的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)最佳的能量分配，達(dá)到整車的低排放、低油耗和高性能。HEV融合了燃油汽車和電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)，是最具有市場(chǎng)價(jià)值的低排放和低油耗汽車。
混合動(dòng)力電動(dòng)汽車有兩個(gè)動(dòng)力源，當(dāng)汽車爬坡或加速時(shí)，兩個(gè)動(dòng)力源聯(lián)合輸出動(dòng)力，蓄電池輸出的電能通過電機(jī)進(jìn)行助力；當(dāng)汽車在下坡或制動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)發(fā)電可以對(duì)再生或制動(dòng)能量進(jìn)行回收，以電能形式儲(chǔ)存在蓄電池中；當(dāng)汽車較長(zhǎng)時(shí)間怠速停車時(shí)，可以通過控制發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，實(shí)現(xiàn)怠速啟停，節(jié)省燃油。
由于輔助動(dòng)力的助力作用，在保證汽車相同的動(dòng)力性能條件下，可以相應(yīng)減小混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的功率及排量需求，減少了汽車燃油消耗；同時(shí)通過再生及制動(dòng)能量的回收，以及避免汽車在油耗較高的怠速工況區(qū)運(yùn)行（怠速啟停），進(jìn)一步減少了汽車燃油消耗；混合動(dòng)力電動(dòng)汽車通過控制輔助動(dòng)力的功率及扭矩輸出的大小，可以優(yōu)化控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)，使整車的廢氣排放得到顯著的改善。因此混合動(dòng)力電動(dòng)汽車既具有良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性。也有較低的廢氣排放水平。
1.4.2混合動(dòng)力裝置原理
HEV（Hybrid-ElectricVehicle）—混合動(dòng)力裝置?；旌蟿?dòng)力就是指汽車使用汽油驅(qū)動(dòng)和電力驅(qū)動(dòng)兩種驅(qū)動(dòng)方式，優(yōu)點(diǎn)在于車輛啟動(dòng)停止時(shí)，只靠發(fā)電機(jī)帶動(dòng)，不達(dá)到一定速度，發(fā)動(dòng)機(jī)就不工作，因此，便能使發(fā)動(dòng)機(jī)一直保持在最佳工況狀態(tài)，動(dòng)力性好，排放量很低，而且電能的來源都是發(fā)動(dòng)機(jī)，只需加油即可。
混合動(dòng)力汽車的關(guān)鍵是混合動(dòng)力系統(tǒng)，它的性能直接關(guān)系到混合動(dòng)力汽車整車性能。經(jīng)過十多年的發(fā)展，混合動(dòng)力系統(tǒng)總成已從原來發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)離散結(jié)構(gòu)向發(fā)動(dòng)機(jī)電機(jī)和變速箱一體化結(jié)構(gòu)發(fā)展，即集成化混合動(dòng)力總成系統(tǒng)。 混合動(dòng)力總成以動(dòng)力傳輸路線分類，可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式等三種。
串聯(lián)式動(dòng)力：串聯(lián)式動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)三部分動(dòng)力總成組成，它們之間用串聯(lián)方式組成SHEV動(dòng)力單元系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能通過控制器輸送到電池或電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)通過變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)汽車。小負(fù)荷時(shí)由電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪，大負(fù)荷時(shí)由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。當(dāng)車輛處于啟動(dòng)、加速、爬坡工況時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)組和電池組共同向電動(dòng)機(jī)提供電能；當(dāng)電動(dòng)車處于低速、滑行、怠速的工況時(shí)，則由電池組驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電池組缺電時(shí)則由發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組向電池組充電。串聯(lián)式結(jié)構(gòu)適用于城市內(nèi)頻繁起步和低速運(yùn)行工況，可以將發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整在最佳工況點(diǎn)附近穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，通過調(diào)整電池和電動(dòng)機(jī)的輸出來達(dá)到調(diào)整車速的目的。使發(fā)動(dòng)機(jī)避免了怠速和低速運(yùn)轉(zhuǎn)的工況，從而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，減少了廢氣排放。但是它的缺點(diǎn)是能量幾經(jīng)轉(zhuǎn)換，機(jī)械效率較低。
并聯(lián)式動(dòng)力：并聯(lián)式裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)分屬兩套系統(tǒng)，可以分別獨(dú)立地向汽車傳動(dòng)系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驅(qū)動(dòng)又可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)汽車加速爬坡時(shí)，電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)能夠同時(shí)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，一旦汽車車速達(dá)到巡航速度，汽車將僅僅依靠發(fā)動(dòng)機(jī)維持該速度。電動(dòng)機(jī)既可以作電動(dòng)機(jī)又可以作發(fā)電機(jī)使用，又稱為電動(dòng)－發(fā)電機(jī)組。由于沒有單獨(dú)的發(fā)電機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)可以直接通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)車輪，這種裝置更接近傳統(tǒng)的汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械效率損耗與普通汽車差不多，得到比較廣泛的應(yīng)用。
混聯(lián)式動(dòng)力：混聯(lián)式裝置包含了串聯(lián)式和并聯(lián)式的特點(diǎn)。動(dòng)力系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)，根據(jù)助力裝置不同，它又分為發(fā)動(dòng)機(jī)為主和電機(jī)為主兩種。以發(fā)動(dòng)機(jī)為主的形式中，發(fā)動(dòng)機(jī)作為主動(dòng)力源，電機(jī)為輔助動(dòng)力源；以電機(jī)為主的形式中，發(fā)動(dòng)機(jī)作為輔助動(dòng)力源，電機(jī)為主動(dòng)力源。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是控制方便，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。豐田的Prius屬于以電機(jī)為主的形式。
1.5 汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展歷程
汽車從誕生到現(xiàn)在動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)歷了巨大的變化。19世紀(jì)末普遍采用的是鏈傳動(dòng)；到20世紀(jì)初把變速箱和差速器連接在一起，再用鏈條驅(qū)動(dòng)車輪；而到現(xiàn)在在多數(shù)汽車上已經(jīng)發(fā)展到自動(dòng)變速器、無級(jí)變速器、電傳動(dòng)系統(tǒng)、靜液傳動(dòng)系統(tǒng)、液機(jī)聯(lián)合傳動(dòng)系統(tǒng)等新型傳動(dòng)系統(tǒng)。
從輪式車輛的總體上看，隨著車輛種類日漸增多，功率日漸增大。傳動(dòng)系統(tǒng)從40年代起，在液力自動(dòng)變速器方面的發(fā)展較大，傳動(dòng)原理上的根本變化不大。但機(jī)構(gòu)的改進(jìn)發(fā)展和總體布局變化則日益增多。
從發(fā)展上看，這些新型的傳動(dòng)系統(tǒng)存在非常大的發(fā)展空間。在今后一段時(shí)間內(nèi)會(huì)完全替代現(xiàn)在的純機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，這將會(huì)使汽車的乘用舒適性、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等得到很大的提高。
1.6 行星齒輪的發(fā)展與研究
現(xiàn)代設(shè)備要求齒輪傳動(dòng)應(yīng)具有高可靠性與效率、大傳遞功率與傳動(dòng)比范圍， 結(jié)構(gòu)緊湊 重量輕和良好的動(dòng)態(tài)特性與工藝性等。硬齒面磨削的齒輪在傳遞同樣功率的條件下，可使傳動(dòng)的尺寸和重量至少減少一半以上。而在空間尺寸最小的條件下，獲得大傳動(dòng)比的有效方法是應(yīng)用行星齒輪傳動(dòng)，空間利用率可達(dá)9O％ 以上。
目前，國(guó)內(nèi)外的減速機(jī)構(gòu)種類繁多，行星齒輪傳動(dòng)與普通定軸齒輪傳動(dòng)相比較，具有質(zhì)量小、體積小、傳動(dòng)比大、承載能力大以及傳動(dòng)平穩(wěn)和傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，這些已被我國(guó)越來越多的機(jī)械工程技術(shù)人員所了解和重視。由于在各種類型的行星齒輪傳動(dòng)中均有效的利用了功率分流性和輸入、輸出的同軸性以及合理的采用了內(nèi)嚙合，才使得其具有了上述的許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。行星齒輪傳動(dòng)不僅適用于高速、大功率而且可用于低速、大轉(zhuǎn)矩的機(jī)械傳動(dòng)裝置上。它可以用作減速、增速和變速傳動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的合成和分解，以及其特殊的應(yīng)用中：這些功用對(duì)于現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)發(fā)展具有重要的意義。因此，行星齒輪傳動(dòng)在起重運(yùn)輸、工程機(jī)械、冶金礦山、建筑機(jī)械、輕工紡織、醫(yī)療機(jī)械、儀器儀表、汽車、船舶、兵器和航空航天等工業(yè)部門均獲得了廣泛的應(yīng)用。
少齒差行星齒輪傳動(dòng)是行星齒輪傳動(dòng)中的一種。由一個(gè)外齒輪與一個(gè)內(nèi)齒輪組成一對(duì)內(nèi)嚙合齒輪副。它采用的是漸開線齒形，內(nèi)外齒輪的齒數(shù)相差很小，簡(jiǎn)稱為少齒差傳動(dòng)。一般所講的少齒差行星齒輪傳動(dòng)是專指漸開線少齒差行星齒輪傳動(dòng)而言的。少齒差行星齒輪減速器具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、傳動(dòng)平穩(wěn)、效率高、傳動(dòng)比范圍大等優(yōu)點(diǎn)。
20世紀(jì)60年代以后，隨著電子計(jì)算機(jī)的普及運(yùn)用，漸開線少齒差傳動(dòng)才得到了迅速的發(fā)展，目前有柱銷式零齒差十字滑塊、浮動(dòng)盤等多種傳動(dòng)形式。本減速器屬于K-H-V型?？梢詫?shí)現(xiàn)很大傳動(dòng)比，且接觸齒數(shù)多，采用短齒制，浮動(dòng)盤式，凸凹齒相嚙合，故輪齒強(qiáng)度高。但齒輪要修正，要注意齒面干涉，工作中轉(zhuǎn)臂軸承受力較大。該傳動(dòng)形式的優(yōu)越性有如下幾點(diǎn)：
1、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕
由于采用內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)，所以結(jié)構(gòu)緊湊；當(dāng)傳動(dòng)比相等時(shí)，與同功率的普通圓柱齒輪減速器相比，體積和重量均可減少三分之一至三分之二。
2、傳動(dòng)傳動(dòng)比大，范圍廣
一齒差漸開線行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比很大，一級(jí)可達(dá)到一百多。
3、傳遞功率大高
傳動(dòng)中效率可達(dá)90%以上。當(dāng)傳動(dòng)比為 10～200時(shí)，效率為 80％～94％。
4、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小、承載能力大
由于式內(nèi)嚙合傳動(dòng)，兩嚙合齒輪一位凹齒，一為凸齒，兩齒的曲率中心在同一方向。曲率半徑接近相等，因此接觸面積大，使輪齒的接觸強(qiáng)度大為提高，又采用短齒制，輪齒的彎曲強(qiáng)度也提高了。此外，少齒差傳動(dòng)時(shí)，不是一對(duì)輪齒嚙合，而是3～9對(duì)輪齒同時(shí)接觸受力，所以運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音小，并且在相同模數(shù)的情況下，其傳遞力矩臂普通圓周齒輪減速器大。
5、工藝簡(jiǎn)便，結(jié)構(gòu)形式多樣，應(yīng)用范圍廣
由于其輸入軸與輸出軸可在同一軸線上，也可以不在同一軸線上，所以能適應(yīng)各種機(jī)械的需要。
第二章 傳動(dòng)系統(tǒng)的概述及其方案的確定
2.1 行星齒輪變速器的原理和功用
五前一倒三行星排傳動(dòng)系統(tǒng)，即行星齒輪變速器，由行星齒輪機(jī)構(gòu)和換檔操縱機(jī)構(gòu)兩部分組成。行星齒輪機(jī)構(gòu)作用：改變傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，即構(gòu)成不同檔位。換檔操縱機(jī)構(gòu)作用：實(shí)現(xiàn)檔位的變換。
2.2 行星齒輪機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)介
行星齒輪機(jī)構(gòu)的類型：
最簡(jiǎn)單的行星齒輪機(jī)構(gòu)由一個(gè)太陽輪、一個(gè)內(nèi)齒圈、一個(gè)行星架及若干個(gè)行星齒輪組成，一般稱為單排行星齒輪機(jī)構(gòu)。如圖2-1
圖2-1 單排行星齒輪機(jī)構(gòu)
多排行星齒輪機(jī)構(gòu)是由幾個(gè)單排行星齒輪機(jī)構(gòu)組成（如圖2-2）。多排行星齒輪機(jī)構(gòu)可以比單排行星齒輪機(jī)構(gòu)得到更多的檔位，故本設(shè)計(jì)即采用三行星排。
用行星齒輪機(jī)構(gòu)作為變速機(jī)構(gòu)，由于有多個(gè)行星齒輪同時(shí)工作，且利用內(nèi)嚙合方式，故與普通齒輪變器機(jī)構(gòu)相比，在傳遞同樣大小功率的情況下，可減少變速器的尺寸和重量，能實(shí)現(xiàn)同向、同軸減速傳動(dòng)。由于采用常嚙合傳動(dòng)，可使動(dòng)力不間斷。
2.3 換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)介
行星齒輪變速器的換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由離合器（如圖2-3）、制動(dòng)器、和單向離合器等三種執(zhí)行元件構(gòu)成。離合器和制動(dòng)器是以液壓方式控制行星齒輪機(jī)構(gòu)元件的旋轉(zhuǎn)，而單向離合器則以機(jī)械方式對(duì)行星齒輪機(jī)構(gòu)的元件進(jìn)行鎖止。
離合器的作用：連接軸和行星齒輪機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)元件。
制動(dòng)器的作用：固定行星齒輪機(jī)構(gòu)中的基本元件，阻止其旋轉(zhuǎn)。
2.4 行星齒輪變速器的基本工作原理
行星齒輪與操縱執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)合，構(gòu)成了具有不同檔位的行星齒輪變速器，即在輸入轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩相同的條件下，可以通過行星齒輪變速器的檔位變換，得到不同的輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。（如圖2-4、2-5）
圖2-3 離合器
圖2-4 原理簡(jiǎn)圖
圖2-5 原理實(shí)物圖
圖2-2 多排行星齒輪機(jī)構(gòu)
第三章 行星齒輪變速器傳動(dòng)比的確定
3.1 行星齒輪變速器傳動(dòng)比方案的確定
如圖3-1 所示，我們逐個(gè)分析傳動(dòng)比方案，為總方案的確定提供依據(jù)。
圖3-1 傳動(dòng)比方案
a) 行星架制動(dòng)，太陽輪輸入，齒圈輸出；
b）行星架制動(dòng)，齒圈輸入，太陽輪輸出；
c）齒圈制動(dòng)，行星架輸入，太陽輪輸出；
d）太陽輪制動(dòng)，行星架輸入，齒圈輸出；
e）太陽輪制動(dòng)，齒圈輸入，行星架輸出；
f）齒圈制動(dòng)，太陽輪輸入，行星架輸出。
3.2 傳動(dòng)比計(jì)算
Φ1-制動(dòng)器 Φ2-離合器Φ3-離合器Φ4-制動(dòng)器Φ5-制動(dòng)器
圖3—2 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖
功能表：
擋次
換擋執(zhí)行元件狀態(tài)
實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比
Φ1
Φ2
Φ3
Φ4
Φ5
1
O
O
6.525
2
O
O
3.1034
3
O
O
2.3152
4
O
O
1.50
5
O
O
1.00
-1
O
O
-10.05
0
O
0
注：O ---表示結(jié)合或制動(dòng)
擋次1的傳動(dòng)比：
，
，
故
擋次2的傳動(dòng)比：
，
，
故
擋次3的傳動(dòng)比：
，
聯(lián)立，得
擋次4的傳動(dòng)比：
，
擋次5的傳動(dòng)比：
太陽輪、齒圈、行星架中的任意兩個(gè)鎖定在一起，這時(shí)各齒輪之間都不會(huì)有轉(zhuǎn)動(dòng)，整個(gè)行星輪系將作速體轉(zhuǎn)動(dòng)，即
倒擋-1的傳動(dòng)比：
，
，所以
空擋0的傳動(dòng)比：
太陽輪、齒圈、行星架都不制動(dòng)，也無兩個(gè)互相鎖定，這時(shí)，太陽輪、齒圈、行星架均可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輸出軸可以不轉(zhuǎn)動(dòng)，這種情況下行星齒輪不傳遞動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)空擋，即。
第四章 行星排的設(shè)計(jì)
4.1 K1行星排的設(shè)計(jì)
4.1.1 齒數(shù)選擇：
4.1.2 材料選擇及熱處理方法：
（1） 齒輪3與齒輪2：用20CrMnTi，滲碳后淬火58—62HRC。，
（2） 齒輪1：35CrMoV，調(diào)質(zhì)，250—280HBS
4.1.3 齒輪2-3按接觸強(qiáng)度計(jì)算：
按公式：
（4—1）
(1) 齒輪副配對(duì)材料對(duì)傳動(dòng)尺寸的影響系數(shù)按表2-28，取=1
(2) 計(jì)算
(3) 按K=1.2-2，取K=1.4
(4)
(5) 計(jì)算齒寬系數(shù)，因，取。
故
（6）計(jì)算
（7）初定中心距：
（8）計(jì)算模數(shù)：
取標(biāo)準(zhǔn)值m=3mm
（9）中心距
4.1.4 K1傳動(dòng)系主要尺寸：
（3） 太陽輪3的主要尺寸：
（4） 行星輪2的主要尺寸：
（5） 齒輪1 的主要尺寸：
4.1.5 驗(yàn)算K1行星傳動(dòng)排的接觸強(qiáng)度
(1) 圓柱齒輪接觸應(yīng)力計(jì)算公式：
（4—2）
———計(jì)算接觸應(yīng)力的基本值
（4—3）
式中：“+”用于外嚙合傳動(dòng)，“-”用于內(nèi)嚙合傳動(dòng)。
（2）計(jì)算
(3) 確定公式中的參數(shù)：
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》：表10-2，查得：； 圖10-8查得：；
表10-4，查得：，
（4）確定參數(shù)
查得：=2.5 =189.8 =0.98 =1.0
（5）計(jì)算
將以上各數(shù)值代人接觸應(yīng)力計(jì)算公式中，得：
又 所以, 故合格。
4.1.6 齒輪抗彎強(qiáng)度校核
（1）齒根應(yīng)力計(jì)算公式：
（4—4）
式中：——齒根應(yīng)力的基本值
查得：, , , ,
代入公式得：
（2）驗(yàn)算：
， 故合格。
4.2 K2行星排的設(shè)計(jì)
4.2.1 齒數(shù)選擇：
取
4.2.2 材料選擇及熱處理方式：
(1) 太陽輪與行星輪： 20CrMnTi，滲碳后淬火58—62HRC
，
（2）內(nèi)齒圈：35CrMoV，調(diào)質(zhì)，250—280HBS
4.2.3 a—c齒輪按接觸強(qiáng)度初步計(jì)算
按（4—1）公式：
（1）齒輪副配對(duì)材料對(duì)傳動(dòng)尺寸的影響系數(shù)按表2-28取=1
（2）
（3）K=1.2~2，取K=1.4
（4）
（5）計(jì)算齒寬系數(shù)：
， 式中取
（6）計(jì)算
（7）初定中心距：
（8）計(jì)算模數(shù)m
取標(biāo)準(zhǔn)值m=4
（9）中心距：
(10) 太陽輪a的主要尺寸：
（11）行星輪c的主要尺寸：
(12) 內(nèi)齒圈b的主要尺寸：
4.2.4 驗(yàn)算a-c齒輪傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度：
（1）圓柱齒輪接觸應(yīng)力計(jì)算公式為
（2）計(jì)算
（3）確定參數(shù)：
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》：表10-2 查得；圖10-8 查得
表10-4 查得
區(qū)域系數(shù)， ， 重合度系數(shù)
（4）代入公式 得。 又
， 故合格。
4.2.5 齒輪抗彎強(qiáng)度校核
（1）齒根應(yīng)力計(jì)算公式為
由于行星輪c受對(duì)稱循環(huán)的彎曲應(yīng)力，其承載能力較低，應(yīng)按該齒輪計(jì)算。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得 , , , ,
將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式 得
（2）驗(yàn)算：
， 故合格。
4.2.6 b-c齒輪傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度的校核
由于b-c齒輪是內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)，承載能力高于外嚙合傳動(dòng)，故不再進(jìn)行驗(yàn)算。
4.3 K3行星排的設(shè)計(jì)
我們參照K2行星排，取模數(shù)m=4mm。
，
故： ，
，
齒輪8因?yàn)辇X數(shù)少于17，故需要變位。其變位系數(shù)。
4.4 太陽輪、行星輪和行星架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.4.1 太陽輪的結(jié)構(gòu)：
設(shè)計(jì)行星傳動(dòng)時(shí)，太陽輪的結(jié)構(gòu)取決于所采用的均載機(jī)構(gòu)。當(dāng)太陽輪不動(dòng)時(shí)，它可簡(jiǎn)支安裝或懸臂安裝。在本設(shè)計(jì)中，根據(jù)太陽輪尺寸的大小，我們做成了齒輪軸（如圖4-1）。
圖4-1 齒輪軸
4.4.2 行星輪及行星架的結(jié)構(gòu)：
行星輪和行星架是行星傳動(dòng)中結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的一個(gè)重要零件。行星架可分為雙臂整體式、雙臂分離式和單臂式三種?？刹捎描T造、鍛造和焊接式等方法制造毛坯。
雙臂整體式行星架（如圖4-2）的結(jié)構(gòu)剛性比較好。
雙臂分離式行星架（如圖4-3）的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，剛性較差。
單臂式行星架（如圖4-4），結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝配方便，軸向尺寸小。本次設(shè)計(jì)部分即采用這種結(jié)構(gòu)。
圖4-2 雙臂整體式行星架
圖4-3 雙臂分離式行星架 圖4-4 單臂式行星架
第五章 軸和軸承的設(shè)計(jì)
5.1 軸的設(shè)計(jì)及檢驗(yàn)
已知： r/min Kw
（1）根據(jù)表9-16，選取45號(hào)鋼（調(diào)質(zhì)處理）的及，取=35 MPa，=110
（2）圓周力
徑向力
（3）根據(jù)軸受力情況，按彎扭強(qiáng)度條件計(jì)算：
考慮到軸與聯(lián)軸器有鍵連結(jié)，故軸徑可增加5%，即
（4）按彎扭合成強(qiáng)度理論校核軸的強(qiáng)度
1) 水平支反力：
垂直支反力：
2）計(jì)算彎矩
水平彎矩：
C點(diǎn)左側(cè)
C點(diǎn)右側(cè)
垂直彎矩：
C點(diǎn)左側(cè)
C點(diǎn)右側(cè)
3) 求合成彎矩
C點(diǎn)左側(cè)：
C點(diǎn)右側(cè)：
4) 求扭矩
C點(diǎn)左側(cè)：
C點(diǎn)右側(cè)：
5）求合成彎扭矩
該軸為單向工作，轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力考慮，取，則
C點(diǎn)左側(cè)：
C點(diǎn)右側(cè)：
6）按彎扭合成強(qiáng)度理論校核軸的強(qiáng)度
校核剖面C處強(qiáng)度：
根據(jù)表9-15，查得45號(hào)鋼的 ，因此，故合格。
7）應(yīng)力圖見圖5-1
(5) 軸的剛度校核：
階梯軸
取 ，所以 ，故合格。
（6）軸的設(shè)計(jì)如圖5-2
圖5-1 軸的應(yīng)力圖
圖5-2 軸的設(shè)計(jì)圖
5.2 軸承校核
已知： ， ， r/min ，初選6310型軸承。
查附表9-1可知深溝球軸承6310的基本額定動(dòng)載荷 ，
由表9-9得e=0.23（插值法求得）。又，故取X=0.56，Y=1.9（插值法求得）。
由表9-8，取載荷系數(shù) 。
所以
驗(yàn)算軸承壽命：
即，該軸承可以使用3年（按平均每天工作8小時(shí)，每年工作300天算）。
第六章 離合器與制動(dòng)器的設(shè)計(jì)
離合器與制動(dòng)器是行星齒輪變速器必不可少的元件。
6.1 離合器的設(shè)計(jì)
離合器的作用：連接行星排二元件成為一體，采用的是多片濕式結(jié)構(gòu)。通常有離合器鼓、活塞、回位彈簧、鋼片與摩擦片組、離合器轂及密封圈組成。
特點(diǎn)：徑向尺寸小，結(jié)合柔和，能獲得較大的摩擦面積，所以能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩。改變離合器片數(shù)的多少，即可改變傳遞轉(zhuǎn)矩的大小。
離合器鋼片有鋼板沖壓而成，靠外齒與離合器鼓連接，可軸向移動(dòng)。
離合器摩擦片通?？?jī)?nèi)齒與離合器轂連接。離合器摩擦片分為鋼片與摩擦材料兩部分。其摩擦材料以紙基摩擦材料為主，以石棉、碳、纖維素等纖維或棉、木材、合成纖維作為母體材料，添加無機(jī)、有機(jī)的高摩擦性材料，攪拌后，浸漬酚醛樹脂硬化而成。然后將其粘在鋼板上，厚度位0.38~0.76mm。這種材料特點(diǎn)是多孔，網(wǎng)狀，具有彈性，摩擦系數(shù)高，高壓、高溫、高圓周速度時(shí)穩(wěn)定性好。
離合器片每片厚1.5~2mm，平均每片間的間隙為0.3~0.5mm，總間隙因片數(shù)不同而異，一般為2~5mm。
離合器接合：當(dāng)壓力油經(jīng)過油道進(jìn)入活塞缸時(shí)，油壓克服彈簧力推動(dòng)活塞,將所有主、從動(dòng)件依次壓緊，即鋼片與摩擦片在摩擦力的作用下一同旋轉(zhuǎn)。離合器接合，動(dòng)力從輸入軸經(jīng)離合器傳到輸出軸。
離合器分離：當(dāng)油壓撤除后，活塞在回位彈簧作用下回位。離合器分離，切斷輸入軸至輸出軸的動(dòng)力傳遞。
離合器單向閥的作用：離合器液壓缸內(nèi)的離心油壓，在接合時(shí)影響壓緊力和儲(chǔ)備系數(shù)，分離時(shí)影響徹底分離。為防止上述現(xiàn)象，設(shè)置單向閥，當(dāng)壓力油經(jīng)油道進(jìn)入活塞游腔時(shí)，單向閥的鋼球在油壓作用下封閉活塞上的排油孔，使工作油液不能從活塞缸內(nèi)排出，這時(shí)油壓推動(dòng)活塞克服彈簧張力，使離合器接合。當(dāng)油壓撤除后，單向閥的鋼球在離心力作用下離開球座，開啟泄油孔，使離心油得以釋放，保證離合器徹底分離。
1---鋼片、摩擦片組 2---回位彈簧 3---離合器轂 4---密封圈 5---離合器鼓 6---活塞 7---單向閥 8—密封圈
圖6—1 離合器簡(jiǎn)圖
6.2 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)
帶式制動(dòng)器平順性差，襯片磨損不均。故近年來濕式多片制動(dòng)器應(yīng)用較多。濕式多片制動(dòng)器在工作原理上，它與濕式多片離合器結(jié)構(gòu)類似，僅鋼片固定不動(dòng)。其摩擦面積大，轉(zhuǎn)矩容量大，且反作用元件不產(chǎn)生徑向集中反力，并易于通過增減摩擦片數(shù)來實(shí)現(xiàn)系列化。
圖6—2所示為常見液壓制動(dòng)器。
圖6—2 液壓制動(dòng)器的一種
第七章 主要零件的工藝設(shè)計(jì)
7.1 太陽輪和行星輪的加工工藝
7.1.1 工藝過程：
鍛造——退火——粗車——預(yù)備熱處理（正火）——半精車——粗滾齒——倒角—— 熱處理（滲碳淬火）——噴丸——精車（磨內(nèi)孔及基準(zhǔn)端面）——精滾齒——磨齒——檢查——鉗——倒棱
7.1.2 關(guān)鍵工序分析：
（1）滾齒及磨齒余量
對(duì)于的太陽輪，粗滾齒后留出磨齒所需余量，熱處理后可直接進(jìn)行磨齒。對(duì)于的太陽輪，為了減少磨齒余量，提高磨齒效率，磨齒前可以采用硬質(zhì)合金滾刀進(jìn)行半精加工。
（2）噴丸
硬齒面的承載能力往往受抗彎疲勞強(qiáng)度的限制，因此關(guān)鍵是如何提高硬齒面的齒根抗彎疲勞強(qiáng)度。對(duì)齒輪進(jìn)行噴丸處理，可以使齒根圓角處表面產(chǎn)生較大的殘余壓應(yīng)力，另一方面使加工刀痕或熱處理表面缺陷壓平碾實(shí)，從而提高齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度。尤其是對(duì)于滲碳淬火齒輪齒根角處磨前滾齒留有刀痕時(shí)，受載時(shí)間比較大（循環(huán)次數(shù)大于）效果更為顯著。根據(jù)資料介紹，疲勞壽命可以成倍或幾倍地提高。
7.2 內(nèi)齒圈加工工藝
7.2.1 工藝工程：
鍛造——退火——粗車——熱處理（調(diào)質(zhì)）——精車——插齒——鉗
7.2.2 工藝分析：
（1）減小變形
內(nèi)齒圈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)多為薄壁筒形零件，剛性較差，容易變形。毛坯有鍛件和鑄件兩件。為了提高其力學(xué)性能和減少加工中的變形，一般精加工后都要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。
內(nèi)齒圈的精車要特別注意裝夾，夾緊力適當(dāng)防止變形。同時(shí)要保證插齒基面和內(nèi)齒圈中心線垂直，以減少齒向誤差和插齒時(shí)裝夾找正時(shí)間。
（2）插齒
插齒時(shí)內(nèi)齒圈加工的主要工序，最難控制的是公法線變動(dòng)量容易超差，這是由于插齒刀的制造誤差，安裝誤差，機(jī)床傳動(dòng)鏈中蝸輪副的轉(zhuǎn)角誤差，工件的安裝誤差，主軸的徑向跳動(dòng)等，都對(duì)齒輪的公法線變動(dòng)量有影響。因此加工時(shí)應(yīng)對(duì)各項(xiàng)影響因素加以調(diào)整和嚴(yán)格控制。在單件生產(chǎn)時(shí)，盡可能選用精度較高的插齒刀，并仔細(xì)安裝，使徑向擺動(dòng)和端面跳動(dòng)控制在最小范圍內(nèi)，從而減少公法線變動(dòng)量。
找正要求：
1）找正機(jī)床主軸，徑向和端面跳動(dòng)不大于0.02mm
2）找正插齒刀臺(tái)，徑向和端面跳動(dòng)要求見表6—1
3）找正齒頂圓及基準(zhǔn)端面
表7—1 插齒刀安裝精度要求 （）
齒輪精度
插齒刀公稱分度圓直徑/mm
允許最大端面跳動(dòng)
允許最大徑向跳動(dòng)
6
75
10
10
100~125
15
10
160~200
20
15
（3）插齒刀的選用
按內(nèi)齒圈齒面硬度選擇不同材料的插齒刀，內(nèi)齒圈的硬度不超過280HBS時(shí)，可采用普通高速鋼插齒刀插齒；硬度超過280HBS低于340HBS采用鋁高速鋼插齒刀或涂層插齒刀精插齒，鈷高速插齒刀精插齒。
第八章 輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)
8.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
我們采用液壓控制方式。該控制系統(tǒng)由動(dòng)力源、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三個(gè)部分組成。動(dòng)力源是由液力變矩器泵輪驅(qū)動(dòng)的油泵，它除了向控制機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)供給壓力油以實(shí)現(xiàn)換檔外，還給液力變矩器提供冷卻補(bǔ)償油，向行星齒輪變速器供給潤(rùn)滑油。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括離合器、制動(dòng)器和液壓缸。控制機(jī)構(gòu)大體包括主油路系統(tǒng)、換檔信號(hào)系統(tǒng)、換檔閥系統(tǒng)和緩沖安全系統(tǒng)。
換檔閥是一種由液壓控制的2位換向閥。它有兩個(gè)工作位置，可以實(shí)現(xiàn)升檔或降檔的目的。換檔閥的位置取決于兩端控制壓力的大小。當(dāng)右端的速控閥油壓低于左端的節(jié)氣門閥油壓和彈簧作用力之和時(shí)，換檔閥保持在右端；當(dāng)右端的速控閥油壓高于左端的節(jié)氣門閥油壓和彈簧作用力之和時(shí)，換檔閥改變方向時(shí)，主油路的方向發(fā)生變化，以實(shí)現(xiàn)不同的檔位。如圖7—1所示：
1—換擋閥；2—彈簧；3—主油路進(jìn)油孔
4—至低擋換擋執(zhí)行元件；5—至高擋換擋執(zhí)行元件
6、7—泄油口；P1—速控閥油壓
P2—節(jié)氣門閥油壓；F—彈簧力
圖8—1 換檔閥工作原理示意圖
圖中當(dāng)換檔閥從左端移至右端時(shí)，自動(dòng)變速器升高1個(gè)檔位；反之則降低1個(gè)檔位。
8.2 潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)
潤(rùn)滑目的：減少摩擦，防止磨損；冷卻作用，抑制摩擦熱的產(chǎn)生及散發(fā)所產(chǎn)生的熱度；洗凈作用，清除雜質(zhì)、污垢；防銹作用，防止金屬表面生銹及腐蝕；應(yīng)力分散作用，在接觸面上形成油膜，分散應(yīng)力；密封防塵作用，防止漏氣、漏水，防止塵埃入侵。
潤(rùn)滑方法:
(1) 飛濺潤(rùn)滑
零件在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的飛濺作用，把連桿大端兩側(cè)溢出、刮油環(huán)