辛普森行星齿轮变速装置结构与工作原理通用课件

单击此处编辑母版标题样式,单元三,行星齿轮变速装置,54,第一级,第二级,第三级,项目（四）辛普森行星齿轮变速装置结构与工作原理,1.,辛普森式行星齿轮变速装置（,A43D,）结构与表示方法,A43D,自动变速器行星齿轮变速装置总体结构如下图所示。第一排亦称超速行星排。输入轴与超速行星排的行星架相连，超速行星排的齿圈与中间轴相连，中间轴通过离合器,C,1,或,C,2,与二、三行星排相连。二、三行星排共用一个太阳轮（或不共用一个太阳轮），二行星排的齿圈与三行星排的行星架相连并与输出轴相连。,A43D,自动变速器行星齿轮变速装置总体结构,辛普森式行星齿轮变速装置（,A43D,）结构简图表示方法,图,3-40,辛普森式三行星排自动变速器行星齿轮变速装置结构简图,表,3-3,三行星排辛普森式行星齿轮变速装置换档执行元件工作表,档位,档位,离合器,制动器,单向离合器,C,0,C,1,C,2,B,0,B,1,B,2,B,3,F,0,F,1,F,2,P,驻车,R,倒档,N,空档,D,1,2,3,O/D,2,或,S,1,2,3,L,1,2,（,1,）,R,档（倒档）传动分析、转矩传动路线和传动比计算,倒档时,C,0,、,C,2,、,F,0,工作，同时制动器,B,3,也工作。,图,3-42a,倒档时行星齿轮变速装置传动分析简图（,C0,、,C2,、,F0,、,B3,工作）,2.,辛普森式行星齿轮变速装置（,A43D,）传动分析、转 矩传动路线和传动比计算,图,3-42b,倒档时行星齿轮变速装置传动结构简图,图,3-42c,倒档时行星齿轮变速装置传动仿真图,1,）,R,档转矩传动分析,从表,3-3,中可知，,R,档时,C0,、,C2,、,F0,、,B3,工作。如图,3-42,所示，,C0,与,F0,工作后，使超速行星排太阳轮与行星架相连，齿圈不连自连，超速行星排变为一个刚体，其传动比为,1,。又因,C2,离合器工作，把共用太阳轮与超速行星排的齿圈相连，所以二、三行星排的太阳轮便在超速行星排齿圈带动下顺时针旋转，而此时第二排行星架被,B3,制动，所以在共用太阳轮主动顺时针旋转时，其轮齿必给第二排行星轮一个作用力，二排行星轮必在行星架上逆时针自转（两齿轮外啮合），二排行星轮逆时针自转时，必给二排齿圈轮齿一个作用力，二排齿圈必逆时针旋转（两齿轮内啮合）而输出倒档。,在第三排，共用太阳轮主动顺时针旋转，而行星架被动逆时针旋转（两齿轮外啮合），但因太阳轮转速高于行星架的转速，所以行星轮高转速逆时针旋转，使第三排齿圈也高转速空转，但对第二排输出不干涉。,3,）,R,档传动比计算,从图,3-43,的传动过程可知，在,R,档时动力是直接由第二排传出，用第二行星排运动方程计算传动比即可。第二行星排运动方程为,n,1,+,a,.,n,2,(1+,a,),n,3,=0,上式中，,n,1,、,n,2,、,n,3,分别为第二排太阳轮、齿圈和行星架转速。,a=,Z,2,齿圈齿数,/Z,1,太阳轮齿数,1,。,将,n,3,=0,代入上式中，得,:,n,1,+,a,.,n,2,=0,n,1,=-,a,n,2,n,1,/,n,2,=-,a,1,即主动轴转数大于输出轴转速，是减速传动，式中的“,”号表示主被动旋转方向相反。,用运动方程计算,R,档传动比,2,）,R,档（倒档）转矩传动路线：,超速行星排行星架超速行星排行星轮超速行星排齿圈中间轴,C,2,共用太阳轮前行星排行星轮前行星排齿圈（后行星架）输出轴。,用矢量图计算倒档传动比和传动方向,第,1,排矢量图 第,2,排矢量图 第,3,排矢量图,图,3,43,倒档时行星齿轮机构运动矢量图,2,）用矢量图法计算,R,档传动比和传动方向,R,档时第一行星排运动矢量图如图,3-43,中第,1,排矢量图所示。,1,n,3,=,1,n,2,=,1,n,1,R,档时第二行星排运动矢量图如图,3-43,中第,2,排矢量图所示。因离合器,C,2,工作，把共用太阳轮与第一行星排的齿圈连成一体，因此,1,n,2,=,2,n,1,。,此时第二行星排行星架被制动器,B,3,制动，,2,n,3,=0,。过,S,2,向右水平画出,2,n,1,（,2,n,1,=,1,n,2,）。连接,2,n,1,端点与,C,2,点线段的延长线与过,R,2,水平线相交所确定的矢量线,2,n,2,即为倒档输出的转速和方向。,根据相似三角形，,2,n,1,/-,2,n,2,=,2,。,2,n,1,/,2,n,2,=,-,2,。即,R,档传动比,i=,2,n,1,/,2,n,2,=,-,2,输入与输出减速反向。第二行星排的传动比即为此变速器的,R,档传动比。,此时第三行星排行星架与第二行星排齿圈相连，即,2,n,2,=,3,n3,；第三行星排与第二行星排共用一个太阳轮，即,3n1=2n1=1n2,。,过,S,3,向右水平画出矢量,3,n1,（,3,n,1,=,2,n,1,=,1,n,2,）。过,C,3,点向左水平画出矢量,3,n,3,（,3,n,3,=,2,n,2,），连接矢量,3,n,1,与,3,n,3,端点，其延长线与过,R,3,的水平线相交所确定的矢量,3,n,2,即为第三行星排齿圈的转速和转动方向。矢量,3,n,2,与矢量,2,n,2,、,3,n,3,没有干涉。,（,2,）,D,1,档传动分析、转矩传动路线和传动比计算,图,3-44a D,位,D,1,档齿轮变速装置转矩传动示意图（,C,0,、,C,1,、,F,0,、,F,2,工作）,图,3-44b D,1,档行星齿轮变速装置转矩传动结构简图,图,3-44c D,1,档行星齿轮变速装置转矩传动仿真图,从表,3-3,可知，,D,1,档时,C,0,、,C,1,、,F,0,、,F,2,工作。其具体传动情况如图,3-44,所示。当,C,0,与,F,0,工作后，可把超速行星排内的行星架与太阳轮连成一体，整个行星排成一刚体,（原理如前所述），,D,1,档时，使超速行星排内的齿圈以,11,的传动比把涡轮的转矩传,递给离合器,C,1,的鼓与毂。,从图,3-44,又知，当离合器,C,1,工作后，又把超速行星排齿圈与第三排齿圈连成一,体，于是第三排齿圈便随之顺转。当第三排齿圈顺转后，齿圈必给第三排行星轮一个,作用力，行星轮顺时针旋转（两齿轮内啮合），因,D,1,档开始时第三排行星架与输出轴,相连，使行星架制动，所以第三排行星轮齿又给共用太阳轮轮齿一个作用力，使太阳,轮逆时针旋转的力传递给第二排行星轮轮齿一个作用力，使第二排行星轮必顺时针旋,转（两齿轮外啮合），第二排行星轮顺时针旋转必受第二排齿圈（输出轴）一个反作,用力，故第二排行星轮在作用力与反作用力的作用下，要带着行星架逆时针旋转。由,于行星架逆时针旋转被单向离合器,F,2,锁止，使第二排行星架制动。这样，第二排行星,轮便在第二排太阳轮的驱动下，在行星架上顺时针自转，行星轮便给第二排齿圈一个,推力，因前齿圈与后行星架一体，于是前圈后架和输出轴一齐顺时针旋转而输出,D,1,档。,1,）,D,1,档转矩传动分析,2,）,D,1,档起步转矩传动路线：,超速行星排行星架超速行星排行星轮超速行星排齿圈中间轴,C,1,第三行星排齿圈第三行星排行星轮共用太阳轮第二行星排行星轮前圈后架输出轴,3,）用运动方程计算,D,1,档传动比,根据,D,1,档转矩传动分析，动力是从第三排行星排传至第二排行星排，经第二排行星排将转矩输出，因此其传动比应从第二、三行星排的运动方程的联立中求得，即：,3,n,1,+,3,.,3,n2,(1+,3,).,3,n,3,=0 (1),2,n,1,+,2,.,2,n,2,(1+,2,).,2,n,3,=0 (2),即传动比,i=,3,n,2,/,2,n,2,=,（,1+2,3,）,/,3,1,由此可知，,D,1,档输入与输出同向减速增矩。,用矢量图法计算,D,1,档传动比和传动方向,图,3-46,为,D,1,档时,3,排行星齿轮机构运动矢量图。根据相似三角形，传动比,i=,3,n,2,/,2,n,2,=,（,1+2,3,）,/,3,1,，由此可知，,D,1,档输入与输出同向减速增矩。,第,1,排矢量图 第,2,排矢量图 第,3,排矢量图,图,3-46 D,1,档时行星齿轮机构运动矢量图,（,3,）,D,1,档汽车滑行时传动原理（知识拓展内容）,图,3-45a D,1,档汽车滑行转矩传动示意图（,C,0,、,C,1,、,F,0,工作,F,2,解锁,）,图,3-45b D,1,档滑行时行星齿轮变速装置转矩传动结构简图,图,3-45c D,1,档滑行时行星齿轮变速装置转矩传动仿真图,当抬起加速踏板，汽车在,D,1,档滑行时，由于单向离合器,F,2,的解锁，使双行星排各组件均无制动，使输出轴与涡轮脱离连接，涡轮对汽车滑行无制动作用，即发动机对汽车滑行无制动作用。,（,4,）,L,1,档传动分析、转矩传动路线和传动比计算,图,3-46a L,1,档汽车加速、滑行行星齿轮变速装置转矩传动原理示意图,(C0,、,C1,、,F0,、,B3,工作,),（,1,）,L,1,档汽车加速与滑行转矩传动分析,图,3-46b L,1,档汽车加速、滑行行星齿轮变速装置转矩传动结构简图,图,3-46c L1,档汽车加速、滑行行星齿轮机构转矩传动仿真图,因,L,1,档时无论是汽车加速还是滑行，前排行星架始终处于制动状态，因此，输出轴始终与发动机相连，至使,L,1,档汽车滑行时，发动机对汽车滑行产生制动作用。,L,1,档适用于适用于繁华街道、冰雪路面及下陡坡时使用。,（,2,）,L,1,档汽车加速、滑行转矩传动路线：,超速行星排行星架超速行星排行星轮超速行星排齿圈中间轴,C,1,后行星排齿圈后行星排行星轮共用太阳轮前行星排行星轮前圈后架输出轴,可见,L,1,档与,D,1,档汽车加速转矩传动路线相同。其传动比必然相同。,4,、,D,2,档传动原理、转矩传动路线和传动比计算,D,2,档时除,C,0,、,C,1,、,F,0,，仍工作外，制动器,B,2,也投入工作。,图,3-47a D,2,档转矩传动原理示意图（,C0,、,C1,、,F0,、,F1,、,B2,工作）,图,3-47b D2,档行星齿轮变速装置转矩传动结构简图,图,3-47c D,2,档行星齿轮变速装置传动仿真图,从表,3-3,可知，,D,2,档时除,C0,、,C1,、,F0,，仍工作外，制动器,B2,也投入工作。如图,3-47,所示，,C0,与,F0,工作后，便将超速行星排的太阳轮与行星架连成一体，使整个超速行星排连成一个刚体（原理如前所述）。这样，超速行星排的齿圈便将涡轮的转速以,11,的速比传给离合器,C1,的鼓与毂。,因,C1,离合器工作，便将超速行星排的齿圈转矩传递给第三行星排齿圈，使第三行星排齿圈主动顺时针旋转，其齿圈轮齿必给第三行星排行星轮轮齿一个推力，使第三行星排行星轮顺时针旋转（两齿轮内合），第三行星排行星轮齿顺时针旋转时又必给太阳轮齿一个作用力，使太阳轮必逆时针旋转（两齿轮外啮合），但太阳轮逆时针旋转必使,F1,锁止，此时,B2,已工作，共用太阳轮便被制动。由于太阳轮被制动，即第三行星排齿圈主动顺时针旋转，行星轮顺时针旋转（两齿轮内啮合），因太阳轮制动，所以行星轮顺时针旋转时必受太阳轮齿一个反作用力，使第三行星排行星轮在作用力与反作力合力的作用下带着前圈后架顺时针旋转而输出,D,2,档。,（,1,）,D,2,档转矩传动分析,（,3,）,D,2,档传动比计算,1,）用行星排的运动方程计算,D,2,档传动比,从,D,2,档汽车加速时传动原理可知，此时第二行星排空转，转矩是从第三行星排输出的。,可用第三行星排行星齿轮机构运动方程计算出,D,2,档传动比。此时，第三行星排齿圈输入，太阳轮制动，行星架输出。,超速行星排行星架超速行星排行星轮超速行星排齿圈中间轴,C,1,后行星排齿圈后行星排行星轮后行星架（前行星排齿圈）输出轴。,（,2,）,D,2,档汽车加速转矩传动路线：,第三排行星齿轮机构运动方程中：,3,n,1,+,3,.,3,n,2,(1+,3,).,3,n,3,=0,（,1,）,上式中，,3,n,1,、,3,n,2,、,3,n,3,分别为第三行星排太阳轮转速、齿圈转速和行星架转,速。,3,为第三排的齿圈齿数与太阳轮齿数之比。即,3,= Z,齿圈,/ Z,太阳轮,1,（,一般为,2,点几），,3,= ,3,（第二、三排行星齿轮共用一个太阳轮）。,D,2,档时，,B2,工作，太阳轮制动，,3,n,1,=0,。,将,3,n,1,=0,代入式（,1,）得,:,3,.,3,n,2,(1+,3,).,3,n,3,=0,3,.,3,n,2,=,(1+,3,).,3,n,3,3,n,2,/,3,n,3,= (1+,3,)/,3,1,即传动比,i=,3,n,2,/,3,n,3,= (1+,3,)/,3,1,即,D,2,档时输入与输出同向减速增矩。,2,）用矢量图法计算,D,2,档传动比和传动方向,第,1,排矢量图 第,2,排矢量图 第,3,排矢量图,图,3-48 D,2,档时行星齿轮机构运动矢量图,根据相似三角形原理在第,3,排矢量图中,3,n,2,/,3,n,3,=,（,1+,3,）,/,3,1,从第,3,排矢量图中可以看出在,D,2,档时传动比,i=,3,n,2,/,3,n,3,1,为同向减速传动。,（,4,）,D,2,档汽车滑行时转矩传动分析（知识拓展内容）,图,3-49a D,2,档滑行时转矩传动示意图（,C0,、,C1,工作）,图,3-49b D,2,档滑行时行星齿轮变速装置传动结构简图,图,3-49c D2,档滑行时行星齿轮机构传动仿真图,单向离合器,F1,可确保汽车在,D,2,档时，汽车可自由滑行，发动机对滑行无制动作用。除此之外，,F1,还可确保,D,2,与,D,3,档切换时无冲击，详见,D,3,档传动原理。,5,、,D,3,档转矩传动分析、转矩传动路线和传动比计算,D,3,档时，除单向离合器,F0,及离合器,C0,、,C1,工作外，离合器,C,2,也投入工作。,图,3-50a D3,档转矩传动示意图（,F0,、,C0,、,C1,、,C2,工作）,（,1,）,D,3,档转矩传动分析,D,3,档汽车加速传动情况如图,3-50,所示。根据表,3-3,可知，,D,3,档时，除单向离合器,F0,及离合器,C0,、,C1,工作外，离合器,C2,也投入工作。从图,3-43,可知，,D,3,档时，,C0,与,F0,工作时，把超速行星排的太阳轮与行星架连成一体，整个超速行星排成一个刚体（原,理如前所述），一同随涡轮顺时针旋转。,又因离合器,C1,工作，第三行星排齿圈也随涡轮同转速顺时针转。离合器,C2,又把第,三行星排太阳轮与超速行星排齿圈连成一体，使第三行星排行星轮及架不连自连，整,个第三行星排成一刚体一同顺时针旋转。因第二行星排齿圈与第三行星排行星架连成,一体，第二、三行星排共用一个太阳轮，所以第二行星排齿圈与太阳轮连成一体，则,行星架及行星轮便不连自连。使第二、三行星排成一刚体，组件间无任何相对运动，,随超速行星排齿圈一同顺时针旋转，成直接档。,图,3-50b D,3,档行星齿轮变速装置传动结构简图,图,3-50c D,3,档行星齿轮变速装置传动仿真图,（,2,）,D,3,档转矩传动路线：,超速行星排行星架超速行星排行星轮超速行星排齿圈中间轴,C,1,第三行星排齿圈第三排行星架输出轴。,（,3,）,D,3,档传动比计算,1,）用运动方程计算,D,3,档传动比,从,D,3,档汽车加速时传动原理可知,D,3,档时，第一、二、三行星排均为刚体由第一排行星架输入，第二排齿圈与第三排行星架输出。此时，在三个行星排行星齿轮机构运动方程中：,1,n,1,+,1,1,n,2,(1+,1,).,1,n,3,=0 (1),2,n,1,+,2,2,n,2,(1+,2,).,2,n,3,=0 (2),3,n,1,+,3,3,n,2,(1+,3,).,3,n,3,=0 (3),因为,1,n,1,=,1,n,2,=,1,n,3,=,2,n,1,=,2,n,2,=,2,n,3,=,3,n,1,=,3,n,2,=,3,n,3,所以,D,3,档传动比,i=,1,n,3,/,3,n,3,=1,即输入轴与输出轴传动比为,1,（,D,3,档是直接挡）。,2,）用矢量图计算,D,3,档传动比和传动方向,第,1,排矢量图,第,2,排矢量图,第,3,排矢量图,图,3-51 D,3,档时行星齿轮机构运动矢量图,在第,3,排矢量图中,3,n,2,/,3,n,3,=1,即,D,3,档时传动比,3n2/3n3=1,为同向同速传动。,（,4,）,D,3,档汽车滑行时传动原理（知识拓展内容）,在抬起加速踏板、汽车滑行时，由于,C0,及,C1,、,C2,仍工作，所以仍然把超速行星排和双行星排前齿圈连成一个刚体，因此，当汽车以惯性在抬加速踏板瞬间滑行时，双行星排后排行星架以原转速顺时针转，因后行星架带动已成刚体,3,个行星排一同顺时针旋转，使发动机对滑行产生制动作用。,5,、,D,4,档（超速挡）传动原理、转矩传动路线和传动比计算,D,4,档时，,C1,、,C2,、,F0,仍工作外，离合器,C0,换成,B0,将超速行星排内的太阳轮制动，制动器,B2,工作，但,F1,解锁，,B2,不起作用。,图,3-52a D,4,档转矩传动分析示意图（,C1,、,C2,、,F0,、,B0,工作）,从表,3-3,可知,D,4,档时，,C1,、,C2,、,F0,仍工作外，离合器,C0,换成,B0,将超速行星,排内的太阳轮制动，制动器,B2,工作，但,F1,解锁，,B2,不起作用。,D,4,档汽车加速时的传动如图,3-52,所示。汽车由,D,3,档升入,D,4,档车速时，离合,器,C0,切换成制动器,B0,工作，但此时离合器,C1,与离合器,C2,仍然工作。仍如,D,3,档把第二、三行星排连成一体并与超速行星排内的齿圈连成一体，成直接传,动，按传动比,1,：,1,顺时旋转。,在超速行星排内，此时,B0,已将太阳轮制动，这样，当行星架在涡轮拖动下,主动顺转时，其行星轮齿必受制动的太阳轮齿一个的作用力，于是行星轮即,随行星架以涡轮速度绕太阳轮公转外，还顺时针自转，行星轮公转加顺时针,自转，其轮齿必给齿圈轮齿一个作用力，超速行星排齿圈便顺时针超速旋转,输出。,（,1,）,D,4,档（超速档）转矩传动分析,图,3-52b D,4,档行星齿轮变速装置传动结构简图,图,3-52c D,4,档行星齿轮变速装置传动仿真图,（,2,）,D,4,档（超速档）传动路线：,超速行星排行星架超速行星排行星轮超速行星排齿圈中间轴,C,1,第三行星排齿圈第二行星架输出轴。,（,3,）,D,4,档传动比计算,超速行星排中齿轮机构运动方程为：,n,1,+,a,.,n,2,(1+,a,).,n,3,=0 (1),上式中，,n,1,是太阳轮的转速，,n,2,是齿圈的转速，,n,3,是行星架转速，,a=,Z,2,（齿圈齿数）,/Z,1,（太阳轮齿数）,1,。,D,4,档时，,B0,将太阳轮制动,n,1,=0,，,将,n,1,=0,代入式（,1,）得,:,a,.,n,2,(1+,a,),n,3,=0,a,.,n,2,=(1+,a,),n,3,n,3/,n,2=,a/,(1+,a,),1,即主动轴的转速小于输出轴的转速,是超速档。,1,）用运动方程计算,D,4,档传动比,2,）用矢量图计算,D4,档传动比和传动方向,第,1,排矢量图,第,2,排矢量图,第,3,排矢量图,图,3-53 D,4,档时行星齿轮机构运动矢量图,在图,3-53,第,1,排矢量图中（根据相似三角形原理），,1,n,3,/,1,n,2,=,1,/,（,1,+1,）,1,。,即,D,4,档传动比,i=,1,n,3,/,1,n,2,1,。即,D,4,档时输出与输入同向增速。,（,4,）,D,4,档（超速档）滑行时传动原理（知识拓展内容）,图,3-54a D,4,档滑行时转矩传动原理示意图（,C1,、,C2,、,F0,、,B0,工作）,（,4,）,D,4,档（超速档）滑行时传动原理（知识拓展内容）,超速档滑行时传动原理如图,3-54,所示。超速档汽车滑行时，由于离合器,C1,把超速行星排齿圈与第三行星排齿圈仍连成一体，离合器,C2,工作把公共太阳,轮也与超速行星排齿圈连成一体、因此，公共太阳轮与第三行星排齿圈便连,成一体，于是第三行星排行星轮不连自连、并使前圈后架及第二行星排和超,速行星排齿圈均成一体。,于是，汽车滑行时输出轴使超速行星排齿圈仍原速旋转，制动器,B0,仍将超,速行星排太阳轮制动，所以超速行星排行星轮及行星架必原速旋转，使输出,轴必带动发动机原速旋转，但因汽车滑行时发动机已怠速，因此发动机对滑,行必产生制动作用。,图,3-54b D,4,档滑行时行星齿轮变速装置传动结构简图,图,3-54c D,4,档滑行时行星齿轮变速装置传动仿真图,