自动变速器机械传动方案分析与模糊评价研究
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摘 要：自动变速器是指可以在汽车行驶过程中可以改变汽车齿轮传动比的汽车变速器，而机械式自动变速器是一种新型的变速器，它的主要作用是通过电子控制实现对传统干式离合器和手动齿轮变速器的自动换档，机械式自动变速器的控制过程基本是模拟驾驶员的操作。本文主要分析三自由度三行星排行星齿轮传动变速器的传动方案，并且对行星齿轮传动变速器的不同方案进行模糊评价分析，通过模糊评价，得出最终的评价结果。
关键词：自动变速器 传动方案分析 模糊评价
中图分类号：TH164 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）02（b）-0113-02
随着社会的快速发展，人们的生活水平有了显著提高，汽车已经成为了目前最常用的交通工具。随着人们对生活质量的要求越来越高，对汽车的选择也有了一定的要求。汽车动能、耗油量和排放量是现代人们选择汽车时的首要要求，为了满足客户的需求，汽车设计也在不断改进之中。目前汽车发展的最大趋势是增加档位数。档位数增加能够增加传动比的范围，减少传动比间隔。而在汽车变速装置中起着决定性因素的是机械传动部分的性能的好坏。从目前来看，轿车行星变速器主要采用的是五档变速器，而五档变速器的特点是采用三自由度三行星排行星齿轮传动，但是，三自由度三行星排行星齿轮传动的方案有许多种，探究一种最为合理的方案是目前主要研究的问题。
1 三自由度行星齿轮传动变速器等效杠杆分析法
一般情况下一个行星排的构成要素主要有四种，分别是由太阳轮、行星轮、齿圈以及行星架，因此可以根据行星排结构特点，可以把一个行星排等效成一个垂直杠杆和三个支点。这三个支点就分别代表太阳轮、行星架、齿圈。对于单排的行星结构是行星架为中间的支点，两边的支点是太阳轮和齿圈;而对于双排的行星结构是中间的支点是齿圈，两边的支点是太阳轮和行星架。而且太阳轮到齿圈的距离和行星轮到齿圈的距离是分别和太阳轮的齿数以及齿圈的齿数成正比的。
如果是多行星排排列，那么可以把每一个行星排看做一个垂直杠杆和三个支点的结构。在具体处理问题的时候一般有两种方式，分别是把这些杠杆重叠在一起或者是分开来处理。如果采用杠杆重叠的方式需要把相互连接的部分看成一个点;如果是分开就是原本连接的点的位置用水平线来代替。但是不论是重叠还是分开都需要重新改变力臂，在调整力臂时一定要保证连接部分合并点之间的力臂长度相等，并且各杠杆力臂长度比不变，这样将多个行星排的杠杆图合并为一个总杠杆。
2 五档变速器行星齿轮传动方案分析
变速器对结构上的要求非常的严格，首先自动器必须能够引出，为了避免造变速器结构的复杂和混乱，所以行星排之间不应该有太多的迂回线。各行星排k值的接近程度是多排齿轮行星变速器的制造工艺最大的影响因素，如果k值越不接近，那么说明各行星排的制造工艺就越差，反之越好。为了避免造成变速器的结构不合理，各行星排齿圈的齿数应该尽量保证数量一致。另外，为了减小传递的摩擦力距，离合器的位置应该尽量放在变速器中的高速轴上。最后，换挡操纵一定要简单，为了达到便于操纵控制的目的，要尽量实现分离和结合一个接合元件实现换挡。
3 传动系统的性能分析
一般情况下，传动系统的性能分析主要是借助相应的计算机辅助分析程序进行分析，通常分析可以分为三大类，分别是档位分析，运动分析以及力距分析。通过分析会发现行星轮或者基本构件转速过高的问题主要发生在传动比为0.54的超速档中。转速是导致负荷的重要因素，一旦转速过高将会引起附加惯性动载荷，从而影响轴承的寿命应予以排除。由此可见，单行星排和三星行排的齿轮传动变速器只能实现5个前进档而不能实现6个前进档，5个前进档分别是一个倒档，一个超速档，一个直接档和三个减速档。
4 变速器行星齿轮传动方案的模糊综合评判
4.1 传动方案的评价因素
传动方案的评价因素不仅有许多种，而且它主要还受不同的使用条件影响，不同的使用条件会导致不同的取用因素和影响程度。本文仅选取尺寸参数、工艺参数、平均效率、运动参数、矩参数摩案力矩参数等作为评价因素。本文把评语分为很合适、较合适、合适、不合适四个等级，运用这四个评价等级去评价评价因素。
4.2 各种评价因素的隶属函数
利用模糊评价的方式处理概念时需要用到模糊数学，所以隶属函数对于模糊评价来说是十分重要的。因为如果隶属函数的选用不太恰当很容易造成离实际情况差别比较大，从而导致结果的可信度比较低。所以一般在选用隶属函数时都按照卡曼夫收集的常用隶属函数来进行选择。
（1）尺寸参数L：结构参数k的定义是变速器中一个行星排的齿圈齿数和太阳轮齿数的比值。一般情况下，结构参数的合理范围在1.5～4.5之间，但是由实际测试的结果可表明，想要保证行星排具有最小尺寸和质量1，k值必须在2.5～3.0之间。无论k值怎样变化，它的轮廓尺寸与质量都会增加，说明有一个理想值，所以可以假设k=2.8是k的理想值，由于在每种方案中都有多个行星排，所以存在着很多k的值。就假设一种来说：假设（k-2.8）为最大值的k值作为尺寸参数L的数值，而尺寸参数L是影响行星齿轮变速器的尺寸和质量的重要指标。在建立尺寸参数L的隶属函数时，因结构复杂的方案以先期淘汰，故套轴层数可不考虑。当k接近边界值1.5和4.5的时候，变速器的轮廓尺寸与质量都会明显增加。
（2）工藝参数T：工艺参数是为了比较k而引入的参量，被定义为在同一种方案中k的最小值和最大值之间的比值。在同一种方案中，存在多个k而这些k之间的接近程度就是对多排行星齿轮变速器的最大影响因素，所以利用工艺参数这个参量来对此因素进行比较分析。根据大量数据显示，当T接近1的时候，多排行星齿轮变速器的性能最好;而当T越来越少的时候，多排行星齿轮变速器的性能也越来越不好。工艺性能最差的时候是k取边界值15或者4.5的时候，此时T=0.33。
（3）效率η：在满负荷的情况下，行星齿轮变速器的任何一台的效率都不应该低于0.6，如果效率低于0.6就会失去存在的价值。
（4）运动参数N：，附加惯性动载荷是影响轴承寿命的主要因素，而行星齿轮及基本构件的转速过高是导致附加惯性动载负荷的主要原因。因此，必须合理控制行星轮及基本构件的速度，一般情况下其绝对速度以不能够超过主轴转速的1倍，作为方案评价的因素之一，应为nmax≤2no.运动参数N定义为N= nmax/no.
综上所述，可以通过对变速器各行星齿轮传动方案的多目的模糊评价，总结为如下特点：
（1）如果三自由度三行星排实现五个前进档，可以很好的符合各项评价标准，但是，如果要实现六个前进档，那么第二个超速就会出现行星排基本构件和输入转速的比值大于二。
（2）定量化的数学方法是对变速器各行星齿轮传动方案的模糊评价目标进行处理的主要方法，这样方法具有科学、合理、准确的优点。
参考文献
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