第三章 行星齿轮变速器

示意图
实际离合器
工作原理： 当离合器结合时，控制油压通过输入轴中 心孔进入活塞，克服回位弹簧力将钢片和摩擦
片压紧，产生摩擦力。这时动力从输入轴经过
离合器传到输出轴，
当需要离合器分离时，控制油压通过原来
的管路排出，由于回位弹簧的作用，活塞回到
初始的位置，摩擦片和钢片分离，动力不能传
递。
离合器工作原理
按照太阳轮和齿圈之间行星齿轮的组数不 同，行星齿轮机构可分为单星行星排和双星行 星排。
单 排 单 星 行 星 齿 轮 机 构
单排双星行星齿轮机构
1、单排单级行星齿轮机构工作原理 1）齿圈固定，太阳轮主动，行星架被动
此种组合 为降速传 动，通常 传动比一 般为2.5 ～5，转 向相同。
行星架固定
单向作用伺服机构（制动状态）
单向作用伺服机构（放松状态）
双向作用伺服机构：液压可分别施加在活塞两 侧，既可以收紧制动带，也可以放松制动带。
制动带检查
3、单向离合器
作用：在一定条件下固定行星排的某一基本元 件。固定是单方向的。
离合器工作原理
动力传动路线
离合器的自由间隙：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。
一般离合器的自 由间隙为 0.5~2.0mm。
间隙大：离合器 片磨损；
间隙小：离合器 片变形。 间隙可用挡圈或 压板调整。
磨损的摩擦片
离合器的安全阀：防止泄压后，残留油液在高 转速时压向离合器片，使离合器接合，从而导 致钢片和摩擦片间出现不正常滑磨。
件进行锁止。
1、离合器
作用：连接轴和行星齿轮机构的旋转元件，或将行星排的 的某两个元件连在一起，使之成为一个整体。 组成： 卡环：它安装在输入轴转鼓的卡环槽内，限制活塞的行程 输出转鼓：其中心有齿形花键与输出轴相连，边缘有键槽 钢片：是光板，外缘有矩形花键与输入轴转鼓内键槽相连 摩擦片：内圆有花键，与行星齿轮某一元件相连接，其表 面有铜基粉末冶金层或合成纤维层，以增大摩擦力。钢片 与摩擦片相间排列，可轴向移动。 弹簧座卡环：安装在输入轴卡环槽内。许多个回位弹簧沿 圆周方向均匀分布。
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•由于结构简单、尺寸小，常用于前驱式车辆（变 速驱动桥）
共用内齿圈
拉 维 奈 尔 赫 式 结 构
后太阳轮
前太阳齿轮
后内行星轮
前/后内外 行星齿轮架
共用前/后 外行星轮
拉 维 奈 尔 赫 式 结 构 传 动 方 式
双排拉维奈尔赫齿轮机构各元件间的转速关系 方程式：
n11 n12 (1 )n13 0 n21 n22 (1 )n23 0
共用内齿圈， n12 n22 共用前、后行星架， n13 n23 联解方程组，可得到拉维奈尔赫结构的总传动 比。
四、行星齿轮传动联想记忆
为了方便记忆，我们可以将行星齿
轮传动转换成普通圆柱齿轮传动。太阳 轮相当于最小的齿轮，齿圈相当于中等 齿轮，行星架相当于最大的齿轮。其中 行星架的齿数等于太阳轮齿数与齿圈齿 数之和。
由于共用太阳轮，故：前排太阳轮转速与 后排太阳轮转速相同； n11 n21
前行星架转速与后齿圈转速相同； n13 n22
联立方程，可解辛普森结构的总传动比。
（二）拉维奈尔赫(Ravigneanx)行星结构 结构特点： •前排为单级行星齿轮，后排为双级行星齿轮，前 后共用一个内齿圈； •共用一组行星齿轮（后排外与前排）和共用行星 架； •以内齿圈为输出轴，以前后两太阳轮为输入轴； •可组成三或四个前进档；
5)行星架固定，太阳轮主动，齿圈被动
此种组合 为降速传 动，传动 比一般为 1.5～4， 转向相反
6)行星架固定，齿圈主动，太阳轮被动
此种组合 为升速传 动，传动 比一般为 0.25～ 0.67， 转向相反
7)把三元件中任意两元件结合为一体的情况
8)三元件中任一元件为主动，其余的两元件自 由： 从分析中可知，其余两元件无确定的转速 输出。第六种组合方式，由于升速较大，主被 动件的转向相反，在汽车上通常不用这种组合 。其余的七种组合方式比较常用。
传动比的计算：
Z2 齿圈齿数 ＝ ＝ 太阳轮齿数 Z1
n主 n1 n3 ＝ n从 n2 n3
整理后得：单排单级行星齿轮的运动方程
n1 n2 (1 )n3 0
单排单级行星齿轮传动比
1）齿圈固定不动
• a、太阳轮为主 动件，行星架 为从动件图a • b、行星架为生 动件太阳轮为 从动件如图b
3．当行星架固定时 太阳轮主动，齿圈被动，最小齿轮带动较大齿轮旋 转，降速，反向，在汽车上用作倒档。
五、换档执行机构工作原理 行星齿轮变速器的换档执行机构主要
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
带式制动器结构
销钉
制动缸活塞
太阳轮
制动鼓
制动带
（2）制动带的夹紧驱动装置（直杆式、杠杆式、钳形 杆式）：
直杆式：由活塞推动直杆，直杆带动顶杆夹紧制动带。
壳 鼓 制动带 加压口
顶杆
直杆
泄压口
杠杆式：由活塞推动杠杆，杠杆推动顶杆夹紧制动带。 制动带 壳 活塞 制动鼓
锁紧螺母
调整螺钉 顶杆 支点销
杠杆
多片式制动器原理
液压作用
2)带式制动器 （1）组成：制动鼓、制动带、油缸。
制动鼓：它与行星齿轮 的某一元件相连接。
制动带：围在转鼓的外 圆上，它的外表面是钢 带，内表面有摩擦材料 ，制动带的一端用锁销 固定在自动变速器壳体 上，另一端与液压油缸 的推杆相接触。 油缸：它固定在自动变 速器壳体上，其内部有 活塞和推杆相连接。
主动件 太阳轮 行星架 从动件 行星架 太阳轮 锁定件 齿圈 齿圈 传动比 n1/n3=1+α n3/n1=1/1+α 备注 同向 减速增扭 同向 增速减扭
2）锁定太阳轮
行星轮自动并顺时针公转， 齿圈也顺时针旋转 问题：以下两种类型在AT 中适宜做哪一个档位？
主动件 齿圈 行星架
从动件 行星架 齿圈
第三章 行星齿轮变速器
齿轮变速器 = 齿轮传动机构 + 换档执行机构
齿轮传动机构：获得各档动力传递
形式：固定轴式（如：本田雅阁）
行星齿轮式（如丰田、奥迪等绝大多数） 换档执行机构：改变齿轮机构中各元件的状态， 获得档位之间的变化。 形式：离合器
制动器
单向离合器
• 执行机构
一、齿轮传动的一般规律 1.旋转方向
三、两种典型的行星齿轮机构
（一）辛普森（Simpson)式齿轮机构
１、结构特点： •前后两个行星排的齿轮参数完全相同，而前后 两行星排共用一个太阳轮； •前行星排的行星架和后行星排的齿圈相连为输 出轴；
•前行星排的内齿圈和太阳轮通常做为输入轴。
•可实现三进一倒的档位。
辛普森结构
前行星齿轮
后行星齿轮
离合器安全阀的工作
单向球阀
•离合器所能传递的动力，或者说转矩的大小与
摩擦片的面积、片数及离合器片间的压紧力有
关。
•片间压紧力的大小由作用在离合器活塞上的油
压及作用面积决定。
•一般上压紧力确定，从而离合器传递动力大小
取决于摩擦片的面积和片数。
离合器压紧力控制
两种控制方式：双油路控制；双活塞控制
活塞
左图为外啮合齿轮传动 其旋转方向相反
旋转件的常习：内啮合旋转方向相同
• 不改变方向只改变传 动比。
三轮之间的 旋转方向
－×＋＝－
假定C轴线不动
－×－＝＋
不改变传动比，却实现方向相同
一、平行轴式齿轮变速机构
与手动变速器的差别：
•结构：自动变速器中的齿轮与轴的连接 通过多片式离合器实现；手动变速器中的 齿轮与轴是通过花键或齿套连接的。 •换档方式：手动变速器通过齿轮在轴上 的滑动或齿套啮合来实现换档；自动变速 器则是通过多片式离合器的接合与分离来 实现换档。
钳形杆式：驱动装置由活塞推动顶杆，顶杆又下压摇臂 ，摇臂带动推杆，推杆带动钳形杆，钳形杆弯曲收紧制 动带的两个活动端，夹住鼓。
1、活塞 2、制动油缸 3、顶杆 4、摇臂 5、弹簧
6、调整螺钉和锁定螺 母
7、支点销
8、推杆
9、制动带 10、钳形杆
带式制动器液压伺服机构有两种类型： 单向作用伺服机构：由活塞、弹簧、顶杆和一 个液压缸组成。只能从一个方向加压推动活塞 ，泄压时靠弹簧弹力回位。
1．当齿圈固定时 太阳轮主动，行星架被动，最小的齿轮带动最大的齿 轮旋转降速，传动比最大，在汽车上用作前进1档；反之 ，若行星架主动，太阳轮被动，最大的齿轮带动最小的齿 轮旋转，升速，传动比最小，在少数汽车上使用，作为前 进超速2档。
2．当太阳轮固定时 齿圈主动，行星架被动，较大齿轮带动最大齿轮旋 转，降速，传动比较大，在汽车上常用作前进2档；反之 ，若行星架主动，齿圈被动，最大齿轮带动较大齿轮旋 转，升速，传动比略小于1，在汽车上用作前进超速1档
• 理论上讲，可有７种不同的传动。实际 上，有些传动方案是不宜采用的。通常 单排行星机构，只能采用两个档位。 • 自动变速器通常采用多个单排行星齿轮 机构进行串、并联或换联主从动构件的 办法来扩大档位数目。 • 两排行星机构通常采用增加一个离合器 的方式来换联主动元件。 • 三排行星机构组成的自动变速器，采用 其中一排与另两排串联的方法来获得更 多的档位。
2）齿圈固定，行星架主动，太阳轮被动
此种组 合为升 速传动 ，传动 比一般 为0.2 ～0.4 ，转向 相同。
3）太阳轮固定，齿圈主动，行星架被动
此种组 合为降 速传动 ，传动 比一般 为1.25 ～1.67 ，转向 相同。
太阳轮固定
4)太阳轮固定，行星架主动，齿圈被动 此种组 合为升 速传动 ，传动 比一般 为0.6～ 0.8，转 向相同
4）将任意二元件连接在一起
• 连接任意二个就会使 得行量齿轮不再有自 转，此时三元件合为 一体，三元件之间的 传动均为1，即为直接 档传动。
5）不锁定任何元件
若右图可以随意 转动，此时为 空档
３、单排双级行星齿轮机构
单排双级行星齿轮的运动方程： n1 - n2 - (1- ) n3 0
齿轮变速机构原理:
前离合器接合，后离合器分离，为低档； 前离合器分离，后离合器接合，为超速档。
二、行星齿轮变速机构
行星齿轮机构的组成： 它由太阳轮或称为中心轮、行星齿轮、行 星齿轮架，通常简称为行星架、齿圈等组成。 行星齿轮为轴转式齿轮系统，与定轴式齿 轮系统一样，也可以变速、变矩。 按照齿轮的排数不同，行星齿轮机构分为 单排行星齿轮机构和多排行星齿轮机构。
内部 油封 外部油封
两条油路
一条油路
双活塞控制原理
2、制动器：分为片式制动器和带式制动器
作用：制动锁定旋转部件。 1) 片式制动器组成：
后离合 器鼓 凸缘 离合 器盘 弹簧 座圈 中心支撑
离合器片
活塞 中间轴
片式制动器的结构和功能与湿式多片式离合器基本相同 ，也是由后离合器鼓、离合器片、离合器盘、活塞及中 心支承组成。不同点是：中心支承取代了离合器壳，而 中心支承与变速器连为一体。 制动器分离，活塞未压紧离合器盘片时，后离合器鼓可 自由转动，活塞压紧离合器盘与片时，后离合器鼓与中 心支承拼命，后离合器鼓被制动。
２、传动比计算 小齿轮做中间齿轮 ，与传动比无关。 当行星架未制动时 ，行星架３以n3 转动。对整体行星 排施加一个与行星 架３转速大小相等 、方向相反的速度 －n3，这对构件的 相对速度无影响， 使行星排变为定轴 式转动。
齿圈
行星轮
太阳轮
行星架
主动轴转速n主 从动齿轮齿数Ｚ从 传动比：i ＝ 从动轴转速n从 主动齿轮齿数Ｚ主
共用太阳轮
前行星齿轮架
前齿圈
后齿圈
辛普森结构 传动方式
n11 n12 (1 )n13 0 n21 n22 (1 )n23 0
２、双排辛普森行星齿轮机构各元件间的转速 关系方程式为：
n11 n12 (1 )n13 0 n21 n22 (1 )n23 0
锁定件 太阳轮 太阳轮
传动比 n2/n3=1+α/α n3/n2=α/1+α
备注 同向减速 增扭 同向增速 减扭
3）锁定行星轮架
问题：以下两种类型 适合做何种档位？
主动件 太阳轮 齿圈
从动件 齿圈 太阳轮
锁定件 行星架 行星架
传动比 n1/n2=－ α n2/n1=－ 1/α
备注 逆向减速 增扭 逆向增速 减扭