自动变速器行星齿轮机构工作原理

自动变速器行星齿轮机构秦航2010.4.25机械传动机构的构成机械传动机构执行元件离合器制动器单向离合器齿轮传动机构平行轴式传动机构行星齿轮传动机构辛普森拉威娜CR-CR其他行星齿轮构成行星齿轮一方面可绕自己的轴线回转，另一方面又可随着行星架一起绕其固定轴线旋转，即既有自转又有公转。太阳轮行星架行星小齿轮齿圈齿轮基础旋转方向：两个外齿轮互相啮合进行旋转时，它们以相反方向旋转，见图3-2。一个外齿轮和一个内齿轮相互啮合进行旋转，两个齿轮以相同方向旋转例如，如果两个齿轮齿数相等，传动比即为1:0。当这些齿轮其中之一旋转时，另一个齿轮即以相同转速旋转。如果主动齿轮有10个齿，而从动齿轮有20个齿，其传动比为2:1，在主动齿轮旋转1整圈时，从动齿轮旋转1/2圈。从动齿轮齿数主动齿轮齿数传动比=转速和传动比单排行星齿轮机构特点行星齿轮机构在结构方面具有下列特点：①太阳轮、行星架和齿圈都是同心的，即围绕公共轴线旋转。这能够取消诸如手动变速器所使用的中间轴和中间齿轮。②所有齿轮始终相互啮合，换档时无需滑移齿轮，因此摩擦磨损小，寿命较长。③结构简单、紧凑，其载荷被分配到数量众多的齿上，强度大。④可获得多个传动比变速原理及传动比•设上图所示行星齿轮机构中的太阳轮、齿圈、行星架的转速分别为n1、n2、n3,太阳轮、齿圈的齿数分别为z1、z2，齿圈与太阳轮的齿数比为α。根据能量守恒定律，可得单一行星齿轮机构一般运动规律特性方程式•M1ω1+M2ω2+M3ω3=0•n1+αn2-(1+α)n3=0•n1—太阳轮转速；•n2—齿圈转速；•n3—行星架转速；•α—齿圈与太阳轮的齿数比,α=z2/z11动力传动方式1)太阳轮主动，行星架从动，齿圈制动，则n2＝0，故传动比•i13＝n1/n3＝1＋α1•同向减速，低速档主动太阳轮从动行星架行星小齿轮固定齿圈•2)太阳轮制动，齿圈主动，行星架从动，则n1＝0，故传动比•i23＝n2/n3＝(1＋α)/α1•同向减速，高速档固定太阳轮从动行星架行星小齿轮主动齿圈•3)太阳轮制动，行星架主动，齿圈从动，则n1＝0，故传动比•i32＝n3/n2＝α/(1＋α)1•同向增速，超速档固定太阳轮主动行星架行星小齿轮从动齿圈•4)齿圈制动，行星架主动，太阳轮从动，则n2＝0，故传动比•i31＝n3/n1＝1/(1＋α)1•同向增速，超速档从动太阳轮主动行星架行星小齿轮固定齿圈•5)行星架制动，太阳轮主动，齿圈从动，则n3＝0，故传动比•i12＝n1/n2＝－α0•反向减速，倒档主动太阳轮固定行星架行星小齿轮从动齿圈•反向增速，汽车上不采用从动太阳轮固定行星架行星小齿轮主动齿圈•7）如果n1＝n2，则n3＝n1＝n2，故传动比•i＝1•同向同速，直接档主动太阳轮从动行星架行星小齿轮主动齿圈•8)如果所有元件无约束，则动力无法传动•空档太阳轮行星架行星小齿轮主动齿圈三、换挡执行机构行星齿轮变速器中的所有齿轮都处于常啮合状态，挡位变换必须通过以不同方式对行星齿轮机构的基本元件进行约束(即固定或连接某些基本元件)来实现。能对这些基本元件实施约束的机构，就是行星齿轮变速器的换挡执行机构。执行机构主要由离合器、制动器和单向离合器三种执行元件组成，离合器和制动器是以液压方式控制行星齿轮机构元件的旋转，而单向离合器则是以机械方式对行星齿轮机构的元件进行锁止。1.多片离合器(1)作用自动变速器中的湿式多片离合器是用来连接输入轴或输出轴和某个基本元件，或将行星齿轮机构中某两个基本元件连接在一起实现转矩的传递。点击播放离合器片离合器•(2)构造：一般为多片摩擦式，是液压控制的执行元件。•基本组成:离合器鼓、离合器活塞、回位弹簧、离合器片（钢片、摩擦片）、花键毂•摩擦片与旋转的花键毂的齿键连接，可轴向移动，为输入端，片上有钢基粉末冶金层或合成纤维层。•从动钢片与转动鼓的内花键连接也可轴向移动，可输出扭矩。•活塞为环状，另外活塞上有密封圈、回位弹簧。花键毂输入轴弹簧活塞壳体主动盘压盘从动盘卡环•(3)工作情况：•离合器接合：当压力油经油道进入活塞左面的液压缸时，液压力克服弹簧力使活塞右移，将所有离合器片压紧。•离合器分离：当控制阀将作用在离合器液压缸的油压力撤除后，离合器活塞在回位弹簧的作用下回复原位，并将缸内的变速器油从进油孔排出。•离合器自由间隙：离合器处于分离状态时，离合器片之间有一定的轴向间隙，以保证钢片和摩擦片之间无轴向压力。工作情况（4）安全阀的功用•压力油进入液压缸时，钢球在油压作用下压紧在阀座上，安全阀处于关闭状态，保证液压缸的密封。•压力油排出时，缸体内的压力下降，安全阀在离心力作用下离开阀座处于开启状态，残留在缸内的液压油因离心力作用排出，使离合器分离彻底。2.制动器制动器的功用是固定行星齿轮机构中的基本元件，阻止其旋转。在自动变速器中常用的制动器有湿式多片式制动器和带式制动器两种。（1）片式制动器•片式制动器：其结构与片式离合器相同。不同之处是制动器从动片的外缘花键齿与固定的变速器外壳连接，可轴向移动，以便接合时将主动件制动，使行星齿轮机构改组换挡。该种制动器接合的平顺性好，间隙无须调整，其缺点是轴向尺寸大。•能通过增减摩擦片数来满足不同排量发动机的要求，故小轿车使用很多。片式制动器工作过程（2）带式制动器•它由制动带、油缸、活塞和调整件组成。外弹簧为活塞的回位弹簧。内弹簧为旋转鼓反作用力的缓冲弹簧，防止活塞振动。调整点多在带的支撑端，可在体外调整或拆下油底调整。拧动调整螺栓来调整（旋紧再松2～3圈），调好后再用锁紧螺母锁紧。•优点：结构简单易于安装，带式制动器轴向尺寸小可缩短变速器的长度。•缺点：使变速器壳体上产生局部的高应力区；制动带磨损后需要调整间隙；工作的平顺性差，控制油路中多配有缓冲阀。（2）带式制动器调整螺钉制动带工作油路活塞杆活塞制动鼓点击播放带式制动器3.单向离合器作用：单方向固定行星齿轮机构中某个基本元件的转动。常见形式：滚柱斜槽式和楔块式。单向离合器单向离合器工作原理多排行星齿轮机构一般布置形式•两排行星齿轮机构共用一个太阳轮——辛普森式行星齿轮机构。•有两个太阳轮，两排行星齿轮共用一个齿圈——拉威娜式行星齿轮机构。•有些附加一套单排行星齿轮机构实现超速挡。辛普森行星齿轮变速器•一、三档Simpson行星齿轮变速器•1.结构、组成1)结构特点•二根轴：输入轴、输出轴•两个离合器（C1、C2），三个制动器（B1、B2、B3），两个单向离合器（F1、F2）•两排行星齿轮机构：共用一个太阳轮，前排行星架、后排齿圈与输出轴相连2)换档执行元件的作用•C1——前进档离合器：输入轴与前排齿圈相连•C2——直接档（倒档）离合器：输入轴与前、后太阳轮相连•B1——二档制动器：锁定前后太阳轮，使之不能逆时针转动•B2——二档滑行（制动）制动器：锁定前后太阳轮，使之不动•B3——一、倒档制动器：锁定后行星架，使之不动•F1——单向离合器：B1作用时，锁定前后太阳轮，使之不能逆时针转动•F2——单向离合器：锁定后行星架，使之不能逆时针转动2.档位情况选档杆位置档位换档执行元件发动机制动C1C2B1B2B3F1F2D1○○2○○○3○○○21○○○○2○○○○○L1○○○○R倒档○○P驻车档○N空档3.各档动力传动路线：1)D1档：C1、F22)D2档：C1、B1、F13)D3档：C1、C24)21(11)档：C1、B3、F25)22档：C1、B1、B2、F16)R档：C2、B37)P档：四档Simpson行星齿轮变速器•以凌志LS400的A341E、A342E为例。•1.结构、组成元件组成各挡元件工作情况1)D1档：C0、C1、F0、F22)D2档：C0、C1、B2、F0、F13)D3档：C0、C1、C2、B2、F04)OD档：C1、C2、B0、B25)21档：同D16)23档：同D37)L2档：同228)L1档：C0、C1、B3、F0、F29)R位：C0、C2、B310)P位：4速拉维娜式行星齿轮传动装置•拉维娜式行星齿轮传动装置由拉维娜式行星齿轮机构和换档执行元件组成。拉维娜式行星齿轮机构也采用双行星排：前太阳轮、长行星轮、行星架和齿圈组成一个单行星轮式行星排；而后太阳轮、短行星轮、长行星轮、行星架和齿圈组成一个双行星轮式行星排。前后行星排共用一个齿圈输出，且前后两个行星排的行星架连为一体。拉维娜式行星齿轮传动装置的换档执行元件包括4个离合器、2个制动器和2个单向离合器，它们的名称及作用见表4速拉维娜式行星齿轮传动装置拉维娜式行星齿轮传动装置换档执行元件名称及作用元件代号名称作用C1前进档离合器通过前进档单向离合器F2将输入轴与后（小）太阳轮连接。C2倒档离合器将输入轴与前（大）太阳轮连接。C3前进档强制离合器将输入轴与后（小）太阳轮连接。C4高档离合器将输入轴与行星架连接。B12、4档制动器用于固定前（大）太阳轮。B2低、倒档制动器用于固定行星架。F11档单向离合器1档时阻止行星架逆时针转动。F2前进档单向离合器防止后（小）太阳轮超越输入轴转动。拉维娜式行星齿轮传动变速器•4速拉维娜式行星齿轮传动装置各档的传动路线分析：•（1）D1档：前进档离合器C1接合，前进档单向离合器F2锁止，将输入轴与后太阳轮连接，1档单向离合器F1锁止，将行星架固定。•传动路线为：输入轴→离合器C1→单向离合器F2→后太阳轮→短行星轮→长行星轮→齿圈→输出轴。拉维娜式行星齿轮传动变速器•（2）D2档：前进档离合器C1接合，前进档单向离合器F2锁止，将输入轴与后太阳轮连接，2、4档制动制动器B1接合，前太阳轮被固定。传动路线为：输入轴→离合器C1→单向离合器F2→后太阳轮→短行星轮→长行星轮(前太阳轮固定，使行星架运动确定)→齿圈→输出轴。拉维娜式行星齿轮传动变速器•（3）D3档：前进档离合器C1接合，前进档单向离合器F2锁止，将输入轴与后太阳轮连接；高档离合器C4接合，将输入轴与行星架连接，这样后太阳轮与行星架同步转动，使得齿圈随其一起同步转动，形成直接档。（4）D4档：高档离合器C4接合，将输入轴与行星架连接；2、4档制动器B1工作，前太阳轮被固定。传动路线为：输入轴→离合器C4→行星架→长行星轮→齿圈→输出轴。拉维娜式行星齿轮传动变速器（5）L1档（或21档，或11档）：前进档强制离合器C3接合，将输入轴与后太阳轮连接；低、倒档制动器B2接合，行星架固定，传动路线和传动比与D1档相同。但由于单向离合器F2不起作用，制动器B2又代替了单向离合器F1的工作，从而使汽车滑行时可以用发动机制动。（6）L2档（或22档，或12档）：•前进档强制离合器C3接合，将输入轴与后太阳轮连接；2、4档制动器B1接合，前太阳轮被固定，传动路线和传动比与D2档相同。但由于单向离合器F2不起作用，使汽车滑行时可以用发动机制动。。拉维娜式行星齿轮传动变速器（7）L3档（或23档）：前进档强制离合器C3接合，将输入轴与后太阳轮连接；低、高档离合器C4接合，将输入轴与行星架连接，使后太阳轮与行星架一起带动齿圈转动，形成直接档。传动路线与传动比与D3档相同。当汽车滑行时，离合器C3与离合器C4都能反向传递动力，所以有发动机的制动作用。（8）R档：倒档离合器C2接合，将输入轴与前太阳轮连接，低、倒档制动器B2接合，行星架被固定。传动路线为：输入轴→离合器C2→前太阳轮（顺时针）→长行星轮→齿圈（逆时针）→输出轴。