第三章齿轮变速器

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1、第三章 齿轮变速器自动变速器中的变扭器只有在输出转速接近输入转速时才具有较高的传动效率，而且它的增扭作用不大，只增加2-4倍，远远不能满足汽车的使用要求。自动变速器的作用是使汽车起步平稳，减少换挡时传动系的冲击负荷，并且减少发动机受传动系的反作用扭矩和冲击，延长发动机的使用寿命，并能在很大范围内实现无极变速。1自动变速器中的齿轮变速器和手动变速器的齿轮变速器一样，都有空挡、倒挡和2-4个不同传动比的前进挡，不同之处是自动变速器的挡位由自动变速器中的电控系统或液控系统来控制，通过换挡执行机构的动作来改变齿轮变速机构的传动比，实现自动换挡。自动变速器中的齿轮变速器所采用的齿轮有两种：一种是普通齿轮

2、，另一种是行星齿轮。行星齿轮变速器由行星齿轮机构和换挡执行机构两部分组成，行星齿轮机构的作用是改变传动比和传动方向，即构成不同挡位；换挡执行机构的作用是实现挡位的变换。2一.行星齿轮变速器 1.单排行星齿轮机构 单排行星齿轮机构是由一个太阳轮、一个齿圈、一个行星架和支承在行星架上的几个行星齿轮（一般3-6个）组成的，成为一个行星排，如图所示。342.行星齿轮机构变速原理5作用于1（ 太阳轮）上的力矩： M1 =F1 r1作用于2 （齿圈）上的力矩： M2 =F2 r2 作用于3 （行星架）上的力矩： M3 =F3 r3 其中r1、 r2 分别为太阳轮、齿圈的半径， r3为行星轮与太阳轮的中心距

3、。6由力的平衡条件可知： F1 =F2 ,F3 =-(F1 +F2 )=-2F1 , 令式中， M1 =F1 r1 M2 =F2 r2 =aF1 r1 又因此 7 设太阳轮、齿圈和行星架的角速度分别为 ，按能量守恒定律，三个元件输入和输出的功率的代数和应为零于是： 化简得 以速度代替角速度，则有 8 以上是单排行星齿轮机构运动特性方程式，这一特性看出：在太阳轮、齿圈和行星架这三个基本元件中，可以任选其中两个元件作为主动件和从动件，只要第三个基本元件有确定的转速（0或某一数值），即可确定该单排行星排的传动比。下面分别讨论各种可能的情况。9（1）当一太阳轮为主动件，行星架为从动件，齿圈被固定时（即

4、n2 =0)的传动比：由于 的值1，故 ，因此是一种减速增扭同方向的传动，用作低速挡。（2）当以齿圈为主动件，行星架为从动件，太阳轮被固定时（即n1 =0)的传动比： 该传动比2i1，仍是一种减速增扭同方向传动，但比以太阳轮主动件的方案减速要小。10 （3） 当以太阳轮为主动件，齿圈为从动件，行星架被固定时（即n3 =0)的传动比： 该式的负号表示齿圈的传动方向与太阳轮转向相反，即为倒挡。但其绝对值 ，因此为减速增扭反方向传动。 （4）当以行星架为主动件，齿圈为从动件，太阳轮被固定时（即n1 =0)的传动比： 该传动比i1,因此是增速减扭同方向传动，相当于超速挡。11 （5）当以行星架为主动件

5、，太阳轮为从动件，齿圈被固定时（即n2 =0)的传动比： 该传动比i1，因此也是增速减扭同方向传动，但其增速大于以齿圈为被动件时的方案。 （6）当以齿圈为主动件，太阳轮为从动件，行星架被固定时（即n3 =0)的传动比： 很明显，是一种增速减扭反方向传动，是一种升速的倒挡，实际中不采用。12 （7）若将太阳轮、齿圈、行星架这三个基本元件的任两个元件连接起来，即当n1 =n2 或n2 =n3 或n1 = n3 时，则由行星排的运动特性方程可知，第三个基本元件的转速必与前两个基本元件的转速相同，即三个基本元件将以同样的转速一同旋转。此时不论谁是主动件、从动件，其传动比都是1。这种情况即直接挡。 （8

6、）如果太阳轮、齿圈和行星架这三个基本元件中，既无任意元件被固定，又无任意两元件相连接，那么各元件都可以自由转动，行星齿轮机构将没有动力输出，既该机构失去传动动力作用而处于空挡状态。13 由上面传动比分析知：在单排行星齿轮机构中，用行星架输出时，一般作为低速挡；用行星架输入时，一般作超速挡；当行星架被固定时，一般作为倒挡；当三个基本元件其中任意两元件转速相等时，那么第三者的转速肯定相等，故用作直接挡；当三个基本元件任一元件都不受约束（不固定、不连接）时，即成为空挡，没有动力传递。14153.行星排的自由度 由行星齿轮机构特性方程可知，三个基本元件中任意两个元件之间无固定的转速关系，要使其任意两者

7、之间有确定的转速关系，必须对第三个元件实施固定或者连接的约束方法，行星排才能实现动力传递。 对于一个传动机构，可列出一个方程，该方程有n个未知数，就有n-1个自由度。对于单排行星齿轮机构，它的特性方程有三个未知数n1 、n2 、n3 ，则该行星排有3-1=2个自由度。 在由多个单排行星齿轮机构组成的多排行星机构，设有n排，每排两个自由度，则整个行星机构共有2n个自由度。 对于行星齿轮传动机构，当有2个或2个以上的自由度，是不能传递动力的，即空挡；只有1个自由度时，才能传递动力，即由确定的传动比。16二. 换挡执行机构 行星齿轮变速器的换挡执行机构由离合器、制动器和单向超速离合器三种不同的执行元

8、件组成，它有三个基本作用：连接、固定和锁止。 连接是将行星齿轮变速器的输入轴与行星排中的某个基本元件连接，以传递动力，或将前一个行星排的某个基本元件与后一个行星排的某个基本元件连接，以约束这两个基本元件的运动。 固定是将行星排的某一基本元件与自动变速器壳体连接，使之被固定而不能旋转。 锁止是指把某个行星排的三个基本元件中的两个连接在一起，从而将该行星排锁止，使其三个基本元件的转速相同，产生直接运动。 171.离合器 （1）作用 离合器的作用是连接，即将行星齿轮变速器的输入和行星排的某个基本元件连接，或将行星排三个基本元件的任意两个元件连接起来，使之成为一个整体，它是自动变速器最重要的换挡执行元

9、件之一。 （2）结构 作为自动变速器换挡执行元件的离合器是一种多片湿式离合器，它由离合器鼓、离合器活塞、回位弹簧、一组钢片、一组摩擦片、挡圈和几个密封圈组成。18 离合器图1-离合器鼓；2、3-密封圈；4-离合器活塞；5-回位弹簧；6-弹簧座；7、11-卡环；8-钢片；9-摩擦片；10-挡圈；12-止推轴承；13-离合器毂19 （3）工作原理 离合器鼓和离合器毂分别以一定的方式和变速器输入轴或行星排的某个基本元件相连接，一般离合器鼓为主动件，离合器毂为从动件。当在自控制阀的液压油进入离合器液压缸时，离合器活塞在液压油的液力作用下，克服回位弹簧的弹力而移动，将所有的钢片和摩擦片相互压紧在一起，从

10、而使离合器鼓和离合器毂连接成为一个整体，分别与离合器鼓和离合器毂连接的输入轴或行星排的基本元件也因此被连接在一起，此时离合器处于结合状态。 当液压控制系统将作用在离合器液压缸内的液压油的压力解除后，离合器活塞在回位弹簧的作用下压回液压缸底部，此时钢片于摩擦片相互分离，离合器鼓与离合器毂可以朝不动的方向或以不同的转速旋转，离合器处于分离状态。 20 离合器钢片和摩擦片之间存在间隙，这个间隙称为离合器的自由间隙，其大小可以用挡圈的厚度来调整。一般离合器自由间隙的标准为。离合器片数越多，该离合器的交替工作越频繁，其自由间隙就越大。 在离合器鼓的液压缸壁面上或离合器活塞上设有 一个由钢球组成的单向阀，

11、当液压油进入时，单向阀关闭；当液压解除后，单向阀在高速旋转的离合器离心力作用下离开阀座，处于开启状态，目的是使残留在液压缸内的液压油在离心力作用下从单向阀的阀孔中流出，使离合器分离彻底。212.制动器（1）制动器作用 制动器的作用是固定，即将行星齿轮变速器的三个基本元件之一加以固定，使该元件受约束而不能旋转。 制动器最常见的型式有两种：带式制动器和片式制动器。 （2）片式制动器结构与工作原理片式制动器其结构和离合器结构基本相同，不同之处是制动器鼓（壳体）是固定的，而离合器鼓（壳体）是可以转动的。一般制动器鼓是固定在变速器壳体上的。见下图。22 片式制动器1-制动器毂；2-卡环；3-挡圈；4-钢

12、片和摩擦片；5-弹簧座；6-回位弹簧；7-制动器活塞；8、9-密封圈；10-蝶形环；11-变速器壳体23 当制动器不工作时，钢片和摩擦片之间存在自由间隙，制动器毂可以自由转动。当制动器工作时，来自控制阀的液压油进入制动鼓内的液压油缸中，油压作用在制动器活塞上，活塞的移动使的钢片、摩擦片紧紧压在一起，使得与制动器毂连接的行星排的某一元件被固定下来而不能旋转。 片式制动器的工作平顺性较好，在轿车自动变速器中使用越来越多。24（3）带式制动器结构与工作原理25 带式制动器1-变速器壳体；2-制动带；3-制动鼓；4-活塞；5-液压缸实压腔；6-液压缸端盖；7-液压缸释放腔；8-推杆；9-调整螺钉；10

13、-回位弹簧263.单向超越离合器 单向超越离合器又称单项啮合器或自由轮离合器，简称单向离合器。 广泛应用在行星齿轮变速器和综合式液力变扭器中。它在行星齿轮变速器中的作用和离合器、制动器相同，也是用于固定或连接一些基本元件，让行星齿轮变速器实现自动换挡。而且它无需控制机构，只根据相对运动情况而自动起作用的换挡执行元件。简化液压控制系统，保证换挡平顺无冲击。 目前最常见的单向超越离合器有滚柱斜槽式和楔块式两种。 27 滚柱斜槽式单向超越离合器 1-外环；2-内环；3-滚柱；4-滚柱回位弹簧282930三.行星齿轮变速器结构与工作原理 一般自动变速器都有2-3个行星排，但不同车型的自动变速器在结构上

14、有很大区别。主要差别有：挡位的不同，离合器、制动器和单向离合器的数量和布置的方式不同，所采用的齿轮型式不同等。 1.自动变速器的挡位 自动变速器操纵手柄挡位的含义与手动变速器挡位的含义不同，两者是完全不同的概念。驾驶员通过改变操纵手柄的位置来改变自动变速器的阀板总成中手动阀的位置，从而改变自动变速器的工作状态或换挡的范围。 大部分操纵手柄都是6个位置：P（停车挡），R（倒车挡），N（空挡），D（前进挡），2或S,1或L（都是前进挡），它们的含义如下：3132 （1）停车挡（P位） 停车挡一般位于操纵手柄的最前方。当操纵手柄处于该位置时，自动变速器处于空挡的同时，它的锁止机构将对变速器输出轴进行

15、锁止，此时驱动轮不能转动，汽车不能移动，它的作用相当于手动变速器挂空挡再拉手刹。 （2）空挡（D位） 空挡通常处于操纵手柄的中间位置，在倒挡与前进挡之间。当操纵手柄处于该位置时，自动变速器不传递动力，与手动变速器处于空挡的位置相同。 （3）前进挡（D位）前进挡位于空挡之后，一般自动变速器当操纵手柄位于位时，具有个挡位，即挡、挡、挡和超速挡。自动变速器根据驾驶情况自动在挡之间变换。但操纵杆上一般另设一个超速挡选择开关，驾驶员在操纵位时可控制变速器是否进入超速挡。33（）前进低挡（或，或） 前进低挡一般有两个位置，2或S位 ，1或L位，当操纵手柄位于这两个位置时，自动变速器将控制前进挡的变化范围。

16、当操纵手柄位于2或S位时，它只允许在 两挡间自动变速，有些车型在S位可允许在挡之间自动变换；当操纵手柄在1或L位时，它只允许在1 挡行驶，有些车型在L位可允许在挡之间自动变换。只要自动变速器处于低挡，并且它不能再升挡，都具有发动机制动的作用。 34 2.自动变速器的开关 （1）超速挡开关（O/D开关） 这个开关是用来控制自动变速器的超速挡的。开关接通，并且操纵手柄处于D位时，自动变速器随着车速的升高将允许进入超速挡（即4挡）；当该开关关闭后，不论操纵手柄处于任何位置、车速的大小如何，自动变速器都不能升入超速挡，并且仪表盘上的O/D OFF指示灯随之亮起，表示限制超速挡的使用。 （2）模式开关

17、经济模式（ECONOMY）：这种控制模式是以汽车省油为目的。 动力模式（POWER)：这种控制模式是以汽车获得最大动力性为目的。35 标准模式（NORMAL）：这种控制模式是处于经济模式和动力模式之间。 （3）保持开关 保持开关的作用是使自动变速器按某一个挡位行驶。当按下保持开关后，自动变速器便不能自动换挡，其挡位完全取决于操纵手柄的位置；操纵手柄位于D位、2（S）位或1（L）位时，自动变速器分别保持在3挡、2挡或1挡行驶。汽车在较滑的路面上行驶，可以按下保持开关，用操纵手柄选择开关，用操纵手柄选择挡位，以防驱动轮打滑。 （4）锁止按钮 锁止按钮又称操纵手柄锁止开关，是经机械锁止机构操纵手柄的

18、位置。当按下该开关时，操纵手柄才能移动，否则操纵手柄被锁止不能移动。363.红旗CA7560轿车自动变速器 红旗牌高级轿车采用的液力自动变速器，是由一个四元件综合式液力变扭器和可自动换挡的两挡行星齿轮变速器组成（见下图）。 37 红旗CA7560轿车液力机械变速器剖视图1-液力变扭器；2-变速器第一轴；3-油泵；4-调压阀体；5- 低档制动器；6-直接挡离合器；7-候行星架；8-变速器第二轴；9- 车速表齿轮；10-离心调整器；11- 倒挡制动器；12-手控制阀；13-控制阀体38 红旗CA7560轿车机构传动示意图1-液力变扭器；2-直接挡离合器；3-低速挡制动器；4-前排齿圈；5-倒挡制动

19、器；6-前排行星轮；7-后排行星架；8-后排齿圈；9-后排行星轮；10-变速器第二轴；11-后排太阳轮；12- 前排行星架；13-前排太阳轮；14-变速器第一轴3940 红旗CA7560轿车行星齿轮变速机构传动简图 C-直接挡离合器； B1 低速挡制动器； B2 倒挡制动器41 红旗牌轿车的双排行星齿轮变速器共有一个倒挡和两个前进挡（低速挡和高速挡（直接挡）。分析其传动路线和计算它的传动比。 （1）空挡 即具有2个自由度。当直接离合器C处于分离状态，低速挡和倒挡制动器B1 、B2 都松开。此时1个行星排有2个自由度，2个行星排有4个自由度，由于前行星排齿圈和后行星排的太阳轮相接，前行星排行星架

20、与后行星排行星架连接，一共可消去2个自由度，即变速器行星齿轮机构仍然有2个自由度，不能传递动力，处于空挡位置。42 红旗CA7560轿车低速挡动力路线示意图 （2）低速挡 当低速制动器B1制动时，前行星排太阳轮固定，消去1个自由度，行星齿轮机构只剩下1个自由度，有动力输出。43 其动力传递路线是： 前排齿轮 对前太阳轮制动，前行星架 后行星架 后齿圈液力变扭器 输出轴 后太阳轮 后行星轮上图中，设前太阳轮、前齿圈、前行星架的转速分别为n1 、n2 、n3 ，后太阳轮、后齿圈、后行星架的转速分别为n1 、n2 、n3 ，前后行星排的齿圈与太阳轮的出数比分别为a1 、a2 ，根据单行星齿轮机构的运

21、动特性方程，得出钱后行星排的运动特性方程。44 前行星排运动特性方程： 后行星排运动特性方程： 由于前太阳轮转速n1 =0,前齿圈与后太阳轮连接，n2 =n1 ,前行星架与后行星架连接，故n3 =n3 。 一般来说，同一自动变速器的所有行星排的齿圈和太阳轮的齿数比是相同的，即a1 =a2 =a。 低速挡的传动比 45 （3）直接挡 当B1 、B2 两制动器放松，离合器C接合时，前太阳轮、输入轴、前齿圈被连成一体，前行星架输出的转速与输入的转速相同，后行星架输入的转速与后太阳轮输入的转速相同，因此后齿圈输出的转速与输入的转速相同，它的传动比为1，就是直接挡。见下图为红旗CA7560轿车直接挡传动

22、路线示意图。46 （4）倒挡 当离合器C分离，制动器B1放松， B2对前后行星架组件固定时，前排太阳轮可以自由转动，当前行星排已不起传动作用。后行星排由于行星架固定，它的动力由后太阳轮输入，后齿圈输出，但旋转方向却相反。其动力传递路线： 输入轴 后太阳轮 后行星架固定，后齿圈 输出轴 其传动路线图为：47 由于它的前行星排不传递动力，因此计算它的传动比只考虑后行星排即可。设后太阳轮、后齿圈、后行星架的转速分别为n1 、n2 、n3 ，齿圈和太阳轮的齿数之比为a，根据行星齿轮机构的运行特性方程，可列出方程又后行星架固定， n3 =0，故传动比 传动比负号，说明 输入输出转速相反，是倒挡。 484

23、.行星齿轮变速器的典型结构（辛普森结构） 辛普森自动变速器行星齿轮机构采用三个前进挡和一个倒挡，其特点是由两个完全相同齿轮参数的行星排组成，真个齿轮系具有相同的齿圈，6个相同的行星轮和一个供2个行星排公用的加长太阳轮。它结构简单紧凑、传动效率高、换挡平稳，每次换挡仅需换一个操纵件。目前，4挡行星变速器通常以辛普森结构为核心机构，用增加一个操纵件或用积木法加一个参数与原二排一样的行星排的方法来实现四前一倒。49 分析辛普森行星机构的挡位和传动比： 前后太阳轮是公用的，可消去1个自由度，前行星架与后齿圈连接，又可消去一个自由度，整个行星机构仍有2个自由度，即C1 、C2 、B1 、B2 都不工作，

24、行星机构不传递动力，是空挡。 （1）当只有C1 、 B2工作时，由于后行星架被B2固定，消去一个自由度，行星机构只有1个自由度，因此有动力输出。其动力传递路线是 前行星架输入轴 C1工作，前齿圈 输出轴 公共太阳轮 对后行星架固定，后齿圈50一挡：51 设公共太阳轮的转速、前齿圈转速、前行星架与后齿圈转速、后行星架的转速分别为n1 、n2 、n3 、n3 ，行星齿轮机构运动的特性方程，可列出方程组：又后行星架被固定， n3 =0，故它的传动比所以是减速增扭同向传动的低速挡。 52 （2）当只有C1 、 B1工作时，由于公共太阳轮被B1固定，消去1个自由度，行星机构只有1个自由度，因此有动力输出

25、。又由于B1工作，使公共太阳轮被固定，切断了后行星派的动力输入，因此后行星排没有动力输出，此时只有前行星排有动力输入和动力输出。 它的动力传递路线是：输入轴 C1工作，前齿圈 B1工作，太阳轮被固定，前行星架 输出轴 设前行星排的太阳轮转速、齿圈转速、行星架转速分别为n1 、n2 、n3 ，行星齿轮机构运动特性方程又B1工作， n1 =0，故 它的传动比 所以它是减速增扭同向传动的中速挡 53二挡：54 （3）当只有C2 、C1 工作时，公共太阳轮的转速n1和前齿圈的转速n2都等于输入轴的转速n，因此前行星架的转速n3 = n1 = n2 =n，即输出的转速与输入的转速相等，整个行星齿轮机构被

26、连锁成一整体，是直接挡，它的传动比i=1。 （4）当只有C2 、B2工作时，后行星架被固定，减少了1个自由度，行星机构只有1个自由度，因此有动力输出。由于C1不工作，前齿圈空转，因而前行星排没有动力输出。动力由后行星排太阳轮输入，后齿圈输出。其动力传递路线是：输入轴 C2工作，公共太阳轮 B2工作，后行星架被固定，后齿圈 输出轴55直接挡：56倒挡：57 设公共太阳轮转速、后齿圈转速、后行星架转速分别为n1 、n2 、n3 ，按行星齿轮运动特性方程有又B2工作， n3 =0，即 故它的传动比 所以，它是减速增扭反方向传动，即倒挡。 由以上得出一般规律：当两个行星排都有动力输出时，一般作为低速1

27、挡；当只有一个行星排有动力输出时，一般作为低速2挡；当行星机构有两条动力输入时，一般作为直接挡。 585.拉威娜式（Ravigneanx)行星齿轮变速器一挡：59二挡：60三挡：61四挡：62倒挡：636.丰田A43D自动变速器 丰田后轮驱动汽车上常用的自动变速器有：A40D、A42D、A43D、A42DL、A43DL、A44DL、A43DE、A340E、A341E和A342E等型号（型号中的“D”表示有超速挡，“L”表示用带锁止离合器的综合式液力变扭器，“E”表示具有电脑控制的变速器）。用于前轮驱动汽车上常用的自动变速器有：A540E、 A140E、A140L、A130L和A131L等型号。

28、丰田汽车各种自动变速器的行星齿轮变速器结构基本相同。 下面介绍丰田A43D得结构和传动路线（挡位分析）。64 （1）结构特点 如图示丰田A43D自动变速器的剖面图，这是一种具有4个前进挡的液力自动变速器。它的行星齿轮变速器采用3个行星排的辛普森式4挡行星齿轮变速器。，这是在辛普森式3挡行星齿轮变速器的基础上增加一个超速行星排后形成的。65 下图就是它的换档执行元件和行星排的布置方式结构示意图。它的前排是一个单排的超速行星齿轮机构，后面为双排的辛普森式行星齿轮机构，共有10个换档执行元件，3个离合器、4个制动器（均为片式制动器）和3个单向离合器。66 丰田A43D自动变速器结构示意图 1-超速输

29、入轴；2-超速太阳轮；3-超速行星齿圈；4-输入轴；5-中间轴6-太阳轮；7-前行星齿圈；8-后行星齿圈；9-输出轴；10- 后行星架；11-前行星架；12-超速行星架67各执行元件的作用如下：超速离合器C0的作用是连接超速行星架和超速太阳轮；超速制动器B0的作用是固定超速太阳轮；超速单向离合器F0的外圈与超速行星架啮合，内圈固定在超速太阳轮上，使发动机传到超速输入轴时，超速太阳轮与行星架接合；前进离合器C1的作用是将超速行星排的动力传递到后行星齿圈；后离合器C2的作用是将超速行星排的动力传递到前后太阳轮；1号制动器B1的作用是固定前后太阳轮；2号制动器B2的作用是固定1号单向离合器的外圈；1

30、号单向离合器F1的作用是约束前后太阳轮的反转方向，而且在B2工作时才有效；3号制动器B3的作用是固定前排行星架；2号单向离合器F2的作用是约束前排行星架反转。68(2)丰田A43D自动变速器各挡传动路线变速杆位置挡位超速离合器C0超速制动器B0超速单向离合器F1前离合器C1后离合器C1号制动器B12号制动器B21号单向离合器F12号单向离合器F23号制动器B3传动比内活塞外活塞内活塞外活塞P停车R倒挡-2.21N空挡D12.4521.453140.68212.4521.45L12.4569表中为A43D自动变速器换挡执行元件工作规律D1挡 当操纵杆处于D1挡时工作的换挡执行元件是C0 、F0

31、、C1 、F2 。在超速行星排，由于C0 的接合，是超速太阳轮和行星架连接在一起，整个超速行星齿轮机构连成一个整体，传动比为1，是超速输入轴的动力直接传给前C1 离合器。由于前离合器C1 工作，动力由C1再传到后行星排齿圈，此时后齿圈正传（从前向后看），前后太阳轮（前后行星排太阳轮共用）将反转，前行星架也将反转，但2号单向离合器F2 正好约束前行星架反转，因此前行星架被固定，前后行星排的自由度数是1，有动力输出。70 下图为D1挡传动路线示意图，其传动路线为：输入轴 超速行星架 C0 结合，直接传动，超速齿圈 前离合器C1结合 中间轴 后行星齿轮 后行星架 后行星排齿圈 输出轴 太阳轮 前行星

32、齿轮，F2 作用，前行星架固定 前齿圈71根据D1传动方式可得出双排行星齿轮工作情况示意图，按行星轮机构运动特性方程和各元件连接情况，列出方程组：丰田A43D自动变速器的行星齿轮比 可见，是低速增扭同向传动的低速挡。由于传动扭矩较大，用两个行星排来传动，可以减轻行星排斥轮的负载，防止齿轮损伤。72 D2挡 当操纵杆处于D2挡时工作的换挡执行元件是C0 、F0 、C1 、B2 、F1 。超速行星排的动力传动与D1挡的相同，传动比仍为1。在前后行星排，由于B2 、F1 工作，太阳轮受反转的趋势被制止，因此太阳轮被固定，前后行星排的自由度数为1，故有动力输出。又由于太阳轮被固定，因此切断了前行星排的

33、输入动力，前行星排没有动力输出，此时只有后行星排有动力输出。 按照行星齿轮机构运动特性方程及前后行星排的工作情况，列出方程组：故其传动比 传动比iD2 iD1 ，仍是减速增扭同方向运动，但其输出的转速提高了。73 D2挡动力传动路线和传动路线示意图输入轴 超速行星架 C0 接合，直接传动，超速行星齿圈 前离合器C1接合 中间轴 后行星排的齿圈 后行星齿轮 B2 、F1 共同作用太阳轮固定不动,后行星架 输出轴74D3档 当操纵杆处于D3挡时工作的换挡执行元件是C0 、F0 、C1 、C2 。超速行星排由于工作起传动比仍然是1；对于前后行星排，由于前、后离合器都工作，使得中间轴 、太阳轮和后排齿

34、圈都连接在一起，前后行星排机构被连成一个整体转动，传动比为1，是直接传动，所以称D3挡为直接挡。 其动力传动路线和示意图： 前离合器C1 中间轴 后齿圈输入轴 超速行星架 C0 结合，直接传动，超速行星齿圈 后离合器C2 太阳轮 后行星架 输出轴75 D4挡（O/D挡，超速挡） 当操纵杆处于D4挡时工作的换挡执行元件是B0 、C1 、C2 。在超速行星排，由于超速制动器工作，所以超速太阳轮被固定，也使得超速行星排的自由度数是1 ，有动力输出，动力由超速行星架输入，超速齿圈输出；对于前后行星排，由于C1 、C2 仍然工作，故其传动比仍然是1。 根据D4传动方式，可绘出D4挡超速行星排的工作情况，

35、按照行星齿轮机构运动特性方程得出方程组：其传动比为 传动比iD4 1,说明输出转速 大于输入转速，因此D4挡为超速挡，它的前后行星排的工作情况与直接挡D3挡形同。76D4挡传动路线和传动路线示意图：输入轴 超速行星架 超速行星齿轮 B0 工作，超速行星排齿圈 前离合器 中间轴 后排齿圈 后行星架 输出轴 后离合器 太阳轮77 2位传动路线 2位是“闭锁”的挡位，当手动杆处于2位时，变速器被锁定在1 2挡范围内，即1挡升至2挡，但2挡不允许升3挡，并且2挡要具有发动机制动的作用。 21挡的传动路线与D1挡完全相同。 22挡得传动路线与D2 挡也完全相同。所不同的是，22挡时1号制动器B1 也工作

36、。因为看D2挡时太阳轮的工作情况，当汽车下坡时车速将加快，当车速快到一定程度后，太阳轮顺时针旋转（B2 、F1 失去控制作用），太阳轮失去约束的作用力，整个前后行星排的自由度数为2， 前后行星排失去传递动力的能力，使得发动机动力与输出失去联系。因此D2没有发动机制动作用。在22挡时，由于B1 工作，当太阳轮要顺时针转时，B1 的工作仍然使太阳轮不动，前后行星排仍然有动力输出，因此22挡具有发动机制动作用。78 L位传动路线 L位也是“闭锁” 的挡位，当操纵杆处于L位时，自动变速器只能按1挡路线工作，不允许升挡，但此时具有发动机制动作用。其传动路线与D1挡相同，不同的是L位时3号制动器B也工作，

37、这样使得前行星排行星架不论反转还是顺转，都被固定，因此前后行星排的自由度数一直都是1，发动机的动力不会因车速的加快而与输出轴失去联系。因此L位是具有发动机制动的作用。下图是闭锁1挡（L位）的传动路线图。79R位（倒挡） 当操纵杆处于R位时工作的换挡执行元件是C0 、F0 、C2 、B3 。超速行星排由于C0 工作，其传动比仍然为1。但由于后离合器接合，使得前、后行星排的公共太阳轮顺时针方向旋转，由于B3 固定前行星架，因此前行星架不能转动，太阳轮的动力经行星轮传递到前齿圈，并使前齿圈向逆时针方向转动，带动输出轴也按逆时针方向转动，即倒挡。后行星排齿圈没有约束力，因此没有动力输出。 R挡工作情况

38、如右图，按行星齿轮机构运动特性方程可列出方程组：其传动比为因此是减速增扭反方向传动，即倒挡。80R挡传动路线和传动路线示意图： 输入轴 超速行星架 超速齿圈 后离合器 太阳轮 B3 工作，固定前行星架，前行星齿轮 前齿圈 输出轴81N位（空挡）和P位（停车挡） 当操纵杆在N位或P位时，尽管超速离合器C0 仍然是接合的，但前离合器C1 和后离合器C2 均已分离，因此自动变速器没有动力输出，也即空挡。但在P位时可以利用锁止机构对变速器输出轴进行锁止，使汽车驱动轮不能转动，保证可靠停车。见右图。82 从丰田A430D自动变速器各挡的挡位分析过程中看出： 超速离合器C0 除D4挡外其他挡位都是工作的，

39、只有进入D4时才用超速制动器B0 代替超速离合器C0 ；前离合器C1 在所有的前进挡都是工作的；后离合器C2 只有在D3挡、 D4挡和倒挡时才工作，并且在倒挡时C2 工作则C1 不工作；3号制动器B3 只有在L位和R位时才工作，又称低挡、倒挡制动器；1号制动器B1 只有在22挡位时才起作用，又称为2制动器。一般来说，当自动变速器允许继续升挡时，最好用单向离合器约束元件的旋转方向；当是闭锁挡并且不允许升挡时，要求具有发动机制动作用，就要用制动器代替单向离合器来约束元件的旋转方向。从换挡的平顺性和提高换挡的品质来考虑，换挡的执行元件越少越好，不但易于控制，而且减少了换挡冲击。83四.几种常见轿车自

40、动变速器 了解几种常见轿车自动变速器，目的是为了了解不同车型的自动变速器结构和熟悉掌握挡位分析的方法。 1.通用轿车Turbo Hydra matifc400自动变速器 Turbo Hydra matifc400自动变速器是由美国通用汽车公司生产的一种具有3个前进挡的液力控制自动变速器，用于凯迪拉克、雪佛兰、奥斯莫比尔等轿车。这种自动变速器采用3元件单级2相液力变扭器和由2个行星排组成的辛普森式3挡行星齿轮变速器。它的行星齿轮变速器中有7个换挡执行元件，2个离合器、3个制动器（2个 带式制动器和 1个片式制动器）、2个单向离合器。其行星排和换挡执行元件布置方式如下图。 84 Turbo Hyd

41、ra matifc400自动变速器C1 -前进离合器；C2 -倒挡及高档离合器；B1 -2挡强制制动带；B2 -2挡制动带B3 -抵挡及倒挡制动器；F1 -2挡单向离合器；F2 -低档单向离合器85 Turbo Hydra matifc400自动变速器换挡执行元件工作规律操纵手柄位置挡位换挡执行元件C1C2B1B2B3F1F2D1挡2挡3挡L21挡2挡L1挡R倒挡 注： 接合、制动或锁止 由上表可知，这种自动变速器的前进低挡位置有2个，即L2 和L。当操作手柄位于L2 位时，自动变速器只能在1挡、2挡范围内工作，其中2挡具有发动机制动作用；当操纵手柄位于L位时，自动变速器只能保持在1挡，并具有

42、发动机制动作用；操纵手柄位于D位时，1挡、2挡、3挡都没有发动机制动作用。86 2.丰田CROWN3.0轿车A340E自动变速器 丰田CROWN3.0（皇冠）轿车（2JZ-GE发动机)所用的A340E自动变速器是一种具有4个前进挡的电子控制自动变速器。 A340E自动变速器的行星齿轮机构与装备在LEXUS LS400G型高级轿车上的A341E和A342E自动变速器完全一样。这种自动变速器采用了带锁止离合器的3元件单级2相式液力变扭器，由3个行星排组成的辛普森式4挡行星齿轮变速器，它的行星齿轮变速器中有10个换挡执行元件（见下图）。其中行星排的结构、换挡执行元件的布置方式与A43D自动变速器基本

43、相同，只是它的前后行星排的位置作了调换，2个强制制动器采用带式制动器。87 A340E自动变速器88 丰田A340E自动变速器的结构示意图1-超速输入轴；2-超速太阳齿轮；3-超速行星齿圈；4-中间轴；5-前行星齿圈；6-太阳齿轮；7-后行星齿圈；8-输出轴；9-后行星架；10-前行星架；11-超速行星架；C0 -超速离合器；B0 -超速制动器；F0 -单向离合器；C1 -前进离合器；C2 -直接离合器；B1 -2挡强制制动带；B2 -2挡制动器；B3 -低挡、倒挡制动器；F1 -1号单向离合器；F2 -2号单向离合器89丰田A340E自动变速器执行元件工作规律操纵手柄位置 挡位换挡执行元件C

44、1C2B1B2B3F1F2C0B0F0P停车挡R倒挡N空挡D1挡2挡3挡超速挡21挡2挡3挡L1挡2挡注： 接合、制动或锁止； 接合、制动，但不传递动力903.丰田CAMRY轿车A540E自动变速器 A540E自动变速器是丰田公司研制的一种前驱动4挡位电子控制自动变速器，用于装有3VZ-FE型电子控制汽油喷射式发动机的CAMRY3.0轿车。在自动变速器由带有锁止离合器的液力变扭器、3个行星排辛普森式4挡行星齿轮变速器、电液式控制系统、主减速器和差速器组成。图中： 1-液力变扭器；2-锁止离合器；3-行星齿轮变速器；4-主减速器主动轴；5-主减速器从动齿轮；6-差速器91A540E自动变速器1-

45、输入轴；2-前行星架；3-前齿圈；4-前后太阳轮组件；5-后齿圈；6-后行星架；7-中间轴；8-超速齿圈及输出齿轮；9-超速行星架；10-超速太阳轮；C0 -直接离合器；C1 -倒挡及高挡离合器；C2 -前进离合器；B0 -超速制动器；B1 -2挡制动器；B2 -低挡及倒挡制动器；B3 -2挡强制制动器；F0 -直接单向超越离合器；F1 -低挡单向超越离合器；F2 -2挡单向超越离合器92A540E自动变速器换挡执行元件工作规律操纵手柄位置挡位换挡电磁阀A换挡电磁阀B换挡执行元件C1C2B1B2B3F1F2C0B0F0P停车挡-R倒挡-N空挡-D1挡ONoFF2挡ONON3挡OFFON超速挡O

46、FFOFF21挡ONOFF2挡ONON3挡OFFONL1挡ONOFF2挡ONON注： 接合、制动或锁止； 结合、制动，但不传递动力93 A540E自动变速器特点是超速行星排布置在变速器的后方，且行星齿轮变速器的动力由超速行星排齿圈上的输出齿轮传给主减速器主动轴。主减速器、差速器和变速器连成一体。4.马自达轿车F3A自动变速器 F3A自动变速器是一种前驱动3挡液力控制自动变速器，用于马自达626等前轮驱动轿车。这种自动变速器由3元件单级2相液力变扭器、辛普森式3挡行星齿轮变速器、液力式控制系统、前桥主减速器、差速器等组成。它的行星齿轮变速器和变扭器及输入轴布置在同一条轴线上。油泵位于行星齿轮变速

47、器后端，输出齿轮位于行星齿轮变速器前端，主减速器和差速器位于另外两条与行星齿轮 平行的轴线上。行星齿轮变速器有2个行星排和5个换挡执行元件。94F3A自动变速器1-变扭器；2-油泵驱动轴；3-输入轴；4-油泵；5、6-行星排；7-阀板；8-输出齿轮；9-主减速器；10-差速器95F3A自动变速换挡执行元件和行星排的布置1-曲轴；2-飞轮；3-变扭器；4-输入轴；5-油泵；6-前后太阳轮组件；7-前行星架和后齿圈组件；8-星星轮；9-前齿圈；10-后行星架；11-输出齿轮；12-主减速器齿轮；13-至差速器；C1 -倒挡及高挡合器；C2 -前进离合器；B1 -2挡制动带；B2 -低挡及倒挡制动器

48、；F1 -低挡单向超越离合器96F3A自动变速器换挡执行元件工作规律注： 接合、制动或锁止操纵手柄位置挡位换挡执行元件C1C2B1B2F1P停车挡R倒挡N空挡D1挡2挡3挡22挡12挡1挡975.R4AEL自动变速器 R4AEL自动变速器是由日本自动变速器公司（JATCO)生产的一种新型的后驱动4挡电子控制自动变速器。用于尼桑、马自达、福特等汽车。这种自动变速器采用带有锁止离合器和减振弹簧的液力变扭器，由2个行星排和8个换挡执行元件组成的双行星排辛普森式4挡行星齿轮变速器、电液式控制系统及独立的控制电脑。 这种新普森式行星齿轮机构除了前齿圈和后行星架仍相互连接为一体外，前行星排和后行星排的其他

49、基本元件均是独立元件。这两排行星齿轮机的自由度是3。 这种辛普森式行星齿轮机构中，后太阳轮始终和输入轴连接，输出轴则与前齿圈和后行星架组件连接。该变速器设置4个离合器、2个制动器及2个单向离合器，使之成为具有4个前进挡和1个倒挡的4挡行星齿轮变速器，并且1挡、2挡、3挡都有两种工作状态，即发动机制动和无发动机制动。98R4AEL 自动变速器1-变扭器；2-输入轴；3-油泵；4-前行星排；5-后行星排；6-输出轴；7-阀板C1 -倒挡离合器；C2 -高挡离合器；C3 -前进挡离合器；C4 -前进强制离合器B1 -2挡积4挡制动带；B2 -低挡及倒挡制动器；F1 -前进单向超越离合器；F2 -低挡单向超越离合器99R4AEL 自动变速器行星排和换挡执行元件的布置1-变扭器；2-输入轴；3-前行星排；4-后行星排；5-输出轴；C1 -倒挡离合器；C2 -高挡离合器；C3 -前进离合器；C4 -前进强制离合器；B1 -2挡及4挡制动带；B2 -低挡及倒挡制动器；F1 -前进单向超越离合器；F2 -低挡单向超越离合器100