汽车变速器结构-行星齿轮传动机构.pptx

汽车变速器构造与维修,吴 洁 李 晓 编 主 审　杨立平,高职高专规划教材汽车类教学改革规划教材,模块二典型行星齿轮传动机构 知识目标1.掌握辛普森式、拉维娜式行星齿轮变速器的结构2.理解辛普森式、拉维娜式行星齿轮变速器的工作原理　3.了解CR-CR行星齿轮变速器的结构特点及工作原理技能目标1.会分析辛普森式、拉维娜式行星齿轮变速器的动力传动并计算传动比2.能按照操作手册正确拆装辛普森式、拉维娜式行星齿轮变速器由于液力变矩器的变矩系数尚无法满足汽车行驶需要,液力机械式自动变速器通常都采用齿轮式变速器作为其主要的变速装置,行星齿轮传动是最常采用的结构形式行星齿轮变速器由行星齿轮机构和换档执行机构两部分组成行星齿轮机构的作用是改变传动比和传动方向,即构成不同的档位换档执行机构的作用是自动实现档位的变换行星齿轮式变速器具有结构简单、体积小,不需要中间轴和中间齿轮;操纵容易,各齿轮处于常啮合状态,不存在换档啮合冲击;传动比范围大等突出优点,因此行星齿轮式机构在现代轿车液力自动变速器上得到广泛应用任务一　认识辛普森式行星齿轮变速器的结构与工作原理辛普森(Simpson)式行星齿轮变速机构被广泛应用于汽车自动变速器,它是以其设计者霍华德·辛普森(Howard Simpson)的名字命名的。

辛普森式行星齿轮机构由两排单行星齿轮机构复合而成,能够提供三个前进档和一个倒档其特点是:由一个长太阳轮将前后两个行星轮机构连成一体,前行星架与后齿圈共同作为输出轴辛普森式行星齿轮变速器结构如图2-1所示其长太阳轮结构确定了前后行星齿轮机构的尺寸及齿轮齿数,其尺寸和齿轮的齿数决定了该行星机构的实际传动比图2-1　辛普森式行星齿轮变速器结构,但是,仅仅依靠图2-1的辛普森式行星齿轮机构还不能实现自动变速器传动比的改变,还要通过离合器、制动器和单向离合器等换档执行元件,执行一定的动作规律改变发动机动力的传递路线,最终获得与道路条件匹配的驱动力所以自动变速器的机械结构是个传动整体,而且还要由其他的系统进行控制(液压系统、电子控制系统)其中任一环节出现问题,都会阻碍可靠的动力传递了解辛普森式行星齿轮的传动结构和换档原理,可以清楚地了解行星齿轮组的工作特点和动力传递路线,为理解自动变速器的换档过程提供帮助,为学习自动变速器换档控制奠定基础,也为探究整体传动中的问题分析提供思路一、辛普森式行星齿轮变速器的结构辛普森式行星齿轮自动变速器由两排行星齿轮机构和换档执行机构组成,图2-2a所示为三速自动变速器结构解剖图。

由图2-2a可见,该机构采用两排齿轮齿数和尺寸相同的行星齿轮P1、P2,分别被称为前、后行星齿轮,构成改变传动比的基本结构前离合器(C1)、后离合器(C2)、单向离合器(OC)、前制动器(B1)和后制动器(B2)被称为换档执行元件,作用是分别控制行星齿轮机构的不同元件,按照特定的控制逻辑将动力输入或将元件制动,以实现传动比的改变图2-2　三速辛普森式行星齿轮变速器结构a)结构解剖图　b)结构简图　c)运用简化功能符号和元件的轴测简图构成的示意图C1—前/倒档离合器　C2—前进档离合器　B1—二档制动器　B2—低、倒档制动器OC—单向离合器　P1、P2—前、后行星齿轮组,图2-2b所示为辛普森式行星齿轮自动变速器结构简图,可将复杂的机械结构用简化的功能符号表示,表达不同元件的结构关系图2-2c是运用简化功能符号和元件的轴测简图构成的示意图,可用来表现元件间的传动与驱动关系一般不同的汽车制造厂的自动变速器,结构与动作规律也不同尽管自动变速器机械元件的基本功用相同,但在行星齿轮的主动件、从动件和固定件的设计,换档执行元件的设计有许多差别要全面了解自动变速器,还要借助自动变速器换档执行元件动作规律表(见表2-1),才能了解哪个离合器或制动器工作时自动变速器进入哪个传动比,了解传动路线。

自动变速器换档执行元件动作规律表现的是动力传递路线的变化和该档位下必须由哪几个执行元件来实现动力传递或元件制动该表是了解自动换档、进行传动路线分析和传动故障分析的重要依据表2-1　3档辛普森式行星变速器换档执行元件动作规律,注:○表示换档执行元件工作二、实用辛普森式行星齿轮变速机构传动分析(1)N或P位时(空档)　辛普森式行星齿轮组的各执行元件均不工作,前后行星排所有元件均不受约束,变速机构无法传递动力,变速器输出轴不能输出动力2)D位1档　直接档离合器C2处于接合状态,使输入轴与左排齿圈连接成一体而成为输入元件单向离合器OC产生制动作用,使右排行星架固定不动输入动力可以经两条途径到达输出轴,传动路线与齿轮旋向如图2-3所示一条途径是经左齿圈-左行星轮-左行星架-输出轴;另一途径是经左齿圈-左行星轮-长太阳轮-右行星轮-右齿圈-输出轴图2-3　D位1档传动路线,因直接档离合器C2与单向离合器OC分别作用于左右两个行星机构,不易直接看出它们之间的联系利用行星齿轮运动规律特性方程,通过联立求解,可获得该状态下的传动比与旋向设左排的行星机构为L,右排的行星机构为R,可建立各自的运动规律特性方程:nL1+αnL2-(1+α)nL3=0(2-1)nR1+αnR2-(1+α)nR3=0(2-2)由给定条件已知:由左齿圈输入,输入转速为nL2。

因为nR3=0(已知)由式(2-2)得nR1+αnR2=0 (2-3)则nR1=-αnR2因为(由结构条件可知)nL1=nR1且nL3=nR2,则有nL1=-αnL3(2-4)将式(2-4)代入方程式(2-1)求解后得αnL2-(1+α)nL3-αnL3=0αnL2=(1+2α)nL3所以i1= 𝑛 L2 𝑛 L3 = 1+2𝛼 𝛼 或i1= 𝑛 L2 𝑛 R2 = 1+2𝛼 𝛼 为减速运动且转向相同3)D位2档　直接档离合器C2处于接合状态,制动器B1处于锁止状态直接档离合器C2接合使前排齿圈与输入轴连接成一体而成为输入元件2档制动器B1工作,使太阳轮固定不动其传动路线与齿轮旋向如图2-4所示动力传动路线为左齿圈-左行星轮-左行星架-输出轴此时,由于执行元件只作用于左排行星机构,可通过左排行星机构计算传动比与旋向其运动特性方程为nL1+αnL2-(1+α)nL3=0因为nL1=0(已知)所以αnL2-(1+α)nL3=0则i2= 𝑛 𝐿2 𝑛 𝐿3 = 1+𝛼 𝛼 为减速运动且旋转方向与输入相同图2-4　D位2档传动路线,(4)D位3档(直接档)　直接档离合器C2和前/倒档离合器C1均处于接合状态,动力同时由直接档离合器C2和前/倒档离合器C1输入左齿圈和太阳轮。

根据行星齿轮机构的运动规律“三元件中的任意两个元件转速相同将形成直接档传动”可知,左排齿圈和太阳轮与输入轴连成一体后,左排行星架将与齿圈、太阳轮一同转动而形成直接档传动,其传动路线与齿轮旋向如图2-5所示图2-5　D位3档传动路线,(5)R位(倒档)　前/倒档离合器C1工作,动力经太阳轮传递到右行星排,由于低/倒档制动器B3处于锁止状态,右排行星架被制动,右齿圈以相反方向转动其传动路线与齿轮旋向如图2-6所示此时,作用元件都在后行星机构,可通过后行星机构计算传动比与旋向其运动特性方程为nR1+αnR2-(1+α)nR3=0因为nR3=0(已知)所以nR1+αnR2=0则iR= 𝑛 𝑅1 𝑛 𝑅2 =-α为减速且转向与输入相反图2-6　R位(倒档)传动路线,(6)汽车的滑行与发动机制动　自动变速器的低速档位有两个传动状态:滑行与发动机制动滑行指汽车达到一定的运行速度,积聚了一定势能后,可借助惯性向前滑行一段距离这时,发动机的低速运转不应成为汽车滑行的阻力在搭载手动变速器的汽车上用空档阻断车轮与发动机的联系,实现惯性滑行在良好路况和高速行驶时,合理利用滑行可以提高汽车燃油及使用的经济性。

发动机制动是指汽车在保持传动系统可靠连接状态行驶中,当发动机低速运转时,汽车在惯性力作用下欲保持发动机的较高运行转速,从而形成对发动机的逆向拖转的现象低速运转的发动机做功会阻碍汽车的惯性运行,而降低汽车行驶速度这种利用发动机低速运转以降低汽车行驶速度的现象称为发动机制动发动机制动会迅速消耗汽车已经获得的高速动能汽车经常用发动机制动辅助汽车行车制动,特别是在下坡路行驶时,利用低速档发动机产生的制动力矩减少制动器的负担,防止频繁制动出现制动器过热引起的制动材料的热衰退现象发动机制动在汽车低速档突然减小节气门行驶时会造成剧烈的减速现象,影响汽车平顺性和经济性为此,自动变速器设计了满足两种运行条件的选择档位在汽车以前进为主的D档位,所有的档都具备滑行功能主要是依靠单向离合器的单方向驱动功能,形成来自发动机向输出轴方向的驱动当发动机作减速运转时,汽车高速惯性滑行形成输出轴对发动机驱动,使单向离合器失去对右行星架的锁止作用,从而失去对行星轮系的控制,使汽车进入滑行状态以低速1档为例,当汽车选择低速1档时,该档位前进驱动的功能与前面的分析相同,其区别在于这个低速档增加了发动机制动功能,以实现对汽车的辅助制动。

低速1档时,参与动作的元件有直接档离合器C2、低/倒档制动器B2和单向离合器OC,如图2-7所示低/倒档制动器B2将右行星架完全制动,使右行星齿轮具有正反向传动能力,可以反向传递转速而利用发动机制动假设发动机转速为零,因右行星架被制动器B2锁止不能运动,汽车惯性力驱动行星齿轮组以图示方向旋转,则此时的发动机对传动结构形成阻力,可有效抑制机构旋转图2-7　带发动机制动时1档传动路线,(7)P位(驻车档)　大多数自动变速器都是通过锁止输出轴实现驻车(停车)驻车锁止机构的结构如图2-8所示,由锁止棘轮1、锁止棘爪3、锥销4和输出轴2组成锁止棘爪一端与固定在变速器壳体上的支承销相连锁止棘轮与输出轴为一体锥销通过拉杆与变速杆连接当变速杆处于P位以外的任一位置时,连杆机构与弹簧将拉动锥销,棘爪在回位弹簧作用下脱离锁止棘轮,使变速器输出轴可以旋转,如图2-8a所示当变速杆拨到P位时,连杆机构与弹簧推动锥销将锁止棘爪推向输出锁止棘轮,锁止棘爪的凸齿嵌入棘轮的齿槽中,使输出轴与变速器壳体连成一体而无法转动,如图2-8b 所示图2-8　P位(驻车)锁止机构的结构　a)变速杆处于P位以外的其他位置　b)变速杆处于P位,现代汽车大多数都采用带有超速档(即4档)的行星齿轮自动变速器,以提高汽车的动力性和燃油经济性。

使用辛普森式行星齿轮机构的变速器要实现四档,需要在辛普森式行星齿轮机构的基础上再增设一个单行星齿轮机构图2-9所示是一种带超速档的辛普森式行星齿轮传动结构该自动变速器由三排行星齿轮组成的两个行星齿轮组构成其中,左面的行星齿轮排P0和换档执行元件构成变速器的超速档;右面的行星齿轮排P1、P2和换档执行元件为典型辛普森式行星齿轮结构,构成自动变速器的1、2、3档该自动变速器总的传动比为两个行星齿轮组的传动比的乘积,即i=i0i1该自动变速器换档执行元件动作规律见表2-2图2-9　带超速档的辛普森式行星齿轮传动结构C0—超速离合器　C1—前/倒档离合器　C2—直接档离合器　B0—超速档制动器　B1—2档滑行制动器B2—2档制动器　B3—低/倒档制动器　OC—单向离合器　P—行星齿轮排,表2-2　四档辛普森自动变速器换档执行元件动作规律,超速档变速机构由行星齿轮机构P0和换档执行元件离合器C0、制动器B0和单向离合器F0组成由于只有直接传动和超速传动两个传动比,所以被称为超速档设置超速档的目的是扩大辛普森式行星齿轮机构的传动比由于超速档时的传动比小于1,使用超速档可以在车辆轻载高速行驶时,降低发动机的转速,以满足汽车动力性和经济性的要求。

超速档变速机构的功用是在汽车中低速行驶时,通过直接档传动将动力直接传递到辛普森式行星齿轮,由其实现1、2、3档的自动变速当辛普森式行星齿轮处于直接档时,可以通过改变超速档机构的传动比,使变速器整体获得小于1的传动比综上分析,自动变速器在超速档以外档位时,超速档以传动比为1的直接档工作,换档由辛普森式行星齿轮组独立实现。