汽车自动变速器原理与维修辛普森式行星齿轮变速机构PPT课件

1、1-前齿圈 2-太阳轮组件 3-行星齿轮 4-后行星架 5-前行星架和后齿圈组件辛普森式行星齿轮机构简图 第1页/共35页辛普森式三档行星齿轮变速机构 辛普森式三档行星齿轮变速器中有七个换档执行元件：两个离合器，三个制动器和两个单向离合器，构成具有三个前进档和一个倒档的行星齿轮变速器。行星齿轮变速器的传动原理（如下图）所示。第2页/共35页 行星齿轮变速器的布置和传动原理图 1-前行星架 2-前齿圈 3-太阳轮组件 4-后齿圈 5-输出轴 6-后行星架 C1-前进档离合器 C2-倒档及高档离合器 B1-2档制动器 B2-2档强制制动器B3-抵档及倒档制动器 F1-2档单向离合器 F2-抵档单向

2、离合器辛普森式三档行星齿轮变速机构第3页/共35页 各执行元件的作用是：前进离合器C C1 1，它连接输入轴和前齿圈；倒档及高档离合器C C2 2用于连接输入轴和前后太阳轮组件；2 2档制动器B B1 1与2 2档单向离合器F F1 1组合以及2 2档强制制动器B B2 2均用于固定前后太阳轮组件；倒档及低档制动器B B3 3和单向离合器F F2 2用于固定或锁止后行星架。各档位状态下七个执行元件的工作情况（见下表）。辛普森式三档行星齿轮变速机构第4页/共35页辛普森式三档行星齿轮变速器档位与操纵元件关系表 第5页/共35页（1）三档辛普森式行星齿轮变速器各档的传动路）三档辛普森式行星齿轮变速

3、器各档的传动路线线 前进1档（D位1档） 前进离合器C C1 1结合，输入轴与前齿圈连接；单向离合器F F2 2处于自锁状态，后行星架被固定（如图）。来自发动机的动力通过液力变矩器后，传至输入轴、前进离合器 C C1 1 和前齿圈使前齿圈向顺时针方向转动。此时，由于汽车载荷的作用，与输出轴相连的前排行星架在汽车起步前转速为0 0。因此，前排行星齿轮在齿圈的驱动下按顺时针方向作公转，并力图带动行星架以同样的方向旋转。第6页/共35页 同时，行星齿轮还作顺时针方向的自转，带动前后太阳轮组 件向逆时针方向转动。另一方面，在后行星排中，后行星轮在太阳轮的驱动下作顺时针方向自转时，对后行星架产生逆时针方

4、向的转矩，而单向离合器F F2 2对后行星架逆时针方向的转动有阻止作用，因此后行星架固定不动，迫使后齿圈作顺时针旋转，从而与前排行星架一起，驱动输出轴转动，汽车起步。起步后，前、后行星排各元件的运动方式依然不变。但注意此时的前排行星架是以低速作顺时针转动。（1）三档辛普森式行星齿轮变速器各档的传动路线）三档辛普森式行星齿轮变速器各档的传动路线 第7页/共35页 由此可知，在1 1档时，前、后两行星排都参加动力传递，与发动机输出转速相比，经变速器后转速下降，转矩增加，汽车能以较大的牵引力克服行驶阻力低速前进。根据行星排的运动特性方程，可用解析式解联立方程求出1 1档的传动比为： 前行星排的运动特

5、性方程 n n1 1 + a + an n2 2-(1+a-(1+a)n)n3 3 =0 =0 后行星排的运动特性方程 n n2121+ a+ an n2222-(1+a-(1+a)n)n2323=0=0 式中 a a1 1前行星排齿圈齿数与太阳轮齿数之比； a a2 2后行星排齿圈齿数与太阳轮齿数之比。（1）三档辛普森式行星齿轮变速器各档的传动路线）三档辛普森式行星齿轮变速器各档的传动路线 第8页/共35页 当汽车以上述一档行驶时，若驾驶员突然松开节气门踏板，发动机将立即进入怠速工况，而汽车在惯性作用下仍以原来的车速行驶。此时，驱动轮将通过自动变速器输出轴反向带动行星齿轮机构运转，前排行星架

6、在后排齿圈成为主动件，前齿圈则变为从动件。当前排行星架向顺时针方向带动行星轮按相同方向作公转时，因前排齿圈转速较低，前排行星轮是作逆时针自转，从而驱动前后太阳轮组件以较高速度作顺时针转动，带动后排行星轮作顺时针转动，使后行星轮在自转的同时对后排行星架产生顺时针方向的转矩。 辛普森式三档行星齿轮变速机构第9页/共35页 由于单向离合器F F2 2对后行星架在顺时针方向的转动无锁止作用，使该行星架在行星轮的带动下向顺时针方向转动。此时，行星齿轮机构的四个独立元件中有两个处于自由状态，机构失去传递动力的作用，来自变速器输出轴的反向力不能经过行星齿轮变速器传给输入轴，即在下坡时无法利用发动机的怠速运动

7、阻力来实现汽车的减速。 辛普森式三档行星齿轮变速机构第10页/共35页 为了利用发动机制动，可将变速器操纵手柄从“D”D”位移至“1”1”位，即手动“1”1”档。自动变速器在手动1 1档时处于能产生发动机制动作用的状态( (如图) )。 手动1档(1位或L位)辛普森式三档行星齿轮变速机构第11页/共35页1位(L位)1档的传动原理第12页/共35页 具有发动机制动作用的1 1档是由低档及倒档制动器B B3 3来实现的。当操纵手柄位于“1”1”位或“L”L”位，而行星齿轮变速器处于1 1档时，前进离合器C C1 1和制动器B B3 3同时工作。当动力从发动机传往驱动轮时，行星齿轮机构各元件的工作

8、状态及传动比与前进1 1档时相同。当松开节气门，发动机处于怠速而汽车在惯性的作用下作滑行时，汽车驱动轮通过变速器输出轴驱动行星齿轮机构，因后行星架始终被B B3 3固定，则与前进1 1档时不同，此时可反向驱动行星齿轮变速器输入轴以原来的转速旋转，导致与变速器输入轴连接的变矩器涡轮的转速高于与发动机曲轴连接的变矩器泵轮的转速，成为汽车驱动轮通过变矩器逆向驱动发动机曲轴的工况。因此，发动机怠速运行阻力限制驱动轮的转速，汽车减速，实现了利用发动机制动。 辛普森式三档行星齿轮变速机构第13页/共35页前进离合器C1结合，2档制动器B1和单向离合器F1也参加工作。 输入轴经离合器C C1和前齿圈连接，发

9、动机动力经液力变矩器和行星齿轮变速器输入轴传给前排齿圈，前排行星齿轮在齿圈的驱动下按顺时针方向作公转，并力图带动行星架以同样的方向旋转( (如图) )。同时，行星齿轮还作顺时针方向的自转，欲带动前后太阳轮组件向逆时针方向转动，但被制动器B B1和单向离合器F F1固定。因此只能驱动前行星架及输出轴向顺时针方向转动。此时后行星排处于自由状态。发动机的动力全部经前行星排传至输出轴。 辛普森式三档行星齿轮变速机构第14页/共35页D位2档的传动原理 第15页/共35页 同理，可推出2 2档的传动比为与前进1 1档时一样，单向离合器F F1 1只能锁住前后太阳轮组件不作逆时针方向转动。当松开发动机油门

10、时，汽车即作滑行行驶，如正处于下坡，则无法利用发动机的低转速进行减速制动。手动2档(2位2档) 为了利用发动机制动，可将变速器操纵手柄从“D”D”位移至“2”2”位。自动变速器在手动2 2位的2 2档时处于能产生发动机制动作用的状态( (如图) )。 辛普森式三档行星齿轮变速机构第16页/共35页2位2档的传动原理 第17页/共35页 发动机的制动作用是由2 2档强制制动器B B2 2来实现的。当操纵手柄位于“2”2”位，而行星齿轮变速器处于2 2档时，前进离合器C C1 1和制动器B B2 2同时工作。动力从发动机传往驱动轮时，行星齿轮机构各元件的工作状态及传动比与前进1 1档时相同。而当节

11、气门松开，发动机处于怠速而汽车进行滑行时，汽车驱动轮通过变速器输出轴驱动行星齿轮机构，因前后太阳轮组件始终被B B2 2固定，行星齿轮变速器输入轴被反向驱动，以原来的转速旋转，变矩器涡轮转速高于泵轮的转速，成为汽车驱动轮通过变矩器逆向驱动发动机曲轴的工况，因此可利用发动机制动。 辛普森式三档行星齿轮变速机构第18页/共35页前进3档(D位3档) 前进档离合器C C1 1和倒档及高档离合器C C2 2同时结合，前排齿圈与太阳轮组件转速相同，前行星排被连接成一个整体同速旋转，从行星架输出动力至输出轴。后行星架虽然与输出轴同速，但只是作空转。此时，行星齿轮变速器的传动比i=1i=1，即为直接档( (

12、如图) )。 辛普森式三档行星齿轮变速机构第19页/共35页D位3档的传动原理 第20页/共35页辛普森式三档行星齿轮变速机构 因前行星排及后排的齿圈、太阳轮被连接成一体，3 3档状态下的行星齿轮变速器具有逆向传递动力的能力，在汽车滑行时可实现发动机制动。 第21页/共35页倒档(R位) 倒档及高档离合器C C2 2结合，低档及倒档制动器B B3 3同时工作。发动机动力经输入轴传至前后太阳轮组件，使其作顺时针转动。因后排行星架被固定( (如图) )，后排行星轮被太阳轮组件驱动作逆时针方向旋转，带动后排齿圈也作逆时针方向转动，从而使得输出轴的转向与输入轴相反，实现了倒档。此时，因前排齿圈可自由旋

13、转，前行星排处于自由状态，不参加工作。 由单行星排运动特性方程，得倒档传动比i=-ai=-a2 2辛普森式三档行星齿轮变速机构第22页/共35页R位(倒档)的传动原理 第23页/共35页 空档(N位) 空档时，离合器、制动器都不工作，液力变矩器的动力不能传至行星齿轮变速器，变速器为空档 停车档(P位) 当换档手柄置于P P位时，行星齿轮机构内部各执行元件都不工作，变速器相当于空档。但手柄的联杆机构推动停车闭锁凸轮3(3(如图) )，使停车闭锁爪1 1上的齿嵌入输出轴2 2的外齿中；因停车闭锁爪固定在变速器外壳上，所以输出轴也被固定而不能转动，从而锁住了驱动轮。即变速器为停车档，汽车不能移动。但

14、汽车若还在行驶，则不能使用停车档，否则会损坏闭锁爪。 辛普森式三档行星齿轮变速机构第24页/共35页 停车档锁止机构 1-停车闭锁抓发 2-输出轴 3-闭锁凸轮第25页/共35页 换档时机操纵是很复杂的。实际上，有些执行元件的设立并非是换档功能的要求，而是换档质量的要求。 例如，行星齿轮变速器由2 2档换至3 3档时，一方面2 2档制动器B B1 1要放松，另一方面倒档及高档离合器C C2 2要接合。这两个换档执行元件的工作交替应及时准确，过快或过慢都会影响换档质量和变速器的使用寿命。如果2 2档制动器B B1 1释放后倒档及高档离合器C C2 2来不及接合，行星齿轮变速器就会出现打滑，使发动

15、机空转，并产生换档冲击现象；如2 2档制动器B B1 1还未完全松开，而倒档及高档离合器C C2 2已经接合，则行星齿轮变速器各元件之间就会产生运动干涉，迫使执行元件打滑，从而加剧了摩擦片或制动带的磨损。 辛普森式三档行星齿轮变速机构第26页/共35页 单向离合器F F1 1就是为了防止出现这种情况，以改善2 2档换至3 3档的平顺性。当行星齿轮变速器处于2 2档时，前进离合器C C1 1和2 2档制动器B B1 1也在工作，汽车加速时，前后太阳轮组件的受力方向为逆时针方向，但其旋转趋势被制动器B B1 1和单向离合器F F1 1锁止。当行星齿轮变速器由2 2档换入档时，即使倒档及高档离合器C

16、 C2 2和2 2档制动器B B1 1释放之前就已接合，但由于离合器C C2 2接合之后，前后太阳轮组件的受力方向改变为顺时针方向，而单向离合器F1F1对太阳轮组件顺时针方向的运动没有锁止作用，太阳轮组件有可在顺时针方向旋转，换档得以平顺进行。 辛普森式三档行星齿轮变速机构第27页/共35页 （2）四档辛普森式行星齿轮变速器的结构和原理 从8080年代起，越来越多的轿车自动变速器采用四档行星齿轮变速器，以提高燃油经济性。这种变速器的最高档4 4档是传动比小于1 1的超速档。 辛普森式四档行星齿轮变速器是在其三档行星齿轮变速器基础上发展而成的。常见的类型是在原三档行星齿轮变速器已有的双排行星机构

17、基础上，再增加一个单排行星齿轮机构，组成具有超速档的四档行星齿轮变速器。所增加的行星排也被称为超速行星排。（如图）即为辛普森式三行星排四档行星齿轮变速器传动简图。其档位与执行元件关系（见下表）。 第28页/共35页四档辛普森式行星齿轮变速器传动简图 1-输入轴 2-超速行星排 3-中间轴 4-前行星排 5-后行星排 6-输出轴C0 -直接离合器 C1- 前进离合器 C2 倒档及高档离合器 B0 超速制动B1 2档单向离合器 B2 2档强制制动器 B3 抵档及倒档制动器 F0- 直接单向离合器 F1 2档单向离合器 F2- 抵档单向离合器第29页/共35页辛普森式四档行星齿轮变速器档位与操纵元件

18、关系表第30页/共35页 由图可见，超速行星排位于原三速行星排前端。其行星架是主动件，与变矩器输出轴连接，齿圈为从动件，与后面的双排行星齿轮机构连接。超速行星排的工作由直接离合器( (或称非超速档离合器)C)C0 0和超速制动器B B0 0来控制。当超速制动器B B0 0松开，直接离合器C C0 0接合时，超速行星排的太阳轮和行星架被连接在一起，该行星排处于直接传动状态，传动比为1 1。当超速制动器B B0 0制动，直接离合器C C0 0松开时，该行星排太阳轮被制动，从而处于增速传动状态，传动比小于1 1。 辛普森式四档行星齿轮变速机构第31页/共35页 当该四档行星齿轮变速器需要在1 1档、2 2档、3 3档和倒档工作时，超速行星排中的超速制动器B B0 0放松，直接与离合器C C0 0接合，使超速行星排处于传动比为1 1的状态，通过原三档行星齿轮机构的工作得以实现，换档执行元件的工作情况与原来在各档时相同。发动机动力经变矩器由超速行星排直接传给后端的双排行星齿轮机构。辛普森式四档行星齿轮变速机构第32页/共35页D位4档 当四档行星齿轮变速器要在4 4档，即超速档工作时