自动变速器行星齿轮机构秦航秦航2010.4.25 机械传动机构的构成机械传动机构的构成机械传机械传动机构动机构执行元执行元件件离合器离合器制动器制动器单向离合器单向离合器齿轮传齿轮传动机构动机构平行轴式平行轴式传动机构传动机构行星齿轮行星齿轮传动机构传动机构辛普森辛普森拉威娜拉威娜CR-CRCR-CR其他其他 行星齿轮构成行星齿轮构成 行星齿轮一方面可绕自己的轴线回转，另一方面又可随着行星架一起绕其固定轴线旋转，即既有自转又有公转太阳轮行星架行星小齿轮齿圈 齿轮基础齿轮基础旋转方向：旋转方向：两个外齿轮互相啮合进行旋转时，它两个外齿轮互相啮合进行旋转时，它们以相反方向旋转，见图们以相反方向旋转，见图3-2一个外齿轮和一个外齿轮和一个内齿轮相互啮合进行旋转，两个齿轮以相同方向旋转一个内齿轮相互啮合进行旋转，两个齿轮以相同方向旋转 例如，如果两个齿轮齿数相等，传动比即为1:0当这些齿轮其中之一旋转时，另一个齿轮即以相同转速旋转如果主动齿轮有10个齿，而从动齿轮有20个齿，其传动比为2:1，在主动齿轮旋转1整圈时，从动齿轮旋转1/2圈从动齿轮齿数主动齿轮齿数传动比 =转速和传动比 单排行星齿轮机构单排行星齿轮机构特点 行星齿轮机构在结构方面具有下列特点： ①太阳轮、行星架和齿圈都是同心的，即围绕公共轴线旋转。
这能够取消诸如手动变速器所使用的中间轴和中间齿轮 ②所有齿轮始终相互啮合，换档时无需滑移齿轮，因此摩擦磨损小，寿命较长 ③结构简单、紧凑，其载荷被分配到数量众多的齿上，强度大 ④可获得多个传动比 变速原理及传动比变速原理及传动比•设设上上图所示行星齿轮机构中的太阳轮、齿圈、行星架的转图所示行星齿轮机构中的太阳轮、齿圈、行星架的转速分别为速分别为n1、、n2、、n3, 太阳轮、齿圈的齿数分别为太阳轮、齿圈的齿数分别为z1、、z2，齿圈与太阳轮的齿数比为，齿圈与太阳轮的齿数比为α根据能量守恒定律，可得根据能量守恒定律，可得单一行星齿轮机构一般运动规律特性方程式单一行星齿轮机构一般运动规律特性方程式•M1ω1+M2ω2+M3ω3=0•n1+αn2-(1+α)n3=0•n1—太阳轮转速；太阳轮转速；•n2—齿圈转速；齿圈转速；•n3—行星架转速；行星架转速；•α—齿圈与太阳轮的齿数比齿圈与太阳轮的齿数比,α=z2/z1>1 动力传动方式动力传动方式1) 太阳轮主动，行星架从动，齿圈制动，则太阳轮主动，行星架从动，齿圈制动，则n2＝＝0，故传动，故传动比比•i13＝＝n1/n3＝＝1＋＋α>1•同向减速，同向减速，低速档低速档主动太阳轮从动行星架行星小齿轮固定齿圈 •2) 太阳轮制动，齿圈主动，行星架从动，则太阳轮制动，齿圈主动，行星架从动，则n1＝＝0，故传，故传动比动比•i23＝＝n2/n3＝＝(1＋＋α)/α>1•同向减速，同向减速，高速档高速档固定太阳轮从动行星架行星小齿轮主动齿圈 •3) 太阳轮制动，行星架主动，齿圈从动，则太阳轮制动，行星架主动，齿圈从动，则n1＝＝0，故传，故传动比动比•i32＝＝n3/n2＝＝ α/(1＋＋α)<1•同向增速，同向增速，超速档超速档固定太阳轮主动行星架行星小齿轮从动齿圈 •4) 齿圈制动，行星架主动，太阳轮从动，则齿圈制动，行星架主动，太阳轮从动，则n2＝＝0，故传，故传动比动比•i31＝＝n3/n1＝＝ 1 /(1＋＋α)<1•同向增速，超速档同向增速，超速档从动太阳轮主动行星架行星小齿轮固定齿圈 •5) 行星架制动，太阳轮主动，齿圈从动，则行星架制动，太阳轮主动，齿圈从动，则n3＝＝0，故传，故传动比动比• i12＝＝n1/n2＝－＝－α<0•反向减速，倒档反向减速，倒档主动太阳轮固定行星架行星小齿轮从动齿圈 •反向增速，汽车上不采用反向增速，汽车上不采用从动太阳轮固定行星架行星小齿轮主动齿圈 •7）如果）如果n1＝＝n2，则，则n3＝＝n1＝＝n2，故传动比，故传动比•i＝＝1•同向同速，直接同向同速，直接档档主动太阳轮从动行星架行星小齿轮主动齿圈 •8) 如果所有元件无约束，则动力无法传动如果所有元件无约束，则动力无法传动•空档空档太阳轮行星架行星小齿轮主动齿圈 三、换挡执行机构三、换挡执行机构 行星齿轮变速器中的所有齿轮都处于常啮合状态，行星齿轮变速器中的所有齿轮都处于常啮合状态，挡位变换必须通过以不同方式对行星齿轮机构的基挡位变换必须通过以不同方式对行星齿轮机构的基本元件进行约束本元件进行约束( (即固定或连接某些基本元件即固定或连接某些基本元件) )来实来实现。
能对这些基本元件实施约束的机构，就是行星现能对这些基本元件实施约束的机构，就是行星齿轮变速器的换挡执行机构齿轮变速器的换挡执行机构 执行机构主要由离合器、制动器和单向离合器执行机构主要由离合器、制动器和单向离合器三种执行元件组成，离合器和制动器是以液压方式三种执行元件组成，离合器和制动器是以液压方式控制行星齿轮机构元件的旋转，而单向离合器则是控制行星齿轮机构元件的旋转，而单向离合器则是以机械方式对行星齿轮机构的元件进行锁止以机械方式对行星齿轮机构的元件进行锁止 1.多片离合器多片离合器 (1)作用作用 自动变速器中的湿式多自动变速器中的湿式多片离合器是用来连接输入片离合器是用来连接输入轴或输出轴和某个基本元轴或输出轴和某个基本元件，或将行星齿轮机构中件，或将行星齿轮机构中某两个基本元件连接在一某两个基本元件连接在一起实现转矩的传递起实现转矩的传递点击播放点击播放 离合器片 离合器离合器 •(2)构造：构造：一般为多片摩擦式，是液压控制的执行元件一般为多片摩擦式，是液压控制的执行元件•基本组成基本组成: :离合器鼓、离合器活塞、回位弹簧、离合器片（钢片、离合器鼓、离合器活塞、回位弹簧、离合器片（钢片、摩擦片）、花键毂摩擦片）、花键毂 •摩擦片摩擦片与旋转的花键毂的齿键连接，可轴向移动，为输入端，与旋转的花键毂的齿键连接，可轴向移动，为输入端，片上有钢基粉末冶金层或合成纤维层。
片上有钢基粉末冶金层或合成纤维层•从动钢片从动钢片与转动鼓的内花键连接也可轴向移动，可输出扭矩与转动鼓的内花键连接也可轴向移动，可输出扭矩•活塞活塞为环状，另外活塞上有密封圈、回位弹簧为环状，另外活塞上有密封圈、回位弹簧花键毂花键毂输入轴输入轴弹簧弹簧活塞活塞壳体壳体主动盘主动盘压盘压盘从动盘从动盘卡环卡环 •(3)工作情况：工作情况：•离合器接合：当压力油经油道进入活塞左面的离合器接合：当压力油经油道进入活塞左面的液压缸时，液压力克服弹簧力使活塞右移，将所液压缸时，液压力克服弹簧力使活塞右移，将所有离合器片压紧有离合器片压紧•离合器分离：当控制阀将作用在离合器液压缸离合器分离：当控制阀将作用在离合器液压缸的油压力撤除后，离合器活塞在回位弹簧的作用的油压力撤除后，离合器活塞在回位弹簧的作用下回复原位，并将缸内的变速器油从进油孔排出下回复原位，并将缸内的变速器油从进油孔排出 •离合器自由间隙：离合器处于分离状态时，离离合器自由间隙：离合器处于分离状态时，离合器片之间有一定的轴向间隙，以保证钢片和摩合器片之间有一定的轴向间隙，以保证钢片和摩擦片之间无轴向压力擦片之间无轴向压力。
工作情况工作情况 （（4）安全阀的功用）安全阀的功用 •压力油进入液压缸时，钢球在油压作用下压紧在阀压力油进入液压缸时，钢球在油压作用下压紧在阀座上，安全阀处于关闭状态，保证液压缸的密封座上，安全阀处于关闭状态，保证液压缸的密封•压力油排出时，缸体内的压力下降，安全阀在离心压力油排出时，缸体内的压力下降，安全阀在离心力作用下离开阀座处于开启状态，残留在缸内的液力作用下离开阀座处于开启状态，残留在缸内的液压油因离心力作用排出，使离合器分离彻底压油因离心力作用排出，使离合器分离彻底 2.2.制动器制动器 制动器的功用是固定行星齿轮机构制动器的功用是固定行星齿轮机构中的基本元件，阻止其旋转在自动中的基本元件，阻止其旋转在自动变速器中常用的制动器有湿式多片式变速器中常用的制动器有湿式多片式制动器和带式制动器两种制动器和带式制动器两种 （（1）片式制动器）片式制动器 •片式制动器：片式制动器：其结构与片式离合器相同不其结构与片式离合器相同不同之处是制动器从动片的外缘花键齿与固定同之处是制动器从动片的外缘花键齿与固定的变速器外壳连接，可轴向移动，以便接合的变速器外壳连接，可轴向移动，以便接合时将主动件制动，使行星齿轮机构改组换挡。
时将主动件制动，使行星齿轮机构改组换挡该种制动器接合的平顺性好，间隙无须调整，该种制动器接合的平顺性好，间隙无须调整，其缺点是轴向尺寸大其缺点是轴向尺寸大•能通过增减摩擦片数来满足不同排量发动机能通过增减摩擦片数来满足不同排量发动机的要求，故小轿车使用很多的要求，故小轿车使用很多 片式制动器工作过程片式制动器工作过程 （（2）带式制动器）带式制动器 •它由制动带、油缸、活塞和调整件组成外弹簧为活塞的回位它由制动带、油缸、活塞和调整件组成外弹簧为活塞的回位弹簧内弹簧为旋转鼓反作用力的缓冲弹簧，防止活塞振动内弹簧为旋转鼓反作用力的缓冲弹簧，防止活塞振动调整点多在带的支撑端，可在体外调整或拆下油底调整拧动调整点多在带的支撑端，可在体外调整或拆下油底调整拧动调整螺栓来调整（旋紧再松调整螺栓来调整（旋紧再松2 2～～3 3圈），调好后再用锁紧螺母锁圈），调好后再用锁紧螺母锁紧•优点：结构简单易于安装，带式制动器轴向尺寸小可缩短变速优点：结构简单易于安装，带式制动器轴向尺寸小可缩短变速器的长度器的长度•缺点：使变速器壳体上产生局部的高应力区；制动带磨损后需缺点：使变速器壳体上产生局部的高应力区；制动带磨损后需要调整间隙；工作的平顺性差，控制油路中多配有缓冲阀。
要调整间隙；工作的平顺性差，控制油路中多配有缓冲阀 （（2）带式制动器）带式制动器 调整螺钉调整螺钉制动带制动带工作油路工作油路活塞杆活塞杆活塞活塞制动鼓制动鼓 点击播放点击播放 带式制动器带式制动器 3.单向离合器单向离合器 作用：作用：单方向固定行星齿轮机构单方向固定行星齿轮机构中某个基本元件的转动中某个基本元件的转动 常见形式：常见形式：滚柱斜槽式滚柱斜槽式和和楔块式楔块式 单向离合器 单向离合器工作原理单向离合器工作原理 多排行星齿轮机构一般布置形式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两排行星齿轮机构共用一个太阳轮——辛辛普森式行星齿轮机构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挡有些附加一套单排行星齿轮机构实现超速挡 辛普森行星齿轮变速器辛普森行星齿轮变速器•一、三档一、三档Simpson行星齿轮变速器行星齿轮变速器•1. 结构、组成结构、组成 1) 结构特点结构特点•二根轴：输入轴、输出轴二根轴：输入轴、输出轴•两个离合器（两个离合器（C1、、C2），三个制动器（），三个制动器（B1、、B2、、B3），），两个单向离合器（两个单向离合器（F1、、F2））•两排行星齿轮机构：共用一个太阳轮，前排行星架、后排两排行星齿轮机构：共用一个太阳轮，前排行星架、后排齿圈与输出轴相连齿圈与输出轴相连 2) 换档执行元件的作用换档执行元件的作用•C1——前进档离合器：输入轴与前排齿圈相连前进档离合器：输入轴与前排齿圈相连•C2——直接档（倒档）离合器：输入轴与前、后太阳轮相直接档（倒档）离合器：输入轴与前、后太阳轮相连连•B1——二档制动器：锁定前后太阳轮，使之不能逆时针转二档制动器：锁定前后太阳轮，使之不能逆时针转动动•B2——二档滑行（制动）制动器：锁定前后太阳轮，使之二档滑行（制动）制动器：锁定前后太阳轮，使之不动不动•B3——一、倒档制动器：锁定后行星架，使之不动一、倒档制动器：锁定后行星架，使之不动•F1——单向离合器：单向离合器： B1作用时，锁定前后太阳轮，使之作用时，锁定前后太阳轮，使之不能逆时针转动不能逆时针转动•F2——单向离合器：锁定后行星架，使之不能逆时针转动单向离合器：锁定后行星架，使之不能逆时针转动 2. 档位情况档位情况选档杆选档杆位置位置档位档位换档执行元件换档执行元件发动机发动机制动制动C1C2B1B2B3F1F2D1○○2○○○3○○○21○○○○2○○○○○L1○○○○R倒档倒档○○P驻车档驻车档○N空档空档 3. 各档动力传动路线：各档动力传动路线：1) D1档：档：C1、、F2 2) D2档：档：C1、、B1、、F1 3) D3档：档：C1、、C2 4) 21(11)档：档：C1、、B3、、F2 5) 22档：档：C1、、B1、、B2、、F1 6) R档：档：C2、、B3 7) P档：档： 四档四档Simpson行星齿轮变速器行星齿轮变速器•以凌志以凌志LS400的的A341E、、A342E为例。
为例•1. 结构、组成结构、组成 元件组成元件组成 各挡元件工作情况各挡元件工作情况 1) D1档：档：C0、、C1、、F0、、F2 2) D2档：档：C0、、C1、、B2、、F0、、F1 3) D3档：档：C0、、C1、、C2、、B2、、F0 4) OD档：档：C1、、C2、、B0、、B2 5) 21档：同档：同D16) 23档：同档：同D37) L2档：同档：同22 8) L1档：档： C0、、C1、、B3、、F0、、F2 9) R位：位：C0、、C2、、B3 10) P位：位： 4速拉维娜式行星齿轮传动装置速拉维娜式行星齿轮传动装置•拉维娜式行星齿轮传动装置由拉维娜式行星齿轮机构和换档执行元件组成拉维娜式行星齿轮机构也采用双行星排：前太阳轮、长行星轮、行星架和齿圈组成一个单行星轮式行星排；而后太阳轮、短行星轮、长行星轮、行星架和齿圈组成一个双行星轮式行星排前后行星排共用一个齿圈输出，且前后两个行星排的行星架连为一体拉维娜式行星齿轮传动装置的换档执行元件包括4个离合器、2个制动器和2个单向离合器，它们的名称及作用见表 4速拉维娜式行星齿轮传动装置速拉维娜式行星齿轮传动装置 拉维娜式行星齿轮传动装置换档执行元件名称及作拉维娜式行星齿轮传动装置换档执行元件名称及作用用元件代号名 称作 用C1前进档离合器通过前进档单向离合器F2将输入轴与后（小）太阳轮连接。
C2倒档离合器将输入轴与前（大）太阳轮连接C3前进档强制离合器将输入轴与后（小）太阳轮连接C4高档离合器将输入轴与行星架连接B12、4档制动器用于固定前（大）太阳轮B2低、倒档制动器用于固定行星架F11档单向离合器1档时阻止行星架逆时针转动F2前进档单向离合器防止后（小）太阳轮超越输入轴转动 拉维娜式行星齿轮传动拉维娜式行星齿轮传动变速器变速器•4 4速拉维娜式行星齿轮传动装置各档的传动路线分析：速拉维娜式行星齿轮传动装置各档的传动路线分析：•（1）D1档：前进档离合器C1接合，前进档单向离合器F2锁止，将输入轴与后太阳轮连接，1档单向离合器F1锁止，将行星架固定•传动路线为：输入轴→离合器C1→单向离合器F2→后太阳轮→短行星轮→长行星轮→齿圈→输出轴 拉维娜式行星齿轮传动拉维娜式行星齿轮传动变速器变速器•（2）D2档：前进档离合器C1接合，前进档单向离合器F2锁止，将输入轴与后太阳轮连接，2、4档制动制动器B1接合，前太阳轮被固定 传动路线为：输入轴→离合器C1→单向离合器F2→后太阳轮→短行星轮→长行星轮(前太阳轮固定，使行星架运动确定)→齿圈→输出轴 拉维娜式行星齿轮传动拉维娜式行星齿轮传动变速器变速器•（3）D3档：前进档离合器C1接合，前进档单向离合器F2锁止，将输入轴与后太阳轮连接；高档离合器C4接合，将输入轴与行星架连接，这样后太阳轮与行星架同步转动，使得齿圈随其一起同步转动，形成直接档。
4）D4档：高档离合器C4接合，将输入轴与行星架连接；2、4档制动器B1工作，前太阳轮被固定 传动路线为：输入轴→离合器C4→行星架→长行星轮→齿圈→输出轴 拉维娜式行星齿轮传动拉维娜式行星齿轮传动变速器变速器（5）L1档（或21档，或11档）： 前进档强制离合器C3接合，将输入轴与后太阳轮连接；低、倒档制动器B2接合，行星架固定，传动路线和传动比与D1档相同但由于单向离合器F2不起作用，制动器B2又代替了单向离合器F1的工作，从而使汽车滑行时可以用发动机制动6）L2档（或22档，或12档）：• 前进档强制离合器C3接合，将输入轴与后太阳轮连接；2、4档制动器B1接合，前太阳轮被固定，传动路线和传动比与D2档相同但由于单向离合器F2不起作用，使汽车滑行时可以用发动机制动 拉维娜式行星齿轮传动拉维娜式行星齿轮传动变速器变速器（7）L3档（或23档）： 前进档强制离合器C3接合，将输入轴与后太阳轮连接；低、高档离合器C4接合，将输入轴与行星架连接，使后太阳轮与行星架一起带动齿圈转动，形成直接档传动路线与传动比与D3档相同 当汽车滑行时，离合器C3与离合器C4都能反向传递动力，所以有发动机的制动作用。
（8）R档： 倒档离合器C2接合，将输入轴与前太阳轮连接，低、倒档制动器B2接合，行星架被固定 传动路线为：输入轴→离合器C2→前太阳轮（顺时针）→长行星轮→齿圈（逆时针）→ 输出轴。