行星齿轮变速器参考教学课件

项目二项目二 行星齿轮变速器行星齿轮变速器1一、概述一、概述 1、作用、作用 由于液力变矩器的扭矩变化范围由于液力变矩器的扭矩变化范围窄窄(13倍倍)，无法满足汽车行驶中各，无法满足汽车行驶中各种复杂工况的需要。为此，在液力变种复杂工况的需要。为此，在液力变矩器后面再矩器后面再串联齿轮变速机构来扩大串联齿轮变速机构来扩大扭矩变化范围（扭矩变化范围（34倍），倍），再将发动再将发动机的动力传递给传动轴。机的动力传递给传动轴。2、形式、形式 自动变速器中的齿轮变速机构自动变速器中的齿轮变速机构所所采用的变速齿轮有采用的变速齿轮有平行轴式齿轮机构平行轴式齿轮机构和和行星齿轮机构行星齿轮机构两种。两种。23、组成、组成 行星齿轮机构行星齿轮机构和和换挡执行元件换挡执行元件4、行星齿轮机构特点、行星齿轮机构特点 这种行星齿轮总是处于常啮合状态，可这种行星齿轮总是处于常啮合状态，可使换档使换档迅速、平稳、准确而不会产生齿轮迅速、平稳、准确而不会产生齿轮碰撞或不完全啮合的现象碰撞或不完全啮合的现象。3二、行星齿轮机构行星齿轮机构1、结构结构 单排行星齿轮机构由单排行星齿轮机构由一个太阳轮一个太阳轮(中心轮中心轮)、一个行星架、一个齿圈一个行星架、一个齿圈和几个行星齿轮和几个行星齿轮组成。组成。1-太阳轮；太阳轮；2-齿圈；齿圈；3-行星架；行星架；4-行星齿轮行星齿轮4 太阳轮位于系统的中心，太阳轮位于系统的中心，行星齿轮与它相啮合。最外行星齿轮与它相啮合。最外侧是同行星齿轮相啮合的齿侧是同行星齿轮相啮合的齿圈。通常有圈。通常有36个行星齿个行星齿轮，它们为均匀或对称布置。轮，它们为均匀或对称布置。各行星齿轮借助于滚针轴承各行星齿轮借助于滚针轴承(带有或不带有保持架带有或不带有保持架)和行和行星齿轮轴安装在行星架上，星齿轮轴安装在行星架上，两端有止推垫片。两端有止推垫片。52、单排行星齿轮机构的运动规律的特性方程、单排行星齿轮机构的运动规律的特性方程n1n2（1）n30其中：其中：n1太阳轮转速；太阳轮转速；n2齿圈转速；齿圈转速；n3行星架转速；行星架转速；齿圈与太阳轮的齿数比。齿圈与太阳轮的齿数比。63、单排行星齿轮机构的传动原理、单排行星齿轮机构的传动原理 行星齿轮机构工作时将太阳轮、齿圈行星齿轮机构工作时将太阳轮、齿圈和行星架这三者中的任一元件作为主动和行星架这三者中的任一元件作为主动件，使它与输入轴联结，将另一元件作件，使它与输入轴联结，将另一元件作为被动件与输出轴联结，再将第三个元为被动件与输出轴联结，再将第三个元件加以约束制动。这样整个行星齿轮机件加以约束制动。这样整个行星齿轮机构即以一定的传动比传递动力。构即以一定的传动比传递动力。71）齿圈固定，太阳轮主动，行星架被动）齿圈固定，太阳轮主动，行星架被动 太阳轮带动行太阳轮带动行星齿轮沿静止的齿星齿轮沿静止的齿圈旋转，从而带动圈旋转，从而带动行星架以较慢的速行星架以较慢的速度与太阳轮同向旋度与太阳轮同向旋转，传动比为：转，传动比为：i i1313=1+=1+为前进降速挡，为前进降速挡，减速相对较大。减速相对较大。82）齿圈固定，行星架主动，太阳轮被动）齿圈固定，行星架主动，太阳轮被动 传动比为传动比为 ：i i3131=1/(1+=1/(1+)为前进超速挡，为前进超速挡，增速相对较大。增速相对较大。9 3）太阳轮固定，齿圈主动，行星架被动）太阳轮固定，齿圈主动，行星架被动 传动比为：传动比为：i i2323=1+z=1+z2 2/z/z1 1 =1+1/=1+1/为前进降速挡，为前进降速挡，减速相对较小。减速相对较小。104）太阳轮固定，行星架主动，齿圈被动）太阳轮固定，行星架主动，齿圈被动 传动比为：传动比为：i i3232=z=z2 2/(z/(z1 1+z+z2 2)=/(1+/(1+)为前进超速挡，为前进超速挡，增速相对较小。增速相对较小。115）行星架固定，太阳轮主动，齿圈被动）行星架固定，太阳轮主动，齿圈被动 行星架固定，行星齿行星架固定，行星齿轮只能自转，太阳轮经轮只能自转，太阳轮经行星齿轮带动齿圈旋转行星齿轮带动齿圈旋转输出动力。齿圈的旋转输出动力。齿圈的旋转方向与太阳轮相反。传方向与太阳轮相反。传动比为：动比为：i i1212=z=z2 2/z/z1 1=-=-为倒挡减速挡。为倒挡减速挡。12 6）行星架固定，齿圈主动，太阳轮被动）行星架固定，齿圈主动，太阳轮被动 行星架固定，行星行星架固定，行星齿轮只能自转，齿圈经齿轮只能自转，齿圈经行星齿轮带动太阳轮旋行星齿轮带动太阳轮旋转输出动力。太阳轮的转输出动力。太阳轮的旋转方向与齿圈相反，旋转方向与齿圈相反，传动比为：传动比为：i i2121=-z=-z1 1/z/z2 2 =-1/=-1/为倒挡超速挡。为倒挡超速挡。13 7 7）直接传动（直接档）直接传动（直接档）若三元件中的任两元件被连接在一起，若三元件中的任两元件被连接在一起，则第三元件必然与这两者以相同的转速、相则第三元件必然与这两者以相同的转速、相同的方向转动。同的方向转动。8 8）自由转动（空挡）自由转动（空挡）若所有元件均不受约束，则行星齿轮机若所有元件均不受约束，则行星齿轮机构失去传动作用。此种状态相当于空挡。构失去传动作用。此种状态相当于空挡。144、行星齿轮机构在自动变速器上的应用、行星齿轮机构在自动变速器上的应用 在现代汽车行星齿轮变速器中，广泛地采用了辛普森式（Simpson）双排行星齿轮机构和拉威娜（Ravigneaux）式复合行星齿轮机构。15新课小结 1、行星轮机构的组成 2、行星轮机构的工作情况16作业状态档位固定部件输入部件输出部件旋转方向1降速挡降速挡齿圈齿圈太阳轮太阳轮行星架行星架相同方向相同方向行星齿轮机构的工作情况表行星齿轮机构的工作情况表17三、行星齿轮变速器的换挡执行机构三、行星齿轮变速器的换挡执行机构 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的基本元件进行约束(即固定或连接某些基本元件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。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。以机械方式对行星齿轮机构的元件进行锁止。18（一）离合器（一）离合器 (1)作用作用 自动变速器中的湿式多自动变速器中的湿式多片离合器是用来连接输入片离合器是用来连接输入轴或输出轴和某个基本元轴或输出轴和某个基本元件，或将行星齿轮机构中件，或将行星齿轮机构中某两个基本元件连接在一某两个基本元件连接在一起实现转矩的传递。起实现转矩的传递。点击播放点击播放19离合器片20离合器离合器21n(2)构造：构造：一般为多片摩擦式，是液压控制的执行元件。一般为多片摩擦式，是液压控制的执行元件。n基本组成基本组成:离合器鼓、离合器活塞、回位弹簧、离合器片（钢片、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）、花键毂 n摩擦片摩擦片与旋转的花键毂的齿键连接，可轴向移动，为输入端，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。片上有钢基粉末冶金层或合成纤维层。n从动钢片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。与转动鼓的内花键连接也可轴向移动，可输出扭矩。n活塞活塞为环状，另外活塞上有密封圈、回位弹簧。为环状，另外活塞上有密封圈、回位弹簧。花键毂花键毂输入轴输入轴弹簧弹簧活塞活塞壳体壳体主动盘主动盘压盘压盘从动盘从动盘卡环卡环22n(3)工作情况：工作情况：n离合器接合：当压力油经油道进入活塞左面的离合器接合：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。所有离合器片压紧。n离合器分离：当控制阀将作用在离合器液压缸离合器分离：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用下回复原位，并将缸内的变速器油从进油孔排出。排出。n离合器自由间隙：离合器处于分离状态时，离离合器自由间隙：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。摩擦片之间无轴向压力。23工作情况工作情况24（二）制动器（二）制动器 制动器的功用是固定行星齿轮机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。式制动器和带式制动器两种。25（1 1）片式制动器）片式制动器 n片式制动器：片式制动器：其结构与片式离合器相同。不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。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，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。其缺点是轴向尺寸大。n能通过增减摩擦片数来满足不同排量发动机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。的要求，故小轿车使用很多。26片式制动器工作过程片式制动器工作过程27（2 2）带式制动器）带式制动器 n它由制动带、油缸、活塞和它由制动带、油缸、活塞和调整件组成。外弹簧为活塞调整件组成。外弹簧为活塞的回位弹簧。内弹簧为旋转的回位弹簧。内弹簧为旋转鼓反作用力的缓冲弹簧，防鼓反作用力的缓冲弹簧，防止活塞振动。调整点多在带止活塞振动。调整点多在带的支撑端，可在体外调整或的支撑端，可在体外调整或拆下油底调整。拧动调整螺拆下油底调整。拧动调整螺栓来调整（旋紧再松栓来调整（旋紧再松2 23 3圈）圈），调好后再用锁紧螺母锁紧。，调好后再用锁紧螺母锁紧。n优点：结构简单易于安装，优点：结构简单易于安装，带式制动器轴向尺寸小可缩带式制动器轴向尺寸小可缩短变速器的长度。短变速器的长度。n缺点：使变速器壳体上产生缺点：使变速器壳体上产生局部的高应力区；制动带磨局部的高应力区；制动带磨损后需要调整间隙；工作的损后需要调整间隙；工作的平顺性差，控制油路中多配平顺性差，控制油路中多配有缓冲阀。有缓冲阀。调整螺钉调整螺钉制动带制动带工作油路工作油路活塞杆活塞杆活塞活塞制动鼓制动鼓28点击播放点击播放29带式制动器带式制动器30（三）单向离合器（三）单向离合器 作用：作用：单方向固定行星齿轮机单方向固定行星齿轮机构中某个基本元件的转动。构中某个基本元件的转动。常见形式：常见形式：滚柱斜槽式滚柱斜槽式（液力（液力变矩器常用）和变矩器常用）和楔块式楔块式（行星齿（行星齿轮变速器常用）。轮变速器常用）。31单向离合器32单向离合器工作原理单向离合器工作原理3334四、行星齿轮变速器的结构与四、行星齿轮变速器的结构与 工作工作原理原理（一）行星齿轮变速器的结构 由于单排行星齿轮机构不能满足汽车行驶中变由于单排行星齿轮机构不能满足汽车行驶中变速变矩的需要。为了增加传动比的数目，可以通速变矩的需要。为了增加传动比的数目，可以通过增加行星齿轮机构来实现。在自动变速器中，过增加行星齿轮机构来实现。在自动变速器中，两排或多排行星齿轮机构组合在一起，用以满足两排或多排行星齿轮机构组合在一起，用以满足汽车行驶需要的多种传动比。目前，常见的复合汽车行驶需要的多种传动比。目前，常见的复合式行星齿轮机构有：辛普森式齿轮机构和拉维娜式行星齿轮机构有：辛普森式齿轮机构和拉维娜式行星齿轮机构。式行星齿轮机构。35多排行星齿轮机构一般布置形式多排行星齿轮机构一般布置形式n两排行星齿轮机构共用一个太阳轮两排行星齿轮机构共用一个太阳轮辛普辛普森式行星齿轮机构。森式行星齿轮机构。n有两个太阳轮，两排行星齿轮共用一个齿圈有两个太阳轮，两排行星齿轮共用一个齿圈拉威娜式行星齿轮机构。拉威娜式行星齿轮机构。n有些附加一套单排行星齿轮机构实现超速挡。有些附加一套单排行星齿轮机构实现超速挡。361.1.辛普森辛普森行星齿轮系统行星齿轮系统n辛辛普普森森式式行行星星齿齿轮轮机机构构由由4 4个个独独立立的的元元件件组组成成：前前齿齿圈圈、前前后后太太阳阳轮轮组组件件、后后行行星星架架、前行星架和后齿圈前行星架和后齿圈组件。组件。n辛辛普普森森式式行行星星齿齿轮轮机机构构是是双双排排行行星星齿齿轮轮机机构构，它它由由两两个个内内啮啮合合式式单单排排行行星星齿齿轮轮机机构构组组合合而而成，能提供三个前进挡和一个倒挡。成，能提供三个前进挡和一个倒挡。n前面可以加一排超速行星齿轮机构。前面可以加一排超速行星齿轮机构。37辛普森式行星齿轮机构结构形式辛普森式行星齿轮机构结构形式38 1-前齿圈；前齿圈；2-前行星轮；前行星轮；3-前行星架和后齿圈组件前行星架和后齿圈组件4-前后太阳轮组件；前后太阳轮组件；5-后行星轮；后行星轮；6-后行星架后行星架辛普森式行星齿轮机构啮合形式辛普森式行星齿轮机构啮合形式39选档杆的档位情况选档杆的档位情况P：驻车档：驻车档R：倒档：倒档N：空档：空档D：前进档：前进档2：高速发动机制动档：高速发动机制动档L：低速发动机制动档：低速发动机制动档40.辛普森式辛普森式3挡行星齿轮变速器换档执行元件挡行星齿轮变速器换档执行元件 超速挡行星架超速挡行星架前行星架前行星架后行星架后行星架中间轴中间轴输入轴输入轴输出轴输出轴超速挡太阳轮超速挡太阳轮超速挡齿圈超速挡齿圈前行星齿圈前行星齿圈太阳轮太阳轮后行星齿圈后行星齿圈（1 1）结构特点）结构特点B B0 0：超速挡制动器：超速挡制动器 F F0 0：超速挡单向离合器：超速挡单向离合器 C C0 0：超速挡离合器：超速挡离合器 B B1 1：挡滑行制动器挡滑行制动器 F F1 1：挡单向离合器挡单向离合器 C C1 1：前进挡离合器：前进挡离合器 B B2 2：挡制动器挡制动器 F F2 2：低挡单向离合器：低挡单向离合器 C C2 2：高挡及倒挡离合器：高挡及倒挡离合器B B3 3：低挡及倒挡制动器：低挡及倒挡制动器41D D位位1 1挡：挡：C C0 0、F F0 0 、C C1 1、F F2 2工作，变速器处于工作，变速器处于D D位位1 1挡。挡。（1）换挡手柄位于）换挡手柄位于“D”位时位时42D位位2挡挡：C0、F0、C1、B2、F1工作，变速器处于工作，变速器处于D位位2挡。挡。43D位位3挡：挡：C0、F0、C1、C2工作，变速器处于工作，变速器处于D位位3挡。挡。44D位位4挡挡：B0、C1、C2工作，变速器处于工作，变速器处于D位位4挡。挡。452位位1挡挡：C0、F0、C1、F2工作，变速器处于工作，变速器处于2位位1挡。挡。462位位2挡挡：C0、F0、C1、B1、B2、F1工作，变速器处工作，变速器处于于2位位2挡。挡。47换挡手柄位于换挡手柄位于“L”位时位时变速器只能接通变速器只能接通1挡。挡。484）换挡手柄位于）换挡手柄位于“R”位时位时C0、F0、C2、B3 工作，变速器处于倒挡。工作，变速器处于倒挡。49（5）换挡手柄位于）换挡手柄位于“N”或或“P”位位时时nC0工作，工作，C2、C1都不工作，变速器处于空都不工作，变速器处于空挡或驻车挡。挡或驻车挡。5051n结构特点：结构特点：两行星排共用行星架和齿圈，两行星排共用行星架和齿圈，小太阳轮、短行星轮、长行星轮、行星小太阳轮、短行星轮、长行星轮、行星架及齿圈组成一个双行星轮式行星排。架及齿圈组成一个双行星轮式行星排。n四个独立元件：四个独立元件：小太阳轮、大太阳轮、小太阳轮、大太阳轮、行星架和齿圈。行星架和齿圈。.拉维娜行星齿轮系统拉维娜行星齿轮系统52拉维娜行星齿轮系统拉维娜行星齿轮系统53拉维娜行星齿轮系统拉维娜行星齿轮系统54n各挡传递路线为：各挡传递路线为：n（1 1）D D位位1 1挡挡 第一轴、小太阳轮、短行星齿第一轴、小太阳轮、短行星齿轮、长行星齿轮、齿圈。轮、长行星齿轮、齿圈。n（2 2）D D位位2 2挡挡 第一轴、小太阳轮、短行星齿第一轴、小太阳轮、短行星齿轮、长行星齿轮、齿圈。轮、长行星齿轮、齿圈。n（3 3）D D位位3 3挡挡 大、小太阳轮被锁成一体，长大、小太阳轮被锁成一体，长短行星齿轮同方向旋转，整个行星齿轮系统被短行星齿轮同方向旋转，整个行星齿轮系统被联锁成一体，以直接挡传递动力。联锁成一体，以直接挡传递动力。n（4 4）R R位位 大太阳轮、长行星齿轮、齿圈。大太阳轮、长行星齿轮、齿圈。55总结56作业1、结合图示，能正确说明行星齿轮机械变速机构的动力传递路线。2自动变速器执行元件有那几种类型并简单说明它们的工作原理。3、结合图示（辛普森式)，能正确说明液力机械变速器的档位。57