行星齿轮变速器传动方案的设计方法研究

    引言

    行星齿轮变速器由几个单排2K-H型周转轮系和若干换档元件(制动器、离合器等)组成[1~2]。但如果不借鉴现有设计,一般科技人员很难设计出机构简图,并确定各轮齿数[3]。本文提出一种简便易行的、用行星排简图进行组合的设计方法。并举例说明二自由度和三自由度行星齿轮变速器的组合设计及齿数计算方法。

    1　理论基础

    图1a为单排2K-H型差动轮系(单行星排),可用图1b所示简图表示,黑圆点表示基本构件,a为太阳轮、b为齿圈、H为转臂。3个基本构件的转速应满足下式[1] 

    式中,齿数比k=zb/za,又称为特性系数[1],为缩小结构尺寸和保证安装,通常取k=4/3~4[1]

    由(na-nH)/(nb-nH)=-k可得下式  

    将式(2)两端同乘以1/nb、1/nH后可得  

    式(3)~式(4)反映3个基本构件之间的速比关系,用来推导行星传动的传动比式十分简便[4]。

    两个单行星排通过两个基本构件联接,有12种固联方案[2],图1的c~e为其中3种。每种固联方案改变输入、输出构件及制动构件,又可得4个或8个双排传动方案,推导出每个方案的传动比式,并代入k值,再根据传动比数值,容易从中挑选出适合作变速器的传动方案。

    图1e中,转臂H1与H2、轮b1与a2固联,轮a1为输入构件,H2为输出构件。现以此传动简图为例,介绍其传动比式推导方法。

    当制动器B2松开,B1结合时,轮系1为行星轮系,其传动比式为 

    当B1松开,B2结合时,轮系1被轮系2封闭,构成封闭式轮系,其传动比式推导如下

    (1)由固联关系得,nb1=na2、nH1=nH2,即 

    (2)按式(4)对行星排1可写出下式

    ia1H1=k1(1-ib1H1)+1

    (3)将式(5)代入上式,可得传动比式

    ia1H2=ia1H1=1-k1k2

    若给定k=2~3(使结构紧凑),以前进挡i=0.6~10和倒挡i=-2~-10为限,经筛选,有15个双排传动方案适合作变速器。

    表1仅列出其中5个双排和4个单排传动方案简图,供设计者进行组合设计及齿数计算。 

    2　设计举例

    2.1　二自由度行星变速器的设计

    [例1]　设计二自由度3前进挡行星变速器,要求有直接挡,1挡i1≈3.8,2挡i2≈1.95,倒挡i≈-6。

    [解]　分析表1中各方案传动比数值范围知,可在满足前进挡要求的双行星排上组合一个能提供倒挡传动比的双行星排。有几种设计方案。

    图2a为满足要求的三行星排简图,它是在序号2的简图上增加第3个行星排,而第3与第2个行星排正好构成序号5中能提供倒挡传动比的双行星排。由图2a容易画出图2b所示机构简图。