《汽车底盘电控系统》-学习任务2.3 机械传动部分检修

本学习任务的目标【思政目标】培养学生立足本职岗位，兢兢业业、脚踏实地的职业态度；引导学生合理运用辩证法去看待事物的两面性；引导学生开拓创新思路，依靠创新创造解决问题，提高工作能力；引导学生树立劳动意识，环保意识、节约意识、安全意识，锤炼工匠精神。本学习任务的目标【任务目标】能正确描述单排单级和单排双级行星齿轮机构的组成及传动原理；能正确描述离合器、制动器和单向离合器的结构及工作原理；能正确描述辛普森式、改进辛普森式行星齿轮变速器的结构及挡位分析；能正确描述拉维娜式行星齿轮变速器的结构及挡位分析；能正确描述GF6六挡行星齿轮变速器的结构；会检修行星齿轮机构和换挡执行机构。【学习重点】单排行星齿轮机构的传动原理；多排行星齿轮变速器的结构及挡位分析；行星齿轮机构和换挡执行元件的检修。知识准备一、齿轮变速机构（一）单排单级行星齿轮机构（二）单排双级行星齿轮机构（三）组合式行星齿轮机构二、换挡执行机构三、典型行星齿轮变速器（一）辛普森式行星齿轮变速器（二）CR-CR辛普森式行星齿轮变速器（三）拉维娜式行星齿轮变速器（四）六挡行星齿轮变速器一、齿轮变速机构自动变速器中采用的齿轮变速机构有定轴式齿轮机构和行星齿轮机构两种。齿轮变速机构行星齿轮机构包括单排单级行星齿轮机构和单排双级行星齿轮机构两种。（一）单排单级行星齿轮机构单排单级行星齿轮机构是自动变速器齿轮传动的基础，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组成，称为一个行星排。单排单级行星齿轮的传动原理设：

齿圈的齿数为Z2

太阳轮的齿数为Z1，令Z2/Z1=α

太阳轮的转速为n1

齿圈的转速为n2

行星架的转速为n3则：单排单级行星齿轮机构的运动方程为：

n1+αn2-(1+α)n3=0

Z1Z2Z3n1n2n3在太阳轮、齿圈和行星架这三个基本元件中，任选两个作为主动件和从动件，而另一个固定不动或使其运动受一定的约束，则整个轮系以一定的传动比传递动力。单排单级行星齿轮的传动原理齿圈固定。若太阳轮为主动件，行星架为从动件。可得传动比i=n1/n3=1+α＞1。从动件行星架的旋转方向与主动件同方向，且是减速传动。齿圈固定。若行星架为主动件，太阳轮为从动件，则传动比i=n3/n1=1/（1+α）＜1。从动件太阳轮的旋转方向与主动件同方向，且是增速传动。单排单级行星齿轮的传动原理太阳轮固定。若齿圈为主动件，而行星架为从动件，则传动比i=n2/n3=（1+α）/α＞1。从动件行星架的旋转方向与主动件同方向，且是减速传动。太阳轮固定。若行星架为主动件，齿圈为从动件，则传动比i=n3/n2=α/（1+α）＜1。从动件齿圈的旋转方向与主动件同方向，且是增速传动。单排单级行星齿轮的传动原理行星架固定。若齿圈为主动件，太阳轮为从动件，则传动比i=n2/n1=－1/α＜0，其绝对值小于1。从动件太阳轮的旋转方向与主动件反向，且是增速传动。行星架固定。若太阳轮为主动件，齿圈为从动件，则传动比i=n1/n2=－α＜0，其绝对值大于1。从动件齿圈的旋转方向与主动件反向，且是减速传动。单排单级行星齿轮的传动原理不固定任何元件。太阳轮、行星架和齿圈三个元件都不固定，且也无任何两个元件联锁成一体，各元件都可作自由转动，机构不能传递动力，而得到空挡。连接三元件中的任意两个元件。当太阳轮、行星架和齿圈三个元件中的任意两个连接成一体时，第三个元件的转速必然与前二者的转速相等，该行星齿轮中的所有元件之间，都无相对运动，整个行星齿轮机构成为一个整体旋转，得到直接挡传动。单排单级行星齿轮机构的运动规律序号主动件从动件固定件传动比输出转速扭矩相当传动挡1太阳轮行星架齿圈1+α＞1下降增大一挡2行星架太阳轮齿圈0＜1/（1+α）＜1上升减小

3齿圈行星架太阳轮（1+α）/α＞1下降增大二挡4行星架齿圈太阳轮0＜α/（1+α）＜1上升减小超速挡5太阳轮齿圈行星架－α＜0下降增大倒挡6齿圈太阳轮行星架－1/α＜0上升减小

7任意两个连成一体1相等相等直接挡8既无元件制动又无任二元件连成一体自由转动

空挡课程思政点行星齿轮机构的三个基本元件通过不同的组合方式，来实现不同的传动比。它们各司其职，齐心协力，保证动力平稳输出。无论我们在什么岗位，都要立足本职岗位，兢兢业业地做好工作。以高起点、高标准开展各项工作，遇到险阻不退缩，获得成就不骄傲，遇到委曲不抱怨，面对困难我为先，从小事做起，脚踏实地，一步一个脚印，以高度的责任感保质保量地完成工作。（二）单排双级行星齿轮机构单排双级行星齿轮机构由太阳轮、齿圈及装有两组行星齿轮的行星架等组成。由内、外两组行星齿轮构成的双行星齿轮式行星齿轮机构，在传动中改变了原来的主从动旋转方向。单排双级行星齿轮的传动原理设：

齿圈的齿数为Z2

太阳轮的齿数为Z1，令Z2/Z1=α

太阳轮的转速为n1

齿圈的转速为n2

行星架的转速为n3则：单排双级行星齿轮机构的运动方程为：

n1

－αn2-(1－α)n3=0

三个基本元件：太阳轮、齿圈、行星架n2n1n3单排双级行星齿轮机构的运动规律序号主动件从动件固定件传动比备注1太阳轮行星架齿圈1－α增速反向2行星架太阳轮齿圈1/（1－α）减速反向3齿圈行星架太阳轮1－1/α增速同向4行星架齿圈太阳轮α/（α－1）减速同向5太阳轮齿圈行星架α减速同向6齿圈太阳轮行星架1/α增速同向7任意两个连成一体1直接传动8既无元件制动又无任二元件连成一体自由转动不传递动力（三）组合式行星齿轮机构现代汽车电控液力自动变速器上使用的多排行星齿轮机构，常用的组合方式有辛普森（Simpson）式行星齿轮机构和拉维娜（Ravigneaux）式行星齿轮机构两种。辛普森式行星齿轮机构拉维娜式行星齿轮机构二、换挡执行机构换挡执行机构包括离合器、制动器和单向离合器。离合器

制动器

单向离合器1．离合器多片湿式离合器通常由离合器鼓、活塞总成、回位弹簧、钢片、摩擦片、花键毂及卡环等组成。多片湿式离合器离合器活塞总成包括活塞和密封圈，安装在离合器鼓内，和离合器鼓一起形成一个封闭的环状液压缸，并通过离合器内轴颈上的进油孔和控制油道相通。钢片的外花键齿安装在离合器鼓的内花键齿圈上，可沿齿圈键槽作轴向移动；摩擦片的内花键齿与花键毂的外花键齿连接，也可沿键槽作轴向移动；摩擦片的两面均为摩擦系数较大的铜基粉末冶金层或合成纤维层，而钢片表面则光滑，没有摩擦材料。课程思政点任何事物都有两面性，正所谓“水能载舟，亦能覆舟”。我们要充分利用它的积极一面，减少消极一面。因此我们看问题时，要一分为二的看问题，即全面看待人或物，看到积极方面，也看到消极方面。我们要用辩证法的眼光去看待世间万物，既要看到矛盾双方的对立和排斥，也要看到双方的联系和统一，以及在一定条件下的相互转化。离合器的工作原理离合器鼓或花键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，花键毂为从动件。离合器中单向阀的作用残留的液压油在离心力的作用下会被甩向液压缸外缘，并在此处产生一定的油压，使离合器活塞不能彻底回位而处于半接合状态。设置一个离心式单向阀，通过离心力把单向阀打开，使部分残留液压油迅速地从这里泄出，防止片间的拖滞现象发生。2．制动器制动器有两种形式：一种是带式制动器，另一种是片式制动器。片式制动器片式制动器由制动鼓、制动器活塞、回位弹簧、钢片、摩擦片及花键毂等部件组成。当制动器工作时，来自控制阀的液压油进入制动器的液压缸中，油压作用在制动器活塞上，推动活塞将制动器摩擦片和钢片压紧在一起，与行星排某一基本元件连接的花键毂被固定而不能旋转。带式制动器片式制动器由制动带、制动鼓、液压缸和活塞等组成。带式制动器工作时，液压油作用在活塞上，活塞克服弹簧力移动，通过机械联动装置使制动带箍紧制动鼓，行星齿轮机构某一元件也随之被固定。制动带制动带内表面为一层摩擦系数较高的摩擦材料，其一端支承在变速器壳体上的制动带支架或制动带调整螺钉上，另一端与液压缸活塞上的推杆连接。带式制动器在工作过程中，制动带和制动鼓之间会有磨损，通过调整螺钉可以调整制动带和制动鼓之间的间隙。片式制动器的工作平顺性优于带式制动器，目前采用片式制动器的越来越多。另外，片式制动器也易于通过增减摩擦片的片数来满足不同排量发动机的要求。3．单向离合器依靠其单向锁止原理来发挥固定或连接作用的，力矩的传递是单方向的，其连接和固定完全由与之相连接元件的受力方向所决定。常用的单向离合器有楔块式和滚柱式两种。滚柱式单向离合器由内环、外环、滚柱和弹簧等组成。内环通常用内花键和行星齿轮排的某个基本元件或者和变速器壳体连接，外环则通过外花键和行星排的另一基本元件连接或者和变速器外壳连接。当外环相对于内环逆时针方向转动时，滚柱在摩擦力的作用下，克服弹簧的弹力，滚向楔形槽较宽的一端，外环相对于内环可以作自由滑转，此时单向离合器处于自由状态。当外环相对于内环顺时针方向转动时，滚柱在摩擦力和弹簧弹力的作用下卡死在楔形较窄的一端，内外环不能相对转动，单向离合器处于锁止状态。楔块式单向离合器由内环、外环和介于其间的8字形的金属楔块组成。楔块在A方向的尺寸略大于内外环之间的距离B，而在C方向上的尺寸则略小于B。如果内环固定，当外环逆时针方向旋转时，楔块在摩擦力的作用下倾斜，脱离自锁状态，外环可以转动，此时单向离合器处于自由状态。当外环顺时针方向旋转时，楔块在摩擦力的作用下竖起，而被卡死在内外环之间，使外环无法转动，此时单向离合器处于锁止状态。三、典型行星齿轮变速器（一）辛普森式行星齿轮变速器（二）CR-CR辛普森式行星齿轮变速器（三）拉维娜式行星齿轮变速器（四）六挡行星齿轮变速器（一）辛普森式行星齿轮变速器由两个单排单级行星齿轮机构连接而成的。结构特点：前后两个太阳轮连成一体，即共用太阳轮，称为前后太阳轮组件；前行星架与后齿圈相连并作为输出轴；前齿圈和太阳轮通常作为输入轴。这样，六个基本元件变成四个基本元件。丰田轿车A341E自动变速器的结构A341E自动变速器采用的是三行星排辛普森式四挡行星齿轮机构。它是在辛普森式三挡行星齿轮机构的基础上，增加一个单行星排和相应的换挡执行元件来产生的。这个增加的单行星排称为超速行星排。丰田轿车A341E自动变速器的结构B0－超速挡制动器C0－超速挡离合器F0－超速挡单向离合器C2－高、倒挡离合器B1－2挡强制制动器C1－前进挡离合器B2－2挡制动器F1－2挡单向离合器B3－低、倒挡制动器F2－1挡单向离合器A341E自动变速器换挡执行元件工作情况换挡杆位置挡位1号电磁阀2号电磁阀C0C1C2B0B1B2B3F0F1F2P停车挡ONOFF〇

R倒挡ONOFF〇

〇

〇〇

N空挡ONOFF〇

D1挡ONOFF〇〇

〇

〇2挡ONON〇〇

〇

〇〇

3挡OFFON〇〇〇

〇

〇

O/D挡OFFOFF

〇〇〇

〇

21挡ONOFF〇〇

〇

〇2挡ONON〇〇

〇〇

〇〇

3挡OFFON〇〇〇

〇

〇

L1挡ONOFF〇〇

〇〇

〇2挡ONON〇〇

〇〇

〇〇

各挡动力传递路线D-1挡：在此挡位，执行元件C0、F0、C1、F2工作。各挡动力传递路线D-2挡：在此挡位，执行元件C0、F0、C1、B2、F1工作。各挡动力传递路线D-3挡，在此挡位，执行元件C0、F0、C1、C2、B2工作。各挡动力传递路线D-4挡，在此挡位，执行元件B0、C1、C2、B2工作。各挡动力传递路线2位。当操纵手柄置于2位时，其2位的1挡与D-1挡完全相同；2位的2挡与D-2挡基本相同，其区别在于处于2位2挡时，B1与B2和F1共同起作用，从而使前后太阳轮组件双向固定（既不能顺时针方向转动，也不能逆时针方向转动）。这样既保证按2挡传动路线传动，又保证在下坡时有发动机制动作用。2位3挡的传动路线与D-3挡完全相同，传动比也相同。各挡动力传递路线L位，当操纵手柄置于L位时，其L位的1挡与D-1挡基本相同，其区别在于处于L位1挡时，B3与F2共同作用，从而使后排行星架双向固定。这样既保证按D-1挡传动路线传动，又保证在下坡时有发动机起制动作用。L位的2挡与2-2挡完全相同。同样，其L位各挡的传动比也与D位所对应挡位的传动比相同。各挡动力传递路线R位。在此挡位，执行元件C0、F0、C2、B3工作。各挡动力传递路线P位。P位时，由于C1或C2没有接合，变速器处于空挡状态，动力无法传递。此时驻车锁凸轮使驻车爪上的凸起与输出轴齿轮齿槽结合，以防止车辆移动。（二）CR-CR辛普森式行星齿轮变速器采用两个单排单级行星齿轮机构实现四个前进挡和一个倒挡，可将其中一排的行星架C（PlanetCarrier）和另一排的齿圈R（GearRing）相连接，再增加换挡执行元件。结构特点：前排行星架与后排齿圈相连；后排行星架与前排齿圈相连。这样，六个基本元件变成四个基本元件，即前太阳轮、后太阳轮、前行星架后齿圈组件、前齿圈后行星架组件。北京现代轿车A4CFx自动变速器的结构A4CFx自动变速器采用的是四挡CR-CR辛普森式行星齿轮机构，有3个离合器、2个制动器和1个单向离合器共6个换挡执行元件。换挡执行元件的工作情况挡位LR2NDUDODREVOWC参加工作的行星齿轮排P、N〇

R〇

〇

前排1

〇

〇后排1*〇

〇

〇后排2

〇〇

前排/后排3

〇〇

后排4

〇

〇

前排P、N位动力传递路线LR制动。由于变速器的三个动力输入离合器（UD、OD和REV）均处于分离状态，输入轴没有将动力输入，因此动力也就没有输出。此时LR制动只是为了之后将要进行的换挡做准备。R位动力传递路线REV接合，LR制动。REV接合，将输入轴动力连接到前排太阳轮；LR制动，固定前排行星架和后排齿圈。对前排行星齿轮机构来说，行星架固定，太阳轮输入，于是动力经齿圈、后排行星架反向减速输出。1挡动力传递路线UD接合，OWC单向锁止。UD接合，将输入轴动力连接到后排太阳轮，后太阳轮顺转。由于输出齿轮驱动汽车的行驶阻力较大（暂时可看作锁止状态），行星齿轮驱动后齿圈逆转。由于OWC不允许后齿圈逆转（锁止），行星齿轮只有驱动后行星架同向减速旋转。L位1挡时，同时有LR制动，此时的1挡具有发动机制动作用。2挡动力传递路线2ND制动，UD接合。UD接合，将输入轴动力连接到后排太阳轮；2ND制动，固定前排太阳轮。于是动力经前排齿圈和后排行星架同向减速输出。3挡动力传递路线UD、OD接合。OD接合，将输入轴动力连接到前排行星架和后排齿圈；UD接合，将输入轴动力连接到后排太阳轮。对后排行星齿轮机构来说，有两个部件被同时驱动，则整个行星齿轮机构以一个整体旋转，传动比为1：1。4挡动力传递路线2ND制动，OD接合。OD接合，将输入轴动力连接到前排行星架和后排齿圈；2ND制动，固定前排太阳轮。对前排行星齿轮机构来说，太阳轮固定，行星架输入，于是动力经齿圈、后排行星架同向增速输出。（三）拉维娜式行星齿轮变速器采用一个单排单级行星齿轮机构和一个单排双级行星齿轮机构组成；结构特点：两行星排共用行星架和齿圈；小太阳轮、短行星齿轮、长行星齿轮、行星架及齿圈组成双行星轮系行星排；大太阳轮、长行星齿轮、行星架及齿圈组成一个单行星轮系行星排；有四个基本元件；仅有一个齿圈和输出轴连接。小太阳轮行星架短行星轮大太阳轮长行星轮齿圈大众轿车01M自动变速器的结构01M自动变速器采用的是四挡拉维娜式行星齿轮机构，变速器有3离合器、2个制动器和1个单向离合器共6个换挡执行元件。大众轿车01M自动变速器的结构C1－1～3挡离合器；C2－倒挡离合器；C3－3、4挡离合器；B1－倒挡制动器；B2－2、4挡制动器；F－单向离合器；C0－锁止离合器；F0－导轮单向离合器；B－泵轮；W－涡轮；D－导轮各挡动力传递路线01M变速器换挡执行元件的工作情况，机械传动与液力传动的区别在于，机械传动挡位中，变矩器锁止离合器C0接合，发动机动力不经过液力变矩器直接传至涡轮轴。挡位B1B2C1C2C3FC0R○

○

1H

○

○

1M

○

○○2H

○○

2M

○○

○3H

○

○

3M

○

○

○4H

○

○

4M

○

○

液力式1挡动力传递路线离合器C1工作，驱动后排小太阳轮；单向离合器F锁止，锁定行星架，于是齿圈同向减速输出。其动力流程为：泵轮→涡轮→涡轮轴→离合器C1→小太阳轮→短行星齿轮→长行星齿轮驱动齿圈。液力式2挡动力传递路线离合器C1工作，驱动后排小太阳轮；制动器B2工作，固定前排大太阳轮，于是齿圈同向减速输出。其动力流程为：泵轮→涡轮→涡轮轴→离合器C1→小太阳轮→短行星齿轮→长行星齿轮围绕大太阳轮转动并驱动齿圈。液力式3挡动力传递路线离合器C1工作，驱动后排小太阳轮；离合器C3工作，驱动行星架，因小太阳轮和行星架同时被驱动，则整个行星齿轮机构以一个整体旋转，为直接传动挡。其动力流程为：泵轮→涡轮→涡轮轴→离合器C1和C3→整个行星齿轮组转动。液力式4挡动力传递路线离合器C3工作，驱动行星架；制动器B2工作，固定前排大太阳轮，于是齿圈同向增速输出，为超速挡。其动力流程为：泵轮→涡轮→涡轮轴→离合器C3→行星架→长行星齿轮围绕大太阳轮转动→驱动齿圈。倒挡动力传递路线变速杆在R位置时，离合器C2工作，驱动前排大太阳轮；制动器B1工作，固定行星架，于是齿圈反向减速输出。其动力流程为：泵轮→涡轮→涡轮轴→离合器C2→大太阳轮→长行星齿轮反向驱动齿圈。（四）六挡行星齿轮变速器采用三组行星齿轮，分别称为反作用行星齿轮组、输入行星齿轮组和输出行星齿轮组，共有6个前进挡。结构特点：输出行星齿轮组行星架同时也是反作用行星齿轮组内齿圈，输入行星齿轮组行星架同时也是输出行星齿轮组内齿圈，反作用行星齿轮组行星架同时也是输入行星齿轮组内齿圈。上汽通用汽车GF6自动变速器的结构GF6自动变速器采用了2个离合器、3个制动器和1个单向离合器共6个执行元件，其中C2-6、CL-R、C1-2-3-4从功能上看是制动器，但通用公司统一称为离合器。低挡单向离合器OWC从输入轴方向看，相应行星齿轮架只能顺时针旋转，传动链条用于连接输出齿轮和主减速器齿轮。换挡执行元件的工作情况挡位C4-5-6C3-5-RC2-6OWCCL-RC1-2-3-4P

○

R

○

○

N

○

1st

Holding

○1st*

Holding○*○2nd

○

○3rd

○

○4th○

○5th○○

6th○

○

任务实施一、自动变速器机械传动部分的分解1．自动变速器分解与组装注意事项2．自动变速器机械传动部分的分解图二、行星齿轮机构的检查1．外观检查2．行星齿轮间隙的检查三、单向离合器的检查四、离合器、制动器的检修1．离合器、制动器部件的检查2．离合器、片式制动器自由间隙的检查3．带式制动器间隙的检查一、自动变速器机械传动部分的分解1．自动变速器分解与组装注意事项分解变速器之前应对其外部进行彻底清洗。对变速器进行分解、检查和装配时，应依序分组进行。所有零件必须彻底清洗。清洗后用压缩空气吹干所有零件。一次性使用的零件，每次修理时均应换新。推力轴承和座圈滚道若已磨损或损坏须换新。新摩擦片在装配前必须放在ATF中浸泡至少15min。所有密封油环、离合器摩擦片、离合器钢片、旋转元件和滑动表面，在装配时都应用ATF涂抹。所有螺栓均应按标准力矩拧紧。2．自动变速器机械传动部分的分解图丰田A341E自动变速器分解图：自动变速器机械传动部分的分解超速行星架、超速离合器组件及止推轴承止推轴承、止推垫片自动变速器机械传动部分的分解卡环O/D制动器钢片和摩擦片自动变速器机械传动部分的分解卡环O/D制动器鼓自动变速器机械传动部分的分解2挡强制制动器2挡强制制动器活塞自动变速器机械传动部分的分解直接挡离合器、前进挡离合器、前行星齿圈组件E环、制动带销自动变速器机械传动部分的分解前行星架和行星齿轮组件输出轴自动变速器机械传动部分的分解太阳轮组件单向离合器自动变速器机械传动部分的分解卡环2挡制动鼓自动变速器机械传动部分的分解后行星排、1挡和倒档制动器组件止推轴承二、行星齿轮机构的检查1．外观检查检查太阳轮、行星齿轮、齿圈的齿面