基于杠杆法的拉维纳式变速器传动方案分析

张鹏飞

摘 要：本篇论文介绍了一种分析方法——杠杆法。杠杆法能明确表达齿轮结合和分离所起的作用，可以直观的看出各个齿轮的旋转方向，以及系统是减速还是增速。详细分析行星齿轮机构的状态，各个齿轮在行星机构中的作用，并且通过该方法分析拉维纳自动变速器的各档路线，求解传动比，从而选择最佳传动方案。设计者可根据这种方法不断搭配各种传动方案，制造可能性，为新的传动方案奠定理论基础。

关键词：行星齿轮;杠杆法;档位分析

到目前为止，传统燃油车上所使用的自动变速器大致可以分为两类，一类称为辛普森式，另一类称为拉维娜式。拉维娜式自动变速器相对于辛普森式自动变速器在结构式更加紧凑，因此拉维娜式自动变速器在家用轿车中的应用更为广泛，所以本篇论文中将利用杠杆法介绍这类自动变速器的一种简单的档位分析方法。

1 拉维娜式自动变速器简介

1.1 变速器结构

拉维娜自动变速器由三部分组成：液力元件、控制机构及变速机构。

1.2 拉维纳变速器特点

（1）行驶平稳，舒适性好

自动变速器换挡过程比较平顺，没有冲击，汽车行驶比较平稳，乘车的舒适性良好。

（2）易于操作

相比较于之前的手动变速器来说，自动变速器在结构上省去了离合器踏板，简化了换挡过程，驾驶过程中对驾驶人员的体力要求降低，驾驶乐趣更高。

（3）提高了汽车的平顺性

但此类自动变速器也存在相应的缺点：相对于传统手动变速器来说，结构设计上更加困难，对零件的加工要求也更高，基于这两点，自动变速器的制造成本明显高于手动变速器，并且也给后期的维修带来一定的难度。

2 单排行星轮系的等效方法

通常情况下，自动变速器所使用的行星轮系都是由多排行星排组合而成，在等效时先将每排行星排单独画出，找到每个行星排之间的连接点，并用直线将两点相连，调整各行星排的相对位置，并按比例调整各支点的长度，保证对应两点间的长度比与所表示的齿轮副的齿数比一致。如图1所示。

利用三角形相似原理就可以得出杠杆法的水平角速度符合转速方程式。

3 杠杆法分析拉维纳式变速器的传动方案

3.1 档位分析

变速器是由行星机构加上结合原件组成，在上图的基础上加上摩擦结合原件（离合器和制动器）和自由轮，并画上和标出输入和输出构件既得到行星变速器等效杠杆图。大众汽车上使用的01N和01M等都是拉维纳变速机构的典型应用，如图2，下面以01M为研究对象，采用杠杆法进行档位分析。

利用等效杠杆速度线图来表示拉维娜自动变速器各档位，各个构件的基本转速和各结合原件的相对转速，绘制如图3所示的等效杠杆图。

3.2 用档位线计算传动比

下面将单独分析各档的档位线杠杆图：

3.2.1 D位1档

D位1档位前进档位，来自发动机的动力从后排的太阳轮输入，在齿圈处输出至车轮，驱动汽车行驶，根据此档位传动路线可知，该状态下齿圈和太阳轮旋转方向相同，因此D位1档的档位线应是图3中所绘制的情况，利用数学关系式可计算出该档位的传动比。

从档位 1 的杠杆图可以及相似三角形原理以看出，传动比，设，求。

3.2.2 D位2档

二挡的动力输入与一档相同，都有后排太阳轮完成，固定件变成了前排太阳轮S1，动力由齿圈输出，可得2档档位线如图3。

2档时，太阳轮S2为输入元件，行星架PC1约束，根据相似三角形原理得：

根据相似三角形定理，传动比

根据公式（1）（2）（3）求出，

所以2档传动比

3.2.3 D位3档（直接档）

根据行星齿轮系的传动特点，系统中任意两个构件以相同速度旋转时，第三个构件必定以相同的速度旋转，可将整个系统作为一个刚性整体，因此3档的传动比不需要计算，可直观看出是1。

3.2.4 D位4档（超速档）

根据该档位的状态可知，系统中太阳轮S1被制动，视为固定件，发动的动力由行星架输入，动力输出依然由共用齿圈完成，因此可绘制如图3所示的超速档档位线，传动比可计算如下：

根据相似三角形定理，传动比

根据（1）（2）（3）能求出，，

最后求出传动比

3.2.5 R档

倒挡工作过程中，系统中的固定件位行星架，动力输入元件为前排太阳轮，齿圈作为系统的动力输出元件，绘制档位线如图3，并可直观看出输入和输出元件的旋转方向相反，实现倒挡，档位传动比i可计算如下：

根据相似三角形定理，传动比

根据公式（1）（2）（3）能求出，

所以传动比

因为倒档，传动方向与输出方向相反，所以传动比。

4 结语

本文简单的介绍了拉维纳变速器的结构及工作原理，并阐述了杠杆法的主要方法和步骤，最后利用杠杆法的基本原理具体分析了拉维纳式自动变速器01M的各档位，并计算传动比予以验证，结果正确。

杠杆法集所有图解法之大成，熟练运用可以解决更多的问题，所以更有开发性，研究性。

参考文献：

[1]杨桂香，郭志强，王明海，杨珍.行星齿轮传动速比计算方法综述[J].拖拉机与農用运输车，2013（1）：4-6.

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