第3章_行星齿轮变速器结构与工作原理

离合器所能传递的动力的大小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，但增大油压会引起离合器接合时产生冲击。 故当压紧力一定时，离合器所能传递的动力大小就取决于摩擦片的面积 和片数。一般离合器中摩擦片片数为2～6片，钢片片数等于或多于摩擦 片的片数。
图3-6 单排行星齿轮机构各种传动方案
在单排行星齿轮机构中，行星轮只起中间轮作用， 因此单排行星齿轮机构的传动比取决于太阳轮齿数Z1和 内齿圈齿数Z2，与行星齿轮的齿数无关。 即内齿圈与太阳轮的齿数比为：
α=Z2/Z1 因 Z2>Z1,所以 α>1,
行星齿轮机构的一般运动规律可表达为：
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。
后齿圈
件6
<-1 无传动
前行星架及后齿圈
1
8
件1及件4
前齿圈/太阳轮
件6
后行星架
1
3.2.5 行星齿轮传动的优缺点：
优点：
⑴体积小、质量小、结构紧凑、承载能力大。 ⑵传动效率高
⑶传动比较大，可实现运动的合成与分解
⑷运动平稳
缺点：
材料价格高、结构复杂、制造安装困难
3.3 行星齿轮变速器的换挡执行机 构的工作原理
• 钢片和摩擦片 交
错排列，两者统称为
离合器片。
•
钢片的外花键
齿安装在离合器鼓的 内花键齿圈上，可沿
齿圈键槽作轴向移动
；
• •
摩擦片由其内花键
齿与离合器毂的外花键 齿连接，也可沿键槽作 轴向移动。摩擦片的两 面均为摩擦片系数较大 的铜基粉末冶金层或合 成纤维层。
•
离合器
鼓或离合器毂 分别以一定的
当液压控制系统将作用在离合 器液压缸内的液压油的压力解除后， 活塞被回位弹簧压回液压缸的底部， 并将液压缸内的压力油从进油孔排 出。此时，钢片与摩擦片相互分开， 两者间无压紧力，离合器处于分离 状态。离合器活塞和离合器片或离 合器片和卡环之间有一定的轴向间 隙，以保证钢片和摩擦片之间无任 何轴向压力，这一间隙称为离合器 自由间隙。其大小可以用挡圈的厚 度来调整。一般离合器自由间隙为 0.5～2.0mm。
如图所示，特性方程 中 n１ ＝ 0， 因此有： αn２ －(1+α )n３ ＝0 传动比： ί = n３ / n２ ＝α／1+α ＜1 传动比小于1且为正值，因此同 向增速。
⑤ 任意两元件互相连接
• 任意两元件互相连 接， 也就是说n１=n２或n ２=n３ ，则由运动特性方 程可知，第三个基本元件 的转速必与前两个基本元 件的转速相同，即行星排 按直接挡传动，传动比 ί =1。
而将该行星排锁止。 换挡执行元件按一定的规律对行星齿轮机构的某些基本元件进行连接、 固定或锁止，让行星齿轮机构获得不同的传动比，从而实现挡位的变换。
1．离合器结构和工作原理
作用：连接轴和
行星排的某个基本元件，或将 行星排的某两个基本元件连接 成一体，使之成为一个整体转 动。
自动变速器中所用 的离合器为湿式多片离 合器。它通常由离合器 鼓、离合器活塞、回位 弹簧、弹簧座、一组钢 片、一组摩擦片、调整 垫片、离合器毂及几个 密封圈组成。
2．制动器的结构和工作原理
制动器的作用是将行星排中的某一元件加以固定，使之 不能转动。目前常见的是带式制动器和片式制动器。
⑴湿式多片制动器
⑵带式制动器
由制动带 和伺服装 臵组成。
图3-10 带式制动器结构
按变形能力分： 刚性制动带 制动带 挠性制动带 按结构分： 单边式制 制动带 动带 双边式挠性 制动带
5）将太阳轮固定，以内齿圈为主动件，行星架
为从动件， i=1+（1/α)，是2）的逆传动，即
可获得减速传动， 0.5<i<1。 6）将行星架固定，以内齿圈为主动件，太阳轮 为从动件，i=﹣1/α。是3）的逆传动，可获增 速反向传动。
结论
1 外啮合齿轮传动方向相反，内啮合相同
2太阳轮固定：齿圈顺时针，则行星架顺时针 3齿圈固定：太阳轮顺时针，则行星架顺时针 4 行星架固定:太阳轮顺时针，齿圈逆时针 5任何两个元件固定连接，三个元件同速同方向 ，称为直接挡
它的工作原理和湿式多片离合器基本相同，但片式制动鼓（相 当于离合器鼓）是固在自动变速器壳体上的，当制动器工作时，与 制动器毂相连的行星排某一元件被固定住而不能转动。
（2）带式制动器
带式制动器又称制动带，它由制动鼓、制动带、液压缸及活塞等组成， 如图2-19所示。制动鼓与行星排的某一基本元件连接，并随之一起转动。
表3-1 行星齿轮机构传动方案选配表
序 号 1 2 3 4
传动特性 大减速比 大增速比 小减速比 小增速比
方案 (a) (d) (e) (b)
固定 齿圈 齿圈 太阳轮 太阳轮
主动 太阳轮 行星架 齿圈 行星架
从动 行星架 太阳轮 行星架 齿圈
应用
各种减速机，汽车变速器 等。
应用相对较小。 汽车自动变速器减速挡。 汽车自动变速器超速挡。
3.3.1 离合器
1、离合器的作用
⑴变速器动力的输入或输出，其功能等于普通
机械变速器的离合器。
⑵连接行星齿轮机构中的两个部件，使行星齿
轮机构等速传动。
3.3 行星齿轮变速器的换挡执行机 构的工作原理
行星齿轮变速器中所有的齿轮都是处于常啮合状态，其挡位变换 必须通过以不同的方式对行星齿轮机构的基本元件进行约束（即固定或连 接某些基本元件）来实现。能对这些基本元件实施约束的机构，就是行星 齿轮变速器的换挡执行机构。 行星齿轮变速器的换挡执行机构由 离合器、 制动器 单向离合器 三种执行元件组成，起连接、固定和锁止作用。
α
因传动比为负值，所以反向 传力。
② 齿圈为主动件，行星架为从动件，太阳轮 固定
如图所示，特性方程中n １＝0，因此有： α n２－(1+α ) n３ ＝0 传动比： ί = n ２ / n ３ = (1 + α )／ α 传动比大于1且为正值，因此同 向降速。
③ 行星架为主动件，齿圈为从动件，太阳 轮固定
行星齿轮机构的分类：
按行星架上所安装的行星齿轮的组数
不同，分为单行星排和双行星排；
按行星齿轮组数不同，分为单排行
星齿轮机构和多排行星齿轮机构。
3.2.2 单排行星齿轮机构的运动规律
无任何元件固定，无固定传动比
固定某一元件，有固定传动比
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固定两元件，三元件一同旋转
3.2.3 行星齿轮机构的变速原理
① 太阳轮为主动件，行星架为从动件 ，齿圈固定。
如图所示，特性方程中 n2＝0，因此有： n1－(1+α ) n3＝0， 传动比： ί = n1 / n3= 1 + α 传动比ί大于１且为正值，因 此同向降速。
④ 太阳轮为主动件，齿圈为从动 件，行星架固定
如图所示，特性方程 中 n３ ＝ 0， 因此有： n１ + α n ２ ＝ 0 传动比： ί = n１ / n２ ＝－
结构紧凑、传动速度和功率范围广
缺点：制造、加工成本高
3.1.1 齿轮传动的组成
组成：主动齿轮与从动齿轮
齿轮传动要求准确平稳，即要求在传
动过程中，瞬时传动比保持不变，以免
产生冲击振动和噪声。
3.1.2 齿轮的速比与传动比
从公式可以获知，若想获得大的传动比，必须相互啮合 的齿轮所拥有的齿数相差较大，又由于相互啮合的齿轮模数 相同，所以，必然两个齿轮尺寸相关较大，这必然占据较大 的布置空间，给机械设计带来一定难度。 为了解决这一难题，采用行星齿轮机构，唯一的缺点是
5
6
减速反向
增速反向
(c)
(f)
行星架
行星架
太阳轮
齿圈
齿圈
太阳轮
汽车自动变速器倒挡。
应用相对较小。
3.2.4 多排行星齿轮机构
图3-7 多排行星齿轮机构 1-前齿圈；2-前行星轮；3-前行星架和后齿圈组件；4 -前后太阳轮组件；5-后行星轮；6-后行星架
表3-2 双排行星齿轮机构传动方案特性表
序号
1 2 3 4 5 6 7
输入端
件1 件1 件1 件1 件4 件4 件1及件4
输入元件
前齿圈 前齿圈 前齿圈 前齿圈 共用太阳轮 共用太阳轮 前齿圈/太阳轮
输出端
件3 件6 件3 件6 件3 件6 件3
输出元件
前行星架及后齿圈 后行星架 后齿圈
固定元件
件4 件4 件6
传动比i
>1 (较大) 约等1 >1 (较小) 无传动
离合器处于分离状态时，其液压缸内仍残留有少量液压油。由于离
合器鼓是随变速器输入轴或行星排某一基本元件一同旋转的，残留的液压 油在离心力的作用下会被甩向液压缸外缘，并在该处产生一定的油压。若 离合器鼓的转速较高，这一压力有可能会推动离合大活塞压向离合器片， 离合器处于半接合状态，导致钢片和摩擦片因互相接触摩擦而产生不应有 的磨损，影响离合器的使用寿命。
直接作用式 制动器伺服装置 间接作用式
制动带开口处的一端通 过摇臂支承于固定在变 速器壳体的支承销上， 另一端支承于油缸活塞 杆端部。
制动带开口的一端支承于推 杆端部，活塞杆通过杠杆控 制推杆的动作。由于采用杠 杆结构将活塞作用力放大， 制动力矩进一步增加。
• （1）片式制动器
• 片式制动器由制动器鼓、制动器活塞、回位弹簧、钢片 、摩擦片及制动器毂等组成，如图2-18所示。
2、离合器的组成
图3-8 自动变速器离合器
3、离合器的工作过程
各钢片与摩擦片压紧接 合在一起时，具有共同 转速并传递相应的转矩。 芯体或壳体可以与输入轴、 输出轴、太阳轮、内齿圈、 行星架、单向离合器中任 意一个部件直接或间接相 连。
通过壳体或芯体可将输入（力矩 及转速）导入或将输出（变换后 的力矩及转速）导出，也可将行 星齿轮机构中的任两个元件连接 一起，实现直接传动。
连接是指将行星齿轮变速器的输入轴与行星排中的某个基本元件
连接，以传递动力，或将前一个行星排的某一个基本元件与后一个行星排 的某一个基本元件连接，以约束这两个基本元件的运动；
固定是指将行星排的某一基本元件与自动变速器的壳体连接，使
之被固定住而不能旋转；
锁止是指把某个行星排的三个基本元件中的两个连接在一起，从
方式和变速器
输入轴或行星 排的某个基本
元件相连接，
一般离合器鼓 为主动件，离 合器毂为从动 件。
当来自控制阀的液压 油进入离合器液压缸时， 油压推动活塞克服弹簧的 作用力将钢片和摩擦片相 互压紧在一起，利用两者 间的摩擦力使离合器鼓和 离合器连接为一个整体， 使输入轴和行星排的某基 本元件连接在一起，此时 离合器处于接合状态。
卸去油压时，活塞在回 位弹簧作用下返回原位，钢 片和摩擦片自由分离。但这 种分离不彻底。
活塞在弹射作用下处于 左极限位置，钢片和摩擦片 之间有一定的间隙，此时
动力传递路线被切断
压力油经油道进入活 塞左腔室后，液压作用力
克服弹射张力使活塞右
移，将所有的钢片和摩 擦片依次压紧，离合器
接合，传递动力。
• 视频1 • 视频2 • 视频3
1）将内齿圈固定，以太阳轮为主动件，行星架为从动件， 传动比为1+α。即可获得减速传动，且α>2. 2)将太阳轮固定，以行星架为主动件，内齿圈为从动件， i=α/(1+α).即可获得增速传动，0.5<i<1。
3)将行星架固定，以太阳轮为主动件，内齿圈为从动件， i=α，即可获得减速反向传动。 4）将内齿圈固定，以行星架为主动件，太阳轮为从动件， 可获得增速传动，i<0.5。
•
制动带的一端支承在变速器壳体上的支架或制动带
调整螺钉上，另一端与液压缸活塞上的推杆连接。液压缸被 活塞分隔为施压腔和释放腔两个部分 , 分别通过各自的控制
油道与控制阀相通。制动带的工作受作用在活塞上的液压油
压力控制。
当液压缸的施压腔和释放腔内均无液压油时，带式制动器不工作,制 动带与制动鼓之间有一定的间隙，制动鼓可随与它相连的行星排基本元件一 同旋转。当液压油进入施压腔时，作用在活塞上的液压油压力推动活塞，使 之克服回位弹簧的作用力移动。
增加了工装匹配难度。
3.1.3 齿轮的传动规律
渐开线齿轮传动的可分性：渐开线
齿轮的传动比不受实际中心距的影响。
迄今为止可分性是渐开线齿轮所独
有的特性，这对渐开线齿轮的加工、安 装和使用维护都是十分有利的。
3.2 行星齿轮机构的结构与传动原 理
3.2.1 行星齿轮机构的组成
图3-5 单排行星齿轮机构 1-太阳轮；2-行星轮；3-齿圈；4-太阳轮输入轴；5-行星轮轴；6-行星架；7-行星架输出轴
第三章 行星齿轮变速器结构与工作原理
学习目标：
掌握行星齿轮机构变速原理 掌握辛普森式自动变速器行星齿轮机构的 结构及自动换挡原理 掌握拉威娜式自动变速器行星齿轮机构的 结构及自动换挡原理 掌握自动变速器施力装臵的结构及工作原 理
3.1 齿轮传动的一般规律
齿轮传动的特点：
优点：传动平稳、可靠、效率高、寿命长、