辛普森式四檔行星齒輪機構的傳動路線分析

1、這種四檔變速器是在不改變原辛普森式三檔行星齒輪變速器的主要結(jié)構和大部分零部件的情況下，另外再增加一個單排行星齒輪機構和相應的換檔執(zhí)行元件來產(chǎn)生超速檔。這個單排行星齒輪機構稱為超速行星排，它裝在行星齒輪變速器的前端，如圖916所示。其行星架是主動件，與變速器輸入軸連接；齒圈則作為被動件，與后面的雙排辛普森行星齒輪機構連接。超速行星排的工作由直接多片離合器CO和超速制動器BO來控制，直接多片離合器CO用于將超速行星排的太陽輪和行星架連接，超速排的制動器BO用于固定超速行星排的太陽輪。根據(jù)行星齒輪變速器的變速原理，當制動器BO放松、直接多片離合器CO接合時，超速行星排處于直接傳動狀態(tài)，其傳動比為1。

2、當超速制動器BO制動、直接離合器CO放松時，超速行星排處于增速傳動狀態(tài)，其傳動比小于1。l）l檔把預選桿置于D位置，C2后多片離合器作用把輸入動力傳給前齒圈，F(xiàn)1單向離合器作用，使后行星架固定不動。辛普森1檔的動力流分析比較困難，因為在該檔位前后行星排可通過兩個構件相互間連接。其輸入動力經(jīng)C2后多片離合器傳給前齒圈，使其順時針旋轉(zhuǎn)。前齒圈又帶動前行星輪順時針轉(zhuǎn)動，由于前行星輪既可帶動前行星架順時針轉(zhuǎn)動（輸出軸的轉(zhuǎn)動），又可帶動太陽輪邊時針轉(zhuǎn)動，因此前齒圈的轉(zhuǎn)速通過前行星輪被分解成兩條傳動路線，其中前星行架和太陽輪的轉(zhuǎn)動方向比較明確，但前行星架和太陽輪轉(zhuǎn)速如何分配呢？由于后排行星架被FI單向離合

3、器固定，因此后排行星齒輪機構具有確定傳動比，且是減速機構，另外后排行星齒輪機構通過后齒圈輸出，它的輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方向應該和前行星架保持一致，因為前行星架和后齒圈為同一構件。根據(jù)這兩個條件，就可以確定前行星架和太陽輪之間的轉(zhuǎn)速分配，顯然太陽輪的轉(zhuǎn)速比前行星架快得多。太陽輪逆時針的旋轉(zhuǎn)帶動后行星輪順時針轉(zhuǎn)動，行星輪再帶動后齒圈順時針轉(zhuǎn)動，由于后齒圈順時針轉(zhuǎn)動時，會給后行星架施加一個逆時針的力矩，通過F1單向離合器將后行星架固定。后排行星齒輪機構的傳動比是后齒圈和太陽輪齒數(shù)之比，但辛普森機構1檔傳動比要大得多，計算也更復雜且有確定的傳動比。辛普森機構的1檔具有汽車滑行功能，當驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速超過了發(fā)動機

4、的轉(zhuǎn)速之后，來自驅(qū)動輪的逆向動力通過后齒圈和前行星架輸入機構，使后行星架順時針旋轉(zhuǎn)，脫離F1單向離合器鎖止，實現(xiàn)了汽車滑行。當驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速低于發(fā)動機時，單向離合器重新鎖止，變速器恢復驅(qū)動狀態(tài)。若要在1檔實現(xiàn)發(fā)動機制動，則需要把預選桿置于L或1位置，此時后行星架被B2后制動帶固定，驅(qū)動輪逆向傳入的動力通過變速器將發(fā)動機轉(zhuǎn)速提高，從而消耗動力使驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速迅速下降，實現(xiàn)發(fā)動機制動。2）2檔C2后多片離合器和B1前制動帶同時作用。此時渦輪輸出軸經(jīng)C2后多片離合器和前齒圈連接，同時太陽輪組件被B2后制動帶固定。其動力經(jīng)輸入軸傳給前齒圈，使之作順時針旋轉(zhuǎn)，由于太陽輪被固定，因此前行星輪在前齒圈帶動下，既有自

5、轉(zhuǎn)，又隨行星架公轉(zhuǎn)，行星輪和行星架都是順時針轉(zhuǎn)動，行星架最后帶動輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)。2檔傳動比取決于行星架當量齒數(shù)和前齒圈齒數(shù)之比，它是一種傳動比大于1的減速運動。2檔的傳動比僅僅和前排行星齒輪機構有關。另外當輸出軸轉(zhuǎn)動時，同時會帶動后齒圈順時針轉(zhuǎn)動，后太陽輪已被固定，此時后行星輪和后行星架都順時針空轉(zhuǎn)F1 單向離合器處于釋放狀態(tài)。在上述的辛普森機構的2檔工作狀態(tài)下（預選桿置于D位），來自驅(qū)動輪的逆向傳入變速器的動力，可以直接傳至發(fā)動機，實現(xiàn)發(fā)動機制動。3）3檔C1前多片離合器和C2后多片離合器同時作用。C1前多片離合器的接合把動力傳至太陽輪，C2后多片離合器的接合把動力傳至前齒圈。根據(jù)上述行星

6、齒輪機構特征：任意兩元件同速同方向旋轉(zhuǎn)即為直接檔，則機構鎖成一整體。在3檔狀態(tài)，前齒圈和太陽輪均有相同旋轉(zhuǎn)方向和速度。從另外角度分析，當來自C2后多片離合器的動力傳至前齒圈，再由前齒圈帶動太陽輪逆時針轉(zhuǎn)動，而來自C1前多片離合器的動力直接傳給太陽輪，使之順時針轉(zhuǎn)動，因此同一個太陽輪不可能出現(xiàn)兩個轉(zhuǎn)動方向，只能相互間鎖止成一整體。當機構整體順時針轉(zhuǎn)動時，n單向離合器和后行星架處于釋放狀態(tài)。3檔是直接檔，它的傳動比是1：1。在3檔狀態(tài)下，只存在發(fā)動機制動的功能，而不存在汽車滑行的作用。當行星齒輪變速器處于1檔、2檔、3檔或倒檔時，超速行星排中的超速制動器BO放松，直接多片離合器CO接合，使超速行星

7、排處于傳動比為1的直接傳動狀態(tài)，而后半部分的雙排行星齒輪機構各換檔執(zhí)行元件的工作和原辛普森式三檔行星齒輪變速器在1檔、2檔、3檔及倒檔的工作完全相同。來自變矩器的發(fā)動機動力經(jīng)超速行星排直接傳給后半部的雙排行星齒輪機構，此時行星齒輪變速器的傳動比完全由后半部的雙排行星齒輪機構及相應的換檔執(zhí)行元件來控制。當行星齒輪變速器處于超速檔時，后半部的雙排行星齒輪機構保持在3檔的工作狀態(tài)，其傳動比為二；而在超速行星排中，由于超速制動器BO產(chǎn)生制動，直接多片離合器CO放松，使超速行星排處于增速傳動狀態(tài)，其傳動比小于1（該傳動比即為該行星齒輪變速器在超速檔時的傳動比）。由于直接多片離會器CO在自動變速器處于超速

8、檔之外的任一檔位（包括停車檔、空檔和倒檔）都處于接合狀態(tài)，因此當發(fā)動機剛起動而油泵尚未建立起正常的油壓時，直接離合器CO就已處于半接合狀態(tài)，這樣容易使其摩擦片因打滑而加劇磨損。為了防止出現(xiàn)這種情況，在與直接離會器CO并列的位置上布置了一個直接單向超越離合器FO，使超速行星排的行星架能在逆時針方向上對太陽輪產(chǎn)生鎖止作用。在發(fā)動機剛起動并帶動自動變速器輸入軸轉(zhuǎn)動時，它就讓超速行星排的太陽輪和行星架鎖止為一個整體，防止直接離合器CO的摩擦片在半接合狀態(tài)下打滑。直接單向超越離合器FO的另一個作用是改善由3檔升至超速檔的換檔平順性。在3檔升至超速檔換檔過程中，為了防止超速制動器BO和直接離合器CO同時接

9、合，造成超速行星排各基本元件之間的運動干涉，必須在直接多片離合器CO完全釋放后再讓超速制動器BO接合。這樣，有可能因直接多片離合器CO釋放后， 超速制動器BO來不及接合，使行星齒輪變速器出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。直接單向超越離合器FO可以在直接離合器CO已釋放，而超速制動器BO尚未完全接合時，代替直接離合器CO的工作，將超速行星排太陽輪和行星架鎖止在一起，防止超速行星排出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，并在超速制動器BO接合后又能及時脫離鎖止，讓超速行星排順利進入超速檔工作狀態(tài)。由三個行星排組成的辛普森式四檔行星齒輪變速器各換檔執(zhí)行元件在不同檔位的工作情況見表94。這種型式的四檔行星齒輪變速器可以使原辛普森式三檔行星齒輪變速

10、器的大部分零部件都得到利用有利于減少生產(chǎn)投資，降低成本。目前大部分轎車都采用這種型式的四檔自動變速器，特別是日本豐田公司的四檔自動變速器。有些車型的這種自動變速器將超速行星排設置在原辛普森式三檔行星齒輪變速器的后端，其工作原理是相同的。在圖9.16所示的辛普森四檔變速器機構中，對原辛普森三檔的機構已作了改進，新增了一個制動器B1和一個單向離合器F2。對原辛普森三檔的機構進行改進出于以下兩點考慮：從2檔換至3檔存在運動干涉；要求辛普森機構2檔存在兩種狀態(tài)，即汽車滑行和發(fā)動機制動。原辛普森式三檔行星齒輪變速器（參見圖915）由二檔換至3檔時，一方面2檔制動器B1要釋放，另一方面執(zhí)行元件的工作交替應

11、及時準確，太快或太慢都會影響換檔質(zhì)量和變速器的使用壽命。例如，若二檔制動器B1釋放后，倒檔及高檔離合器C1來不及接合，會使行星齒輪變速器出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，使發(fā)動機出現(xiàn)空轉(zhuǎn)，并出現(xiàn)換檔沖擊；若二檔制動器B1未完全釋放，倒檔及高檔離合器C1便過早接合，則行星齒輪機構各獨立元件之間會產(chǎn)生運動干涉。迫使換檔執(zhí)行元件打滑，加劇摩擦片或制動箍帶的磨損。為了防止出現(xiàn)上述情況，改善2-3檔的換檔平順性，可在前后太陽輪組件和2檔制動器B1之間串聯(lián)一個單向超越離合器F2，稱為2檔單向超越離合器，如圖917所示。其內(nèi)圈和前后太陽輪組件連接，外圈和2檔制動器B1連接，在逆時針方向?qū)η昂筇栞喗M件具有鎖止作用。當行星齒輪變

12、速器處于2檔時，前進離合器C2和2檔制動器B1仍同時工作。汽車加速時，前后太陽輪組件的受力方向為逆時針方向，由于2檔單向超越離合器F2的外圈被2檔制動器B1固定，因此前后太陽輪朝逆時針方向的旋轉(zhuǎn)趨勢被2檔制動器B1及2檔單向超越離合器F1鎖止，2檔得以實現(xiàn)。當行星齒輪變速器由2檔換至3檔時，即使倒檔及直接檔離合器C1在2檔制動器B1釋放之前就已接合，但由于倒檔及直接檔離合器C1接合之后，前后太陽輪組件的受力方向改變?yōu)轫槙r針方向，而在順時針方向上 2檔單向離合器F2對前后太陽輪組件沒有鎖止作用，前后太陽輪組件仍可以向順時針方向旋轉(zhuǎn)，因此使換檔得以順利進行。增加了2檔單向離合器之后，若汽車在行星齒

13、輪變速器處于2檔時松開油門踏板減速或下坡，則在汽車慣性的作用下，驅(qū)動輪將通過變速器輸出軸逆向帶動行星齒輪機構的前行星架和后齒圈組件以較高的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。由于此時發(fā)動機處于怠速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，和輸入軸連接的前齒圈轉(zhuǎn)速較低，前行星輪在前行星架的帶動下朝順時針方向作公轉(zhuǎn)的同時，對前太陽輪組件產(chǎn)生一個順時針方向的力矩，而太陽輪在順時針方向旋轉(zhuǎn)時，2檔單向離合器F2對前后太陽輪組件沒有鎖止作用，因此即使2檔制動器B1仍處于制動狀態(tài)，前后太陽輪組件還是可以朝順時針方向自由旋轉(zhuǎn)。這樣，在辛普森式行星齒輪機構的四個獨立元件中有兩個處于自由狀態(tài)，從而使該行星齒輪機構失去傳遞動力的能力，驅(qū)動輪和發(fā)動機脫離連接關系，不能產(chǎn)生

14、發(fā)動機制動作用。為了在需要時讓2檔也能產(chǎn)生發(fā)動機制動作用，必須在前后太陽輪組件和變速器殼體之間另外再設置一個制動器B3。制動器B3在2檔是否工作，是由預選桿手柄的位置決定的，當手柄位于前進檔位置（D）6寸，制動器B3不工作；當操縱手柄位于前進低檔位（2或S）而行星齒輪變速器處于 2檔時，制動器 B3工作。這樣不論汽車加速或減速，前后太陽輪組件都被該制動器固定，此時的2檔在汽車松開油門踏板、減速或下坡時能產(chǎn)生發(fā)動機制動作用。目前大多數(shù)轎車自動變速器已采用這種結(jié)構。自動變速器由于結(jié)構類型較多，而且較為復雜，除了機械系統(tǒng)之外，還有十分復雜的液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，因此產(chǎn)生故障的原因是多方面的，其中掌握每

15、一個變速器的每一個檔位的傳動路線是診斷故障的主線，變速執(zhí)行元件的作用或釋放都是為傳動路線服務的。多片離合器、制動箍帶以及單向、超越式離合器都是比較容易損壞的機械部件，一旦變速執(zhí)行元件失去功能，就可能影響檔位的傳動路線。由于每一個變速器中的復合行星齒輪機構不同，因此變速執(zhí)行元件對傳動路線的影響也不同。自動變速器中的液壓系統(tǒng)主要是為變速執(zhí)行元件中的多片離合器和伺服油缸服務的，使它們作用或釋放。影響多片離合器或伺服油缸正常工作的最主要的因素是主回路油壓。而影響主回路油壓的因素很多，但關鍵是油泵的密封件磨損，調(diào)壓閥卡滯或磨損以及液壓回路的內(nèi)部泄漏等。自動變速器的電子傳感器主要收集換檔信息和改善換檔品質(zhì)

16、，以及監(jiān)控報警信息，如果這些變速器的耳目發(fā)生損壞，則ECU無法執(zhí)行正確的程序，無法正確地處理信息。自動變速器電控系統(tǒng)的執(zhí)行元件主要指各種控制閥的電磁線圈，線圈的開路或短路以及電阻值發(fā)生變化是經(jīng)常出現(xiàn)的故障，它直接影響電磁閥的工作。總之，由于影響自動變速器故障的因素很多，在診斷過程中要比較充分地加以考慮，可以采用比較法和篩選法，逐一加以判斷。下面所列的故障及原因，具有典型性。1自動變速器油溫過高原因：油底殼中液面位置過低；長期處于大扭矩，大負載下工作濃車輛長期處于等待狀態(tài)時，制動踏板沒有釋放（變矩器中的液體嚴重“剪切”）；主回路油壓偏低，多片離合器、制動箍帶或變矩器鎖止離合器（TCC）處于打滑狀

17、態(tài)；油冷卻器管路或單向閥污垢堵塞。2換檔過程有明顯沖擊原因：多片離合器或制動箍帶因磨損而產(chǎn)生比較大的間隙，“飛車”或“丟速”引起換檔沖擊烽擦副的表面狀態(tài)已變化；儲能器活塞卡滯，峰值油壓無法衰減；調(diào)壓閥閥體卡滯。3液控自動變速器的換檔點不準確低檔換高檔時車速提前的原因：節(jié)氣門開度閥聯(lián)動的鋼繩索調(diào)整過松，使開度閥彈簧預緊力偏小；真空壓力調(diào)制器滑閥發(fā)卡；調(diào)速閥滑閥發(fā)卡。低檔換高檔時車速延遲的原因：主回路油壓偏高；節(jié)氣門開度閥聯(lián)動的鋼繩索調(diào)整過緊，使開度閥彈簧預緊力偏大；調(diào)速閥單向閥座泄漏；真空壓力調(diào)制器的真空管破裂或滑間發(fā)卡；換檔閥滑閥發(fā)卡。4電控自動變速器的換檔點不準確原因：換檔規(guī)律開關選擇不正確

18、或損壞aCU控制程序有故障；節(jié)氣門位置傳感器和車速傳感器有故障或連接導線松脫。換檔電磁閥線圈故障或滑閥發(fā)卡。5主回路油壓偏低原因：液面高度偏低或濾清器堵塞；油泵磨損泄漏；液壓回路中的密封環(huán)、單向閥座?；钊约盎y磨損、發(fā)卡引起泄漏；上、下闊板連接螺栓松動；節(jié)氣門開度閥聯(lián)動鋼繩索調(diào)節(jié)過松；真空壓力調(diào)制器滑閥發(fā)卡；調(diào)壓閥滑閥發(fā)卡；預緊彈簧斷裂或升壓閥發(fā)卡；壓力控制電磁閥故障。6換檔錯位或輸出軸不轉(zhuǎn)原因：手動閥位置調(diào)整不準確或滑閥磨損泄漏；換檔電磁閥線圈故障或換檔閥發(fā)卡；ECU電源處于失電狀態(tài)；主回路油壓偏低，多片離合器或制動箍帶打滑；單向或超越式離合器損壞；多片離合器活塞、伺服油缸活塞以及換檔閥發(fā)卡，使它們無法作用或