1、第三章 行星齒輪變速器,齒輪變速器 = 齒輪傳動機構 + 換檔執行機構 齒輪傳動機構：獲得各檔動力傳遞 形式：固定軸式（如：本田雅閣） 行星齒輪式（如豐田、奧迪等絕大多數） 換檔執行機構：改變齒輪機構中各元件的狀態，獲得檔位之間的變化。 形式：離合器 制動器 單向離合器,執行機構,1,行業借鑒#,一、齒輪傳動的一般規律 1.旋轉方向,左圖為外嚙合齒輪傳動其旋轉方向相反,2,行業借鑒#,旋轉件的常習：內嚙合旋轉方向相同,不改變方向只改變傳動比。,3,行業借鑒#,三輪之間的旋轉方向,不改變傳動比，卻實現方向相同,假定C軸線不動,4,行業借鑒#,一、平行軸式齒輪變速機構,5,行業借鑒#,與手動變速器

2、的差別： 結構：自動變速器中的齒輪與軸的連接通過多片式離合器實現；手動變速器中的齒輪與軸是通過花鍵或齒套連接的。 換檔方式：手動變速器通過齒輪在軸上的滑動或齒套嚙合來實現換檔；自動變速器則是通過多片式離合器的接合與分離來實現換檔。,6,行業借鑒#,齒輪變速機構原理:,前離合器接合，后離合器分離，為低檔； 前離合器分離，后離合器接合，為超速檔。,7,行業借鑒#,二、行星齒輪變速機構,行星齒輪機構的組成： 它由太陽輪或稱為中心輪、行星齒輪、行星齒輪架，通常簡稱為行星架、齒圈等組成。 行星齒輪為軸轉式齒輪系統，與定軸式齒輪系統一樣，也可以變速、變矩。 按照齒輪的排數不同，行星齒輪機構分為單排行星齒輪

3、機構和多排行星齒輪機構。 按照太陽輪和齒圈之間行星齒輪的組數不同，行星齒輪機構可分為單星行星排和雙星行星排。,8,行業借鑒#,單排單星行星齒輪機構,9,行業借鑒#,單排雙星行星齒輪機構,10,行業借鑒#,1、單排單級行星齒輪機構工作原理 1）齒圈固定，太陽輪主動，行星架被動,此種組合為降速傳動，通常傳動比一般為2.55，轉向相同。,11,行業借鑒#,行星架固定,12,行業借鑒#,2）齒圈固定，行星架主動，太陽輪被動,此種組合為升速傳動，傳動比一般為0.20.4，轉向相同。,13,行業借鑒#,3）太陽輪固定，齒圈主動，行星架被動,此種組合為降速傳動，傳動比一般為1.251.67，轉向相同。,14

4、,行業借鑒#,太陽輪固定,15,行業借鑒#,4)太陽輪固定，行星架主動，齒圈被動,此種組合為升速傳動，傳動比一般為0.60.8，轉向相同,16,行業借鑒#,5)行星架固定，太陽輪主動，齒圈被動,此種組合為降速傳動，傳動比一般為1.54，轉向相反,17,行業借鑒#,18,行業借鑒#,6)行星架固定，齒圈主動，太陽輪被動,此種組合為升速傳動，傳動比一般為0.250.67，轉向相反,19,行業借鑒#,7)把三元件中任意兩元件結合為一體的情況,20,行業借鑒#,8)三元件中任一元件為主動，其余的兩元件自由： 從分析中可知，其余兩元件無確定的轉速輸出。第六種組合方式，由于升速較大，主被動件的轉向相反，在

5、汽車上通常不用這種組合。其余的七種組合方式比較常用。,21,行業借鑒#,、傳動比計算,小齒輪做中間齒輪，與傳動比無關。當行星架未制動時，行星架以n3轉動。對整體行星排施加一個與行星架轉速大小相等、方向相反的速度n3，這對構件的相對速度無影響，使行星排變為定軸式轉動。,22,行業借鑒#,齒圈,行星輪,太陽輪,行星架,23,行業借鑒#,傳動比的計算：,整理后得：單排單級行星齒輪的運動方程,24,行業借鑒#,單排單級行星齒輪傳動比,25,行業借鑒#,1）齒圈固定不動,a、太陽輪為主動件，行星架為從動件圖a b、行星架為生動件太陽輪為從動件如圖b,26,行業借鑒#,2）鎖定太陽輪,行星輪自動并順時針公

6、轉，齒圈也順時針旋轉 問題：以下兩種類型在AT中適宜做哪一個檔位？,27,行業借鑒#,3）鎖定行星輪架,問題：以下兩種類型適合做何種檔位？,28,行業借鑒#,4）將任意二元件連接在一起,連接任意二個就會使得行量齒輪不再有自轉，此時三元件合為一體，三元件之間的傳動均為1，即為直接檔傳動。,29,行業借鑒#,5）不鎖定任何元件,若右圖可以隨意轉動，此時為空檔,30,行業借鑒#,、單排雙級行星齒輪機構,31,行業借鑒#,32,行業借鑒#,理論上講，可有種不同的傳動。實際上，有些傳動方案是不宜采用的。通常單排行星機構，只能采用兩個檔位。 自動變速器通常采用多個單排行星齒輪機構進行串、并聯或換聯主從動構

7、件的辦法來擴大檔位數目。 兩排行星機構通常采用增加一個離合器的方式來換聯主動元件。 三排行星機構組成的自動變速器，采用其中一排與另兩排串聯的方法來獲得更多的檔位。,33,行業借鑒#,三、兩種典型的行星齒輪機構 （一）辛普森（Simpson)式齒輪機構,、結構特點： 前后兩個行星排的齒輪參數完全相同，而前后兩行星排共用一個太陽輪； 前行星排的行星架和后行星排的齒圈相連為輸出軸； 前行星排的內齒圈和太陽輪通常做為輸入軸。 可實現三進一倒的檔位。,34,行業借鑒#,辛普森結構,35,行業借鑒#,辛普森結構傳動方式,36,行業借鑒#,、雙排辛普森行星齒輪機構各元件間的轉速關系方程式為：,由于共用太陽輪

8、，故：前排太陽輪轉速與后排太陽輪轉速相同； 前行星架轉速與后齒圈轉速相同； 聯立方程，可解辛普森結構的總傳動比。,37,行業借鑒#,（二）拉維奈爾赫(Ravigneanx)行星結構,結構特點： 前排為單級行星齒輪，后排為雙級行星齒輪，前后共用一個內齒圈； 共用一組行星齒輪（后排外與前排）和共用行星架； 以內齒圈為輸出軸，以前后兩太陽輪為輸入軸； 可組成三或四個前進檔； 由于結構簡單、尺寸小，常用于前驅式車輛（變速驅動橋）,38,行業借鑒#,拉維奈爾赫式結構,39,行業借鑒#,拉維奈爾赫式結構傳動方式,40,行業借鑒#,雙排拉維奈爾赫齒輪機構各元件間的轉速關系方程式：,共用內齒圈，,共用前、后行

9、星架，,聯解方程組，可得到拉維奈爾赫結構的總傳動比。,41,行業借鑒#,四、行星齒輪傳動聯想記憶,為了方便記憶，我們可以將行星齒輪傳動轉換成普通圓柱齒輪傳動。太陽輪相當于最小的齒輪，齒圈相當于中等齒輪，行星架相當于最大的齒輪。其中行星架的齒數等于太陽輪齒數與齒圈齒數之和。,42,行業借鑒#,1當齒圈固定時 太陽輪主動，行星架被動，最小的齒輪帶動最大的齒輪旋轉降速，傳動比最大，在汽車上用作前進1檔；反之，若行星架主動，太陽輪被動，最大的齒輪帶動最小的齒輪旋轉，升速，傳動比最小，在少數汽車上使用，作為前進超速2檔。,43,行業借鑒#,2當太陽輪固定時 齒圈主動，行星架被動，較大齒輪帶動最大齒輪旋轉

10、，降速，傳動比較大，在汽車上常用作前進2檔；反之，若行星架主動，齒圈被動，最大齒輪帶動較大齒輪旋轉，升速，傳動比略小于1，在汽車上用作前進超速1檔,44,行業借鑒#,3當行星架固定時 太陽輪主動，齒圈被動，最小齒輪帶動較大齒輪旋轉，降速，反向，在汽車上用作倒檔。,45,行業借鑒#,五、換檔執行機構工作原理,行星齒輪變速器的換檔執行機構主要由離合器、制動器和單向離合器三種執行元件組成。離合器和制動器是以液壓方式控制行星齒輪機構元件的旋轉，而單向離合器則是以機械方式對行星齒輪機構的元件進行鎖止。,46,行業借鑒#,1、離合器 作用：連接軸和行星齒輪機構的旋轉元件，或將行星排的的某兩個元件連在一起，

11、使之成為一個整體。 組成： 卡環：它安裝在輸入軸轉鼓的卡環槽內，限制活塞的行程 輸出轉鼓：其中心有齒形花鍵與輸出軸相連，邊緣有鍵槽 鋼片：是光板，外緣有矩形花鍵與輸入軸轉鼓內鍵槽相連 摩擦片：內圓有花鍵，與行星齒輪某一元件相連接，其表面有銅基粉末冶金層或合成纖維層，以增大摩擦力。鋼片與摩擦片相間排列，可軸向移動。 彈簧座卡環：安裝在輸入軸卡環槽內。許多個回位彈簧沿圓周方向均勻分布。,47,行業借鑒#,示意圖,48,行業借鑒#,實際離合器,49,行業借鑒#,50,行業借鑒#,工作原理： 當離合器結合時，控制油壓通過輸入軸中心孔進入活塞，克服回位彈簧力將鋼片和摩擦片壓緊，產生摩擦力。這時動力從輸入

12、軸經過離合器傳到輸出軸， 當需要離合器分離時，控制油壓通過原來的管路排出，由于回位彈簧的作用，活塞回到初始的位置，摩擦片和鋼片分離，動力不能傳遞。,51,行業借鑒#,離合器工作原理,52,行業借鑒#,離合器工作原理,53,行業借鑒#,動力傳動路線,54,行業借鑒#,55,行業借鑒#,離合器的自由間隙：離合器處于分離狀態時，離合器片之間有一定的軸向間隙，以保證鋼片和摩擦片之間無軸向壓力。,一般離合器的自由間隙為0.52.0mm。 間隙大：離合器片磨損； 間隙?。弘x合器片變形。 間隙可用擋圈或壓板調整。,56,行業借鑒#,磨損的摩擦片,57,行業借鑒#,離合器的安全閥：防止泄壓后，殘留油液在高轉速

13、時壓向離合器片，使離合器接合，從而導致鋼片和摩擦片間出現不正?；?。,58,行業借鑒#,單向球閥,離合器安全閥的工作,59,行業借鑒#,離合器所能傳遞的動力，或者說轉矩的大小與摩擦片的面積、片數及離合器片間的壓緊力有關。 片間壓緊力的大小由作用在離合器活塞上的油壓及作用面積決定。 一般上壓緊力確定，從而離合器傳遞動力大小取決于摩擦片的面積和片數。,60,行業借鑒#,離合器壓緊力控制,兩種控制方式：雙油路控制；雙活塞控制,61,行業借鑒#,雙活塞控制原理,62,行業借鑒#,2、制動器：分為片式制動器和帶式制動器,作用：制動鎖定旋轉部件。 1) 片式制動器組成：,63,行業借鑒#,64,行業借鑒#

14、,片式制動器的結構和功能與濕式多片式離合器基本相同，也是由后離合器鼓、離合器片、離合器盤、活塞及中心支承組成。不同點是：中心支承取代了離合器殼，而中心支承與變速器連為一體。 制動器分離，活塞未壓緊離合器盤片時，后離合器鼓可自由轉動，活塞壓緊離合器盤與片時，后離合器鼓與中心支承拼命，后離合器鼓被制動。,多片式制動器原理,液壓作用,65,行業借鑒#,2)帶式制動器,（1）組成：制動鼓、制動帶、油缸。,制動鼓：它與行星齒輪的某一元件相連接。 制動帶：圍在轉鼓的外圓上，它的外表面是鋼帶，內表面有摩擦材料，制動帶的一端用鎖銷固定在自動變速器殼體上，另一端與液壓油缸的推桿相接觸。 油缸：它固定在自動變速器

15、殼體上，其內部有活塞和推桿相連接。,66,行業借鑒#,帶式制動器結構,67,行業借鑒#,（2）制動帶的夾緊驅動裝置（直桿式、杠桿式、鉗形桿式）： 直桿式：由活塞推動直桿，直桿帶動頂桿夾緊制動帶。,68,行業借鑒#,杠桿式：由活塞推動杠桿，杠桿推動頂桿夾緊制動帶。,69,行業借鑒#,鉗形桿式：驅動裝置由活塞推動頂桿，頂桿又下壓搖臂，搖臂帶動推桿，推桿帶動鉗形桿，鉗形桿彎曲收緊制動帶的兩個活動端，夾住鼓。,1、活塞 2、制動油缸 3、頂桿 4、搖臂 5、彈簧 6、調整螺釘和鎖定螺母 7、支點銷 8、推桿 9、制動帶 10、鉗形桿,70,行業借鑒#,帶式制動器液壓伺服機構有兩種類型： 單向作用伺服機

16、構：由活塞、彈簧、頂桿和一個液壓缸組成。只能從一個方向加壓推動活塞，泄壓時靠彈簧彈力回位。,單向作用伺服機構（制動狀態）,單向作用伺服機構（放松狀態）,71,行業借鑒#,雙向作用伺服機構：液壓可分別施加在活塞兩側，既可以收緊制動帶，也可以放松制動帶。,72,行業借鑒#,制動帶檢查,73,行業借鑒#,3、單向離合器 作用：在一定條件下固定行星排的某一基本元件。固定是單方向的。 常見形式有兩種：滾柱斜槽式和楔塊式,74,行業借鑒#,六、典型行星齒輪變速器工作分析,(一）辛普森式行星齒輪變速器 1、三檔辛普森式行星齒輪變速器的結構和原理,執行機構分為七個換檔執行元件:兩個離合器，三個制動器與兩個單向

17、離合器,75,行業借鑒#,1.三檔辛普森式,前進離合器C1； 倒檔及高檔離合器C2； B1/F1為2檔單向離合器制動器組合， 2檔強制制動器B2； 倒檔及低檔制動器/單向離合器B3/F2,立體圖,平面半示圖,76,行業借鑒#,各檔位時離合器和制動器的工作情況,77,行業借鑒#,1.曲軸 2.飛輪 3.渦輪 4.導輪 5.泵輪 6.制動器B1 7.離合器C1 8.離合器C2 9.前內齒圈 10.后排行星齒輪架 11.制動器B2 12.單向離合器 13.輸出軸停車齒輪 14.停車鎖P 15.傳動銷 16.輸出軸 17.行星齒輪 18.共公太陽輪 19.前排行星輪架 20.輸入軸 21.油泵驅動齒,

18、78,行業借鑒#,（1）空檔N,C1/C2不工作,79,行業借鑒#,（2）停車檔,80,行業借鑒#,3.倒檔（R檔）,執行元件：C2/B3 動力：C2太陽輪行星輪逆轉（B3作用于行星架不動）齒圈逆轉 輸出 可以實現發動機制動 傳動比： 2,前齒圈打滑；F1打滑；前行星架逆轉；前行星輪逆轉；,B3,81,行業借鑒#,倒檔動力傳遞圖,82,行業借鑒#,R檔,83,行業借鑒#,執行元件,84,行業借鑒#,4 . 前進檔D1檔,執行機構為C1/F2 動力經過C1從前排齒圈輸入F2逆時針時鎖死，從而將后排行星架固定。,傳動比為(1 1 2) / 1,85,行業借鑒#,工作過程,1）起步：車輪后齒圈前行星

19、高速旋轉，而前齒圈是發動機轉速，較慢太陽輪組件高速（正）后行星架（正）后行星架（正）F1失效動力無法傳遞（相當于N)檔）； 2）慢速（二路同時工作）另一路：C1前齒圈前齒圈前行星架輸出。,3）D1檔不能利用發動機制動 滑行：動力由車輪發動機 關于發動機制動：利用發動機的低轉速對高速滑行的車輛起牽制作用，要有發動機制動，動力必須可從車輪傳到發動機上，D1檔時，F1只能正向傳遞，所以無發動機制動。 難點：太陽輪正轉，后齒圈也正轉，無論誰轉速高，行星架也正轉（順），F1打滑。,86,行業借鑒#,1檔動力傳遞路線：,87,行業借鑒#,D-1檔工作原理 （1）在D-1擋時，控制系統使離合器C0、C1接合

20、，單向離合器F2參加工作。,88,行業借鑒#,5.手動1檔（L位）,執行機構: C1與B3 C1作用,動力從前排齒圈輸入，前排行星架開始不動，太陽輪逆時針轉動，后齒圈不動，則后行星架逆時針轉動，B3制動，則動力由后齒圈及前行星架共同輸出。 傳動比為同上,后排行星架無動力輸入，不工作 問題：雖然不工作但作何種運動？,89,行業借鑒#,手動1檔,90,行業借鑒#,D1檔與手動1檔（L檔）的區別,1、手動1檔由B3取代了F2。在變速器在D1檔時，汽車底盤的動力無法傳遞到發動機中。 2、傳動比相同 必須掌握由驅動輪過來的力的傳遞路線。,輸出軸 后齒圈 后行星架，B3作用固定 太陽輪逆時針轉 前排行星架

21、 ,前齒圈轉得更快n1+(+1)n3,n1+n2-(+1)n3=0,91,行業借鑒#,6. D2檔,1.執行元件：C1/B1/F1 2.動力：C1 前齒圈前行星架 輸出 要點：當發動機轉速增加，相對于D1檔而言，前行星架轉速滯后，太陽輪有逆轉的趨勢，F1工作同時B1工作 ，即前行星架增速輸出。,3.傳動比為：（1 1）/ 1 4.前行星輪，后齒圈；后行星輪；F2打滑；太陽輪固定,齒圈輸入，行星架輸出，太陽輪固定,F1逆時針鎖死,92,行業借鑒#,D2檔工作演示,93,行業借鑒#,D2檔工作元件,94,行業借鑒#,7.手動2檔（2位2檔）,執行元件C1B2 要點：用B2代替了F1與B1，傳動路線

22、與傳動比與D2檔是一樣的，區別在于可以利用發動機進行制動。 制動路線為：前行星架相對于前齒圈高速正轉，太陽輪順時針轉，而F1打滑，動力無法輸入到發動機中，故而D2檔不能利用發動機進行制動。 若用B2則可制動太陽輪，動力將由前齒圈輸入到發動機中。,動力：C1 前齒圈前行星架 輸出 分析發動機制動時，只要分析在對應D檔位起作用的齒輪就行了,95,行業借鑒#,手動2檔（2位2檔）工作演示,注意：2位1檔同D1檔相同！,96,行業借鑒#,8.前進檔3檔（D位3檔）,1執行元件C1/C2 2.動力：由C1與C2共同分別輸入到齒圈與太陽輪（同速同向）行星架也同速同向輸出 3.傳動比：1 4.可以實現發動機

23、制動,5.前后行星輪無自轉，只與行星架一起公轉；后行星架同速同向轉動，F1/F2順時針下打滑；,97,行業借鑒#,D位3檔工作演示,98,行業借鑒#,執行機構F1在換檔質量上的體現,2檔換3檔，則要將C1B1F1轉變為C1C2,即要將B1的制動解除，而將C2起作用。 實質上運用了在D2檔中F1鎖止太陽輪的逆向運動，提速后C2作用利用了F1的順時針打滑，而不干涉C2提前作用（或B1滯后)帶來的負面作用。 確保換檔的平順性,99,行業借鑒#,作業,(一班124號）D1及表2-2第2個圖P28 (一班24號以后）D2及表2-2第3個圖P29 (二班124號）D3 及表2-2第2個圖P29 (二班25

24、號以后）D2及表2-2第3個圖P29 畫平面圖，執行元件，傳遞路線，傳動比（要用公式計算出來）,100,行業借鑒#,2、四檔辛普森式行星齒輪變速器的結構和原理,常見類型是在原有雙排行星齒輪機構上，再增加一個單排行星齒輪機構，組成具有超速檔的四檔行星齒輪變速器。,101,行業借鑒#,102,行業借鑒#,103,行業借鑒#,104,行業借鑒#,四檔辛森式行星齒輪變速器的結構（平面圖）,105,行業借鑒#,D4檔的超速傳動原理,106,行業借鑒#,2位2檔,C0C1B1B2F0F1,107,行業借鑒#,L位1檔,108,行業借鑒#,3、兩排行星輪實現四個檔位的辛普森結構(理論） 前后排太陽齒輪各自獨

25、立（但可以通過離合器連接在一起），前排內齒圈與后排行星齒輪架連成一體，這樣兩排行星齒輪組中的六個元件就變成為五個元件。,109,行業借鑒#,(a1+a2+1)/(1+a1),110,行業借鑒#,111,行業借鑒#,1.變矩器 2.油泵 3.制動器B1 4.離合器C1 5.離合器C2 6.前排行星輪 7.前排內齒圈 8.后排齒圈 9.離合器C4 10.后排行星架 11.離合器C3 12.制動器B2 13.單向離合器F1 14.停車鎖 15.停車制動齒輪 16.輸出軸 17.單向離合器F1 18.后排行星輪 19.后排太陽輪 20.前排行星架 21.前太陽輪 22.輸入軸,112,行業借鑒#,寶馬

26、系列辛普森改進型,執行器： D1: D3 D2: D4,113,行業借鑒#,豐田系列,執行器： D1: D3 D2: D4,114,行業借鑒#,奔馳系列,執行器： D1: D3 D2: D4,115,行業借鑒#,（二）拉維奈爾赫式行星齒輪變速器 拉維奈爾赫式行星齒輪機構與辛普森式行星齒輪機構齊名，從七十年代起，被奧迪、福特、馬自達公司使用于自動變速器中，特別是前輪驅動車輛。 結構特點：兩行星排具有公共行星架和齒圈，前太陽輪、長行星輪、行星架及齒圈組成一個單行星輪行星排；,后太陽輪、短行星輪、長行星輪、行星架及齒圈組成雙行星式行星排 1、實際三檔拉維奈爾赫行星齒輪變速器結構簡圖,116,行業借鑒#,（二）拉維奈爾赫式行星齒輪變速器 拉維奈爾赫式行星齒輪機構與辛普森式行星齒輪機構齊名，從七十年代起，被奧迪、福特、馬自達公司使用于自動變速器中，特別是前輪驅動車輛。 結構特點：兩行星排具有公共行星架和齒圈，前太陽輪、長行星輪、行星架及齒圈組成一個單行星輪行星排；,后太陽輪、短行星輪、長行星輪、行星架及齒圈組成雙行星式行星排 1、實際三檔拉維奈爾赫行星齒輪變速器結構簡圖,117,行業借鑒#,1.輸入軸 2.離合器C2 3.制動器B1 4.單向離合器F1 5.制動器B2