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河北建筑工程學院
畢業(yè)設計（論文）外文資料翻譯
系別： 機械工程系
專業(yè)： 機械設計制造及其自動化
班級： 機083班
姓名： 秦煒鵬
學號： 2008307336
外文出處：Chinese Journal of Aeronautics 21(2008) 179-186
附 件：1、外文原文；2、外文資料翻譯譯文。
指導教師評語：
簽字：
年 月 日
傳動誤差和齒面印痕控制的弧齒錐齒輪小輪加工參數設計
摘要：提出了在對齒面印痕的位置、方向及傳動誤差幅值的控制的基礎上設計弧齒錐齒輪小輪加工參數的方法。接觸跡線設計為直線,傳動誤差設計為拋物線。在齒面上設計3個嚙合點,通過對這三個嚙合點的嚙合性能的控制,達到對齒面嚙合質量的全程控制。在設計中接觸跡線的設計和傳動誤差幅值的設計是相互獨立的,并且可以得到準確控制。在此基礎上,為了滿足不同的加工要求,本文又提出對垂直輪位的值進行修正,并對小輪加工參數進行再設計,保證傳動誤差的幅值不變且接觸跡線僅有較小的改變。最后在磨齒機上加工了一對齒輪,通過印痕檢測驗證了本文的設計方法。
1 介紹
一般來講弧齒錐齒輪是航天動力裝置的重要零件，其中以重視嚙合性能，耐久性，可靠性因素的螺旋齒輪傳動最受歡迎。因此設計弧齒錐齒輪需要許多家公司和機構的研究者共同投入精力。對于設計者來說降低弧齒錐齒輪的噪音級和提高弧齒錐齒輪的耐久性將會是更高的艱巨的挑戰(zhàn)。
通過局部軸承接觸設計的低噪音弧齒錐齒輪的準則在REFS[1-8]中。為了消除調整中更大的誤差和得到更好的穩(wěn)定性，接觸軌跡必須設計成一條直線。由于傳送誤差大多數都是由軸承系統(tǒng)的噪音和振動引起的，而拋物線類型的傳送誤差被認為能夠消除噪線性間斷效應，線性間斷效應是由噪音主要來源軸線差引起的。
有些情況下，由現(xiàn)有的局部合成法設定的加工參數遠遠地超出了機床的適用范圍。
在這篇論文中，計劃了一個以滿足接觸條件為基準的新的整合方法，其中接觸條件包含預先設置傳送誤差拋物線函數和通過齒面給定三嚙合點特定的定向直線接觸軌跡。這樣實現(xiàn)操作階段的控制就像設計階段那樣容易。再加上垂直輪位的值能夠被修正的適合機床的使用范圍，這樣除了對預先設置的直線嚙合軌跡有較小影響而不會對傳送誤差的值有影響。
計劃這個方法是以以下假設為基礎的。
（1） 齒輪加工參數的確定和選用[1-2]
（2） 主要輸入參數是和，其中確定了預先設定的嚙合軌跡的定向角，是傳送函數的二階導數，它確定了預先設定的拋物線傳送誤差函數的大小。在本文中，和的都是提前給定的，在實驗過程中，這兩個參數可以通過嚙合齒面負載分析來進行優(yōu)化從而得到更好的嚙合性能。
2通過給定的三嚙合點設計主齒輪齒面
通過了在齒面上預先設定的直線接觸軌跡和傳送誤差拋物線函數來確定三個控制嚙合點后，小齒輪加工參數也就確定了。
當齒面轉過，和時，小輪齒面就會與齒面在旋轉了，和角度的狀態(tài)下分別有三個交點，和。令一個小輪齒面嚙合個圓周，其中是小輪齒數，則有公式和在中間接觸點瞬時的傳送比率和齒輪比率相等。通常這個點被選在齒面的中間，但這個點的位置可以根據設計需要進行調整。齒輪旋轉角度和小輪在處旋轉的角度能夠由M點的位置和在M點的嚙合公式來確定。
2.2 傳送誤差的測定
傳送誤差函數是
(1)
其中是在嚙合過程中小輪（i=1）或齒輪（i=2）時旋轉的角度，齒數ZI是小輪（i=1）或齒輪（i=2）時的齒數。傳送誤差拋物線函數是
(2)
其中是傳送比率的一階導數?？捎上率酱_定 (3)
齒輪在嚙合點和的旋轉角，由公式（3）確定。
2.3定向接觸軌跡的測定
在嚙合軌跡被設計成直線的情況下，三個嚙合點,和都在這條直線上。在點的嚙合公式可以寫成
（4）
其中n和是在嚙合點的單位法向量和相對速度，和代表齒輪齒面的坐標面。
基于嚙合點的位置和給定的定向接觸軌跡，可以確定嚙合點的位置。嚙合點的位置公式為
（5）
通過分析公式（3）—（5），可以得到齒輪表面中點的位置向量和單位法向量。齒輪表面中點的位置向量和單位法向量也可以由同樣的方式得到。
2.4確定和
圖2顯示了小輪生產過程的坐標系。將坐標系，和固定在機床上。就坐標系而言小輪加工根角決定了坐標系的定位。使軸旋轉得到托架坐標系。角是小輪生產過程中托架的旋轉角。
和是小輪在生產過程中在點和的旋轉角。通過坐標系到的坐標轉換，坐標系中在嚙合點和的單位法向量可以確定。然后通過坐標系到的坐標轉換，坐標系中小輪刀具生成面的單位法向量便可以確定。因為坐標系和坐標系的坐標軸平行，所以在坐標系中嚙合點的單位法向量和坐標系中的一樣。則下面的公式成立。
（6）
2.5確定參數參數，，和
通過坐標系到的坐標轉換，坐標系中點和的位置矢量可以從坐標系中小輪刀具生成表面處的位置矢量導出。通過坐標系到的坐標轉換，位置矢量能夠從面中兩嚙合點和的位置矢量導出。和在瞬時嚙合點或重合。位置矢量公式是
（7）
對于嚙合的和，位置矢量方程是和六個帶有六個未知數的獨立標量方程等價的，由此可以確定六個未知數，，，，和。這里和是嚙合點和產生過程中托架的轉角。
2.6確定參數，，，和
從給定的在嚙合軌跡上的角度和瞬時嚙合橢圓的主軸長度，應用局部合成法，對于小輪主切刀在假設嚙合點處的中心曲率和方向可以確定。這時刀具尖端半徑可以確定。基于坐標系和中點的位置矢量，加工參數，和可以確定。同樣根據坐標系中點的單位法向量和小輪主切刀和被加工小輪間的嚙合公式可以確定切削比率。
3依據零變位再設計小輪加工參數
如果應用零變位法，依據第二章節(jié)的計算方法，這將會超出機床的適用范圍，所以機床應該進行改進，這樣根據第二章節(jié)的結果可以對小輪的加工參數進行再設計。
3.1參數，和的確定
在齒輪輪齒面和小輪輪齒面間，根據局部合成法，在假設嚙合點處可以確定小輪齒面的主要方向（，）和中心曲率(，)。在假設嚙合點處應用小輪主切刀的嚙合公式，可以確定機床中心至后軸部分。
依據羅德里格斯公式和主切刀面與小輪輪齒面沿直線方向上的連續(xù)接觸條件，可得到下面兩個公式
（9）
（10）
公式中的指示與Ref.[1]中的相同。
由公式(9)可知，在主切刀圓錐面上的點處的中心曲率可以確定而另一個中心曲率是零。這時刀具尖端半徑可以確定。由公式（10）可知，小輪卷筒曲率可以確定。
4弧齒錐齒輪設計舉例
設計一個弧齒錐齒輪可以由合適的舉例說明來完成。這些設計參數在表1中列出。
小輪輪齒的凹面和齒輪輪齒的凸面被各自認為是傳動和被傳動面。在工作側面，傳送誤差幾何參數設計成拋物線函數；傳送誤差的值是，并且再設計的嚙合軌跡的方向是從齒根錐起。在非工作側面，傳送誤差的值設計成并且再設計嚙合軌跡方向是從齒根錐起。零變位認為是0mm。
表2和表3中是齒輪和小輪加工參數值。
由齒面嚙合分析得出的結果在圖4中顯示，它包括嚙合圖案的調整和得到傳送誤差函數。
5實驗
依據第4章節(jié)的內容對弧齒錐齒輪進行設計并將弧齒錐齒輪在型號為800PG的齒輪磨床上進行加工。實際的齒面應用Mahr測量設備進行測量。理論上齒面的計算是作為直線來比較的。圖5可以與齒輪的形式進行比較，它是在實際制造齒輪的過程中通過材料的模型和數據的測量得到的。對于齒輪來說，凸面的最大偏差是0.015mm而凹面的最大偏差是0.010mm。對于小輪來說，凸面的最大偏差是0.004mm二凹面的最大偏差也是0.004mm。更重要的是，最大偏差都被定位且遠離嚙合區(qū)域，所以嚙合區(qū)域的偏差為零。圖6和圖7顯示了在工作側面和非工作側面實際的嚙合形式，這種情況和理論上計算的一致。
6 結論
通過計算機的計算，模擬和實驗可以的出以下結論
（1）依據控制三嚙合點來設計小輪齒面是很合適的方法。傳送誤差被設計成拋物線函數并且它的值可以由傳送量的偏差計算的出，是一個輸入變量。嚙合軌跡設計成一條直線并且它的方向可以調整。傳送誤差的值和嚙合軌跡是獨立設計的。這就為將來傳送誤差在負載情況下的設計提供了更好的參照。
（2）零變位的值可以修正而不會對傳送誤差的值有影響并且對再設計的直線嚙合軌跡影響很小。
（3）在Phoenix磨床上生產一個弧齒錐齒輪時，它的嚙合標記可以核實計算機計算和模擬結果。
?
分類號 編號
?
大 學
畢 業(yè) 論 文（設 計）
五前一倒三行星排傳動系統(tǒng)設計
The design of three-planet-row transmission system
申請學位： 工學學士學位
院 系： 機電汽車工程學院
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
姓 名：
學 號：
指導老師：
?
?
年 月 日
.
大 學
機電汽車工程學院
（2011）屆 學士學位論文開題報告
暨工作實施計劃
畢業(yè)設計(論文)
題 目
五前一倒三行星排傳動系統(tǒng)設計
專 業(yè)
機械設計制造及其自動化
班 級
學 生 姓 名
學 號
導 師 姓 名
開題報告日期
2011 年3月 1 日
入 學 年 月
2007年 9 月 6日
機電汽車工程學院制
2011年3月 1 日
一、基本情況
學生姓名
學號
班級
專業(yè)
機械設計制造及其自動化
指導教師
學歷
職稱
專業(yè)
題目名稱
五前一倒三行星排傳動系統(tǒng)設計
題目來源
□企業(yè)生產 □科研 □社會 □文獻和資料√ □其他：
題目類型
□理論研究 □應用研發(fā) □開發(fā)研究 □工藝設計
□工程設計√ □設備設計 □軟件設計 □實踐研究 □指定問題研究
注：在選中的項目上打√
二、課題研究內容（內容、特色、預期效果）
五前一倒三行星排傳動系統(tǒng)，即變速器主要部分。現(xiàn)在汽車的發(fā)展日新月異，其中的變速器也是千奇百怪，種類多，結構也就多多。此次設計的主要是行星齒輪變速器。由行星齒輪機構和換檔操縱機構兩部分組成。行星齒輪機構作用：改變傳動比和轉動方向，即構成不同檔位。換檔操縱機構作用：實現(xiàn)檔位的變換。
行星齒輪機構主要由三個行星排組成。換檔操縱機構主要有離合器與制動器組成。所以，此次設計包括：
1、總圖設計
2、K1、K2行星排的設計
3、離合器2的設計及制動器1，制動器4的設計
4、控制系統(tǒng)設計
5、潤滑系統(tǒng)設計
6、設計說明書的編制
A、功率計算
B、軸強度、剛度計算
C、齒輪設計計算
D、齒輪強度計算
E、軸承壽命計算
7、主要零件工藝編制
三、研究計劃
起止日期
主要工作內容和要求
實際完成內容
檢查日期
檢查人
2011.3.1
-
2011.4.1
資料的收集，搞清原理。
2011.4.1
-
2011.5.1
計算相關內容，初步畫出草圖。
2011.5.1
-
2011.6.1
用CAD畫圖并編寫設計說明書。
2011.6.1
-
2011.6.10
準備答辯
四、參考文獻資料
1、《機械設計手冊》
2、《機械工藝手冊》
3、《電路設計原路》
4、《行星傳動設計原理》
五、畢業(yè)設計（論文）選題及開題報告評議表
指導教師對開題報告的綜合意見：（從選題的理論或實際價值出發(fā)，闡述學生利用的知識、原理、建立的模型正確與否？學生的論證充分否？通過學生的努力，能否完成課題，達到預期的目標？課題及報告的難度、深度、綜合性、創(chuàng)造性等是否達到本科生應該具有的要求。）
指導教師簽名：
年 月 日
學科組
評議結果
是否同意進入設計（論文）階段？
學科組長簽名：
年 月 日
畢業(yè)論文(設計)
摘要 3
ABSTRACT 4
符號說明 5
前言 7
第一章 五前一倒三行星排傳動系統(tǒng)的概述及其方案的確定 10
1.1行星齒輪變速器的原理和功用 10
1.1.1 行星齒輪機構的簡介 10
1.1.2 換檔執(zhí)行機構的簡介 10
1.1.3 行星齒輪變速器的基本工作原理 11
第二章行星齒輪變速器傳動比的確定 13
2.1 行星齒輪變速器傳動比方案的確定 13
2.2傳動比計算 14
第三章 行星排的設計 17
3.1 K1行星排的設計 17
3.2 K2行星排的設計 19
3.3 K3行星排的設計 21
3.4 太陽輪、行星輪和行星架的結構設計 22
3.4.1太陽輪的結構： 22
3.4.2行星輪及行星架的結構： 22
第四章 軸和軸承的設計 24
4.1 軸的設計及檢驗 24
4.2 軸承校核 27
第五章 離合器與制動器的設計 28
5.1 離合器的設計 28
5.2 制動器的設計： 29
第六章 主要零件的工藝設計 31
6.1太陽輪和行星輪的加工工藝 31
6.1.1工藝過程： 31
6.1.2 關鍵工序分析： 31
6.2 內齒圈加工工藝 31
6.2.1 工藝工程： 31
6.2.2 工藝分析： 31
第七章 輔助系統(tǒng)設計 33
7.1 控制系統(tǒng)設計 33
7.2 潤滑系統(tǒng)設計 34
第八章 結論 35
參考文獻 36
摘要
隨著科學技術的進步，汽車工業(yè)得到了迅速發(fā)展，而人類對舒適性的更高追求，使得自動變速器的發(fā)展更加深入。本文通過對三行星排行星齒輪傳動變速器的研究和闡述，計算了每個行星排傳動比的表達式。通過此次設計，我們可以了解到該變速器的基本結構：即換擋執(zhí)行元件（2個離合器和3個制動器）與行星排以適當方式連接組成，得到5個前進檔和1個倒檔。采用該機構的汽車自動變速器，結構簡單緊湊、檔位數多、傳動效率高、換檔平穩(wěn)、操縱性能好。
關鍵詞：機械工程、變速器、行星齒輪傳動、行星排
ABSTRACT
With the development of science and technology , automobile industry enjoys a rapid growth and people are pursuing a much more comfortable vehicle , which stimulates the development of automatic transmission . A three-planet-row epicycle gear transmission was studied and set forth ,and this paper also conducted the transmission ratio formulas for every planet .Through this design , we could learn the basic structure of this system consists of three rows of planetary gears and five gear shifting actuators which include two cluches and three brakes . 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 .
符號說明
m 模數
Z 齒數
b 齒寬
i 傳動比
x 變位系數
、 齒寬系數
K 載荷系數
齒輪副材料對傳動尺寸的影響系數
u 齒數比
許用接觸應力
接觸疲勞極限
使用系數
動載系數
節(jié)點區(qū)域系數
彈性系數
重合度系數
載荷作用于單對齒輪嚙合區(qū)上界點時的齒形系數
載荷作用于單對齒輪嚙合區(qū)上界點時的應力修正系數
、 齒向載荷分布系數
、 齒間載荷分配系數
疲勞極限
齒全高
齒頂高系數
c 頂隙
圓周力
徑向力
軸向力
P 功率
T 轉矩
a 中心距
水平彎矩
垂直彎矩
合成彎矩
水平支反力
垂直支反力
軸承載荷系數
前言
這次的畢業(yè)設計課題是“五前一倒三行星排傳動系統(tǒng)設計”，即我們通常所說的行星齒輪變速器。讓我們先來說說現(xiàn)在市場上變速器的種類。主要分為：手動變速器（MT）、自動變速器（AT）、
手動/自動變速器（AMT）無級變速器（CVT）。
一、 手動變速器（MT）
手動變速器（ManualTransmission，簡稱MT）又稱機械式變速器，即必須用手撥動變速桿（俗稱“擋把”）才能改變變速器內的齒輪嚙合位置，改變傳動比，從而達到變速的目的。轎車手動變速器大多為四擋或五擋有級式齒輪傳動變速器，并且通常帶同步器，換擋方便，噪音小。手動變速在操縱時必須踩下離合，方可撥得動變速桿。手動變速器是自動變速器與相對而言的，其實在自動變速器出現(xiàn)之前所有的汽車都是采用手動變速器。手動變速器是利用大小不同的齒輪配合而達到變速的。最常見的手動變速器多為5擋位（4個前進擋、1個倒擋），也有的汽車采用6擋位變速器（見圖0-1）。
與自動變速器的比較：
優(yōu)點：與自動變速器相比較可以給汽車駕駛愛好者帶來更多的操控快感。 傳輸效率比自動變速箱為高，當然理論上會比較省油。維修保養(yǎng)上會比自動變速箱便宜。 如果愿意以較高成本使用自動手排，則可以兼顧自排的方便性及手排的高效率。引擎煞車的效能較強，
缺點：有人會覺得開車的時候還要控制離合器換檔非常的麻煩。 新手會常常在馬路上熄火，特別是上坡， 操作不當的話有幾率把引擎跟變速箱弄壞。
一般來說，手動變速器的傳動效率要比自動變速器的高，因此駕駛者技術好，手動變速的汽車在加速、超車時比自動變速車快，也省油。
二、自動變速器（AT）
自動變速器（Automatic Transmission），利用行星齒輪機構進行變速，它能根據油踏板程度和車速變化，自動地進行變換。而駕駛者只需操縱加速器踏板控制車速即可。自動變速器中有很多離合器，這些離合器能根據車速變化而自動分離或合閉，從而達到自動變速的目的。
在中檔車的市場上，自動變速器有著一片自己的天空。使用此類車型的用戶希望在駕駛汽車的時候為了簡便操縱、降低駕駛疲勞，盡可能的享受高速駕駛時快樂的感覺。在高速公路上，這是體現(xiàn)非常完美的。而且，現(xiàn)在堵車是經常的事，有時要不停地起步停步數次，司機如果使用手動變速器，則會反復地掛檔摘檔，操縱十分麻煩，尤其對于新手來說更是苦不堪言。使用自動檔，就不會這樣麻煩了。
我國要普及這種車型，關鍵要解決的是路況問題，現(xiàn)在的路況狀況不均勻，難以發(fā)揮自動檔汽車的優(yōu)勢。
三、手動—自動變速器（AMT）
自動—手動變速系統(tǒng)向人們提供兩種駕駛方式：為了駕駛樂趣使用手動檔，而在交通擁擠時使用自動檔。雖然這種二合一的配置擁有較高的技術含量，但這類的汽車并不會在價格上都高不可攀，比如廣州本田飛度1.3L CVT兩廂、南京菲亞特2004派力奧1.3HL
Speedgear等。這些“二合一”的車型價格均在10萬元左右，這個價格層面還是比較低的。所以，手動—自動車在普及上還是具有相當的優(yōu)勢。
四、無級變速器
當今汽車產業(yè)的發(fā)展，是非常迅速的，用戶對于汽車性能的要求越來越高。汽車變速器的發(fā)展也是并不僅限于此，無級變速器便是人們追求的“最高境界”。無級變最是由荷蘭人Van Doormes 發(fā)明。無級變速器系統(tǒng)不像手動變速器或自動變速器那樣用齒輪變速，而是用兩個滑輪和一個鋼帶來變速，其傳動比可以任意變化，沒有換檔的突跳感覺。它能克服普通自動變速器“突然換檔”、油門反應慢、油耗高等缺點。無級變速器能在一定范圍內實現(xiàn)速比的無級變化，并選定幾個常用的速比作為常用的“檔”。裝配該技術的發(fā)動機可在任何轉速下自動獲得最合適的傳動比。
圖0-1
本設計是根據寶馬3系發(fā)動機2011款318i領先型開展的，設計中所采用的相關
數據均來源于此種車型：
燃油箱容積 63L
燃油類型 汽油
燃油標號 97#
燃料供給型號 多點電噴
型號 N46B20CC
排量 1995mL
最大功率 100KW
最大功率轉速 5750 r/min
圖0—2 寶馬3系
第一章 五前一倒三行星排傳動系統(tǒng)的概述及其方案的確定
1.1行星齒輪變速器的原理和功用
五前一倒三行星排傳動系統(tǒng)，即行星齒輪變速器，由行星齒輪機構和換檔操縱機構兩部分組成。行星齒輪機構作用：改變傳動比和轉動方向，即構成不同檔位。換檔操縱機構作用：實現(xiàn)檔位的變換。
1.1.1 行星齒輪機構的簡介
行星齒輪機構的類型：
最簡單的行星齒輪機構由一個太陽輪、一個內齒圈、一個行星架及若干個行星齒輪組成，一般稱為單排行星齒輪機構。如圖1-1
圖1-1 單排行星齒輪機構
多排行星齒輪機構是由幾個單排行星齒輪機構組成（如圖1-2）。多排行星齒輪機構可以比單排行星齒輪機構得到更多的檔位，故本設計即采用三行星排。
用行星齒輪機構作為變速機構，由于有多個行星齒輪同時工作，且利用內嚙合方式，故與普通齒輪變器機構相比，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，能實現(xiàn)同向、同軸減速傳動。由于采用常嚙合傳動，可使動力不間斷。
1.1.2 換檔執(zhí)行機構的簡介
行星齒輪變速器的換檔執(zhí)行機構主要由離合器（如圖1-3）、制動器、和單向離合器等三種執(zhí)行元件構成。離合器和制動器是以液壓方式控制行星齒輪機構元件的旋轉，而單向離合器則以機械方式對行星齒輪機構的元件進行鎖止。
離合器的作用：連接軸和行星齒輪機構的旋轉元件。
制動器的作用：固定行星齒輪機構中的基本元件，阻止其旋轉。
1.1.3 行星齒輪變速器的基本工作原理
行星齒輪與操縱執(zhí)行機構結合，構成了具有不同檔位的行星齒輪變速器，即在輸入轉速、轉矩相同的條件下，可以通過行星齒輪變速器的檔位變換，得到不同的輸出轉速和轉矩。（如圖1-4、1-5）
圖1-3 離合器
圖1-4 原理簡圖
圖1-5 原理實物圖
圖1-2 多排行星齒輪機構
第二章行星齒輪變速器傳動比的確定
2.1 行星齒輪變速器傳動比方案的確定
如圖2-1 所示，我們逐個分析傳動比方案，為總方案的確定提供依據。
圖2-1 傳動比方案
a) 行星架制動，太陽輪輸入，齒圈輸出；
b）行星架制動，齒圈輸入，太陽輪輸出；
c）齒圈制動，行星架輸入，太陽輪輸出；
d）太陽輪制動，行星架輸入，齒圈輸出；
e）太陽輪制動，齒圈輸入，行星架輸出；
f）齒圈制動，太陽輪輸入，行星架輸出。
2.2傳動比計算
Φ1-制動器 Φ2-離合器Φ3-離合器Φ4-制動器Φ5-制動器
圖2—2 設計簡圖
功能表：
擋次
換擋執(zhí)行元件狀態(tài)
實現(xiàn)傳動比
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 ---表示結合或制動
擋次1的傳動比：
，
，
故
擋次2的傳動比：
，
，
故
擋次3的傳動比：
，
聯(lián)立，得
擋次4的傳動比：
，
擋次5的傳動比：
太陽輪、齒圈、行星架中的任意兩個鎖定在一起，這時各齒輪之間都不會有轉動，整個行星輪系將作速體轉動，即
倒擋-1的傳動比：
，
，所以
空擋0的傳動比：
太陽輪、齒圈、行星架都不制動，也無兩個互相鎖定，這時，太陽輪、齒圈、行星架均可自由轉動。輸入軸轉動時，輸出軸可以不轉動，這種情況下行星齒輪不傳遞動力，實現(xiàn)空擋，即。
第三章 行星排的設計
3.1 K1行星排的設計
1. 齒數選擇：
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，調質，250—280HBS
3. 齒輪2-3按接觸強度計算：
按表2-27公式：
（3—1）
(1) 齒輪副配對材料對傳動尺寸的影響系數按表2-28，取=1
(2) 計算
(3) 按K=1.2-2，取K=1.4
(4)
(5) 計算齒寬系數，因，取。
故
（6）計算
（7）初定中心距：
（8）計算模數：
取標準值m=3mm
（9）中心距
4. K1傳動系主要尺寸：
（1） 太陽輪3的主要尺寸：
（2） 行星輪2的主要尺寸：
（3） 齒輪1 的主要尺寸：
5. 驗算K1行星傳動排的接觸強度
(1) 圓柱齒輪接觸應力計算公式：
（3—2）
———計算接觸應力的基本值
（3—3）
式中：“+”用于外嚙合傳動，“-”用于內嚙合傳動。
（2）計算
(3) 確定公式中的參數：
由《機械設計》：表10-2，查得：； 圖10-8查得：；
表10-4，查得：，
（4）確定參數
查得：=2.5 =189.8 =0.98 =1.0
（5）計算
將以上各數值代人接觸應力計算公式中，得：
又 所以, 故合格。
6. 齒輪抗彎強度校核
（1）齒根應力計算公式：
（3—4）
式中：——齒根應力的基本值
查得：, , , ,
代入公式得：
（2）驗算：
， 故合格。
3.2 K2行星排的設計
1. 齒數選擇：
取
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）內齒圈：35CrMoV，調質，250—280HBS
3. a—c齒輪按接觸強度初步計算
按（3—1）公式：
（1）齒輪副配對材料對傳動尺寸的影響系數按表2-28取=1
（2）
（3）K=1.2~2，取K=1.4
（4）
（5）計算齒寬系數：
， 式中取
（6）計算
（7）初定中心距：
（8）計算模數m
取標準值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) 內齒圈b的主要尺寸：
5. 驗算a-c齒輪傳動的接觸強度：
（1）圓柱齒輪接觸應力計算公式為
（2）計算
（3）確定參數：
由《機械設計》：表10-2 查得；圖10-8 查得
表10-4 查得
區(qū)域系數， ， 重合度系數
（4）代入公式 得。 又
， 故合格。
6. 齒輪抗彎強度校核
（1）齒根應力計算公式為
由于行星輪c受對稱循環(huán)的彎曲應力，其承載能力較低，應按該齒輪計算。根據《機械設計》查得 , , , ,
將相關數據代入公式 得
（2）驗算：
， 故合格。
7. b-c齒輪傳動的接觸強度和抗彎強度的校核
由于b-c齒輪是內嚙合齒輪傳動，承載能力高于外嚙合傳動，故不再進行驗算。
3.3 K3行星排的設計
我們參照K2行星排，取模數m=4mm。
，
故： ，
，
齒輪8因為齒數少于17，故需要變位。其變位系數。
3.4 太陽輪、行星輪和行星架的結構設計
3.4.1太陽輪的結構：
設計行星傳動時，太陽輪的結構取決于所采用的均載機構。當太陽輪不動時，它可簡支安裝或懸臂安裝。在本設計中，根據太陽輪尺寸的大小，我們做成了齒輪軸（如圖3-1）。
圖3-1 齒輪軸
3.4.2行星輪及行星架的結構：
行星輪和行星架是行星傳動中結構較復雜的一個重要零件。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3-2）的結構剛性比較好。
雙臂分離式行星架（如圖3-3）的結構較復雜，剛性較差。
單臂式行星架（如圖3-4），結構簡單，裝配方便，軸向尺寸小。本次設計部分即采用這種結構。
圖3-2 雙臂整體式行星架
圖3-3 雙臂分離式行星架 圖3-4 單臂式行星架
第四章 軸和軸承的設計
4.1 軸的設計及檢驗
已知： r/min Kw
（1）根據表9-16，選取45號鋼（調質處理）的及，取=35 MPa，=110
（2）圓周力
徑向力
（3）根據軸受力情況，按彎扭強度條件計算：
考慮到軸與聯(lián)軸器有鍵連結，故軸徑可增加5%，即
（4）按彎扭合成強度理論校核軸的強度
1) 水平支反力：
垂直支反力：
2）計算彎矩
水平彎矩：
C點左側
C點右側
垂直彎矩：
C點左側
C點右側
3) 求合成彎矩
C點左側：
C點右側：
4) 求扭矩
C點左側：
C點右側：
5）求合成彎扭矩
該軸為單向工作，轉矩產生的彎曲應力按脈動循環(huán)應力考慮，取，則
C點左側：
C點右側：
6）按彎扭合成強度理論校核軸的強度
校核剖面C處強度：
根據表9-15，查得45號鋼的 ，因此，故合格。
7）應力圖見圖4-1
(5) 軸的剛度校核：
階梯軸
取 ，所以 ，故合格。
（6）軸的設計如圖4-2
圖4-1 軸的應力圖
圖4-2 軸的設計圖
4.2 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 。
所以
驗算軸承壽命：
即，該軸承可以使用3年（按平均每天工作8小時，每年工作300天算）。
第五章 離合器與制動器的設計
離合器與制動器是行星齒輪變速器必不可少的元件。
5.1 離合器的設計
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構。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：徑向尺寸小，結合柔和，能獲得較大的摩擦面積，所以能傳遞較大的轉矩。改變離合器片數的多少，即可改變傳遞轉矩的大小。
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。
離合器摩擦片通?？績三X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、有機的高摩擦性材料，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。這種材料特點是多孔，網狀，具有彈性，摩擦系數高，高壓、高溫、高圓周速度時穩(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，總間隙因片數不同而異，一般為2~5mm。
離合器接合：當壓力油經過油道進入活塞缸時，油壓克服彈簧力推動活塞,將所有主、從動件依次壓緊，即鋼片與摩擦片在摩擦力的作用下一同旋轉。離合器接合，動力從輸入軸經離合器傳到輸出軸。
離合器分離：當油壓撤除后，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力傳遞。
離合器單向閥的作用：離合器液壓缸內的離心油壓，在接合時影響壓緊力和儲備系數，分離時影響徹底分離。為防止上述現(xiàn)象，設置單向閥，當壓力油經油道進入活塞游腔時，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排出，這時油壓推動活塞克服彈簧張力，使離合器接合。當油壓撤除后，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5—1 離合器簡圖
5.2 制動器的設計：
帶式制動器平順性差，襯片磨損不均。故近年來濕式多片制動器應用較多。濕式多片制動器在工作原理上，它與濕式多片離合器結構類似，僅鋼片固定不動。其摩擦面積大，轉矩容量大，且反作用元件不產生徑向集中反力，并易于通過增減摩擦片數來實現(xiàn)系列化。
圖5—2所示為常見液壓制動器。
圖5—2 液壓制動器的一種
第六章 主要零件的工藝設計
6.1太陽輪和行星輪的加工工藝
6.1.1工藝過程：
鍛造——退火——粗車——預備熱處理（正火）——半精車——粗滾齒——倒角—— 熱處理（滲碳淬火）——噴丸——精車（磨內孔及基準端面）——精滾齒——磨齒——檢查——鉗——倒棱
6.1.2 關鍵工序分析：
（1）滾齒及磨齒余量
對于的太陽輪，粗滾齒后留出磨齒所需余量，熱處理后可直接進行磨齒。對于的太陽輪，為了減少磨齒余量，提高磨齒效率，磨齒前可以采用硬質合金滾刀進行半精加工。
（2）噴丸
硬齒面的承載能力往往受抗彎疲勞強度的限制，因此關鍵是如何提高硬齒面的齒根抗彎疲勞強度。對齒輪進行噴丸處理，可以使齒根圓角處表面產生較大的殘余壓應力，另一方面使加工刀痕或熱處理表面缺陷壓平碾實，從而提高齒輪的彎曲疲勞強度。尤其是對于滲碳淬火齒輪齒根角處磨前滾齒留有刀痕時，受載時間比較大（循環(huán)次數大于）效果更為顯著。根據資料介紹，疲勞壽命可以成倍或幾倍地提高。
6.2 內齒圈加工工藝
6.2.1 工藝工程：
鍛造——退火——粗車——熱處理（調質）——精車——插齒——鉗
6.2.2 工藝分析：
（1）減小變形
內齒圈的結構特點多為薄壁筒形零件，剛性較差，容易變形。毛坯有鍛件和鑄件兩件。為了提高其力學性能和減少加工中的變形，一般精加工后都要進行調質處理。
內齒圈的精車要特別注意裝夾，夾緊力適當防止變形。同時要保證插齒基面和內齒圈中心線垂直，以減少齒向誤差和插齒時裝夾找正時間。
（2）插齒
插齒時內齒圈加工的主要工序，最難控制的是公法線變動量容易超差，這是由于插齒刀的制造誤差，安裝誤差，機床傳動鏈中蝸輪副的轉角誤差，工件的安裝誤差，主軸的徑向跳動等，都對齒輪的公法線變動量有影響。因此加工時應對各項影響因素加以調整和嚴格控制。在單件生產時，盡可能選用精度較高的插齒刀，并仔細安裝，使徑向擺動和端面跳動控制在最小范圍內，從而減少公法線變動量。
找正要求：
1）找正機床主軸，徑向和端面跳動不大于0.02mm
2）找正插齒刀臺，徑向和端面跳動要求見表6—1
3）找正齒頂圓及基準端面
表6—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
允許最大徑向跳動
6
75
10
10
100~125
15
10
160~200
20
15
（3）插齒刀的選用
按內齒圈齒面硬度選擇不同材料的插齒刀，內齒圈的硬度不超過280HBS時，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。
第七章 輔助系統(tǒng)設計
7.1 控制系統(tǒng)設計
我們采用液壓控制方式。該控制系統(tǒng)由動力源、執(zhí)行機構和控制機構三個部分組成。動力源是由液力變矩器泵輪驅動的油泵，它除了向控制機構、執(zhí)行機構供給壓力油以實現(xiàn)換檔外，還給液力變矩器提供冷卻補償油，向行星齒輪變速器供給潤滑油。
執(zhí)行機構包括離合器、制動器和液壓缸?？刂茩C構大體包括主油路系統(tǒng)、換檔信號系統(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。它有兩個工作位置，可以實現(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，換檔閥保持在右端；當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，換檔閥改變方向時，主油路的方向發(fā)生變化，以實現(xiàn)不同的檔位。如圖7—1所示：
圖7—1 換檔閥工作原理示意圖
圖中當換檔閥從左端移至右端時，自動變速器升高1個檔位；反之則降低1個檔位。
7.2 潤滑系統(tǒng)設計
潤滑目的：減少摩擦，防止磨損；冷卻作用，抑制摩擦熱的產生及散發(fā)所產生的熱度；洗凈作用，清除雜質、污垢；防銹作用，防止金屬表面生銹及腐蝕；應力分散作用，在接觸面上形成油膜，分散應力；密封防塵作用，防止漏氣、漏水，防止塵埃入侵。
潤滑方法:
(1) 飛濺潤滑
零件在高速旋轉時的飛濺作用，把連桿大端兩側溢出、刮油環(huán)刮落和冷卻活塞后掉下來的滑油濺到某些摩擦部位。一般用于油道輸送難以達到或承受負荷不大的摩擦部位，如氣缸套、凸輪、齒輪等。本設計多處采用這種方法。
（2）壓力潤滑
用潤滑油泵把滑油強壓循環(huán)輸送到所需的潤滑部位。適用于負荷較大的摩擦部位，如各個軸承和軸套等處。
壓力潤滑的優(yōu)點是：能保證滑油連續(xù)循環(huán)供應，使摩擦件的工作安全可靠，并有強烈的清洗作用，可通過潤滑系統(tǒng)的壓力表和溫度計掌握控制潤滑情況，便于實現(xiàn)自動控制，可使用粘度較低的滑油，使用期長，耗量少。因此壓力潤滑應用最廣泛。本設計大部分即采用壓力潤滑。
第八章 結論
本次設計是五前一倒三行星排傳動系統(tǒng)，即行星齒輪變速器的一部分。變速器是車輛不可或缺的一部分，其中的技術發(fā)展到今天，已經相當成熟，但對于我們還沒有踏出校門的學生來說，其中的設計理念還是值得我們去討論、學習的。
對于本次設計的變速器來說，其特點是：扭轉變化范圍大可以滿足不同的工況要求，結構簡單，易于生產、使用、維護，價格低廉，噪聲低，齒輪不易損壞。本次設計的變速器傳動比范圍大，可以滿足汽車在不同工況下的要求，達到了其經濟性和動力性要求。
在此次設計的過程中，由于各部件的設計都采用比較開放的標準，因此，安全系數不高，機器又顯得比較臃腫，這是此次設計的不理想之處。但是，在以后的學習和工作中，我會繼續(xù)加強這方面的學習和研究。
緊張忙碌的畢業(yè)設計已經臨近尾聲，此次設計是對我大學四年來的學習的一次最綜合的檢驗，也是一次綜合的學習過程。畢業(yè)設計不僅使我學習和鞏固了專業(yè)課知識而且了解了不少有關汽車方面的知識，個人能力得到了很大的提高。
在此十分感謝韓利春老師對我的大力支持和指導。
參考文獻
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【5】濮良貴,紀名剛，機械設計，北京：高等教育出版社，第八版，2006.5
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