自动变速器 辛普森式传动比计算
刘志忠：自动变速器辛普森速比分析
自动变速器辛普森行星齿轮典型结构速比分析刘志忠（河北交通职业技术学院汽车工程系）【摘要】汽车自动变速器行星齿轮的基本结构之一为辛普森(Simpson)结构。
TOYOTA A40DE自动变速器行星齿轮机构，齿轮机构由共太阳轮式辛普森齿系和超速行星排组成，可实现4个前进速比。
TOYOTA U340 自动变速器行星齿轮机构为独立太阳轮式，可实现4个前进速比。
汽车自动变速器行星齿轮的基本结构之一为辛普森(Simpson)结构。
辛普森齿轮传动机构的结构特点：将两个行星排中一个行星排的齿圈与另一个行星排的行星架连结，具体结构有两种，分别为：共太阳轮式和独立太阳轮式。
自动变速器通过换挡执行元件：制动器、离合器、单向轮的动作，实现行星齿轮机构的速比变换。
制动器、离合器是液压执行元件。
单向轮是机械动作元件，采用滚柱式、楔块式等结构，工作中有单向锁止和单向自由两种状态，称为单向制动器或单向离合器。
1. 辛普森共太阳轮式齿轮传动速比分析1.1 辛普森共太阳轮式齿轮传动基本结构如图—1所示，为TOYOTA A40DE自动变速器行星齿轮机构，齿轮机构由共太阳轮式辛普森齿系和超速行星排组成，可实现4个前进速比。
B0C0F0C2C1B1B2B3F1F2图—1 TOYOTA A40DE自动变速器行星齿轮机构N01为超速太阳轮的转速，Z01为超速太阳轮的齿数（33），N02为超速齿圈的转速，Z02为超速齿圈的齿数（73），N03为超速行星架的转速，Z03为超速行星架的齿数，Z03= Z01+Z02；N11为前太阳轮的转速，Z11为前太阳轮的齿数（33），N12为前齿圈的转速，Z12为前齿圈的齿数（73），N13为前行星架的转速，Z13为前行星架的齿数，Z13= Z11+ Z12。
传动规律为：N11+α前•N12=（1+α前）N13α前= Z12 /Z11(=2.212) N21为后太阳轮的转速，Z21为后太阳轮的齿数（33），N22为后齿圈的转速，Z22为后齿圈的齿数（73），N23为后行星架的转速，Z23为后行星架的齿数，Z23= Z21+ Z22。
速度矢量法的辛普森式行星齿轮变速器传动比分析
速度矢量法的辛普森式行星齿轮变速器传动比分析本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！0引言随着当今科技的发展，越来越多的轿车采用了液力自动变速器。
它通常由液力变矩器、行星齿轮变速器和液压操纵及控制系统三部分组成。
目前常用于轿车自动变速器的两种行星齿轮装置是辛普森( Simpson)式行星齿轮变速器和拉维娜式行星齿轮变速器。
其中辛普森式具有结构简单紧密、传动效率高、工艺性好、制造费用低、换档平稳、操纵性能好等一系列优点，因此获得了广泛的应用。
相比解析法、图论法以及杠杆法等其它行星齿轮机构分析方法，瞬心-速度矢量法具有形象直观，分析简便的优点。
只要根据约束关系，找到各行星排行星轮的瞬心，在确定输入或输出元件转速的情况下，即可得出所有元件的转动情况和整个机构的转动比大小。
1单行星轮行星排的简化运用瞬心-速度矢量法绘制行星齿轮机构线速度矢量图的关键是首先必须确定等速点和零速点。
等速点即两构件线速度相同的点，零速点即为各构件上线速度为零的点。
1 (a)所示单行星轮行星排共有3个等速点，1个零速点。
其中A为行星轮与齿圈的啮合点，B为行星轮中心，C为行星轮与太阳轮的啮合点;U为太阳轮的回转中心，同时也是齿圈和行星架的回转中心。
为便于分析，将这4点投影到(b)所示直线上。
A,B,C 3点的速度方向均垂直于直线OA，分别代表齿圈、行星架和太阳轮的转速。
2辛普森式行星齿轮变速器的结构特点及瞬心-速度矢量法的基本原理辛普森式齿轮变速器的特点是:双排结构，前后两排均为单行星轮行星排;前排行星架与后排齿圈(即前架后圈)或前排齿圈与后排行星架(即前圈后架)连为一体，通常作为固定输出元件;前后两排共用太阳轮。
1)按一定比例画出行星排简图，先从有固定元件的行星排分析，以便确定行星轮的瞬心。
其中，瞬心的位置一定位于OA线或其延长线上。
2-AT齿轮变速机构
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单排行星齿轮运动情况和传动比分析： 1、太阳轮…主动 齿轮架…从动 内齿圈…固定
X X
请注意观察和分析：
动力如何传递？
输出件的运动方向 如何？ 输出件的转动速度 如何？
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单排行星齿轮运动情况和传动比分析： 2、齿轮架…主动 内齿圈…固定 X
X 太阳轮…从动
请注意观察和分析：
超速档有发动机制动
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辛普森行星齿轮机构换档执行元件工作表
换档手柄位置 档位 停车 倒档 C0 F0 B0 C1 C2 B1 B2 B3 F1 F2
P R
N
空档
D1(21) D2
D D3 OD 2 L 22 L12008/09
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（五）单向离合器的作用
——避免换档冲击 单向离合器功能分析（以D2、D3档之间切换为例） 由小结表中可见： 在不考虑超速档的情况下 D2档工作元件为：C1、B2、F1 D3档工作元件为：C1、C2、B2 但从档位传动分析看，F1可以不要。
为什么叫行星齿轮？
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4.齿轮传动的旋向 外啮合
5.中间齿轮对旋向和传动比有什 么影响？
内啮合
主从动轮旋向相同.
对传动比没有影响.
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6.哪几个构件影响传动比？
太阳轮、行星架、齿圈。行星架相当于具有齿数，且：
行星架齿数＝太阳轮齿数＋齿圈齿数 齿数比较：太阳轮＜齿圈＜齿架
动力如何传递？ 输出件的运动方向如何？
输出件的转动速度如何？通 常如何命名这样的档位？
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单排行星齿轮运动情况和传动比分析： 3、齿轮架… 从动 内齿圈… 主动 太阳轮…固定 请注意观察图：
自动变速器行星齿轮系统传动比计算
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汽车维修 #$$%&’
一 、行 星 齿 轮 系 统 结 构 及 特 点 自动变速器行星齿轮传动系 统一般由 !’# 个 行 星 齿 轮 排 组 成 ， 每 个 行 星 齿 轮 排 都 由 太 阳 轮 、内 齿 圈、行星齿轮和架 # 个元件组成。 根 据 行 星 齿 轮 数 量 的 不 同 ，行 星 齿 轮排可分为单行星齿轮排和双行 星 齿 轮 排 两 种 类 型 。单 行 星 齿 轮 排 主要应用在辛普森式行星齿轮机 构 中 ，双 行 星 齿 轮 排 则 主 要 应 用 在 瑞 温 牛 斯（ 亦 称 拉 维 娜 ）式 行 星 齿 轮机构中。 ($单行星齿轮排的结构及特点
公式 +：传 动 比 /) 主 动 齿 轮 转速 0 从动齿轮转速)从动齿轮 齿数 0 主动齿轮齿数
#& 在 单 行 星 齿 轮 排 中 ，若 无 固 定 件 ，则 利 用 公 式 # 计 算 传 动 比。
公式 #：/)1+231#)4+2351% %& 在 双 行 星 齿 轮 排 中 ，若 有 一 个 元 件 固 定 ，同 样 用 公 式 + 计 算传动比。 ,& 在 双 行 星 齿 轮 排 中 ，若 无固定件，则用公式 % 计算传动 比。 公式 %：/)1+*31#)4+*351% 上述公式中，1+、1#、1% 分 别 为 太 阳 轮 、 内 齿 圈 、 行 星 架 转 速 ；3)(# 0 (+，(+、(# 分别为太阳轮 、 内 齿 圈 的 齿数。 四、瑞温牛斯式行星齿轮机构 传动比计算 以 67+’! 型 自 动 变 速 器 （ 图 !）为 例 ，介 绍 行 星 齿 轮 机 构 传 动 比 的计算方法。 其结构参数如下： 大 太 阳 轮 齿 数 8)%,；小 太 阳 轮 齿数 9)#"；内齿圈齿数 :)’,。 则： 前 行 星 架 齿 数 ;)82:)%,2’,) +$<； 后 行 星 架 齿 数 =):*9)’,*#") ,<。 前 单 行 星 排 结 构 参 数 3+): 0 8) ’, 0 %,)#&+’"； 后双行星排结构参数 3#): 0 9) ’, 0 #")#&<,"。 +&;+ 档：:#、> 起作用 后 行 星 排 为 双 行 星 轮 机 构 ，> 起作用，使后行星架逆时针方向单 向 制 动 ， 动 力 经 :# 由 小 太 阳 轮 输 入，由内齿圈输出。应用公式 + 计算 传动比： ;+ 档传动比 /+): 0 9)#&<," #&;# 档：:#、?; 0 9 起作用
汽车自动变速器原理与维修--辛普森式行星齿轮变速机构
2位2档的传动原理
辛普森式三档行星齿轮变速机构
发动机的制动作用是由2档强制制动器B2来实现的。 当操纵手柄位于“2”位，而行星齿轮变速器处于2档时 ，前进离合器C1和制动器B2同时工作。动力从发动机传 往驱动轮时，行星齿轮机构各元件的工作状态及传动比 与前进1档时相同。而当节气门松开，发动机处于怠速 而汽车进行滑行时，汽车驱动轮通过变速器输出轴驱动 行星齿轮机构，因前后太阳轮组件始终被B2固定，行星 齿轮变速器输入轴被反向驱动，以原来的转速旋转，变 矩器涡轮转速高于泵轮的转速，成为汽车驱动轮通过变 矩器逆向驱动发动机曲轴的工况，因此可利用发动机制 动。
辛普森式三档行星齿轮变速器档位与操纵元件关系表
（1）三档辛普森式行星齿轮变速器各档的传动路线 ①前进1档（D位1档）
前进离合器C1结合，输入轴与前齿圈连接；单向离合 器F2处于自锁状态，后行星架被固定（如图）。来自发动 机的动力通过液力变矩器后，传至输入轴、前进离合器 C1 和前齿圈使前齿圈向顺时针方向转动。此时，由于汽 车载荷的作用，与输出轴相连的前排行星架在汽车起步 前转速为0。因此，前排行星齿轮在齿圈的驱动下按顺时 针方向作公转，并力图带动行星架以同样的方向旋转。
辛普森式三档行星齿轮变速机构
⑤前进3档(D位3档)
前进档离合器C1和倒档及高档离合器C2同时结合，前
排齿圈与太阳轮组件转速相同，前行星排被连接成一个整
体同速旋转，从行星架输出动力至输出轴。后行星架虽然 与输出轴同速，但只是作空转。此时，行星齿轮变速器的 传动比i=1，即为直接档(如图)。
D位3档的传动原理
辛普森式三档行星齿轮变速机构
辛普森行星齿轮变速装置结构与工作原理.
行星齿轮变速装置
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C1或C2 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。B2Fra bibliotekB3F1
F2
R
图3-42b倒档时行星齿轮变速装置传动结构简图
6
单元三
行星齿轮变速装置
图3-42c倒档时行星齿轮变速装置传动仿真图
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单元三
1）R档转矩传动分析
行星齿轮变速装置
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。
第3排矢量图
n1
2
n1
第1排矢量图
6AT动力传递分析及时传动比计算
6FWD传动比计算6FWD变速器采用两组行星齿轮机构组成，前排采用辛普森式行星齿轮机构，后排采用拉维娜式行星齿轮机构；拉维娜式行星机构是由一个单排单级行星齿轮机构和一个单排双级行星齿轮机构组成；传动比计算公式：单排单级行星齿轮计算公式：n1+a1n2-(1+a1)n3=0 （1）单排双级行星齿轮计算公式：n4-a2n2-(1-a2)n3=0 （2）式中：n1 n2 n3 n4分别为倒档太阳轮、齿圈、行星架、前进档太阳轮转速a1=z2/z1 a2=z2/z4 z1为倒档太阳轮齿数 z2为齿圈齿数 z4为前进档太阳轮齿数6FWD变速器前排行星齿轮机构太阳轮齿数z5=36齿圈齿数z6=69行星架齿数z3=105；后排行星齿轮机构倒档太阳轮齿数z1=34 齿圈齿数z2=71 前进档太阳轮齿数Z4=26一、倒档传递路线分析R档动力传递路线如图所示，R档时输入轴顺时针转动，动力传递到前排行星齿轮机构的齿圈带动行星架（行星架与C2、C3齿毂连接在一起）工作，倒档离合器C3接合，驱动倒档太阳轮顺时针转动，带动长行星齿轮逆时针转动；制动带B2工作，固定后排行星架，因长行星轮逆时针转动与齿圈是内啮哈，所以齿圈逆时针转动；倒档太阳轮、齿圈、行星架组成一个单级行星机构，太阳轮输入，行星架固定，齿圈反向减速输出；倒档传动比计算：R档时，倒档太阳轮的动力是经前排行星齿轮机构减速输入；后排行星机构以一个单级行星机构的方式工作，行星架固定，倒档太阳轮输入，齿圈输出；行星架固定n3转速为O,假设输入轴输入速度为1，倒档太阳轮输入速度n1=z6/z5=69/105=0.6571引用公式（1）n1+a1n2-(1+a1)n3=0a1=z2/z1=71/34=2.088 a2=z2/z4=71/26=2.731代入公式：n1+a1n2+(1+a1)n3=0 n1+a1n2=0 0.6571=-2.088n2 n2=-0.6571/2.088=-0.3147 (负号表示齿圈转动方向)传动比i=1/n2=1/0.3147=3.178二、手动一档传递路线分析手动一档动力传递路线如图所示，手动一档时输入轴顺时针转动，动力传递到前排行星齿轮机构的齿圈带动行星架（行星架与C2、C3齿毂连接在一起）工作，前进档离合器C2接合，驱动前进档太阳顺时针转动，带动短行星齿轮逆时针转动，短行星齿轮带动长行星齿轮顺时针转动；单向离合器锁止，防止后排行星架逆时针转动，同时制动带B2工作，固定后排行星架，因长行星齿轮顺时针转动与齿圈内啮合，所以齿圈顺时针转动；前进档太阳轮、长行星齿轮、短行星齿轮、齿圈、行星架组成一个双级行星机构；前进档太阳轮输入、行星架固定、齿圈减速输出；因有B2固定行星架，在手动一档时，有发动机制动；双级行星机构的方式工作，行星架固定，前进档太阳轮输入，齿圈输出；行星架固定n3转速为O,假设输入轴输入速度为1，前进档太阳轮输入速度n4=z6/z5=69/105=0.6571；引用公式（2） n4-a2n2-(1-a2)n3=0a1=z2/z1=71/34=2.088 a2=z2/z4=71/26=2.731代入公式： n4-a2n2+(1-a2)n3=00.657-2.731n2=0n2=0.6571/2.731=0.2406传动比i：1/n2=1/0.2406=4.156三、自动一档传递路线分析自动一档动力传递路线如图所示，自动一档时输入轴顺时针转动，动力传递到前排行星齿轮机构的齿圈带动行星架（行星架与C2、C3齿毂连接在一起）工作，前进档离合器C2接合，驱动前进档太阳顺时针转动，带动短行星齿轮逆时针转动，短行星齿轮带动长行星齿轮顺时针转动；单向离合器锁止，防止后排行星架逆时针转动，因长行星齿轮顺时针转动与齿圈内啮合，所以齿圈顺时针转动；前进档太阳轮、长行星齿轮、短行星齿轮、齿圈、行星架组成一个双级行星机构；前进档太阳轮输入、行星架固定、齿圈顺时针减速输出，因单向离合器是动力传递不可缺少的条件，当反向传递动力时，它会超越滑转，故在自动一档没有发动机制动；双级行星机构的方式工作，行星架固定，前进档太阳轮输入，齿圈输出；行星架固定n3转速为O,假设输入轴输入速度为1，前进档太阳轮输入速度n4=z6/z5=69/105=0.6571；引用公式（2） n4-a2n2-(1-a2)n3=0a1=z2/z1=71/34=2.088 a2=z2/z4=71/26=2.731代入公式： n4-a2n2-(1-a2)n3=00.657-2.731n2=0n2=0.6571/2.731=0.2406传动比i：1/n2=1/0.2406=4.156四、自动二档传递路线分析自动二档动力传递路线如图所示，自动二档时输入轴顺时针转动，动力传递到前排行星齿轮机构的齿圈带动行星架（行星架与C2、C3齿毂连接在一起）工作，前进档离合器C2接合，驱动前进档太阳顺时针转动，带动短行星齿轮逆时针转动，短行星齿轮带动长行星齿轮顺时针转动；制动器B1工作，固定倒档太阳轮，则长行星齿轮带动后行星架绕倒档太阳轮爬行；长行星齿轮顺时针转动与齿圈啮合，所以齿圈顺时针转动输出；前进档太阳轮、长行星齿轮、短行星齿轮、齿圈、行星架组成一个双级行星机构和一个单级行星机构；前进档太阳轮输入、倒档太阳轮固定、行星架自由、齿圈输出；因无单向离合器参与动力传递，故有发动机制动；自动二档传动比计算：单级行星机构和一个双级行星机构工作，前进档太阳轮输入、倒档太阳轮固定、行星架自由、齿圈输出，倒档太阳轮固定n1速度为0，假设输入轴输入速度为1，前进档太阳轮输入速度n4=z6/z5=69/105=0.6571；引用公式 （1） n1+a1n2-(1+a1)n3=0（2） n4-a2n2-(1-a2)n3=0a1=z2/z1=71/34=2.088 a2=z2/z4=71/26=2.731代入公式： n1+a1n2-(1+a1)n3=0a1n2-(1+a1)n3=0n3=2.088n2/3.088将n3代入公式（2）n4-a2n2-(1-a2)n3=0 n4-a2n2-(1-a2)*2.088n2/3.088=00.6571-2.731n2-(1-2.731)*2.088n2/3.088=0传动比i=1/n2=1/0.421=2.375五、自动三档传递路线分析自动三档动力传递路线如图所示，自动三档时输入轴顺时针转动，动力传递到前排行星齿轮机构齿圈上带动行星架（行星架与C2、C3齿毂连接在一起）工作，前进档离合器C2接合，驱动前进档太阳顺时针转动，带动短行星齿轮逆时针转动，短行星齿轮带动长行星齿轮顺时，转动；倒档离合器C3接合，驱动倒档太阳轮顺时针转动，带动长行星齿轮逆时针转动；两路合器参与动力传递，故有发动机制动；自动三档传动比计算：自动三档时，前进档太阳轮的动力是经前排行星齿轮机构减速输入；后排行星机构是直接传动，所以三档传动比为前排行星机构的传动比；传动比i=z3/z6=105/69=1.522六、自动四档传递路线分析自动四档动力传递路线如图所示，自动四档时输入轴顺时针转动，动力分两路传递到后排行星架；一路动力由输入轴传递到前排行星齿轮机构齿圈带动行星架（行星架与C2、C3齿毂连接在一起）工作，前进档离合器C2接合，驱动前进档太阳顺时针转动，带动短行星齿轮逆时针转动，短行星齿轮带动长行星齿轮顺时针转动；另一路动力由输入轴传递到超速轴，超速离合器C1接合，带动后排行星架顺时针转动，齿圈顺时针增速输出；前进档太阳轮、齿圈、行星架组成一个双级行星机构，因无单向离合器参与动力传递，故有发动机制动；自动四档传动比计算：自动四档时，前进档太阳轮的动力是经前排行星齿轮机构减速输入；后排行星机构以一个双级行星机构的方式工作，行星架输入，前进档太阳轮输入，齿圈输出；假设输入轴输入速度为1，前进档太阳轮输入速度n4=z6/z5=69/105=0.6571；引用公式（2） n4-a2n2-(1-a2)n3=0代入公式： n4-a2n2-(1-a2)n3=0 0.6571-2.731n2-(1-2.731)=0n2=2.3881/2.731=0.874传动比i=1/n2=1/0.874=1.144七、自动五档传递路线分析自动五档动力传递路线如图所示，自动五档时输入轴顺时针转动，动力分两路传递到后排行星架；一路动力由输入轴传递到前排行星齿轮机构齿圈带动行星架（行星架与C2、C3齿毂连接在一起）工作；倒档离合器C3接合，驱动倒档太阳轮顺时针转动，带动长行星齿轮逆时针转动；另一路动力由输入轴传递到超速轴，超速离合器C1接合，带动后排行星架顺时针转动，齿圈顺时针增速输出；倒档太阳轮、齿圈、行星架组成一个单级行星机构；因无单向离合器参与工作，故有发动机制动；自动五档传动比计算：自动五档时，倒档太阳轮的动力是经前排行星齿轮机构减速输入；后排行星机构以一个单级行星机构的方式工作，行星架输入，倒档太阳轮输入，齿圈输出；假设输入轴输入速度为1，前进档太阳轮输入速度n1=z6/z5=69/105=0.6571；引用公式 （1） n1+a1n2-(1+a1)n3=0a1=z2/z1=71/34=2.088 a2=z2/z4=71/26=2.731代入公式： n1+a1n2-(1+a1)n3=0 0.6571+2.088n2-(1+2.088)=0传动比i=1/n2=1/1.164=0.859八、自动六档传递路线分析自动六档动力传递路线如图所示，自动六档时输入轴顺时针转动，动力由输入轴传递到器C1接合，带动后排行星架顺时针转动；制动器B1工作，固定倒档太阳轮，则后行星架绕倒超速轴，超速离合档太阳轮转动，齿圈顺时针增速输出；倒档太阳轮、齿圈、行星架组成一个单级行星机构；因无单向离合器参与工作，故有发动机制动；自动六档传动比计算：自动六档时，行星架的动力是由超速轴直接输入，所以行星架的转速等于输入轴转数；后排行星机构以一个单级行星机构的方式工作，行星架输入，倒档太阳轮固定，齿圈输出；倒档太阳轮固定转速为0，假设输入轴输入速度为1；引用公式 （1） n1+a1n2-(1+a1)n3=0a1=z2/z1=71/34=2.088 a2=z2/z4=71/26=2.731代入公式： n1+a1n2-(1+a1)n3=0a1n2-(1+a1)n3=0n2=(1+a1)/a1 n2=(1+2.088)/2.088=1.4789传动比i=1/n2=1/1.4789=0.676。
自动变速器行星齿轮机构的速比计算
大于后太阳轮输入的速比， 即： α２＝（ １１４＋８６） ／８６＝２．２７９ α１＝（ ４２＋８６） ／８６＝１．４８８ 简单地说， 这种结构的 １ 档速比
大于 ２， ２ 档速比小于 ２。 ②奔驰 ７ 档变速器与拉维奈
ＡＧ４ 变速器相比， 两者都是通过长行 星齿轮输入， 但一个在上、方向相反， 一个在下。
６．作者应对所投稿件负责， 避免抄袭和一稿多投， 稿 件 发 生 版权纠纷等问题， 责任由作者自负。
汽车维修编辑部
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４７ 汽车维修 ２００８．４
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超速档为后齿圈转速低于前齿
档位
拉维奈部分
Ｋ１
Ｂ１
Ｂ３
速比
Ｋ２
１档
○ ２．２７９
双齿圈输入部分
Ｋ３
Ｂ２
ＢＲ
○○
总速比 速比
１．９２１ ４．３７７
圈（ ６ 档、７ 档） ， 先在后排中两元件输 入， 由于齿圈降速， 由后排方程可知， 后太阳轮必须提高转速。进而， 前排
２档
○
自动变速器传动比的计算方法
图 7 4 挡动力传递路线
由上述计算实例可知 ,混合行星齿轮机构的传 动比计算需根据具体情况具体分析 ,但计算方法基 本相同 。即根据固定元件的转速为零 、相互连接的
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2 单排单级行星齿轮机构传动比的计算
最简单的行星齿轮机构由一个太阳轮 (亦称中 心轮) 、一个内齿圈和一个带行星轮的行星架组成 , 称之为单排单级行星排 (如图 1 所示) 。由于单排行 星齿轮机构具有 2 个自由度 ,即需对太阳轮 、齿圈和 行星架三者之一施加制动 (使其转速为零) 或约束 (使其以某一固定的转速旋转) ,以获得某一所需的 传动比 ;如果将三者中的任何两个连接为一体 ,则整 个行星齿轮机构以同一速度旋转 。
为行星架假想齿数 。
下面就汽车自动变速器中单排单级行星齿轮机
构的几种运动状态进行分析 。
1) 太阳轮固定 ( n心 = 0) 、行星架驱动 、内齿圈输 出时 ,将 n心 = 0 代入式 (1) 、(2) ,则其传动比 i = n架 / n圈 = Z圈 / ( Z心 + Z圈 ) , 传动比小于 1 , 即为同向增速
iR = n后心 / n前架 = n后心 / n后圈 = - Z后圈 / Z后心 =
- 98/ 37 = - 2. 648 648 6
件被同时驱动 ,则整个行星齿轮机构以一个整体同 向等速旋转 , 为直接传动挡 , 即后排齿圈/ 前排行星 架同向等速输出 , i3 = 1 。因动力传动过程没有单向 离合器参与 ,故发动机制动 (见图 6) 。
图 6 3 挡动力传递路线
6) 4 挡时 , 3 、4 挡离合器接合 , 驱动后排行星 架/ 前排齿圈 。同时 2 、4 挡制动带工作 ,固定后排太 阳轮 ,则后排齿圈/ 前排行星架同向增速输出 。因动 力传动过程没有单向离合器参与 ,故发动机制动 (见 图 7) ,即 n后心 = 0 ,代入式 (4) ,得 :
辛普森式自动变速器结构原理及各挡位传动路线
辛普森式自动变速器结构原理及各挡位传动路线辛普森式自动变速器结构原理及各挡位传动路线辛普森式自动变速器结构原理及各挡位传动路线不同车型自动变速器在结构上往往有很大差异,主要表现在:前进挡的挡数不同,离合器,制动器及单向超越离合器的数目和布置方式不同,所采用的行星齿轮机构的类型不同.前进挡的数目越多,行星齿轮变速系统中的离合器,制动器及单向超越离合器的数目就越多.离合器,制动器,单向超越离合器的布置方式主要取决于行星齿轮变速系统前进挡的挡数及所采用的行星齿轮机构的类型.轿车自动变速器所采用的行星齿轮机构的类型主要有2类,即辛普森式和拉维萘赫式行星齿轮机构. 辛普森式行星齿轮机构由2个内啮合式单排行星齿轮机构组合而成, 庞成立其结构特点是:前后2个行星排的太阳轮连接为一体,称为前后太阳轮组件;前一个行星排的行星架和后一个行星排的齿圈连接为一体,称为前行星架和后齿圈组件;输出轴通常与前行星架和后齿圈组件连接.经过上述的组合后,该机构成为一种具有4个独立元件的行星齿轮机构.这4个独立元件是:前齿圈,前后太阳轮组件,后行星架,前行星架和后齿圈组件.根据前进挡的挡数不同,可将行星齿变速系统分为3挡行星齿轮变速系统和4挡行星齿轮变速系统2种.1.辛普森式3挡行星齿轮变速系统的结构和工作原理.(1)行星齿轮变速系统的结构:a)结构b)换挡执行元件的布置l一输入轴2一倒挡及高挡离合器毂3一前进离合器毂和倒挡及高档离合器毂4一前进离合器毂和前齿圈5一前行星架6一前后太阳轮组件7一后行星架和低挡及倒挡制动器毂8一输出轴C1一倒挡及高挡离合器c2一前进离合器B1—2挡制动器B2一低挡及倒挡制动器Fl一低挡单向超越离合器图1行星齿轮变速系统结构及元件布置图如图1(a图为结构图,b图为元件布置图)所示,行星齿轮机构中设置了5个换挡执行元件(2个离合器,2个制动器和1个单向超越离合器),使该系统成为一个具有3个前进挡和1个倒挡的行星齿轮变速系统.离合器C1用于连接输入轴和前后太阳轮组件, 离合器C2用于连接输入轴和前齿圈,制动器B1用于固定前后太阳轮组件, 制动器B2和单向超越离合器F1都是用于固定后行星架.5个换挡执行元件在各挡位的工作情况如表1所示.由表1中可知,当行星齿轮变速系统处于停车挡和空挡之外的任何一个挡位时,5个换挡执行元件中都有2个处于表1辛普森3挡行星齿轮变速系统换挡执行元件工作情况操纵手挡位换执仃兀件柄位置ClC2BlB2F1 1挡0 D2挡0O3挡OOR倒挡0OS.L或1档OO2,12挡0O注:0一接合,制动或锁止. 工作状态(接合,制动或锁止),其余 3个不工作(分离,释放或自由状态).处于工作状态的2个换挡执行元件中至少有一个是离合器Cl或 C2,以便使输入轴与行星排连接.当变速器处于任一前进挡时,离合器 C2都处于接合状态,此时输入轴与行星齿轮机构的前齿圈接合,使前齿圈成为主动件,因此离合器C2也称为前进离合器.倒挡时,离合器C1接合,C2分离,此时输入轴与行星齿轮机构的前后太阳轮组件接合,使前后太阳轮组件成为主动件;另外,离合器C1在3挡(直接挡)时也接合,因此,离合器C1也称为倒挡及高挡离合器.制动器B1仅在2挡才工作,称为2挡制动器.制动器B2在1挡和倒挡时都工作,因此称为低挡及倒挡制动器.由此可知,换挡执行元件的不同工作组合决定了行星齿轮变速系统的传动方向和传动比,从而决定了行星齿轮变速系统所处的挡位. (2)行星齿轮变速系统各挡的传动路线: ?1挡:如图2所示,此时前进离合器C2接合,使输入轴和前齿圈连接:同时单向超越离合器F1处于自锁状态,后行星架被固定.来自液力变矩器的发动机动力经输入轴,前汽车维修2011.6???1一输入轴2一前进离合器c23一倒挡及高挡离合器Cl4—2挡制动器B15一前齿圈 6,前行星轮7一前行星架8一输出轴9一前后太阳轮组件10一后行星架ll一后行星轮 l2一低挡及倒挡制动器B213一低挡单向超越离合器F1l4一后齿圈图21挡路线-倒挡及 1一输入轴2一前进离合器C23高挡离合器C14—2档制动器B15一前齿圈6一前行星轮7一前行星架8一输出轴9一前后太阳轮组件lO一后行星架 ll一后行星轮12一低挡及倒挡制动器B2 13一低挡单向超越离合器F114一后齿圈图43挡路线???a)前行星排b)后行星排l一输入轴2一前进离合器C23-倒挡及高挡离合器Cl4—2挡制动器B15一前齿圈6一前行星轮7一前行星架8一输出轴9一前后太阳轮组件1O一后行星架11一后行星轮 12一低挡及倒挡制动器B2l3一低挡单向超越离合器F114一后齿圈图32挡路线进离合器C2传给前齿圈,使前齿圈朝顺时针方向旋转.在前行星排中,前行星齿轮在前齿圈的驱动下一方面朝顺时针方向公转,带动前行星架朝顺时针方向转动,另一方面作顺时针方向的自转,并带动前后太阳轮组件朝逆时针方向转动;在后行星排中,后行星轮在后太阳轮的驱动下朝顺时针方向作自转时,对后行星架产生一个逆时针方向的力矩,而低挡单向超越离合器FI对后行星架在逆时针方向具 46汽车维修2011.6a)前行星排b)后行星排1一输入轴2一前进离合器C23-倒挡及高挡离合器C14—2挡制动器B15一前齿圈6一前行星轮7一前行星架8一输出轴9一前后太阳轮组件10一后行星架11一后行星轮12一低挡及倒挡制动器B2 13一低挡单向超越离合器F114一后齿圈图5倒挡路线有锁止作用,因此后行星架固定不动, 使后齿圈在后行星轮的驱动下朝顺时针方向转动.因此,在前进1挡时,由输入轴传给行星齿轮机构的动力是经过前后行星排同时传给前行星架和后齿圈组件,再传给与之相连接的输出轴,从而完成动力输出的.?2挡:如图3所示,前进离合器C2和2挡制动器B1同时工作. 此时输入轴仍经前进离合器C2和前齿圈连接,同时前后太阳轮组件被2 挡制动器B1固定.发动机动力经液力变矩器和行星齿轮变速系统的输入轴传给前齿圈,使其朝顺时针方向转动.由于前太阳轮转速为0,因此前行星轮在前齿圈的驱动下一方面朝顺时针方向作自转,另,方面朝顺时针方向作公转,同时带动前行星架及输出轴朝顺时针方向转动.此时后行星排处于自由状态,后行星轮在后齿圈的驱动下朝顺时针方向一边自转一边公转,带动后行星架朝顺时针方向空转.由此可知,2挡时发动机的动力全部经前行星排传到输出轴. ?3挡:如图4所示,前进离合器C2和倒挡及高挡离合器C1同时接合,把输入轴与前齿圈及前后太阳轮组件连接成一体.由于这时前行星排中有2个基本元件互相连接,从而使前行星排连成一体旋转,输入轴的动力通过前行星排直传给输出轴,即直接挡.此时后行星排处于自由状态,后行星轮在后齿圈驱动下朝顺时针方向一边自转一边公转,带动后行星架朝顺时针方向空转.?倒挡:如图5所示,倒挡及直接挡离合器C1接合,使输入轴与前后太阳轮组件连接,同时低挡及倒挡制动器B2产生制动,将后行星架固定. 此时发动机动力经输入轴传给前后太阳轮组件,使前后太阳轮朝顺时针方向转动.由于后行星架固定不动,后行星轮在后太阳轮的驱动下朝逆时针方向转动,并带动后齿圈朝逆时针方向转动,与前行星架和后齿圈组件连接的输出轴也随之朝逆时针方向转动, 从而改变了传动方向.此时,前行星排中由于前齿圈可以自由转动,前行星排处于自由状态,前齿圈在前行星轮的带动下朝逆时针方向自由转动.有些车型自动变速器的行星齿轮机构的前后行星排的排列顺序相反,即输入轴通过前进离合器C2和后齿圈连接,输出轴与前齿圈和后行星架组件连接,但工作原理都一样.2.3行星排4挡行星齿轮变速系统的结构与工作原理超越膏台嚣图64挡行星齿轮变速器元件位置图丰田CROWN(皇冠)3.0轿车所器B1之间串联了一个单向超越离合用的A340E电子控制自动变速器就器F2,称为2挡单向超越离合器.单采用了这种行星齿轮变速系统.向超越离合器的内环和前后太阳轮组 ?结构:这种4挡行星齿轮变速件连接,外环和2挡制动器B1连接, 器是在不改变原辛普森式3挡行星齿在逆时针方向对前后太阳轮组件具有轮变速系统的主要结构和大部分零部锁止作用.当行星齿轮变速系统处于件的情况下,另外再增加一个单排行2挡时,前进离合器C1和2挡制动器星齿轮机构和相应的换挡执行元件来Bl仍同时工作.汽车加速时,前后太产生超速挡而实现的.这个单排行星阳轮组件的受力方向为逆时针方向, 齿轮机构称为超速行星排,他安装在由于2挡单向超越离合器F2的外环行星齿轮变速系统的前端,其行星架被2挡制动器B1固定,因此前后太是主动件,与变速器输入轴连接;齿圈阳轮朝~_B,-j-针方向的旋转趋势被2挡为被动件,与后面的双排行星齿轮机制动器Bl及2挡单向超越离合器锁构连接.超速行星排的工作由直接离止,使2挡得以实现.当行星齿轮变速,直器由2挡换至3挡时,即使倒挡及直合器CO和超速制动器BO来控制接离合器CO用于将超速行星排的太接挡离合器C1在2挡制动器B1释阳轮和行星架连接,超速制动器BO放之前就已接合,但由于倒挡及直接用于固定超速行星排的太阳轮.如图挡离合C1接合之后,前后太阳轮组 6所示.件的受力方向改变为顺时针方向,而为了改善2,3挡的换挡平顺性在顺时针方向上2挡单向超越离合器和使变速器在前进低挡位置发动机有F2对前后太阳轮组件没有锁止作用, 制动作用,在原3挡行星齿轮变速系前后太阳轮组件仍可以朝顺时针方向统的基础上进行了改进.旋转,使换挡能顺利进行.a)在前后太阳轮组件和2挡制动b)在前后太阳轮组件和变速器壳表23行星排辛普森式4挡行星齿轮变速系统换挡执行元件的工作情况操纵手柄换挡执行元件位置挡位ClC2BlB2B3F1F2COB0F0 1挡oooo2挡ooOooD3挡00?oo超速挡0o?00R倒挡o0oo1挡0oooS,L或2,12挡o?oo3挡oOoo注:0一接合,制动或锁止;?一作用但不影响该挡位体之间另外设置了一个制动器B3,即2挡强带带动器.带0动器B3是否工作是由操纵手柄的位置决定的,当操纵手柄位于前进挡位置(D)时,制动器B3不工作:当操纵手柄位于前进挡位置(2,1或S,L)而行星齿轮变速器处于2挡时,制动器B3 工作.这样不论汽车加速或减速,前后太阳轮组件都被该制动器固定,此时的2挡在汽车放松加速踏板减速时能产生发动机制动作用.目前大多数轿车自动变速器都采用这种结构. ?工作原理:根据行星齿轮变速系统的变速原理,当超速制动器BO 放松,直接离合器CO接合时,超速行星排处于直接传动状态,其传动比为 1:当超速制动器BO制动,直接离合器CO放松时,超速行星排处于增速传动状态,传动IrL/J~于1.当行星齿轮变速系统处于1挡,2 挡,3挡或倒挡时,超速行星排中的超速制动器B0放松,直接离合器CO结合,使超速行星排处于传动比为1的直接传动状态,而后半部分的双排行星齿轮机构各换挡执行元件的工作和原辛普森式3挡行星齿轮变速器在1 挡,2挡,3挡及倒挡时的工作完全相同,如表2所示.来自变矩器的发动机动力经超速行星排直接传给后半部分的双排行星齿轮机构,此时行星齿轮变速系统的传动比完全由后半部分的双排行星齿轮机构及相应的换挡执行元件来控制.当行星齿轮变速系统处于超速挡时,后半部分的双排行星齿轮机构保持在3挡位置,而在超速行星排中,由于超速制动器BO,产生制动,直接离合器CO放松,使超速行星排处于增速传动状态,其传动比小于l. 直接离合器CO在自动变速器处于超速挡以外的任何一个挡位时都处于接合状态,因此当发动机刚刚起动而油泵尚未建立正常的油压时,直接离合器CO已处于半结合状态,这样易使其摩擦片因打滑而加剧磨损.为防止出现这种情况,在直接离合器CO 处并列布置了一个直接单向超越离合器FO,使超速行星排在逆时针对太阳轮产生锁止作用,防止直接离合器CO 的摩擦片在半接合状态下打滑. (作者单位:大连职业技术学院) 汽车维修2011.67。
自动变速器 辛普森式传动比计算
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行星齿轮变速器概述
2) 太阳轮制动，齿圈主动，行星架从动，则n1＝0，故传 动比 i23＝n2/n3＝(1＋α)/α>1 高速档
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行星齿轮变速器概述
3) 太阳轮制动，行星架主动，齿圈从动，则n1＝0，故传 动比 i32＝n3/n2＝ α/(1＋α)<1 超速档
的转速分别为n11、n12、n22、n13、n23
• 则,后行星排运动规律特性方程式: n11 + a2 n22 - (1 + a2 )
n23 = 0
。。。 (1)
• 前行星排运动规律特性方程式: n11 + a1 n12 - (1 + a1 ) n13 =
0
。。。 (2)
• 因为2号单向离合器( F2 )锁止后行星架,这样, n23 = 0
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1) D1档：C0、C1、F0、F2
辛普森行星齿轮变速器
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2) D2档：C0、C1、B2、F0、F1
辛普森行星齿轮变速器
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3) D3档：C0、C1、C2、B2、F0
辛普森行星齿轮变速器
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辛普森行星齿轮变速器
4) OD档（直接档）：C1、C2、B0、B2
• 2、当其中两个元件转速相同时，传动比也为1，例如D3档 的传动比为1。
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自己整理， 如有不当， 敬请谅解。。。 谢谢！！！
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• 求解n12/n13即为D1传动比。
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• 因为只有D1档位比较复杂，故此处仅给出D1的计算方式， 其余皆一个方程即可求解，思路为以主动件转速除以被动 件转速，判断好传递路线后，即可轻易看出主动件和被动 件，此处，有几个技巧供大家学习参考。
自动变速器行星齿轮机构的速比计算
排 齿 圈 为 主 动 ，则 １档 速 比 ＝ １ ｄ。 （＋ ＋ ｄ ） ｄ． 如 两 太 阳 轮 相 等 ， ｌ档 速 ÷ ； 则
比 ＝ １ ２ ） ｄ。 （＋ ｄ ÷
式 中 ： 为 主 动 件 ， 为 制 动 Ｎ Ｎ。
动 ， 星 架 输 入 ， 圈 输 出 ， 产 生 超 行 齿 则 速 档 ；单 向 离 合 器 Ｆ 与 ｃ 并 联 ， ０ 。 防
自动 变 速 器 的速 比计 算 。 如 图 ２所 示 ， 力 经 变 矩 器 涡 轮 动 输 出后 ， 通 过 有 超 速 和 直 接 两 个 状 先 态 的 单排 行 星 齿 轮 机 构 （ 称 超 速 简 排 ）再 通 过 辛 普 森 齿 轮 机 构 ， 有 １ ， 它 档、 ２档 、 ３档 （ 接 档 ） 直 ３个 档 位 。 当 变 速 器 处 于 １档 、 ２档 、 ３档 时 ，超 速 排 在 直 接 档 位 置 ， 变 速 器 在 ４档 时 ， 超 速 排 在 超 速 档 位 置 ， 普 森 机 构 则 辛
式 中 Ｎ 为 主 动 件 ， ，为 制 动 Ｎ。
１ 辛 普 森 行 星 齿 轮 机 构 的 速 比计 ）
算
件 ， Ｎ 同 为 输 出件 ，代 入 上 式 后 Ｎ
得 ：
① １档 工 作 时 ： 工 作 ，使 后 排 ｃ， 内齿 圈为 主 动件 ， 动 器 Ｂ 工作 ， 制 ． 使
前 排 行 星 架 制 动 （ 速 为 ０） 正 常 起 转 。． 步 是 以 自 由 轮 Ｆ 来 替 代 制 动 器 Ｂ。 ． 。 由于 输 入 元 件 与 制 动 元 件 分２ Ｎｌ ＝ ＝ （ ＋ Ｎ ３ 一
解 得 ： ［ １ ２ ￣÷ ｘ ２ Ｎ （ ＋ ｃ） ｄ］ Ｎ ３ 上 面这 种 将 两排 联 立方 程 先 设
自动变速器行星齿轮机构的速比计算
Ｎ２ （ ＋ ＋ ＋ × ２ ｄｌ ｄ ） Ｉ １ ｄＩｄ２ ｄＩ ｄ 一 × ２ ÷ ＝｛
合 为 主 动 ， 太 阳 轮 Ｎ．可 用 离 合 器 前 ． Ｃ 与 输 入 轴 接 合 成 为 主 动 ， 可 用 制 ： 也 动 器 Ｂ。 其 制 动 。 齿 圈 Ｎ。与 后 行 使 前 ：
联立 方程 ：
ＮＩ Ｉ ２ Ｎ Ｉ － ２２ ３ ０ ＋２． ２ ２ ３． Ｎｌ ． － Ｎ２ Ｉ ２ Ｎ２ － ２２ ＋２． ２ ｒ ３． Ｎ ＝ ０
１档 工 作 时 ，后 太 阳 轮 Ｎ：为 常 。
啮 主 动 ， 齿 圈 在 Ｃ 和 Ｆ 工 作 时 与 后 。
前 行 星 架 连 接 ， 时 由 于 单 向 离 合 器 此
况 。代 入后 排方 程 ：
Ｎ２ Ｉ ２ Ｎ２＿ ２２ ＋２． ２ ２ ３． Ｎ￣ ＿ ＝０ Ｎ２ —３． ２ Ｉ ＋０ ２ Ｎ￣ ＝０ Ｎ２ ｌ ２ Ｎ ＝３． ２
（ １７ － ９ ０）＋ ．２ （ １ ０） ３２ ２２ １ ０ － ．２ （４ ＝ １ ５）０ ３ ２ ＋ ．２ １ ５）３２ （ ０） ０ ２ ０ ２２ （ ４ 一 ．２ １ ０ ＝ １
又 因 为 Ｎ ＝ ２所 以 ： ＮＩ ，
Ｎ２ ｛ １ ａ ） Ｏ Ｘ ｔ （ ＋ ）Ｎ ｌ （ ＋ ２一 ｔ Ｏｌ １ ａＩ ｝ ＝ ２ ÷
Ｆ 的 静 止 作 用 ，使 后 齿 圈 Ｎ笠制 动 。 ２
用 Ｎ¨ ０代 入 前 排 方 程 ： ＝
０ ＋２． ２Ｎｌ ＿ ． ２ＮＩ ２ ２ ３２ ＿ ３ ＝０
前 行 星 排 由 于 前 太 阳 轮 Ｎ。 无 约 束 。 而 不 参 加 工 作 ， 属 后 排 单 独 工 作 工
速度矢量法的辛普森式行星齿轮变速器传动比分析（参考）
速度矢量法的辛普森式行星齿轮变速器传动比分析速度矢量法的辛普森式行星齿轮变速器传动比分析内容简介：0引言随着当今科技的发展，越来越多的轿车采用了液力自动变速器。
它通常由液力变矩器、行星齿轮变速器和液压操纵及控制系统三部分组成。
目前常用于轿车自动变速器的两种行星齿轮装置是辛普森式行星齿轮变速器和拉维娜式行论文格式论文范文毕业论文 0引言随着当今科技的发展，越来越多的轿车采用了液力自动变速器。
它通常由液力变矩器、行星齿轮变速器和液压操纵及控制系统三部分组成。
目前常用于轿车自动变速器的两种行星齿轮装置是辛普森式行星齿轮变速器和拉维娜式行星齿轮变速器。
其中辛普森式具有结构简单紧密、传动效率高、工艺性好、制造费用低、换档平稳、操纵性能好等一系列优点，因此获得了广泛的应用。
相比解析法、图论法以及杠杆法等其它行星齿轮机构分析方法，瞬心-速度矢量法具有形象直观，分析简便的优点。
只要根据约束关系，找到各行星排行星轮的瞬心，在确定输入或输出元件转速的情况下，即可得出所有元件的转动情况和整个机构的转动比大小。
1单行星轮行星排的简化运用瞬心-速度矢量法绘制行星齿轮机构线速度矢量图的关键是首先必须确定等速点和零速点。
等速点即两构件线速度相同的点，零速点即为各构件上线速度为零的点。
1 所示单行星轮行星排共有3个等速点，1个零速点。
其中A为行星轮与齿圈的啮合点，B为行星轮中心，C为行星轮与太阳轮的啮合点;U为太阳轮的回转中心，同时也是齿圈和行星架的回转中心。
为便于分析，将这4点投影到所示直线上。
A,B,C 3点的速度方向均垂直于直线OA，分别代表齿圈、行星架和太阳轮的转速。
2辛普森式行星齿轮变速器的结构特点及瞬心-速度矢量法的基本原理辛普森式齿轮变速器的特点是:双排结构，前后两排均为单行星轮行星排;前排行星架与后排齿圈或前排齿圈与后排行星架连为一体，通常作为固定输出元件;前后两排共用太阳轮。
基于瞬心-速度矢量法的辛普森式行星齿轮变速器传动比分析
基于瞬心-速度矢量法的辛普森式行星齿轮变速器传动比分析辛普森式行星齿轮变速器作为一种广泛应用于汽车领域的传动装置，其传动比的分析对于设计及优化变速器具有重要意义。
本文将基于瞬心-速度矢量法，对辛普森式行星齿轮变速器的传动比进行分析。
辛普森式行星齿轮变速器由一组行星齿轮副、太阳轮、动力分配器、输入轴及输出轴等部分组成。
在变速时，太阳轮作为输入轴，通过动力分配器及行星齿轮副，驱动输出轴。
通过改变动力分配器的工作状态及行星齿轮副的相对位置，可以实现不同的传动比。
对于辛普森式行星齿轮变速器，其传动比可通过瞬心-速度矢量法进行分析。
瞬心是指在行星齿轮副运动过程中，相对于太阳轮不动的点。
速度矢量则是指各个齿轮副不同位置处的速度矢量方向及大小。
在分析过程中，首先需要确定各个齿轮副相对位置。
例如，在二级减速时，可以将动力分配器及输出轴端部视作固定，以太阳轮为参照，计算行星轮及支撑轴的位置及方向，确定各个齿轮副之间的相对位置。
接着，根据行星齿轮副的工作原理及太阳轮、行星轮及支撑轴的旋转方向，分别绘制各个齿轮副运动的速度矢量。
将各个速度矢量的起点、终点及方向进行相应调整，使其在瞬心处相交，从而得到在各个工作状态下的瞬心位置及速度矢量的方向与大小。
最后，通过瞬心处行星轮及太阳轮的转速比，计算出辛普森式行星齿轮变速器在不同工作状态下的传动比。
这些传动比可以作为设计及优化变速器时的重要参数，以满足不同驾驶条件下的变速要求。
总之，基于瞬心-速度矢量法的辛普森式行星齿轮变速器传动比分析，可以通过确定各个齿轮副的相对位置、绘制各个齿轮副运动的速度矢量及计算传动比等步骤，实现对变速器的传动比进行分析。
此方法不仅具有较高的分析精度，还能够为变速器的设计及优化提供重要参考。
由于题目并未给定具体的数据，因此这里将以一组示例数据进行分析，以便更好地理解瞬心-速度矢量法在辛普森式行星齿轮变速器传动比分析中的应用。
假设辛普森式行星齿轮变速器的参数如下：- 输入轴转速为1500 rpm；- 太阳轮齿数为24，行星轮齿数为18，支撑轴齿数为36；- 一级减速行星轮载荷齿数为16，驱动轮载荷齿数为28，太阳轮载荷齿数为36；- 二级减速行星轮载荷齿数为12，驱动轮载荷齿数为28，太阳轮载荷齿数为36；- 输出轴最终转速为7000 rpm。
辛普森行星齿轮变速装置结构与工作原理
n2 1
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
R3
n3 2
R n2 2 2
R1
n1 2
R3
2）用矢量图法计算R档传动比和传动方向
①R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。1n3=1n2=1n1 ②R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C2工作，把共用太阳轮与第一行星排
1 图3-44b D1档行星齿轮变速装置转矩传动结构简图
图3-44c D1档行星齿轮变速装置转矩传动仿真图
1）D1档转矩传动分析
从表3-3可知，D1档时C0、C1、F0、F2工作。其具体传动情况如图3-44所示。当C0 与F0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），D1档时，使超速行星排内的齿圈以1∶1的传动比把涡轮的转矩传 递给离合器C1的鼓与毂。
3）R档传动比计算 ①用运动方程计算R档传动比
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 n1+a.n2－(1+a)n3=0 上式中，n1、n2、n3分别为第二排太阳轮、齿圈和行星架转速。
a= Z2齿圈齿数/Z1太阳轮齿数＞1。 将n3=0代入上式中，得: n1+a.n2 =0 n1=-a·n2 n1/n2=-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。
档位 档位
离合器
制动器
单向离合器
C0
C1
C2
B0
B1
B2
B3
F0
辛普森式行星齿轮机构传动比的分析
辛普森式行星齿轮机构传动比的分析摘要：本文通过介绍辛普森式（Simpson）自动变速器双排行星齿轮的结构与工作原理，并分析矢量图对档位进行了系统分析，便于让初学学生更好的学会辛普森式行星齿轮机构的各档位运转方式，从而让中职学生更好的学会传动比的计算方法。
关键词：辛普森式（Simpson）；矢量图；传动比前言随着汽车专业不断发展，使用自动变速器的车辆不断增加，教材上对于行星齿轮机构中拉维纳式和辛普森式的讲解也越来越多，教材中虽然有很多用结构图对双排行星齿轮结构进行了讲解，但很多档位的变化学生较难掌握。
本文通过介绍其中1种辛普森式的结构，用行星齿轮方程式结合矢量图的方法，详细解析了辛普森式双排行星齿轮机构每个档位的动力传递方式和传动比的计算，用于增强学生上课时的理解。
一、辛普森式行星齿轮机构组成辛普森式行星齿轮机构，结构如图1和2所示：二、第一种类型辛普森式行星齿轮机构传动比计算2.1传动比公式及矢量图使用公式与单排相同，前排n1+α×n2?（1+α）×n3=0 ，前排n1′+α×n2′?（1+α）×n3′=0，α= r2/ r1=Z2/Z1。
r1-表示太阳轮的半径 r2-表示齿圈的半径Z1-表示太阳轮的齿数 Z2-表示齿圈的齿数根据结构组成有4个元件两两相连，在矢量图中按照连接的结构将2个行星排合并起来进行计算和分析。
在竖直线段上确定R、C、S四点。
S代表太阳轮，位于最下端；位于最上端；R代表齿圈，C代表行星架，位于R和S之间。
R至C=1（单位），R至S=α ?1，C至S=α=齿圈齿数/大太阳轮齿数，故α>1（α一般为2点几），2个行星排中有2个元件是相连的可以将矢量图合并起来进行分析。
如图3所示：（2）方程式计算由于前后对应的2个行星排都参加工作所以使用前后2个行星排的公式进行计算n1′+α×n2′?（1+α）×n3′=0中n3′制动，所以n3′=0，代入后太阳轮公式得到n1′=?αn2′，由于结构中前后太阳轮连接一起所以n1=n1′，将n1′=?αn2′代入前太阳轮公式得到?αn2′+α×n2?（1+α）×n3=0，另外前行星架和后齿圈连接在一起所以n2′=n3，转变公式为?αn3+α×n2 ?（1+α）×n3=0，传动比n2/ n3（n2′）=1+2α/α，α是大于1的，所以传动比结果1+2α/α也大于1实现同向减速传动。
自动变速器齿轮系统传动比计算与分析_刘后毅
排可以形成 ４ 个前进档［３］。这种自动变速器径向尺
寸比较小， 轴向尺寸比较大， 一般用于后桥驱动的
轿车上， 常见于丰田车系。采用这种齿轮系统的车
辆还 有 ＰＲ ＩＮ Ｃ Ｅ ， Ｎ ＩＳＳＡ Ｎ ， Ｖ Ｏ ＬＶ Ｏ 部 分 车 型 ； 其 变
形型式是将超速行星排布置在辛普森行星排的后
面， 如 ＢＭ Ｗ －７ 系列轿车。
轻型汽车技术 ２００７（ ３） 总 ２１１
自动变速器齿轮系统传动比计算与分析
刘后毅 张全良
（ 山东交通学院）
摘要 自动变速器齿轮系统结构复杂， 形式多样， 它和控制阀体、液力变矩器被列为自动变 速器的三大主要部件与认知难点， 一般人员难以彻底搞清它的结构和动力传递。文章结合 典型结构简图， 分析了自动变速器三种类型齿轮系统的结构特点和动力路线， 给出了相应 齿轮系统的传动比计算方法。实际工作中， 可以依据具体情况灵活套用一种类型。 关键词：自动变速器 齿轮系统 动力分析 传动比计算
对各档位传动比计算如下：
Ｐ 档位： 各元件处于释放状态， 通过棘爪将输出
轴锁死在变速器壳上；
Ｒ 档位： Ｃ ０、Ｆ０、Ｃ ２、Ｂ ３ 工作， 动力传递路线是：
超速输入轴 － 超速行星架 －Ｃ ０－ 超速太阳轮 － 超速
齿圈 － 中间轴 －Ｃ ２－ 太阳轮 － 前行星轮 － 前齿圈 －
输出轴反向输出，
Ｎ 档位： 自动变速器所有工作元件都释放， 输出
齿轮处于自由状态；
Ｄ 档位： Ｄ １ 档， Ｃ ２、Ｆ１ 参加工作， 动力经输入轴 －Ｃ ２－ 小太阳轮 － 短行星轮 － 长行星轮 － 齿圈同向
传动比243液力变矩器中间齿轮副1档齿轮和工作动力固定坏路面或上下坡时使用可利用发动机制辛普森行星齿轮自动变速器31行星齿轮机构运动方程根据图所示作用在行星齿轮上的转矩分别辛普森行星齿轮系统结构原理丰田轿车43d自动变速器由变矩器超速行星排和辛普森行星排三部分组成见图连接超速行星架和超速太阳轮
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行星齿轮变速器概述
4) 齿圈制动，行星架主动，太阳轮从动，则n2＝0，故传 动比 i 31＝n3/n1＝ 1 /(1＋α)<1 超速档
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行星齿轮变速器概述
5) 行星架制动，太阳轮主动，齿圈从动，则n3＝0，故传 动比 i 12＝n1/n2＝－α<0 倒档
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辛普森行星齿轮变速器
5) 21档：同D1 6) 23档：同D3 7) L2档：同22
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辛普森行星齿轮变速器
8) L1档： C0、C1、B3、F0、F2
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辛普森行星齿轮变速器
9) R位：C0、C2、B3
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1、有B0，则超速太阳轮逆向不动，其他情况皆顺时针转动 （同输入轴方向） 2、超速齿圈和中间轴必顺时针转动 3、有C2，则前后太阳轮顺时针转动，其他皆逆时针转动 （有B2、F2则逆时针不动） 4、有B3，则后行星架双向不动，有F2则逆向不动，其他不 传力（故不画） 5、有C1，则前齿圈为顺动，无C1则不画
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• 由于在D - 1档位动力既通过前行星排,又通 过后行星排传动到输出轴,故D - 1档位传动 比是前齿圈与前行星架之比,以及前后太阳 齿轮与后齿圈之比。 • 设前齿圈齿数与前太阳齿轮齿数之比为a1 , 后齿圈齿数与后太阳齿轮齿数之比为a2。
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• 设前后太阳齿轮、前齿圈、后齿圈、前行星架、后行星架 的转速分别为n11、n12、n22、n13、n23 • 则 , 后行星排运动规律特性方程式: n11 + a 2 n22 - (1 + a 2 ) n23 = 0 。。。 (1) • 前行星排运动规律特性方程式: n11 + a 1 n12 - (1 + a 1 ) n13 = 0 。。。 (2 ) • 因为2号单向离合器( F 2 )锁止后行星架,这样, n23 = 0 • 故由式 (1)得前后太阳齿轮转速: n11 = - a 2 n22 • 将 n11 = - a 2 n22代入式(2)得: - a 2 n22 + a 1 n12 - (1 + a 1 ) n22 =0 。。。(3) • 又因为前行星架与后齿圈都和输出轴连接,故n13 = n22 • 因此式 (3)可写成: a 1 n12 = a 2 n13 + (1 + a 1 ) n13 • 求解n12/n13即为D1传动比。
行星齿轮变速器规律
单排行星齿轮机构的运动规律 n1＋αn2－（1＋α）n3＝0 其中：n1—太阳轮转速； n2—齿圈转速； n3—行星架转速； α—齿圈与太阳轮的齿数比。
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行星齿轮变速器概述
动力传动方式 1) 太阳轮主动，行星架从动，齿圈制动，则n2＝0，故传 动比
i13＝n1/n3＝1＋α>1
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1) D1档：C0、C1、F0、F2
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2) D2档：C0、C1、B2、F0、F1
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3) D3档：C0、C1、C2、B2、F0
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4) OD档（直接档）：C1、C2、B0、B2
低速档
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行星齿轮变速器概述
2) 太阳轮制动，齿圈主动，行星架从动，则n1＝0，故传 动比 i 23＝n2/n3＝(1＋α)/α>1 高速档
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行星齿轮变速器概述
3) 太阳轮制动，行星架主动，齿圈从动，则n1＝0，故传 动比 i 32＝n3/n2＝ α/(1＋α)<1 超速档
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辛普森行星齿轮变速器
总结： • C0故障，前后均无动力 • C1故障，无前进档，倒档正常 • C2故障，无3、4档及倒档 • B2故障，无2档 • B3故障，无倒档 • D1→D2，B2工作 • D2→D3，C2工作 • D3、D4互换，C0、B0互换 • 如果在传动路线上，有单向离合器，则无发动机制动
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行星齿轮变速器概述
6) 如果n1＝n2，则n3＝n1＝n2，故传动比 i＝1 直接档 7) 如果所有元件无约束，则动力无法传动 空档
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辛普森行星齿轮变速器
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各档动力传动路线
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• 因为只有D1档位比较复杂，故此处仅给出D1的计算方式， 其余皆一个方程即可求解，思路为以主动件转速除以被动 件转速，判断好传递路线后，即可轻易看出主动件和被动 件，此处，有几个技巧供大家学习参考。 • 1、当太阳轮、齿圈、行星架都无固定时，为自由转动，无 传动比约束可将其当做1。例如除OD（直接档）外的超速 行星架 • 2、当其中两个元件转速相同时，传动比也为1，例如D3档 的传动比为1。
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自己整理， 如有不当， 敬请谅解。。。 谢谢！！！
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