典型齿轮变速机构剖析

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1、第四节 典型齿轮变速机构传动分析,由于单排行星齿轮机构不能满足汽车行驶中变速变矩的需要。为了增加传动比的数目， 可以通过增加行星齿轮机构来实现。在自动变速器中，两排或多排行星齿轮机构组合在一起， 用以满足汽车行驶需要的多种传动比。,多排行星齿轮机构一般布置形式,两排行星齿轮机构共用一个太阳轮辛普森式行星齿轮机构。 有两个太阳轮，两排行星齿轮共用一个齿圈拉威娜式行星齿轮机构。 有些附加一套单排行星齿轮机构实现超速档,辛普森行星齿轮系统,辛普森式行星齿轮机构由4个独立的元件组成：前齿圈、前后太阳轮组件、后行星架、前行星架和后齿圈组件 辛普森式行星齿轮机构是双排行星齿轮机构，它由两个内啮合式单排行星

2、齿轮机构组合而成，能提供三个前进挡和一个倒挡。 前面可以加一排超速行星齿轮机构,1-前齿圈；2-前行星轮；3-前行星架和后齿圈组件 4-前后太阳轮组件；5-后行星轮；6-后行星架,辛普森式行星齿轮机构示意图,辛普森式行星齿轮机构实物结构,辛普森式行星齿轮系统,1-第一轴；2-前行星排；3-二挡制动器；4-低、倒挡制动器；5-单向离合器；6-第二轴；7-后行星排；8-前进离合器；9-直接挡离合器,辛普森式行星齿轮系统,各挡位状态下五个执行元件的工作情况如表。,辛普森式行星齿轮系统,1)前进1档（D位1档） 一挡时，前进离合器C2结合，使输入轴和前齿圈连接，同时单向离合器F处于自锁状态，后行星架被

3、固定，如图。来自发动机的动力经输入轴、前进离合器C2传给前齿圈，使前齿圈朝顺时针方向转动。 在1档时，前后两行星排都 参加动力传递，与发动机输出 转速相比，经变速器以后转速 下降、转矩增加，汽车能以较 大的牵引力克服行驶阻力低速 前进。,n11+1n12 (1+1) n130 （前排） n21+2n22 (2+1) n230 (后排) 式中：n23=0; n11=n21; n13=n22 经整理得:i=n12n13= (1 + 1 + 2)1,1挡传动比的计算：,辛普森式行星齿轮系统,2)前进2档（D位2档） 当前进离合器C2和二挡制动器B1同时工作时，行星齿轮变速器处于二挡。此时输入轴经前进

4、离合器C2和前齿圈连接，同时太阳轮组件被二挡制动器B1固定。发动机动力经液力变矩器和输入轴传给后排齿圈，使之朝顺时针方向转动。 在二挡状态下，汽车滑行 时驱动轮的反向驱动力可经过 行星齿轮变速器传至发动机， 即具有发动机制动作用。,n11+1n12 (1+1) n130 (前排) n21+2n22 (2+1) n230 (后排) 式中： n11=n21=0; n13=n22 经整理得:i=n12n13= (1 + 1)1,2挡传动比的计算：,辛普森式行星齿轮系统,3)前进3档（D位3档） 当行星齿轮变速器处于三挡时，前进离合器C2和直接挡离合器C1同时接合，把输入轴与前齿圈及太阳轮组件连接为一

5、个整体。 行星齿轮变速器在三 挡位具有反向传递动力的 能力，在汽车滑行时能实 现发动机制动。,辛普森式行星齿轮系统,4)手动1档（1位或L位） 为了利用发动机制动，可将变速器操纵手柄从“D”位移至“1”位，即手动1档。自动变速器在手动1档时能产生发动机制动作用，如图。C2，B2起作用,辛普森式行星齿轮系统,5)倒档（R位） 倒挡时，直接挡离合器C1接合，使输入轴与前、后太阳轮组件连接，同时低、倒挡制动器B2产生制动，将后行星架固定。此时发动机动力经输入轴传给太阳轮组件，使太阳轮朝顺时针方向转动。由于后行星架固定不动，因此在后行星排中，后行星轮在后太阳轮的驱动下朝逆时针方向转动，并带动后齿圈朝逆

6、时针方向转动，如图。,A341E行星齿轮变速机构,如图所示:,A341辛普森式自动变速器的结构和工作原理如图：,如图所示:,1、三排四档 应用三个单行星轮行星排，超速排、前、后之分，太阳轮共用，前行星架和后齿圈一体，两排有四个独立的元件。 2、四个制动器、三个离合器、三个单向离合器组成一个四速自动变速器。其中有十个执行元件如下：,其中： 三个多片湿式离合器 、 、 三个多片湿式制动器 、 、 一个带式制动器 两个单向离合器 、 一个超越离合器,增加了一个超速排、辛普森双排行星轮上增加了B2，F1,超速排,超速排传动分析,超速排传动分析,输入元件：行星架 输出元件：齿圈 约束元件：太阳轮 约束方

7、法：与变速器壳体（超速） B0 与行星架（直接档） C0或F0,超速排：C0,F0的作用,若在D1档直接使用C0，在直接档升超速档时，液压控制系统需要完成：C0的泄油，B0的增压，这样会引起： 1.C0已经完全释放，而B0还没有完全结合，动力传递中断，车辆出现空档现象； 2.B0已经结合，而C0还没有释放，变速器乱档，车辆出现强烈的发动机制动现象。 有了F0，直接档升超速档时，液压控制系统可以让C0相对于B0提前或快速释放，在B0还没有结合前，F0还保持着直接档的工作状态，等B0结合时（F0释放），变速器完成了换档，改善了换档品质。 若只有F0，没有C0会如何？,辛普森行星齿轮变速器换档执行元

8、件,结构,B0：超速挡制动器 F0：超速挡单向离合器 C0：超速挡离合器 B1：挡滑行制动器 F1：挡单向离合器 C1：前进挡离合器 B2：挡制动器 F2：低挡单向离合器 C2：高挡及倒挡离合器 B3：低挡及倒挡制动器,C0：超速档离合器，可使动力从超速行星架传给太阳轮 C1：前进档离合器，可使动力由中间轴传给前齿圈，在所有前进档都工作 C2：高档、倒档离合器，可使动力由中间轴传给前后太阳轮，在高速档和倒档工作； B0：超速档制动器，制动超速行星机构的太阳轮，只有超速档时工作； B1：2档滑行制动器，制动前后太阳轮自22档时工作；,B2（F1）：2档制动器，锁止F1的外圈，在D2、D3、OD、

9、22均工作。 B3：低、倒档制动器，锁止后排行星齿轮架，在R、L档工作； F0：超速单向离合器，防止太阳轮超过行星 架， 除P、R、OD均工作； F1：与B2一起，阻止太阳轮逆时针 转，在D2 、 22工作； F2：阻止后行架逆时针转动，在D1时工作。,执行元件认识 3个离合器、4个制动器和3个单向离合器共10个。,自动变速器换挡手柄有六个位置： P、R、N、D、2、L。,（1）换挡手柄位于“D”位时,D位1挡： C0 、 F0 、 C1 、 F2工作，变速器处于D位1挡。,D位1挡： C0 、 F0 、 C1 、F2工作，变速器处于D位1挡。,位挡时，离合器1和单向离合器2工作。输入轴通过离

10、合器1带动前齿圈顺时针转动，因前行星架和后齿圈与输出轴相连在汽车起步前转速为（起步后转速也为一个确定的低值），所以前行星轮在前齿圈的驱动下一方面朝顺时针方向作公转，带动前行星架朝顺时针方向转动，另一方面作顺时针方向的自转，并带动前、后太阳轮组件朝逆时针方向转动。,在后行星排中，由于和输出轴连接的后齿圈转速很低，后行星轮在后太阳轮驱动下朝顺时针方向作自转时，对后行星架产生一个逆时针方向的力矩，而单向离合器2对后行星架在逆转时具有锁止作用，因此后行星架固定不动，使后齿圈在后行星轮的驱动下朝顺时针方向转动（图224）。由此可知，位挡时，由输入轴传入的动力经前后行星排同时输出，其目的是防止在传递大的扭

11、矩时单排传力而出现过载损坏。,当汽车在位挡工作时，若驾驶员突然松开油门踏板，发动机转速将立即降至怠速。汽车在惯性作用下仍以原车速前进，驱动车轮将通过自动变速器输出轴反向带动行星齿轮变速器运转，行星齿轮机构的前行星架和后齿圈组件成为主动件，前齿圈为从动件。,当前行星架朝顺时针方向带动前行星轮转动时，由于前齿圈转速较低，前行星轮在顺时针公转的同时也朝逆时针方向作自转，从而带动前、后太阳轮组件以较高的转速顺时针转动，导致后太阳轮和后齿齿圈同时以较高的转速朝顺时针方向带动后行星齿轮转动，使后行星轮在自转的同时对后行星架产生一个顺时针方向的力矩。单向离合器2对后行星架无顺时针旋转锁止作用，后行星架在后行

12、星轮的带动下顺时针自由转动。,此时，行星齿轮机构的四个独立元件中有两个处于自由状态，失去传力作用。来自变速器输出轴的反向力无法经行星齿轮变速器传给输入轴，即在下坡时无法利用发动机的怠速运转阻力来实现汽车的减速，称为无发动机制动。此时汽车相当于作空挡滑行。,为使装有自动变速器的汽车也能实现发动机制动，必须让它的挡有两种不同的状态，即有发动机制动和无发动机两种。这两种状态的选择通常通过改变操纵手柄的位置来实现。操纵手柄位于位时，挡无发动机制动，而位（或位）时有发动机制动。,D位2挡： C0 、 F0 、 C1 、B2 、 F1工作，变速器处于D位2挡。,D位2挡： C0 、 F0 、 C1 、B2

13、 、 F1工作，变速器处于D位2挡。,D位3挡： C0 、 F0 、 C1 、 C2工作，变速器处于D位3挡。,D位3挡： C0 、 F0 、 C1 、 C2工作，变速器处于D位3挡。,D位4挡： B0 、 C1 、 C2工作，变速器处于D位4挡。,D位4挡： B0 、 C1 、 C2工作，变速器处于D位4挡。,（2）换挡手柄位于“2”位时,2位1挡：C0 、 F0 、 C1 、 F2工作，变速器处于2位1挡。,2位2挡：C0 、 F0 、 C1 、 B1 、 B2 、 F1工作，变速器处于2位2挡。,（3）换挡手柄位于“L”位时,变速器只能接通1挡。 C0 、 F0 、 C1 、 B3、 F

14、2工作,（4）换挡手柄位于“R”位时,C0、 F0 、C2、B3 工作，变速器处于倒挡。,（5）换挡手柄位于“N”或“P”位时,C0工作，C2、C1都不工作，变速器处于空挡或驻车挡。,停车档：B3工作,由于C1 或 C2没有接合变速器处于空档状态，动力无法传递。 机械式锁止机构：当变速杆处于P档位置时，停车联锁凸轮使停车爪上的凸起与联锁结构结合，以防止车辆移动。,单向离合器的作用 避免换档冲击 单向离合器功能分析（以D2、D3档之间切换为例）,在不考虑超速档的情况下 D2档工作元件为：C1、B2、F1 D3档工作元件为：C1、C2、B2 但从档位传动分析看，F1可以不要。,单向离合器功能分析

15、D2档,不使用F1直接用B2连接壳体和太阳轮，同样可以满足提供2档传动比的要求。,单向离合器功能分析 D3档,在直接档档位分析时根本未涉及B2。但B2工作不影响D3档传动。,单向离合器功能分析 D2档与D3档之间的切换：,升档过程：C2充油，B2泄油。 B2泄油快，C2充油慢，会如何？ B2泄油慢，C2充油快，会如何？,单向离合器功能分析,如果没有F1，D3时B2不工作，升/降档过程则要求： C2充油，B2泻油 / C2泄油，B2充油 泄油快，充油慢： 有一段时间B2、C2都不起作用，使变速器进入一档，引起严重的换档冲击。 泄油慢，充油快： 有一段时间B2、C2同时起作用，变速器出现类似手动变

16、速器同时挂两档的运动干涉，使执行元件打滑，引起过度磨损。,如何解决这种速度差带来的问题？,单向离合器功能分析,增加F1，在两种档位时都使B2工作，D2档与D3档之间的切换时只控制C2，即不过空档也不出现换档冲击。D2与D1档切换过程由F1和F2满足不冲击的要求。,思考题,1. A341自动变速器F2装反时汽车的故障现象？ 2. A341自动变速器2档单向离合器F1装反时汽车的故障现象？ 3. A341自动变速器无法升D2档的故障现象及可能的原因？,拉维娜行星齿轮系统,结构特点：两星星排共用行星架和齿圈，小太阳轮、短行星轮、长行星轮、行星架及齿圈组成一个双行星轮式行星排。 四个独立元件：小太阳轮、大太阳轮、行星架和齿圈。,拉维娜式齿轮机构有一些胜过辛普森式齿轮机构的优点。主要是结构紧凑，由于相互啮合的齿数较多，因此传递的扭矩较大。缺点是结构较复杂。在三菱、现代、帕萨特B5、奥迪A6上广泛