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1、底盘讲义之自动变速器（二）作者：佚名 来源： 发布时间：2010年03月23日 课题4.3 单排行星齿轮机构学习目标鉴定标准教学建议1. 掌握单排行星齿轮机构的基本组成2. 掌握单排行星齿轮机构的运动规律和不同的动力传动方式应知：单排行星齿轮机构的组成、运动规律和传动方式建议：以教师讲解和示范为主，可辅助以多媒体课件行星齿轮变速器是由多排行星齿轮机构和换档执行机构等组成，本课题介绍单排行星齿轮机构以便有助于后续课程的学习。一、单排行星齿轮机构的组成如图419所示，单排行星齿轮机构主要由一个太阳轮（或称为中心轮）、一个带有若干个行星齿轮的行星架和一个齿圈组成。图419 单排行星齿轮机构1太阳轮
2、2齿圈 3行星架 4行星轮齿圈又称为齿环，制有内齿，其余齿轮均为外齿轮。太阳轮位于机构的中心，行星轮与之外啮合，行星轮与齿圈内啮合。通常行星轮有36个，通过滚针轴承安装在行星齿轮轴上，行星齿轮轴对称、均匀地安装在行星架上。行星齿轮机构工作时，行星轮除了绕自身轴线的自转外，同时还绕着太阳轮公转，行星轮绕太阳轮公转，行星架也绕太阳轮旋转。由于太阳轮与行星轮是外啮合，所以二者的旋转方向是相反的；而行星轮与齿圈是内啮合，则这二者的旋转方向是相同的。二、单排行星齿轮机构的运动规律根据能量守恒定律，由作用在单排行星齿轮机构各元件上的力矩和结构参数，可以得出表示单排行星齿轮机构运动规律的特性方程式n1+n2
3、-(1+)n3=0式中，n1为太阳轮转速；n2为齿圈转速；n3为行星架转速；为齿圈齿数z2与太阳轮齿数z1之比，即=z2/z1，且1。由于一个方程有三个变量，如果将太阳轮、齿圈和行星架中某个元件作为主动（输入）部分，让另一个元件作为从动（输出）部分，则由于第三个元件不受任何约束和限制，所以从动部分的运动是不确定的。因此为了得到确定的运动，必须对太阳轮、齿圈和行星架三者中的某个元件的运动进行约束和限制。三、单排行星齿轮机构不同的动力传动方式如图420所示，通过对不同的元件进行约束和限制，可以得到不同的动力传动方式。图420 单排行星齿轮机构的动力传动方式1-太阳轮 2-齿圈 3-行星架 4-行星
4、轮(1)齿圈为主动件（输入），行星架为从动件（输出），太阳轮固定,如图420a)所示。此时，n10，则传动比i23为：i23n2/n311/1由于传动比大于1，说明为减速传动，可以作为降速档。(2)太阳轮为主动件（输入），行星架为从动件（输出），齿圈固定,如图420c)所示。此时，n20，则传动比i13为：i13n1/n311由于传动比大于1，说明为减速传动，可以作为降速档。对比这两种情况的传动比，由于i13 i23，虽然都为降速档，但i13是降速档中的低档，而i23为降速档中的高档。(3)行星架为主动件（输入），齿圈为从动件（输出），太阳轮固定，如图420b)所示。此时，n10，则传动比i3
5、2为：i32n3/n2/(1)1由于传动比小于1，说明为增速传动，可以作为超速档。(4)行星架为主动件（输入），太阳轮为从动件（输出），齿圈固定，如图420d)所示。此时，n20，则传动比i31为：i31n3/n11/(1)1，说明为增速传动，可以作为倒档。(6)如果n1=n2，则可以得到n3=n1=n2。同样，n1=n3或n2=n3时，均可以得到n1= n2 = n3的结论。因此，若使太阳轮、齿圈和行星架三个元件中的任何二个元件连为一体转动，则另一个元件的转速必然与前二者等速同向转动。即行星齿轮机构中所有元件(包含行星轮)之间均无相对运动，传动比i1。这种传动方式用于变速器的直接档传动。(7
6、)如果太阳轮、齿圈和行星架三个元件没有任何约束，则各元件的运动是不确定的，此时为空档。自动变速器中的行星齿轮变速器一般是采用23排行星齿轮机构传动，其各档传动比就是根据上述单排行星齿轮机构传动特点进行合理组合得到的。常见的行星齿轮变速器有辛普森式的和拉威挪式的。测试题：1对照实物、模型或图片说明单排行星齿轮机构的组成和连接关系。2对于单排行星齿轮机构，试说明如何才能得到变速器所需的各种档位。课题4.4 辛普森式行星齿轮变速器学习目标鉴定标准教学建议1. 掌握辛普森行星齿轮变速器的结构和各档动力传动路线2. 掌握换档执行元件的结构、原理与检修应知：辛普森行星齿轮变速器组成、结构、工作原理应会：辛
7、普森行星齿轮变速器的检修和简单故障诊断与排除建议：以教师讲解和示范为主，并结合多媒体课件或录像组织教学。故障检修部分也可由学生分组讨论，然后由教师总结。辛普森式(Simpson)行星齿轮变速器是在自动变速器中应用最广泛的一种行星齿轮变速器，它是由美国福特公司的工程师HW辛普森发明的，目前多采用的是四档辛普森行星齿轮变速器。一、四档辛普森行星齿轮变速器的结构、组成如图421、422所示为四档辛普森行星齿轮变速器的结构简图和元件位置图。注意：不同厂家的四档辛普森行星齿轮变速器的元件位置稍有不同。图421 四档辛普森行星齿轮变速器的结构简图1超速（OD）行星排行星架 2超速（OD）行星排行星轮 3超
8、速（OD）行星排齿圈 4前行星排行星架 5前行星排行星轮 6后行星排行星架 7后行星排行星轮 8输出轴 9后行星排齿圈 10前后行星排太阳轮 11前行星排齿圈 12中间轴 13超速（OD）行星排太阳轮 14输入轴C0超速档（OD）离合器 C1前进档离合器 C2直接档、倒档离合器 B0超速档（OD）制动器 B1二档滑行制动器 B2二档制动器 B3低、倒档离合器 F0超速档（OD）单向离合器 F1二档（一号）单向离合器 F2低档（二号）单向离合器图422 四档辛普森行星齿轮变速器的元件位置图四档辛普森行星齿轮变速器由四档辛普森行星齿轮机构和换档执行元件两大部分组成。其中四档辛普森行星齿轮机构由三排
9、行星齿轮机构组成，前面一排为超速行星排，中间一排为前行星排，后面一排为后行星排，之所以这样命名是由于四档辛普森行星齿轮机构是在三档辛普森行星齿轮机构的基础上发展起来的，沿用了三档辛普森行星齿轮机构的命名。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，中间轴通过前进档离合器或直接档、倒档离合器与前、后行星排相连。前、后行星排的结构特点是，共用一个太阳轮，前行星排的行星架与后行星排的齿圈相连并与输出轴相连。换档执行机构包括三个离合器、四个制动器和三个单向离合器共十个元件。具体的功能见表41。表41 换档执行元件的功能换档执行元件功 能C0超速档（OD）离合器连接超速行星排太阳轮与超
10、速行星排行星架C1前进档离合器连接中间轴与前行星排齿圈C2直接档、倒档离合器连接中间轴与前后行星排太阳轮B0超速档（OD）制动器制动超速行星排太阳轮B1二档滑行制动器制动前后行星排太阳轮B2二档制动器制动F1外座圈，当F1也起作用时，可以防止前后行星排太阳轮逆时针转动B3低、倒档离合器制动后行星排行星架F0超速档（OD）单向离合器连接超速行星排太阳轮与超速行星排行星架F1二档（一号）单向离合器当B2工作时，防止前后行星排太阳轮逆时针转动F2低档（二号）单向离合器防止后行星排行星架逆时针转动提示：各换档执行元件的名称与其功能有关系。二、四档辛普森行星齿轮变速器各档传动路线在变速器各档位时，换档执
11、行元件的动作情况见表42。表42 各档位时换档执行元件的动作情况选档杆位置档位换档执行元件发动机制动C0C1C2B0B1B2B3F0F1F2P驻车档R倒档N空档D一档二档三档四档(OD档)2一档二档三档*L一档二档*注：*：只能降档不能升档。：换档元件工作或有发动机制动。1各档位动力传动路线1)D1档如图423所示，D位一档时，C0、C1、F0、F2工作。C0和F0工作将超速行星排的太阳轮和行星架相连，此时超速行星排成为一个刚性整体，输入轴的动力顺时针传到中间轴。C1工作将中间轴与前行星排齿圈相连，前行星排齿圈顺时针转动驱动前行星排行星轮，前行星排行星轮即顺时针自转又顺时针公转，前行星排行星轮
12、顺时针公转则输出轴也顺时针转动，这是一条动力传动路线。由于前行星排行星轮顺时针自转，则前后行星排太阳轮逆时针转动，再驱动后行星排行星轮顺时针自转，此时后行星排行星轮在前后行星排太阳轮的作用下有逆时针公转的趋势，但由于F2的作用，使得后行星排行星架不动。这样顺时针转动的后行星排行星轮驱动齿圈顺时针转动，从输出轴也输出动力，这是第二条动力传动路线。图423 D位一档动力传动路线2)D2档如图424所示，D位二档时，C0、C1、B2、F0、F1工作。C0和F0工作如前所述直接将动力传给中间轴。C1工作，动力顺时针传到前行星排齿圈，驱动前行星排行星轮顺时针转动，并使前后太阳轮有逆时针转动的趋势，由于B
13、2的作用，F1将防止前后太阳轮逆时针转动，即前后太阳轮不动。此时前行星排行星轮将带动行星架也顺时针转动，从输出轴输出动力。后行星排不参与动力的传动。图424 D位二档动力传动路线3)D3档如图425所示，D位三档时，C0、C1、C2、B2、F0工作。C0和F0工作如前所述直接将动力传给中间轴。C1、C2工作将中间轴与前行星排的齿圈和太阳轮同时连接起来，前行星排成为刚性整体，动力直接传给前行星排行星架，从输出轴输出动力。此档为直接档。图425 D位三档动力传动路线想一想：在此档时B2实际上不参与工作，那为什么还要让B2工作呢？提示：这样可以使得D2档升D3档时只需让C2工作即可，同样D3档降为D
14、2档时也只需让C2停止工作即可，这样相邻两档升降参与工作的元件少，换档方便，提高了可靠性和平顺性。4)D4档如图426所示，D位四档时，C1、C2、B0、B2工作。B0工作，将超速行星排太阳轮固定。动力由输入轴输入，带动超速行星排行星架顺时针转动，并驱动行星轮及齿圈都顺时针转动，此时的传动比小于1。C1、C2工作使得前后行星排的工作同D3档，即处于直接档。所以整个机构以超速档传递动力。B2的作用同前所述。图426 D位四档动力传动路线5)21档二位一档的工作与D位一档相同。6)22档如图427所示，二位二档时，C0、C1、B1、B2、F0、F1工作。动力传动路线与D位二档时相同。区别只是由于B
15、1的工作，使得二位二档有发动机制动，而D位二档没有。此档为高速发动机制动档。图427 2位二档动力传动路线发动机制动是指利用发动机怠速时的较低转速以及变速器的较低档位来使较快的车辆减速。D位二档时，如果驾驶员抬起加速踏板，发动机进入怠速工况，而汽车在原有的惯性作用下仍以较高的车速行驶。此时，驱动车轮将通过变速器的输出轴反向带动行星齿轮机构运转，各元件都将以相反的方向转动，即前后太阳轮将有顺时针转动的趋势，F1不起作用，使得反传的动力不能到达发动机，无法利用发动机进行制动。而在二位二档时，B1工作使得前后太阳轮固定，既不能逆时针转动也不能顺时针转动，这样反传的动力就可以传到发动机，所以有发动机制
16、动。7)23档二位三档的工作与D位三档相同。8)L1档如图428所示，L位一档时，C0、C1、B3、F0、F2工作。动力传动路线与D位一档时相同。区别只是由于B3的工作，使后行星排行星架固定，有发动机制动，原因同前所述。此档为低速发动机制动档。图428 L位一档动力传动路线9)L2档L位二档的工作与二位二档相同。10)R位如图429所示，倒档时，C0、C2、B3、F0工作。C0和F0工作如前所述直接将动力传给中间轴。C2工作将动力传给前后行星排太阳轮。由于B3工作，将后行星排行星架固定，使得行星轮仅相当于一个惰轮。前后行星排太阳轮顺时针转动驱动后行星排行星架逆时针转动，进而驱动后行星排齿圈也逆
17、时针转动，从输出轴逆时针输出动力。图429 R位动力传动路线11)P位(驻车档)选档杆置于P位时，一般自动变速器都是通过驻车锁止机构将变速器输出轴锁止实现驻车。如图430所示，驻车锁止机构由输出轴外齿圈、锁止棘爪、锁止凸轮等组成。锁止棘爪与固定在变速器壳体上的枢轴相连。当选档杆处于P位时，与选档杆相连的手动阀通过锁止凸轮将锁止棘爪推向输出轴外齿圈，并嵌入齿中，使变速器输出轴与壳体相连而无法转动，如图430b)所示。当选档杆处于其他位置时，锁止凸轮退回，锁止棘爪在回位弹簧的作用离开输出轴外齿圈，锁止撤销，如图430a)所示。图430 驻车锁止机构1输出轴外齿圈 2输出轴 3锁止棘爪 4锁止凸轮2
18、几点说明通过分析各档位换档执行元件的工作情况及各档位的动力传动路线，可以得出以下结论：(1)如果C1故障，则自动变速器没有前进档，即将选档杆置于D位、2位或L位时车辆都无法起步行驶。但对于倒档没有影响。(2)如果C2故障，则自动变速器没有三档，倒档也将没有。(3)如果B2 或F1故障，则自动变速器没有D位二档，但对于二位二档没有影响。(4)如果B3故障，则自动变速器没有倒档。(5)如果F0故障，则自动变速器三档升四档时会产生换档冲击。这是由于三档升四档时，相当于由C0切换到B0，但C0、B0有可能同时不工作。此时负荷的作用将使超速行星排的齿圈不动，如果没有F0，在行星架的驱动下太阳轮将顺时针超
19、速转动，当B0工作时产生换档冲击。(6)如果F2故障，则自动变速器没有D位一档和二位一档，但对于L位一档没有影响。(7)换档时，单向离合器是自动参与工作的，所以只考虑离合器和制动器的工作即可。D1档升D2档是B2工作，D2升D3档是C2工作，D3和D4互换，相当于C0和B0互换。(8)如果某档位的动力传动路线上有单向离合器工作，则该档位没有发动机制动。提示：有些档位虽然标明有单向离合器工作，但有可能被其他元件取代而实际上不工作。如二位二档的B1工作后，F1实际上已不起作用，C0也可以取代F0，这样此档虽标明有单向离合器的工作，但都不起作用，所以有发动机制动。3故障实例1)故障症状某车采用四档辛
20、普森自动变速器，由于B3损坏而造成无R档，经拆检修复后，反而出现D位和2位均无动力输出。2)诊断与排除初步判断为C1、F2故障。先进行试车看有无R档和L档。将选档杆置于R位，动力输出正常，说明油压正常，排除了由于油压低导致C1工作不正常的可能。再将选档杆置于L位，动力输出正常，由此可以判断故障是由于F2故障所致。选档杆在动力档时，变速器都是在1档起步，当F2有故障时，选档杆在D位和2位时没有1档，而L位由于有B3工作，可以起到的F2作用，即防止后排行星架逆时针转动，所以有1档。经拆检后发现F2装反了，这是由于上次维修时工作人员的失误所造成的。重新安装F2后故障消除。提示：汽车维修人员的工作一定
21、要仔细，不能马虎，对别人不负责实际上是对自己不负责人。三、换档执行元件行星齿轮变速器的换档执行元件包括离合器、制动器和单向离合器。单向离合器的结构、原理同导轮单向离合器，检查方法如图431所示，要求在箭头所示的方向自由转动，而反方向锁止，必要时更换或重新安装。下面重点介绍离合器和制动器。图431 单向离合器的检查1离合器离合器的功用是连接轴和行星齿轮机构中的元件或是连接行星齿轮机构中的不同元件。1)结构、组成离合器主要由离合器鼓、花键毂、活塞、主动摩擦片、从动钢片、回位弹簧等组成，如图432所示。图432 离合器零件分解图l卡环 2弹簧座 3活塞 4O形圈 5离合器鼓 6回位弹簧 7碟形弹簧
22、8从动钢片 9主动摩擦片 10压盘 11卡环离合器鼓是一个液压缸，鼓内有内花键齿圈，内圆轴颈上有进油孔与控制油路相通。离合器活塞为环状，内外圆上有密封圈，安装在离合器鼓内。从动钢片和主动摩擦片交错排列，二者统称为离合器片，均使用钢料制成，但摩擦片的两面烧结有铜基粉末冶金的摩擦材料。为保证离合器接合柔和及散热，离合器片浸在油液中工作，因而称为湿式离合器。钢片带有外花键齿，与离合器鼓的内花键齿圈连接，并可轴向移动，摩擦片则以内花键齿与花键毂的外花键槽配合，也可作轴向移动。花键毂和离合器鼓分别以一定的方式与变速器输入轴或行星齿轮机构的元件相连接。碟形弹簧的作用是使离合器接合柔和，防止换档冲击。可以通
23、过调整卡环或压盘的厚度调整离合器的间隙。2)工作原理离合器的工作原理如图433所示。图433 离合器工作原理a)分离状态 b)接合状态1控制油道 2回位弹簧 3活塞 4离合器鼓 5主动片 6卡环 7压盘 8从动片 9花键毂 10弹簧座当一定压力的ATF油经控制油道进入活塞左面的液压缸时，液压作用力便克服弹簧力使活塞右移，将所有离合器片压紧，即离合器接合，与离合器主、从动部分相连的元件也被连接在一起，以相同的速度旋转。当控制阀将作用在离合器液压缸的油压撤除后，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，使离合器分离，离合器主从动部分可以不同转速旋转。为了快速泄油，保证离
24、合器彻底分离，一般在液压缸中都有一个单向球阀，如图4341所示。当ATF油被撤除时，球体在离心力的作用下离开阀座，开启辅助泄油通道，使ATF油迅速撤离。图434 带单向安全阀的离合器a) 接合时 b) 分离时1单向球阀 2液压缸 3油封 4辅助泄油通道 5活塞3)检修离合器总成分解后要对每个零件进行清洗和检查，如离合器鼓、花键毂、离合器片、压盘等是否磨损严重、变形，回位弹簧是否断裂、弹性不足，单向球阀是否密封良好等，必要时更换零部件和总成。离合器重新装配后要检查离合器的间隙。间隙过大会使换档滞后、离合器打滑；间隙过小会使得离合器分离不彻底。检查离合器间隙一般是用厚薄规（塞尺）进行，如图435所
25、示。图435 检查离合器间隙1离合器总成 2厚薄规2制动器制动器的功用是固定行星齿轮机构中的元件，防止其转动。制动器有片式和带式两种形式。片式制动器与离合器的结构和原理相同，不同之处是离合器是起连接作用而传递动力，而片式制动器是通过连接而起制动作用。下面介绍带式制动器。1)结构、组成带式制动器由制动带和控制油缸组成，如图436所示为带式制动器的零件分解图。制动带是内表面带有镀层的开口式环形钢带。制动带的一端支承在与变速器壳体固连的支座上，另一端与控制油缸的活塞杆相连。图436 带式制动器的零件分解图1卡环 2活塞定位架 3活塞 4止推垫圈 5垫圈 6锁紧螺母 7调整螺钉 8制动带 9活塞杆 1
26、0回位弹簧 11O形圈2)工作原理制动器的工作原理如图437所示，制动带开口处的一端通过支柱支承于固定在变速器壳体的调整螺钉上，另一端支承于油缸活塞杆端部，活塞在回位弹簧和左腔油压作用下位于右极限位置，此时，制动带和制动鼓之间存在一定间隙。制动时，压力油进入活塞右腔，克服左腔油压和回位弹簧的作用力推动活塞左移，制动带以固定支座为支点收紧。在制动力矩的作用下，制动鼓停止旋转，行星齿轮机构某元件被锁止。随着油压撤除，活塞逐渐回位，制动解除。图437 制动器的工作原理1调整螺钉（固定支承端） 2制动带 3制动鼓 4油缸盖 5活塞 6回位弹簧 7支柱3)检修检查制动带是否破裂、过热、不均匀磨损、表面剥落等情况，如果有任何一种，制动带都应更换。检查制动鼓表面是否有污点、划伤、磨光、变形等缺陷。制动器装配后要调整工作间隙，原因与离合器间隙的调整是一样的。方法是：将调整螺钉上的锁紧螺母拧松并退回大约五圈，然后用扭力扳手按规定转矩将调整螺钉拧紧，再按维修手册的要求将调整螺钉退回一定圈数，最后用锁紧螺母紧固。测试题：1对照分解的辛普森行星齿轮变速器能够找到各换档执行元件及各档动力传动路线。2实操并说明如何检修、调整离合器和制动器。3试分析F1损坏会带来哪些自动变速器的故障现象。