第四節典型齒輪變速機構傳動分析

由于單排行星齒輪機構不能滿足汽車行駛中變速變矩的需要。為了增加傳動比的數目，可以通過增加行星齒輪機構來實現。在自動變速器中，兩排或多排行星齒輪機構組合在一起，用以滿足汽車行駛需要的多種傳動比。多排行星齒輪機構一般布置形式兩排行星齒輪機構共用一個太陽輪——辛普森式行星齒輪機構。有兩個太陽輪，兩排行星齒輪共用一個齒圈——拉威娜式行星齒輪機構。有些附加一套單排行星齒輪機構實現超速檔辛普森行星齒輪系統辛普森式行星齒輪機構由4個獨立的元件組成：前齒圈、前后太陽輪組件、后行星架、前行星架和后齒圈組件辛普森式行星齒輪機構是雙排行星齒輪機構，它由兩個內嚙合式單排行星齒輪機構組合而成，能提供三個前進擋和一個倒擋。前面可以加一排超速行星齒輪機構

1-前齒圈；2-前行星輪；3-前行星架和后齒圈組件4-前后太陽輪組件；5-后行星輪；6-后行星架辛普森式行星齒輪機構示意圖辛普森式行星齒輪機構實物結構辛普森式行星齒輪系統1-第一軸；2-前行星排；3-二擋制動器；4-低、倒擋制動器；5-單向離合器；6-第二軸；7-后行星排；8-前進離合器；9-直接擋離合器辛普森式行星齒輪系統各擋位狀態下五個執行元件的工作情況如表。辛普森式行星齒輪系統

1)前進1檔（D位1檔）一擋時，前進離合器C2結合，使輸入軸和前齒圈連接，同時單向離合器F處于自鎖狀態，后行星架被固定，如圖。來自發動機的動力經輸入軸、前進離合器C2傳給前齒圈，使前齒圈朝順時針方向轉動。在1檔時，前后兩行星排都參加動力傳遞，與發動機輸出轉速相比，經變速器以后轉速下降、轉矩增加，汽車能以較大的牽引力克服行駛阻力低速前進。n11+α1n12―(α1+1)n13＝0

（前排）n21+α2n22―(α2+1)n23＝0(后排)式中：n23=0;

n11=n21;

n13=n22經整理得:i=n12／n13=(1+α1+α2)／α1

1擋傳動比的計算：辛普森式行星齒輪系統

2)前進2檔（D位2檔）當前進離合器C2和二擋制動器B1同時工作時，行星齒輪變速器處于二擋。此時輸入軸經前進離合器C2和前齒圈連接，同時太陽輪組件被二擋制動器B1固定。發動機動力經液力變矩器和輸入軸傳給后排齒圈，使之朝順時針方向轉動。在二擋狀態下，汽車滑行時驅動輪的反向驅動力可經過行星齒輪變速器傳至發動機，即具有發動機制動作用。n11+α1n12―(α1+1)n13＝0(前排)n21+α2n22―(α2+1)n23＝0(后排)式中：

n11=n21=0;n13=n22經整理得:i=n12／n13=(1+α1)／α1

2擋傳動比的計算：辛普森式行星齒輪系統

3)前進3檔（D位3檔）當行星齒輪變速器處于三擋時，前進離合器C2和直接擋離合器C1同時接合，把輸入軸與前齒圈及太陽輪組件連接為一個整體。行星齒輪變速器在三擋位具有反向傳遞動力的能力，在汽車滑行時能實現發動機制動。辛普森式行星齒輪系統

4)手動1檔（1位或L位）為了利用發動機制動，可將變速器操縱手柄從“D”位移至“1”位，即手動1檔。自動變速器在手動1檔時能產生發動機制動作用，如圖。C2，B2起作用辛普森式行星齒輪系統

5)倒檔（R位）倒擋時，直接擋離合器C1接合，使輸入軸與前、后太陽輪組件連接，同時低、倒擋制動器B2產生制動，將后行星架固定。此時發動機動力經輸入軸傳給太陽輪組件，使太陽輪朝順時針方向轉動。由于后行星架固定不動，因此在后行星排中，后行星輪在后太陽輪的驅動下朝逆時針方向轉動，并帶動后齒圈朝逆時針方向轉動，如圖。A341E行星齒輪變速機構

如圖所示:A341辛普森式自動變速器的結構和工作原理如圖：

如圖所示:1、三排四檔應用三個單行星輪行星排，超速排、前、后之分，太陽輪共用，前行星架和后齒圈一體，兩排有四個獨立的元件。2、四個制動器、三個離合器、三個單向離合器組成一個四速自動變速器。其中有十個執行元件如下：其中：三個多片濕式離合器、、三個多片濕式制動器、、一個帶式制動器兩個單向離合器、一個超越離合器增加了一個超速排、辛普森雙排行星輪上增加了B2，F1超速排超速排傳動分析超速排傳動分析輸入元件：行星架輸出元件：齒圈約束元件：太陽輪約束方法：與變速器殼體（超速）B0與行星架（直接檔）C0或F0超速排：C0,F0的作用若在D1檔直接使用C0，在直接檔升超速檔時，液壓控制系統需要完成：C0的泄油，B0的增壓，這樣會引起：1.C0已經完全釋放，而B0還沒有完全結合，動力傳遞中斷，車輛出現空檔現象；2.B0已經結合，而C0還沒有釋放，變速器亂檔，車輛出現強烈的發動機制動現象。有了F0，直接檔升超速檔時，液壓控制系統可以讓C0相對于B0提前或快速釋放，在B0還沒有結合前，F0還保持著直接檔的工作狀態，等B0結合時（F0釋放），變速器完成了換檔，改善了換檔品質。若只有F0，沒有C0會如何？辛普森行星齒輪變速器換檔執行元件

超速擋行星架前行星架后行星架中間軸輸入軸輸出軸超速擋太陽輪超速擋齒圈前行星齒圈太陽輪后行星齒圈結構B0：超速擋制動器F0：超速擋單向離合器C0：超速擋離合器B1：Ⅱ擋滑行制動器F1：Ⅱ擋單向離合器C1：前進擋離合器B2：Ⅱ擋制動器F2：低擋單向離合器C2：高擋及倒擋離合器B3：低擋及倒擋制動器C0：超速檔離合器，可使動力從超速行星架傳給太陽輪C1：前進檔離合器，可使動力由中間軸傳給前齒圈，在所有前進檔都工作C2：高檔、倒檔離合器，可使動力由中間軸傳給前后太陽輪，在高速檔和倒檔工作；B0：超速檔制動器，制動超速行星機構的太陽輪，只有超速檔時工作；B1：2檔滑行制動器，制動前后太陽輪自22檔時工作；B2（F1）：2檔制動器，鎖止F1的外圈，在D2、D3、OD、22均工作。B3：低、倒檔制動器，鎖止后排行星齒輪架，在R、L檔工作；F0：超速單向離合器，防止太陽輪超過行星架，除P、R、OD均工作；F1：與B2一起，阻止太陽輪逆時針轉，在D2、

22工作；F2：阻止后行架逆時針轉動，在D1時工作。執行元件認識3個離合器、4個制動器和3個單向離合器共10個。自動變速器換擋手柄有六個位置：P、R、N、D、2、L。（1）換擋手柄位于“D”位時D位1擋：C0、

F0、C1、F2工作，變速器處于D位1擋。超速擋行星架前行星架后行星架中間軸輸入軸輸出軸超速擋太陽輪超速擋齒圈前行星齒圈太陽輪后行星齒圈D位1擋：C0、

F0、

C1、F2工作，變速器處于D位1擋。

Ｄ位１擋時，離合器Ｃ1和單向離合器Ｆ2工作。輸入軸通過離合器Ｃ1帶動前齒圈順時針轉動，因前行星架和后齒圈與輸出軸相連在汽車起步前轉速為０（起步后轉速也為一個確定的低值），所以前行星輪在前齒圈的驅動下一方面朝順時針方向作公轉，帶動前行星架朝順時針方向轉動，另一方面作順時針方向的自轉，并帶動前、后太陽輪組件朝逆時針方向轉動。

在后行星排中，由于和輸出軸連接的后齒圈轉速很低，后行星輪在后太陽輪驅動下朝順時針方向作自轉時，對后行星架產生一個逆時針方向的力矩，而單向離合器Ｆ2對后行星架在逆轉時具有鎖止作用，因此后行星架固定不動，使后齒圈在后行星輪的驅動下朝順時針方向轉動（圖2－24）。由此可知，Ｄ位１擋時，由輸入軸傳入的動力經前后行星排同時輸出，其目的是防止在傳遞大的扭矩時單排傳力而出現過載損壞。

當汽車在Ｄ位１擋工作時，若駕駛員突然松開油門踏板，發動機轉速將立即降至怠速。汽車在慣性作用下仍以原車速前進，驅動車輪將通過自動變速器輸出軸反向帶動行星齒輪變速器運轉，行星齒輪機構的前行星架和后齒圈組件成為主動件，前齒圈為從動件。當前行星架朝順時針方向帶動前行星輪轉動時，由于前齒圈轉速較低，前行星輪在順時針公轉的同時也朝逆時針方向作自轉，從而帶動前、后太陽輪組件以較高的轉速順時針轉動，導致后太陽輪和后齒齒圈同時以較高的轉速朝順時針方向帶動后行星齒輪轉動，使后行星輪在自轉的同時對后行星架產生一個順時針方向的力矩。單向離合器Ｆ2對后行星架無順時針旋轉鎖止作用，后行星架在后行星輪的帶動下順時針自由轉動。此時，行星齒輪機構的四個獨立元件中有兩個處于自由狀態，失去傳力作用。來自變速器輸出軸的反向力無法經行星齒輪變速器傳給輸入軸，即在下坡時無法利用發動機的怠速運轉阻力來實現汽車的減速，稱為無發動機制動。此時汽車相當于作空擋滑行。為使裝有自動變速器的汽車也能實現發動機制動，必須讓它的１擋有兩種不同的狀態，即有發動機制動和無發動機兩種。這兩種狀態的選擇通常通過改變操縱手柄的位置來實現。操縱手柄位于Ｄ位時，１擋無發動機制動，而Ｌ位（或１位）時有發動機制動。

超速擋行星架前行星架后行星架中間軸輸入軸輸出軸超速擋太陽輪超速擋齒圈前行星齒圈太陽輪后行星齒圈D位2擋：C0、

F0、

C1、B2、F1工作，變速器處于D位2擋。D位2擋：

C0、F0、C1、B2、F1工作，變速器處于D位2擋。超速擋行星架前行星架后行星架中間軸輸入軸輸出軸超速擋太陽輪超速擋齒圈前行星齒圈太陽輪后行星齒圈D位3擋：C0、

F0、

C1、C2工作，變速器處于D位3擋。D位3擋：C0、

F0、

C1、C2工作，變速器處于D位3擋。超速擋行星架前行星架后行星架中間軸輸入軸輸出軸超速擋太陽輪超速擋齒圈前行星齒圈太陽輪后行星齒圈D位4擋：B0、

C1、C2工作，變速器處于D位4擋。D位4擋：B0、

C1、C2工作，變速器處于D位4擋。（2）換擋手柄位于“2”位時2位1擋：C0、

F0、C1、F2工作，變速器處于2位1擋。2位2擋：C0、

F0、

C1、B1、B2、F1工作，變速器處于2位2擋。（3）換擋手柄位于“L”位時變速器只能接通1擋。C0、F0、C1、B3、F2工作（4）換擋手柄位于“R”位時

C0、F0、C2、B3工作，變速器處于倒擋。超速擋行星架前行星架后行星架中間軸輸入軸輸出軸超速擋太陽輪超速擋齒圈前行星齒圈太陽輪后行星齒圈（5）換擋手柄位于“N”或“P”位時C0工作，C2、C1都不工作，變速器處于空擋或駐車擋。停車檔：B3工作由于C1或C2沒有接合變速器處于空檔狀態，動力無法傳遞。機械式鎖止機構：當變速桿處于P檔位置時，停車聯鎖凸輪使停車爪上的凸起與聯鎖結構結合，以防止車輛移動。單向離合器的作用——避免換檔沖擊

單向離合器功能分析（以D2、D3檔之間切換為例）在不考慮超速檔的情況下D2檔工作元件為：C1、B2、F1D3檔工作元件為：C1、C2、B2但從檔位傳動分析看，F1可以不要。單向離合器功能分析D2檔不使用F1直接用B2連接殼體和太陽輪，同樣可以滿足提供2檔傳動比的要求。單向離合器功能分析D3檔在直接檔檔位分析時根本未涉及B2。但B2工作不影響D3檔傳動。單向離合器功能分析D2檔與D3檔之間的切換：升檔過程：C2充油，B2泄油。B2泄油快，C2充油慢，會如何？B2泄油慢，C2充油快，會如何？單向離合器功能分析如果沒有F1，D3時B2不工作，升/降檔過程則要求：

C2充油，B2瀉油/C2泄油，B2充油泄油快，充油慢：有一段時間B2、C2都不起作用，使變速器進入一檔，引起嚴重的換檔沖擊。泄油慢，充油快：有一段時間B2、C2同時起作用，變速器出現類似手動變速器同時掛兩檔的運動干涉，使執行元件打滑，引起過度磨損。如何解決這種速度差帶來的問題？單向離合器功能分析增加F1，在兩種檔位時都使B2工作，D2檔與D3檔之間的切換時只控制C2，即不過空檔也不出現換檔沖擊。D2與D1檔切換過程由F1和F2滿足不沖擊的要求。思考題1.A341自動變速器F2裝反時汽車的故障現象？2.A341自動變速器2檔單向離合器F1裝反時汽車的故障現象？3.A341自動變速器無法升D2檔的故障現象及可能的原因？拉維娜行星齒輪系統結構特點：兩星星排共用行星架和齒圈，小太陽輪、短行星輪、長行星輪、行星架及齒圈組成一個雙行星輪式行星排。四個獨立元件：小太陽輪、大太陽輪、行星架和齒圈。

拉維娜式齒輪機構有一些勝過辛普森式齒輪機構的優點。主要是結構緊湊，由于相互嚙合的齒數較多，因此傳遞的扭矩較大。缺點是結構較復雜。在三菱、現代、帕薩特B5、奧迪A6上廣泛應用。拉維娜行星齒輪系統

典型的三擋拉維娜行星齒輪系統采用雙行星排組合，其結構特點是：兩行星排共用行星架和齒圈，小太陽輪1、短行星輪4、長行星輪5、行星架3及齒圈6組成一個雙行星輪式行星排，大太陽輪2、長行星輪5、行星架3及齒圈6組成一個單行星排，如圖所示。

拉維娜行星齒輪系統如圖所示，在三擋拉維娜式行星齒輪機構中設置五個換擋執行元件（2個離合器、2個制動器和1個單向離合器），使之成為一個具有3個前進擋和1個倒擋的行星齒輪變速器。各執行元件的作用是：前進離合器用于連接輸入軸和小太陽輪，直接擋離合器用于連接輸入軸和大太陽輪，2擋制動器用于固定大太陽輪，低、倒擋制動器起固定行星架的作用，單向離合器對行星架逆時針方向旋轉有鎖止作用。執行元件工作情況如表。拉維娜行星齒輪系統2.拉維娜行星齒輪系統各擋傳遞路線為：

(1)D位1擋：單向離合器鎖止行星架，使其無法逆時針旋轉，前進離合器接合，小太陽輪成為輸入元件。動力傳遞路線是第一軸、小太陽輪、短行星齒輪、長行星齒輪、齒圈。

(2)D位2擋：前進離合器接合，二擋制動器將大太陽輪固定。動力傳遞路線是第一軸、小太陽輪、短行星齒輪、長行星齒輪、齒圈。

(3)D位3擋：前進離合器和直接擋離合器參與工作，大、小太陽輪被鎖成一體，長、短行星齒輪同方向旋轉，由于這兩套行星齒輪處于常嚙合狀態而無法旋轉，于是整個行星齒輪系統被聯鎖成一體，以直接擋傳遞動力。

(4)R位：直接擋離合器工作，大太陽輪成為輸入元件，低、倒擋制動器將行星架固定。動力傳遞路線是大太陽輪、長行星齒輪、齒圈，小太陽輪和短行星齒輪空轉。大眾096（01M）型變速機構拉維娜行星齒輪傳動分析D1——C1、F2位1——C1、FD2——C1、B22位2——C1、B2D3——C1、K31位1——C1、B1D4——C3、B2R——C2、B13位1——C1、F3位2——C1、B23位3——C1、K3各擋傳遞路線為：（1）D位1擋第一軸、小太陽輪、短行星齒輪、長行星齒輪、齒圈。（2）D位2擋第一軸、小太陽輪、短行星齒輪、長行星齒輪、齒圈。（3）D位3擋大、小太陽輪被鎖成一體，長短行星齒輪同方向旋轉，整個行星齒輪系統被聯鎖成一體，以直接擋傳遞動力。（4）

D位4擋

B1制動大太陽輪和C3結合

（5）R位大太陽輪、長行星齒輪、齒圈。拉維娜式行星齒輪機構結構原理圖B2—2、4檔制動器：制動大太陽輪K2—倒檔離合器：連接渦輪軸與大太陽輪K1—前進離合器：連接渦輪軸與小太陽輪F0—單向離合器：限制行星架逆時針方向轉動K3—高檔離合器：連接泵輪軸與行星架B1—低、倒檔制動器：制動行星架渦輪軸泵輪軸2/3/202369拉維娜式各檔的傳動分析一、D1檔

1.傳動路線：渦輪→輸入軸→離合器K1→小太陽輪→短行星輪→長行星輪，此時F0作用限制行星輪架逆轉→齒圈→輸出齒輪。2/3/202370拉維娜式各檔的傳動分析

2.傳動比

∵行星架固定（F0作用使其沒有逆轉而被固定），只有后排工作。

∴

∴∴

式中原理圖拉維娜式各檔的傳動分析

二、D2檔

1.傳動路線：輸入軸→離合器K1→小太陽輪→短行星輪→長行星輪，此時B2工作大太陽輪制動。動力從齒圈→輸出齒輪。拉維娜式各檔的傳動分析

2.傳動比∵大太陽輪固定∴∴

∴拉維娜式各檔的傳動分析1、傳動路線：渦輪軸→離合器K1→小太陽輪順轉→短、長行星輪泵輪軸→離合器K3→行星架順轉→長行星輪齒圈順轉輸出齒輪。｝三、D3檔拉維娜式各檔的傳動分析

2.傳動比∵K1K3同時工作，使得兩太陽輪成一體，長短行星輪成一體，因此兩排成一體。∴拉維娜式各檔的傳動分析四、D4檔

1、傳動路線：泵輪軸→離合器K3→行星架→長行星輪，由于B2工作，使得大太陽輪固定，動力從齒圈→輸出齒輪。拉維娜式各檔的傳動分析

2、傳動比

∵B2作用，則有

又∵

∴

∴拉維娜式各檔的傳動分析五、L

檔

1.傳動路線：渦輪軸→離合器K1→小太陽輪→短行星輪→長行星輪，此時制動B1工作，制動行星架→齒圈→輸出齒輪。拉維娜式各檔的傳動分析

2.傳動比

L位一檔與D1檔的傳動比相同，前者有發動機制動（B1作用），而后者沒有發動機制動。傳動比拉維娜式各檔的傳動分析六、R檔

1.傳動路線：渦輪軸→離合器K2→

大太陽輪→長行星輪，由于B1作用，制動行星架。動力從長行星輪→齒圈→輸出齒輪。2、傳動比∵B1作用制動了行星架，只有前排工作

∴

∴

拉維娜式各檔的傳動分析原理圖2/3/202381拉維娜式結構原理示意圖2/3/202382U341E（辛普森II）行星齒輪傳動分析D1——C1、F2D2——C1、B2、F1D3——C1、C2、B2D4——C2、B1、B2Z1——C1、F2Z2——C1、B1、B2、FL1——C1、B3、F2R——C3、B3U341E（辛普森II）（1）1擋動力傳遞路線分析換擋手柄處于“D”、“3”或“2”位時，1擋時工作的換擋執行元件有C1、F2，動力傳遞路線如圖所示。動力傳遞發生在前行星齒輪機構，F2阻止前齒圈逆時針轉動，動力由輸入軸→C1→前太陽輪→前行星齒輪→前行星架→中間軸主、從動齒輪→輸出。此時，由于后排行星齒輪組沒有元件被制動鎖止，因此處于空轉狀態。轎車在滑行時，前行星架轉速高(連驅動輪)，前太陽輪轉速低(連發動機)，使前齒圈被帶動加速順著前行星架(前太陽輪)旋轉方向轉動，由于單向離合器F2不阻止前齒圈順著前行星架旋轉方向轉動，整個行星齒輪機構不能反向動力傳遞，無發動機制動效果。為了實現變速器1擋的發動機制動效果，在L位1擋，除了上述1擋換擋執行元件工作外，還增加了B3工作，使得車輛在滑行時具有發動機制動效果。（2）2擋動力傳遞路線分析換擋手柄處于“D”或“3”位時，2擋時工作的換擋執行元件有C1、B2和F1，動力傳遞路線如圖