《刘志忠：自动变速器辛普森速比分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《刘志忠：自动变速器辛普森速比分析（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、自动变速器辛普森行星齿轮典型结构速比分析自动变速器辛普森行星齿轮典型结构速比分析刘志忠（河北交通职业技术学院 汽车工程系）【摘要】汽车自动变速器行星齿轮的基本结构之一为辛普森(Simpson)结构。TOYOTA A40DE 自动变速器行星齿轮机构，齿轮机构由共太阳轮式辛普森齿系和超速行星排组成，可实现 4 个前进速比。TOYOTA U340 自动变速器行星齿轮机构为独立太阳轮式，可实现 4 个前进速比。汽车自动变速器行星齿轮的基本结构之一为辛普森(Simpson)结构。辛普森齿轮传动机构的结构特点：将两个行星排中一个行星排的齿圈与另一个行星排的行星架连结，具体结构有两种，分别为：共太阳轮式和独
2、立太阳轮式。自动变速器通过换挡执行元件：制动器、离合器、单向轮的动作，实现行星齿轮机构的速比变换。制动器、离合器是液压执行元件。单向轮是机械动作元件，采用滚柱式、楔块式等结构，工作中有单向锁止和单向自由两种状态，称为单向制动器或单向离合器。1. 辛普森共太阳轮式齿轮传动速比分析辛普森共太阳轮式齿轮传动速比分析1.1 辛普森共太阳轮式齿轮传动基本结构辛普森共太阳轮式齿轮传动基本结构如图1 所示，为 TOYOTA A40DE 自动变速器行星齿轮机构，齿轮机构由共太阳轮式辛普森齿系和超速行星排组成，可实现 4 个前进速比。B0C0F0C2C1B1B2B3F1F2图图1 TOYOTA A40DE 自动
3、变速器行星齿轮机构自动变速器行星齿轮机构N01为超速太阳轮的转速，Z01为超速太阳轮的齿数（33），N02为超速齿圈的转速，Z02为超速齿圈的齿数（73），N03为超速行星架的转速，Z03为超速行星架的齿数，Z03= Z01+Z02；N11为前太阳轮的转速，Z11为前太阳轮的齿数（33），N12为前齿圈的转速，Z12为前齿圈的齿数（73），N13为前行星架的转速，Z13为前行星架的齿数，Z13= Z11+ Z12。传动规律为：N11+前N12=（1+前）N13 前= Z12 /Z11(=2.212)N21为后太阳轮的转速，Z21为后太阳轮的齿数（33），N22为后齿圈的转速，Z22为后齿圈的齿
4、数（73），N23为后行星架的转速，Z23为后行星架的齿数，Z23= Z21+ Z22。传动规律为：N21+后N22=（1+后）N23 后= Z22 /Z21(=2.212)表-1 为各档的换挡执行元件动作表。表表-1 TOYOTA A40DE 各档制动器、离合器、单向轮动作表各档制动器、离合器、单向轮动作表B0C0F0C1C2B1B2F1B3F2备注RAOAAE1AOAO2AOAAO3AOAAAED4AAAAE1AOAO22AOAAAOELAOAAOEA接合，接合，O单向接合，单向接合，E发动机制动发动机制动C0：在超速行星排的齿圈与太阳轮之间接合或分离；B0：制动超速行星排的太阳轮；F0：
5、为单向离合器，在超速行星排的行星架与太阳轮之间接合或分离。当太阳轮相对行星架转速较高时，单向离合器 F0 锁止，使太阳轮与行星架同步转动，相反，当太阳轮相对行星架转速较低时，单向离合器 F0 自由，使太阳轮与行星架各自独立转动；C1：接合、分离超速行星排齿圈到后行星齿圈之间的动力传递；C2：接合、分离超速行星排齿圈到后太阳轮之间的动力传递；B1：制动辛普森式行星排的太阳轮；B2：制动 F1；F1：为单向制动器，在 B2 作用时，阻止辛普森式行星排的太阳轮逆向发动机曲轴转动；F2：为单向制动器，阻止前行星排的行星架逆向发动机曲轴转动；B3：制动辛普森式行星排的前行星架。1.2 1 档传动速比分析
6、档传动速比分析1.2.1 自动变速器操纵杆在 D、2 位，速比为 1 档（1）换挡执行元件动作C0 接合，C1 接合，F2 逆向发动机曲轴转动单向制动。（2）动力传动分析汽车正常行驶时，动力传递：发动机曲轴变扭器输出超速行星排的行星架超速行星排的齿圈C1后齿圈后行星架变速器输出轴；同时，后行星轮前（后）太阳轮F2：逆向发动机曲轴转动单向制动前行星架前齿圈变速器输出轴。汽车滑行时，动力传递：车轮转动主减速器变速器输出轴前齿圈与后行星架F2（顺发动机曲轴转动单向自由转动），动力传递终止，故没有发动机制动效果。（3）速比分析由于 C0 接合，所以超速行星排为一体同步传动，速比为 1。辛普森式行星排的
7、传动规律为：N11+前N12=（1+前）N13 前= Z12 /Z11N21+后N22=（1+后）N23 后= Z22 /Z21其中：N13=0；N11= N21；N12= N23；Z11= Z211 档速比：i 1= N22/N23 =1+1/后+前/后（=2.452）1.2.2 自动变速器操纵杆在 L 位，速比为 1 档（1）换挡执行元件动作C0 接合，C1 接合，B3 制动。（2）动力传动分析汽车正常行驶时，动力传递：发动机曲轴变扭器输出超速行星排的行星架超速行星排的齿圈C1后齿圈后行星架变速器输出轴；同时，后行星轮前（后）太阳轮B3：制动前行星架前齿圈变速器输出轴。汽车滑行时，动力传递
8、：车轮转动主减速器变速器输出轴前齿圈B3：制动前行星架前（后）太阳轮后行星轮后齿圈C1超速行星排的齿圈超速行星排的行星架变扭器输出发动机曲轴；同时，变速器输出轴后行星架后行星轮后齿圈C1超速行星排的齿圈超速行星排的行星架变扭器输出发动机曲轴，故有发动机制动效果。（3）速比分析与 1.2.1 之（3）速比分析相同。1.3 2 档传动速比分析档传动速比分析1.3.1 自动变速器操纵杆在 D 位、2 位，速比为 2 档（1）换挡执行元件动作C0 接合，C1 接合，B2 制动 F1逆向发动机曲轴转动单向制动太阳轮。（2）动力传递分析汽车正常行驶时，动力传递：发动机曲轴变扭器输出超速行星排的行星架超速行
9、星排的齿圈C1后齿圈B2 制动 F1逆向发动机曲轴转动单向制动太阳轮后行星架变速器输出轴。汽车滑行时，动力传递：车轮转动主减速器变速器输出轴前齿圈与后行星架F1：顺发动机曲轴转动单向自由转动，动力传递终止，故没有发动机制动效果。（3）速比分析由于 C0 接合，所以超速行星排为一体同步传动，速比为 1。辛普森式行星排的传动规律为：N11+前N12=（1+前）N13 前= Z12 /Z11N21+后N22=（1+后）N23 后= Z22 /Z21其中：N11= N21=0；N12= N23；Z11= Z212 档速比：i 2= N22/N23 =1+1/后（=1.452）1.3.2 自动变速器操纵
10、杆在 2 位，速比为 2 档（1）换挡执行元件动作C0 接合，C1 接合，B1 制动，B2 不动作。（2）动力传递分析汽车正常行驶时，动力传递：发动机曲轴变扭器输出超速行星排的行星架超速行星排的齿圈C1后齿圈B1 制动太阳轮后行星架变速器输出轴。汽车滑行时，动力传递：车轮转动主减速器变速器输出轴前齿圈与后行星架B1 制动太阳轮后齿圈C1超速行星排的齿圈超速行星排的行星架变扭器输出发动机曲轴，故有发动机制动效果。（3）速比分析由于 C0 接合，所以超速行星排为一体同步传动，速比为 1。与 1.3.1 之（3）速比分析相同。1.4 3 档传动速比分析档传动速比分析自动变速器操纵杆在 D 位，速比为
11、 3 档。（1）换挡执行元件动作C0 接合，C1 接合，C2 接合，B2 不动作。（2）动力传递分析汽车正常行驶时，动力传递：发动机曲轴变扭器输出超速行星排的行星架超速行星排的齿圈C1后齿圈；同时，发动机曲轴变扭器输出超速行星排的行星架超速行星排的齿圈C2太阳轮，使得后齿圈与太阳轮同步转动，动力传递到后行星架、变速器输出轴。汽车滑行时，动力传递：车轮转动主减速器变速器输出轴前齿圈与后行星架，太阳轮C1，C2超速行星排的齿圈超速行星排的行星架变扭器输出发动机曲轴，故有发动机制动效果。（3）速比分析由于 C0 接合，所以超速行星排为一体同步传动，速比为 1。C1 接合、C2 接合，使得后齿圈与太阳
12、轮同步转动，速比为 1。故 3 档速比： i 3=1。1.5. 4 档传动速比分析档传动速比分析自动变速器操纵杆在 D 位，速比为 4 档。（1）换挡执行元件动作B0 接合，C1 接合，C2 接合，B2 不动作。（2）动力传递分析汽车正常行驶时，动力传递：发动机曲轴变扭器输出超速行星排的行星架B0 制动超速太阳轮超速行星排的齿圈C1后齿圈；同时，发动机曲轴变扭器输出超速行星排的行星架超速行星排的齿圈C2太阳轮，使得后齿圈与太阳轮同步转动，动力传递到后行星架、变速器输出轴。F0 的作用：操纵杆在 D 位 3 档升 4 档时，离合器 C0 分离，制动器 B0 接合。在 C0 与B0 两者动作转换过
13、程中，若出现 C0 与 B0 同时接合，超速行星排被制动，辛普森齿系、输出行星排被制动，变扭器的锁止离合器或涡轮被制动，引起冲击；若出现 C0 与 B0 同时分离，超速行星排的太阳轮成为空转，由于超速行星排的齿圈受到车辆行驶阻力的作用，发动机动力通过超速行星排的行星架驱动超速行星排的太阳轮高速空转。在液压控制系统设计上，离合器 C0 的泄油速度高于制动器 B0 的充油速度，可防止换档冲击。若出现 C0 与 B0 同时分离，与离合器 C0 并联作用的单向轮 F0，利用其单向锁止，阻止超速行星排的太阳轮转速超过行星架的转速，相当于离合器 C0 的作用，仍然使超速行星排的太阳轮与行星架同步，直到制动
14、器 B0 制动超速行星排的太阳轮，进入 4 档。汽车滑行时，动力传递：车轮转动主减速器变速器输出轴前齿圈与后行星架、前（后）太阳轮C1、C2超速行星排的齿圈超速行星排的行星架变扭器输出发动机曲轴，故有发动机制动效果。（3）速比分析C1 接合、C2 接合，使得后齿圈与太阳轮同步转动，辛普森齿系的速比为 1。超速行星排的太阳轮被制动，故 4 档速比：i 4= N03/N02= Z02/Z03（=0.689）。1.6 R 档传动速比分析档传动速比分析自动变速器操纵杆在 R 位，倒档。（1）换挡执行元件动作C 0 接合， C2 接合，B3 制动。（2）动力传递分析汽车正常行驶时，动力传递：发动机曲轴变
15、扭器输出超速行星排的行星架超速行星排的齿圈C2前（后）太阳轮B3：制动前行星架前齿圈：逆向发动机曲轴转动变速器输出轴：逆向发动机曲轴转动。汽车滑行时，动力传递：车轮转动主减速器变速器输出轴前齿圈B3：制动前行星架前（后）太阳轮C2超速行星排的齿圈超速行星排的行星架变扭器输出发动机曲轴，故有发动机制动效果。（3）速比分析由于 C0 接合，所以超速行星排为一体同步传动，速比为 1。辛普森式行星排的传动规律为：N11+前N12=（1+前）N13 前= Z12 /Z11其中：N13=0R 档速比：i R= N11/N12=前（2.212）2. 辛普森独立太阳轮式齿轮传动速比分析辛普森独立太阳轮式齿轮传动速比分析2.1 辛普森独立太阳轮式齿轮传动基本结构辛普森独立太阳轮式齿轮传动基本结构如图2 所示，为 TOYOTA U340 自动变速器行星齿轮机构，齿轮机构为辛普森齿系，两个行星排中一个行星排的齿圈与另一个行星排的行星架连结，布置两个独立的太阳轮。图图2 TOYOTA U340 自动变速器行星齿轮机构自动变速器行星齿轮机构N11为前太阳轮的转速，Z11为前太阳轮的齿数（46）N12为前齿圈的转速，Z12为前齿圈的齿数（85）N13为前行星架的转速，Z13为前行星架的齿数 Z13=Z11+Z12传动规律为：N
