自动变速器行星齿轮机构

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 ： 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 。 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 。 结 构 简 单 、 紧 凑 ， 其 载 荷 被 分 配 到 数 量 众 多 的 齿 上 ，强 度 大 。 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 。 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 M11+M22+M33=0 n1+n2-(1+)n3=0 n1太 阳 轮 转 速 ； n2齿 圈 转 速 ； n3行 星 架 转 速 ； 齿 圈 与 太 阳 轮 的 齿 数 比 ,=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 1 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 )/1 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 /(1 )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 )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 0 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 F 1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C1 C2 B1 B2 B3 F1 F2D 1 2 3 2 1 2 L 1 R 倒 档 P 驻 车 档 N 空 档 3. 各 档 动 力 传 动 路 线 ：1) D1档 ： C1、 F2 2) D2档 ： C1、 B1、 F1 3) D3档 ： C1、 C2 4) 21(11)档 ： C1、 B3、 F2 5) 22档 ： C1、 B1、 B2、 F1 6) R档 ： C2、 B3 7) 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、 F2 2) D2档 ： C0、 C1、 B2、 F0、 F1 3) D3档 ： C0、 C1、 C2、 B2、 F0 4) OD档 ： C1、 C2、 B0、 B2 5) 21档 ： 同 D16) 23档 ： 同 D37) L2档 ： 同 22 8) L1档 ： C0、 C1、 B3、 F0、 F2 9) R位 ： C0、 C2、 B3 10) 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 。B1 2、 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 。F1 1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 。