自動(dòng)變速器機(jī)械傳動(dòng)方案分析與模糊評(píng)價(jià)研究

于琦

摘 ? 要：自動(dòng)變速器是指可以在汽車行駛過(guò)程中可以改變汽車齒輪傳動(dòng)比的汽車變速器，而機(jī)械式自動(dòng)變速器是一種新型的變速器，它的主要作用是通過(guò)電子控制實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)干式離合器和手動(dòng)齒輪變速器的自動(dòng)換檔，機(jī)械式自動(dòng)變速器的控制過(guò)程基本是模擬駕駛員的操作。本文主要分析三自由度三行星排行星齒輪傳動(dòng)變速器的傳動(dòng)方案，并且對(duì)行星齒輪傳動(dòng)變速器的不同方案進(jìn)行模糊評(píng)價(jià)分析，通過(guò)模糊評(píng)價(jià)，得出最終的評(píng)價(jià)結(jié)果。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)變速器 ?傳動(dòng)方案分析 ?模糊評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：TH164 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）02（b）-0113-02

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，人們的生活水平有了顯著提高，汽車已經(jīng)成為了目前最常用的交通工具。隨著人們對(duì)生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高，對(duì)汽車的選擇也有了一定的要求。汽車動(dòng)能、耗油量和排放量是現(xiàn)代人們選擇汽車時(shí)的首要要求，為了滿足客戶的需求，汽車設(shè)計(jì)也在不斷改進(jìn)之中。目前汽車發(fā)展的最大趨勢(shì)是增加檔位數(shù)。檔位數(shù)增加能夠增加傳動(dòng)比的范圍，減少傳動(dòng)比間隔。而在汽車變速裝置中起著決定性因素的是機(jī)械傳動(dòng)部分的性能的好壞。從目前來(lái)看，轎車行星變速器主要采用的是五檔變速器，而五檔變速器的特點(diǎn)是采用三自由度三行星排行星齒輪傳動(dòng)，但是，三自由度三行星排行星齒輪傳動(dòng)的方案有許多種，探究一種最為合理的方案是目前主要研究的問(wèn)題。

1 ?三自由度行星齒輪傳動(dòng)變速器等效杠桿分析法

一般情況下一個(gè)行星排的構(gòu)成要素主要有四種，分別是由太陽(yáng)輪、行星輪、齒圈以及行星架，因此可以根據(jù)行星排結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以把一個(gè)行星排等效成一個(gè)垂直杠桿和三個(gè)支點(diǎn)。這三個(gè)支點(diǎn)就分別代表太陽(yáng)輪、行星架、齒圈。對(duì)于單排的行星結(jié)構(gòu)是行星架為中間的支點(diǎn)，兩邊的支點(diǎn)是太陽(yáng)輪和齒圈;而對(duì)于雙排的行星結(jié)構(gòu)是中間的支點(diǎn)是齒圈，兩邊的支點(diǎn)是太陽(yáng)輪和行星架。而且太陽(yáng)輪到齒圈的距離和行星輪到齒圈的距離是分別和太陽(yáng)輪的齒數(shù)以及齒圈的齒數(shù)成正比的。

如果是多行星排排列，那么可以把每一個(gè)行星排看做一個(gè)垂直杠桿和三個(gè)支點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。在具體處理問(wèn)題的時(shí)候一般有兩種方式，分別是把這些杠桿重疊在一起或者是分開(kāi)來(lái)處理。如果采用杠桿重疊的方式需要把相互連接的部分看成一個(gè)點(diǎn);如果是分開(kāi)就是原本連接的點(diǎn)的位置用水平線來(lái)代替。但是不論是重疊還是分開(kāi)都需要重新改變力臂，在調(diào)整力臂時(shí)一定要保證連接部分合并點(diǎn)之間的力臂長(zhǎng)度相等，并且各杠桿力臂長(zhǎng)度比不變，這樣將多個(gè)行星排的杠桿圖合并為一個(gè)總杠桿。

2 ?五檔變速器行星齒輪傳動(dòng)方案分析

變速器對(duì)結(jié)構(gòu)上的要求非常的嚴(yán)格，首先自動(dòng)器必須能夠引出，為了避免造變速器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜和混亂，所以行星排之間不應(yīng)該有太多的迂回線。各行星排k值的接近程度是多排齒輪行星變速器的制造工藝最大的影響因素，如果k值越不接近，那么說(shuō)明各行星排的制造工藝就越差，反之越好。為了避免造成變速器的結(jié)構(gòu)不合理，各行星排齒圈的齒數(shù)應(yīng)該盡量保證數(shù)量一致。另外，為了減小傳遞的摩擦力距，離合器的位置應(yīng)該盡量放在變速器中的高速軸上。最后，換擋操縱一定要簡(jiǎn)單，為了達(dá)到便于操縱控制的目的，要盡量實(shí)現(xiàn)分離和結(jié)合一個(gè)接合元件實(shí)現(xiàn)換擋。

3 ?傳動(dòng)系統(tǒng)的性能分析

一般情況下，傳動(dòng)系統(tǒng)的性能分析主要是借助相應(yīng)的計(jì)算機(jī)輔助分析程序進(jìn)行分析，通常分析可以分為三大類，分別是檔位分析，運(yùn)動(dòng)分析以及力距分析。通過(guò)分析會(huì)發(fā)現(xiàn)行星輪或者基本構(gòu)件轉(zhuǎn)速過(guò)高的問(wèn)題主要發(fā)生在傳動(dòng)比為0.54的超速檔中。轉(zhuǎn)速是導(dǎo)致負(fù)荷的重要因素，一旦轉(zhuǎn)速過(guò)高將會(huì)引起附加慣性動(dòng)載荷，從而影響軸承的壽命應(yīng)予以排除。由此可見(jiàn)，單行星排和三星行排的齒輪傳動(dòng)變速器只能實(shí)現(xiàn)5個(gè)前進(jìn)檔而不能實(shí)現(xiàn)6個(gè)前進(jìn)檔，5個(gè)前進(jìn)檔分別是一個(gè)倒檔，一個(gè)超速檔，一個(gè)直接檔和三個(gè)減速檔。

4 ?變速器行星齒輪傳動(dòng)方案的模糊綜合評(píng)判

4.1 傳動(dòng)方案的評(píng)價(jià)因素

傳動(dòng)方案的評(píng)價(jià)因素不僅有許多種，而且它主要還受不同的使用條件影響，不同的使用條件會(huì)導(dǎo)致不同的取用因素和影響程度。本文僅選取尺寸參數(shù)、工藝參數(shù)、平均效率、運(yùn)動(dòng)參數(shù)、矩參數(shù)摩案力矩參數(shù)等作為評(píng)價(jià)因素。本文把評(píng)語(yǔ)分為很合適、較合適、合適、不合適四個(gè)等級(jí)，運(yùn)用這四個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)去評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)因素。

4.2 各種評(píng)價(jià)因素的隸屬函數(shù)

利用模糊評(píng)價(jià)的方式處理概念時(shí)需要用到模糊數(shù)學(xué)，所以隸屬函數(shù)對(duì)于模糊評(píng)價(jià)來(lái)說(shuō)是十分重要的。因?yàn)槿绻`屬函數(shù)的選用不太恰當(dāng)很容易造成離實(shí)際情況差別比較大，從而導(dǎo)致結(jié)果的可信度比較低。所以一般在選用隸屬函數(shù)時(shí)都按照卡曼夫收集的常用隸屬函數(shù)來(lái)進(jìn)行選擇。

（1）尺寸參數(shù)L：結(jié)構(gòu)參數(shù)k的定義是變速器中一個(gè)行星排的齒圈齒數(shù)和太陽(yáng)輪齒數(shù)的比值。一般情況下，結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理范圍在1.5～4.5之間，但是由實(shí)際測(cè)試的結(jié)果可表明，想要保證行星排具有最小尺寸和質(zhì)量1，k值必須在2.5～3.0之間。無(wú)論k值怎樣變化，它的輪廓尺寸與質(zhì)量都會(huì)增加，說(shuō)明有一個(gè)理想值，所以可以假設(shè)k=2.8是k的理想值，由于在每種方案中都有多個(gè)行星排，所以存在著很多k的值。就假設(shè)一種來(lái)說(shuō)：假設(shè)（k-2.8）為最大值的k值作為尺寸參數(shù)L的數(shù)值，而尺寸參數(shù)L是影響行星齒輪變速器的尺寸和質(zhì)量的重要指標(biāo)。在建立尺寸參數(shù)L的隸屬函數(shù)時(shí)，因結(jié)構(gòu)復(fù)雜的方案以先期淘汰，故套軸層數(shù)可不考慮。當(dāng)k接近邊界值1.5和4.5的時(shí)候，變速器的輪廓尺寸與質(zhì)量都會(huì)明顯增加。

（2）工藝參數(shù)T：工藝參數(shù)是為了比較k而引入的參量，被定義為在同一種方案中k的最小值和最大值之間的比值。在同一種方案中，存在多個(gè)k而這些k之間的接近程度就是對(duì)多排行星齒輪變速器的最大影響因素，所以利用工藝參數(shù)這個(gè)參量來(lái)對(duì)此因素進(jìn)行比較分析。根據(jù)大量數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)T接近1的時(shí)候，多排行星齒輪變速器的性能最好;而當(dāng)T越來(lái)越少的時(shí)候，多排行星齒輪變速器的性能也越來(lái)越不好。工藝性能最差的時(shí)候是k取邊界值15或者4.5的時(shí)候，此時(shí)T=0.33。

（3）效率η：在滿負(fù)荷的情況下，行星齒輪變速器的任何一臺(tái)的效率都不應(yīng)該低于0.6，如果效率低于0.6就會(huì)失去存在的價(jià)值。

（4）運(yùn)動(dòng)參數(shù)N：，附加慣性動(dòng)載荷是影響軸承壽命的主要因素，而行星齒輪及基本構(gòu)件的轉(zhuǎn)速過(guò)高是導(dǎo)致附加慣性動(dòng)載負(fù)荷的主要原因。因此，必須合理控制行星輪及基本構(gòu)件的速度，一般情況下其絕對(duì)速度以不能夠超過(guò)主軸轉(zhuǎn)速的1倍，作為方案評(píng)價(jià)的因素之一，應(yīng)為nmax≤2no.運(yùn)動(dòng)參數(shù)N定義為N= nmax/no.

綜上所述，可以通過(guò)對(duì)變速器各行星齒輪傳動(dòng)方案的多目的模糊評(píng)價(jià)，總結(jié)為如下特點(diǎn)：

（1）如果三自由度三行星排實(shí)現(xiàn)五個(gè)前進(jìn)檔，可以很好的符合各項(xiàng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，但是，如果要實(shí)現(xiàn)六個(gè)前進(jìn)檔，那么第二個(gè)超速就會(huì)出現(xiàn)行星排基本構(gòu)件和輸入轉(zhuǎn)速的比值大于二。

（2）定量化的數(shù)學(xué)方法是對(duì)變速器各行星齒輪傳動(dòng)方案的模糊評(píng)價(jià)目標(biāo)進(jìn)行處理的主要方法，這樣方法具有科學(xué)、合理、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。

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