自動變速器行星齒輪機(jī)構(gòu)工作原理

1、自動變速器行星齒輪機(jī)構(gòu)秦航秦航2010.4.25 機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的構(gòu)成機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的構(gòu)成機(jī)械傳機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)動機(jī)構(gòu)執(zhí)行元執(zhí)行元件件離合器離合器制動器制動器單向離合器單向離合器齒輪傳齒輪傳動機(jī)構(gòu)動機(jī)構(gòu)平行軸式平行軸式傳動機(jī)構(gòu)傳動機(jī)構(gòu)行星齒輪行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)傳動機(jī)構(gòu)辛普森辛普森拉威娜拉威娜CR-CRCR-CR其他其他行星齒輪構(gòu)成行星齒輪構(gòu)成 行星齒輪一方面可繞自己的軸線回轉(zhuǎn)，另一方面又可隨著行星架一起繞其固定軸線旋轉(zhuǎn)，即既有自轉(zhuǎn)又有公轉(zhuǎn)。太陽輪行星架行星小齒輪齒圈齒輪基礎(chǔ)齒輪基礎(chǔ)旋轉(zhuǎn)方向：旋轉(zhuǎn)方向：兩個外齒輪互相嚙合進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時，它兩個外齒輪互相嚙合進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時，它們以相反方向旋轉(zhuǎn)，見圖們以相反方向旋轉(zhuǎn)，

2、見圖3-2。一個外齒輪和。一個外齒輪和一個內(nèi)齒輪相互嚙合進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，兩個齒輪以相同方向旋轉(zhuǎn)一個內(nèi)齒輪相互嚙合進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，兩個齒輪以相同方向旋轉(zhuǎn) 例如，如果兩個齒輪齒數(shù)相等，傳動比即為1:0。當(dāng)這些齒輪其中之一旋轉(zhuǎn)時，另一個齒輪即以相同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。如果主動齒輪有10個齒，而從動齒輪有20個齒，其傳動比為2:1，在主動齒輪旋轉(zhuǎn)1整圈時，從動齒輪旋轉(zhuǎn)1/2圈。從動齒輪齒數(shù)主動齒輪齒數(shù)傳動比 =轉(zhuǎn)速和傳動比單排行星齒輪機(jī)構(gòu)單排行星齒輪機(jī)構(gòu)特點(diǎn) 行星齒輪機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)方面具有下列特點(diǎn)： 太陽輪、行星架和齒圈都是同心的，即圍繞公共軸線旋轉(zhuǎn)。這能夠取消諸如手動變速器所使用的中間軸和中間齒輪。 所有齒輪始終相互嚙合，換

3、檔時無需滑移齒輪，因此摩擦磨損小，壽命較長。 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，其載荷被分配到數(shù)量眾多的齒上，強(qiáng)度大。 可獲得多個傳動比 變速原理及傳動比變速原理及傳動比 設(shè)上圖所示行星齒輪機(jī)構(gòu)中的太陽輪、齒圈、行星架的轉(zhuǎn)設(shè)上圖所示行星齒輪機(jī)構(gòu)中的太陽輪、齒圈、行星架的轉(zhuǎn)速分別為速分別為n1、n2、n3, 太陽輪、齒圈的齒數(shù)分別為太陽輪、齒圈的齒數(shù)分別為z1、z2，齒圈與太陽輪的齒數(shù)比為齒圈與太陽輪的齒數(shù)比為。根據(jù)能量守恒定律，可得單。根據(jù)能量守恒定律，可得單一行星齒輪機(jī)構(gòu)一般運(yùn)動規(guī)律特性方程式一行星齒輪機(jī)構(gòu)一般運(yùn)動規(guī)律特性方程式 M11+M22+M33=0 n1+n2-(1+)n3=0 n1太陽輪轉(zhuǎn)速；太陽輪

4、轉(zhuǎn)速； n2齒圈轉(zhuǎn)速；齒圈轉(zhuǎn)速； n3行星架轉(zhuǎn)速；行星架轉(zhuǎn)速； 齒圈與太陽輪的齒數(shù)比齒圈與太陽輪的齒數(shù)比,=z2/z11動力傳動方式動力傳動方式1) 太陽輪主動，行星架從動，齒圈制動，則太陽輪主動，行星架從動，齒圈制動，則n20，故傳動，故傳動比比 i13n1/n311 同向減速，低速檔同向減速，低速檔主動太陽輪從動行星架行星小齒輪固定齒圈 2) 太陽輪制動，齒圈主動，行星架從動，則太陽輪制動，齒圈主動，行星架從動，則n10，故傳，故傳動比動比 i23n2/n3(1)/1 同向減速，高速檔同向減速，高速檔固定太陽輪從動行星架行星小齒輪主動齒圈 3) 太陽輪制動，行星架主動，齒圈從動，則太陽輪制

5、動，行星架主動，齒圈從動，則n10，故傳，故傳動比動比 i32n3/n2 /(1)1 同向增速，超速檔同向增速，超速檔固定太陽輪主動行星架行星小齒輪從動齒圈 4) 齒圈制動，行星架主動，太陽輪從動，則齒圈制動，行星架主動，太陽輪從動，則n20，故傳，故傳動比動比 i31n3/n1 1 /(1)1 同向增速，超速檔同向增速，超速檔從動太陽輪主動行星架行星小齒輪固定齒圈 5) 行星架制動，太陽輪主動，齒圈從動，則行星架制動，太陽輪主動，齒圈從動，則n30，故傳，故傳動比動比 i12n1/n20 反向減速，倒檔反向減速，倒檔主動太陽輪固定行星架行星小齒輪從動齒圈 反向增速，汽車上不采用反向增速，汽車

6、上不采用從動太陽輪固定行星架行星小齒輪主動齒圈 7）如果）如果n1n2，則，則n3n1n2，故傳動比，故傳動比 i1 同向同速，直接檔同向同速，直接檔主動太陽輪從動行星架行星小齒輪主動齒圈 8) 如果所有元件無約束，則動力無法傳動如果所有元件無約束，則動力無法傳動 空檔空檔太陽輪行星架行星小齒輪主動齒圈三、換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)三、換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu) 行星齒輪變速器中的所有齒輪都處于常嚙合狀行星齒輪變速器中的所有齒輪都處于常嚙合狀態(tài)，擋位變換必須通過以不同方式對行星齒輪機(jī)構(gòu)態(tài)，擋位變換必須通過以不同方式對行星齒輪機(jī)構(gòu)的基本元件進(jìn)行約束的基本元件進(jìn)行約束( (即固定或連接某些基本元件即固定或連接某些基本元件)

7、)來實(shí)現(xiàn)。能對這些基本元件實(shí)施約束的機(jī)構(gòu)，就是來實(shí)現(xiàn)。能對這些基本元件實(shí)施約束的機(jī)構(gòu)，就是行星齒輪變速器的換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)。行星齒輪變速器的換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由離合器、制動器和單向離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由離合器、制動器和單向離合器三種執(zhí)行元件組成，離合器和制動器是以液壓方式三種執(zhí)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(jī)構(gòu)元件的旋轉(zhuǎn)，而單向離合器則是控制行星齒輪機(jī)構(gòu)元件的旋轉(zhuǎn)，而單向離合器則是以機(jī)械方式對行星齒輪機(jī)構(gòu)的元件進(jìn)行鎖止。以機(jī)械方式對行星齒輪機(jī)構(gòu)的元件進(jìn)行鎖止。1.多片離合器多片離合器 (1)作用作用 自動變速器中的濕式自動變速器中的濕式多片離合器是用來連接輸多片離合器是

8、用來連接輸入軸或輸出軸和某個基本入軸或輸出軸和某個基本元件，或?qū)⑿行驱X輪機(jī)構(gòu)元件，或?qū)⑿行驱X輪機(jī)構(gòu)中某兩個基本元件連接在中某兩個基本元件連接在一起實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的傳遞。一起實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的傳遞。點(diǎn)擊播放點(diǎn)擊播放離合器片離合器離合器 (2)構(gòu)造：構(gòu)造：一般為多片摩擦式，是液壓控制的執(zhí)行元件。一般為多片摩擦式，是液壓控制的執(zhí)行元件。 基本組成基本組成: :離合器鼓、離合器活塞、回位彈簧、離合器片（鋼離合器鼓、離合器活塞、回位彈簧、離合器片（鋼片、摩擦片）、花鍵轂片、摩擦片）、花鍵轂 摩擦片摩擦片與旋轉(zhuǎn)的花鍵轂的齒鍵連接，可軸向移動，為輸入端，與旋轉(zhuǎn)的花鍵轂的齒鍵連接，可軸向移動，為輸入端，片上有鋼基粉末冶金層

9、或合成纖維層。片上有鋼基粉末冶金層或合成纖維層。 從動鋼片從動鋼片與轉(zhuǎn)動鼓的內(nèi)花鍵連接也可軸向移動，可輸出扭矩。與轉(zhuǎn)動鼓的內(nèi)花鍵連接也可軸向移動，可輸出扭矩。 活塞活塞為環(huán)狀，另外活塞上有密封圈、回位彈簧。為環(huán)狀，另外活塞上有密封圈、回位彈簧?；ㄦI轂花鍵轂輸入軸輸入軸彈簧彈簧活塞活塞殼體殼體主動盤主動盤壓盤壓盤從動盤從動盤卡環(huán)卡環(huán)(3)工作情況：工作情況：離合器接合：當(dāng)壓力油經(jīng)油道進(jìn)入活塞左面的離合器接合：當(dāng)壓力油經(jīng)油道進(jìn)入活塞左面的液壓缸時，液壓力克服彈簧力使活塞右移，將所液壓缸時，液壓力克服彈簧力使活塞右移，將所有離合器片壓緊。有離合器片壓緊。離合器分離：當(dāng)控制閥將作用在離合器液壓缸離合器

10、分離：當(dāng)控制閥將作用在離合器液壓缸的油壓力撤除后，離合器活塞在回位彈簧的作用的油壓力撤除后，離合器活塞在回位彈簧的作用下回復(fù)原位，并將缸內(nèi)的變速器油從進(jìn)油孔排出。下回復(fù)原位，并將缸內(nèi)的變速器油從進(jìn)油孔排出。 離合器自由間隙：離合器處于分離狀態(tài)時，離離合器自由間隙：離合器處于分離狀態(tài)時，離合器片之間有一定的軸向間隙，以保證鋼片和摩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。擦片之間無軸向壓力。工作情況工作情況（4）安全閥的功用）安全閥的功用 壓力油進(jìn)入液壓缸時，鋼球在油壓作用下壓緊在閥壓力油進(jìn)入液壓缸時，鋼球在油壓作用下壓緊在閥座上，安全閥處于關(guān)閉狀態(tài)，保證液壓缸的密封。座上，

11、安全閥處于關(guān)閉狀態(tài)，保證液壓缸的密封。 壓力油排出時，缸體內(nèi)的壓力下降，安全閥在離心壓力油排出時，缸體內(nèi)的壓力下降，安全閥在離心力作用下離開閥座處于開啟狀態(tài)，殘留在缸內(nèi)的液力作用下離開閥座處于開啟狀態(tài)，殘留在缸內(nèi)的液壓油因離心力作用排出，使離合器分離徹底。壓油因離心力作用排出，使離合器分離徹底。2.2.制動器制動器 制動器的功用是固定行星齒輪機(jī)制動器的功用是固定行星齒輪機(jī)構(gòu)中的基本元件，阻止其旋轉(zhuǎn)。在自構(gòu)中的基本元件，阻止其旋轉(zhuǎn)。在自動變速器中常用的制動器有濕式多片動變速器中常用的制動器有濕式多片式制動器和帶式制動器兩種。式制動器和帶式制動器兩種。（1）片式制動器）片式制動器 片式制動器：片式

12、制動器：其結(jié)構(gòu)與片式離合器相同。不其結(jié)構(gòu)與片式離合器相同。不同之處是制動器從動片的外緣花鍵齒與固定同之處是制動器從動片的外緣花鍵齒與固定的變速器外殼連接，可軸向移動，以便接合的變速器外殼連接，可軸向移動，以便接合時將主動件制動，使行星齒輪機(jī)構(gòu)改組換擋。時將主動件制動，使行星齒輪機(jī)構(gòu)改組換擋。該種制動器接合的平順性好，間隙無須調(diào)整，該種制動器接合的平順性好，間隙無須調(diào)整，其缺點(diǎn)是軸向尺寸大。其缺點(diǎn)是軸向尺寸大。 能通過增減摩擦片數(shù)來滿足不同排量發(fā)動機(jī)能通過增減摩擦片數(shù)來滿足不同排量發(fā)動機(jī)的要求，故小轎車使用很多。的要求，故小轎車使用很多。片式制動器工作過程片式制動器工作過程（2）帶式制動器）帶式

13、制動器 它由制動帶、油缸、活塞和調(diào)整件組成。外彈簧為活塞的回位它由制動帶、油缸、活塞和調(diào)整件組成。外彈簧為活塞的回位彈簧。內(nèi)彈簧為旋轉(zhuǎn)鼓反作用力的緩沖彈簧，防止活塞振動。彈簧。內(nèi)彈簧為旋轉(zhuǎn)鼓反作用力的緩沖彈簧，防止活塞振動。調(diào)整點(diǎn)多在帶的支撐端，可在體外調(diào)整或拆下油底調(diào)整。擰動調(diào)整點(diǎn)多在帶的支撐端，可在體外調(diào)整或拆下油底調(diào)整。擰動調(diào)整螺栓來調(diào)整（旋緊再松調(diào)整螺栓來調(diào)整（旋緊再松2 23 3圈），調(diào)好后再用鎖緊螺母鎖圈），調(diào)好后再用鎖緊螺母鎖緊。緊。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單易于安裝，帶式制動器軸向尺寸小可縮短變速優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單易于安裝，帶式制動器軸向尺寸小可縮短變速器的長度。器的長度。 缺點(diǎn)：使變速器殼

14、體上產(chǎn)生局部的高應(yīng)力區(qū)；制動帶磨損后需缺點(diǎn)：使變速器殼體上產(chǎn)生局部的高應(yīng)力區(qū)；制動帶磨損后需要調(diào)整間隙；工作的平順性差，控制油路中多配有緩沖閥。要調(diào)整間隙；工作的平順性差，控制油路中多配有緩沖閥。（2）帶式制動器）帶式制動器 調(diào)整螺釘調(diào)整螺釘制動帶制動帶工作油路工作油路活塞桿活塞桿活塞活塞制動鼓制動鼓點(diǎn)擊播放點(diǎn)擊播放帶式制動器帶式制動器3.單向離合器單向離合器 作用：作用：單方向固定行星齒輪機(jī)單方向固定行星齒輪機(jī)構(gòu)中某個基本元件的轉(zhuǎn)動。構(gòu)中某個基本元件的轉(zhuǎn)動。 常見形式：常見形式：滾柱斜槽式滾柱斜槽式和和楔塊楔塊式式。單向離合器單向離合器工作原理單向離合器工作原理多排行星齒輪機(jī)構(gòu)一般布置形式多

15、排行星齒輪機(jī)構(gòu)一般布置形式 兩排行星齒輪機(jī)構(gòu)共用一個太陽輪兩排行星齒輪機(jī)構(gòu)共用一個太陽輪辛辛普森式行星齒輪機(jī)構(gòu)。普森式行星齒輪機(jī)構(gòu)。 有兩個太陽輪，兩排行星齒輪共用一個齒有兩個太陽輪，兩排行星齒輪共用一個齒圈圈拉威娜式行星齒輪機(jī)構(gòu)。拉威娜式行星齒輪機(jī)構(gòu)。 有些附加一套單排行星齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)超速擋。有些附加一套單排行星齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)超速擋。辛普森行星齒輪變速器辛普森行星齒輪變速器 一、三檔一、三檔Simpson行星齒輪變速器行星齒輪變速器 1. 結(jié)構(gòu)、組成結(jié)構(gòu)、組成1) 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 二根軸：輸入軸、輸出軸二根軸：輸入軸、輸出軸 兩個離合器（兩個離合器（C1、C2），三個制動器（），三個制動器（

16、B1、B2、B3），），兩個單向離合器（兩個單向離合器（F1、F2） 兩排行星齒輪機(jī)構(gòu)：共用一個太陽輪，前排行星架、后排兩排行星齒輪機(jī)構(gòu)：共用一個太陽輪，前排行星架、后排齒圈與輸出軸相連齒圈與輸出軸相連2) 換檔執(zhí)行元件的作用換檔執(zhí)行元件的作用 C1前進(jìn)檔離合器：輸入軸與前排齒圈相連前進(jìn)檔離合器：輸入軸與前排齒圈相連 C2直接檔（倒檔）離合器：輸入軸與前、后太陽輪相直接檔（倒檔）離合器：輸入軸與前、后太陽輪相連連 B1二檔制動器：鎖定前后太陽輪，使之不能逆時針轉(zhuǎn)二檔制動器：鎖定前后太陽輪，使之不能逆時針轉(zhuǎn)動動 B2二檔滑行（制動）制動器：鎖定前后太陽輪，使之二檔滑行（制動）制動器：鎖定前后太陽

17、輪，使之不動不動 B3一、倒檔制動器：鎖定后行星架，使之不動一、倒檔制動器：鎖定后行星架，使之不動 F1單向離合器：單向離合器： B1作用時，鎖定前后太陽輪，使之作用時，鎖定前后太陽輪，使之不能逆時針轉(zhuǎn)動不能逆時針轉(zhuǎn)動 F2單向離合器：鎖定后行星架，使之不能逆時針轉(zhuǎn)動單向離合器：鎖定后行星架，使之不能逆時針轉(zhuǎn)動2. 檔位情況檔位情況選檔桿選檔桿位置位置檔位檔位換檔執(zhí)行元件換檔執(zhí)行元件發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)制動制動C1C2B1B2B3F1F2D123212L1R倒檔倒檔P駐車檔駐車檔N空檔空檔3. 各檔動力傳動路線：各檔動力傳動路線：1) D1檔：檔：C1、F22) D2檔：檔：C1、B1、F13) D3

18、檔：檔：C1、C24) 21(11)檔：檔：C1、B3、F25) 22檔：檔：C1、B1、B2、F16) R檔：檔：C2、B37) P檔：檔：四檔四檔Simpson行星齒輪變速器行星齒輪變速器 以凌志以凌志LS400的的A341E、A342E為例。為例。 1. 結(jié)構(gòu)、組成結(jié)構(gòu)、組成元件組成元件組成各擋元件工作情況各擋元件工作情況1) D1檔：檔：C0、C1、F0、F22) D2檔：檔：C0、C1、B2、F0、F13) D3檔：檔：C0、C1、C2、B2、F04) OD檔：檔：C1、C2、B0、B25) 21檔：同檔：同D16) 23檔：同檔：同D37) L2檔：同檔：同228) L1檔：檔：

19、C0、C1、B3、F0、F29) R位：位：C0、C2、B310) P位：位：4速拉維娜式行星齒輪傳動裝置速拉維娜式行星齒輪傳動裝置 拉維娜式行星齒輪傳動裝置由拉維娜式行星齒輪機(jī)構(gòu)和換檔執(zhí)行元件組成。拉維娜式行星齒輪機(jī)構(gòu)也采用雙行星排：前太陽輪、長行星輪、行星架和齒圈組成一個單行星輪式行星排；而后太陽輪、短行星輪、長行星輪、行星架和齒圈組成一個雙行星輪式行星排。前后行星排共用一個齒圈輸出，且前后兩個行星排的行星架連為一體。拉維娜式行星齒輪傳動裝置的換檔執(zhí)行元件包括4個離合器、2個制動器和2個單向離合器，它們的名稱及作用見表4速拉維娜式行星齒輪傳動裝置速拉維娜式行星齒輪傳動裝置拉維娜式行星齒輪傳

20、動裝置換檔執(zhí)行元件名稱及作拉維娜式行星齒輪傳動裝置換檔執(zhí)行元件名稱及作用用元件代號名 稱作 用C1前進(jìn)檔離合器通過前進(jìn)檔單向離合器F2將輸入軸與后（?。┨栞嗊B接。C2倒檔離合器將輸入軸與前（大）太陽輪連接。C3前進(jìn)檔強(qiáng)制離合器將輸入軸與后（小）太陽輪連接。C4高檔離合器將輸入軸與行星架連接。B12、4檔制動器用于固定前（大）太陽輪。B2低、倒檔制動器用于固定行星架。F11檔單向離合器1檔時阻止行星架逆時針轉(zhuǎn)動。F2前進(jìn)檔單向離合器防止后（?。┨栞喅捷斎胼S轉(zhuǎn)動。拉維娜式行星齒輪傳動變速器拉維娜式行星齒輪傳動變速器 4 4速拉維娜式行星齒輪傳動裝置各檔的傳動路線分析：速拉維娜式行星齒輪傳動裝置各檔的傳動路線分析： （1）D1檔：前進(jìn)檔離合器C1接合，前進(jìn)檔單向離合器F2鎖止，將輸入軸與后太陽輪連接，1檔單向離合器F1鎖止，將行星架固定。 傳動路線為：輸入軸離合器C1單向離合器F2后太陽輪短行星輪長行星輪齒圈輸出軸。拉維娜式行星齒輪傳動變速器拉維娜式行星齒輪傳動變速器 （2）D2檔：前進(jìn)檔離合器C1接合，前進(jìn)檔單向離合器F2鎖止，將輸入軸與后太陽輪連接，2、4檔制動制動器B1接合，前太陽輪被固定。 傳動路線為：輸入軸離合器C1單向離合器F2后太陽輪短行星輪長行星輪(前太陽輪固定，使行星架運(yùn)動確定)齒圈輸出軸。拉維娜式行星齒輪傳動變速器拉維娜式行星齒輪傳動