辛普森式四档行星齿轮机构的传动路线分析汽车底盘电子控制技术资料

课题十辛普森式四档行星齿轮机构的传动路线分析

一、实训课时：12

二、主要内容及目的

（1）了解辛普森自动变速器的结构、工作原理。

（2）熟悉并掌握阿A341自动变速器的拆装及检修方法。

早期的轿车自动变速器大多采用三档行星齿轮变速器，其最高档3档是传动比为1的直接档。20世纪80年代后，随着发达国家对汽车燃油经济性的要求日趋严格，越来越多的轿车自动变速器采用了四档行星齿轮变速器。其最高档4档是传动比小于1的超速档。这种自动变速器的优点是除了能降低汽车燃油消耗外，还可以使发动机经常处于较低转速的运转工况，以减小运转噪声，延长发动机的使用寿命。

辛普森式四档行星齿轮变速器是在辛普森式三档变速器的基础上发展起来的，它有两N 类型：一种是在辛普森式三档变速器原有的双排行星齿轮机构的基础上再增加一个单排行星齿轮机构，用三个行星排组成四个前进档的行垦齿轮变速器；另一种是对辛普森式双排行星齿轮机构进行改进，通过改变前后行星排各基本元件的组合方式和增加换档执行元件，使之成为带有超速档的四档行星齿轮变速器。下面介绍其中的一种，三个行星排辛普森式四档行星齿轮变速器的结构与工作原理。

这种四档变速器是在不改变原辛普森式三档行星齿轮变速器的主要结构和大部分零部件的情况下，另外再增加一个单排行星齿轮机构和相应的换档执行元件来产生超速档。这个单排行星齿轮机构称为超速行星排，它装在行星齿轮变速器的前端，如图9．16所示。其行星架是主动件，与变速器输入轴连接；齿圈则作为被动件，与后面的双排辛普森行星齿轮机构连接。超速行星排的工作由直接多片离合器CO和超速制动器BO来控制，直接多片离合器CO用于将超速行星排的太阳轮和行星架连接，超速排的制动器BO用于固定超速行星排的太阳轮。根据行星齿轮变速器的变速原理，当制动器BO放松、直接多片离合器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，其传动比小于1。

l）l档

把预选杆置于D位置，C2后多片离合器作用把输入动力传给前齿圈，F1单向离合器作用，使后行星架固定不动。辛普森1档的动力流分析比较困难，因为在该档位前后行星排可通过两个构件相互间连接。其输入动力经C2后多片离合器传给前齿圈，使其顺时针旋转。前齿圈又带动前行星轮顺时针转动，由于前行星轮既可带动前行星架顺时针转动（输出轴的转动），又可带动太阳轮边时针转动，因此前齿圈的转速通过前行星轮被分解成两条传动路线，其中前星行架和太阳轮的转动方向比较明确，但前行星架和太阳轮转速如何分配呢？由于后排行星架被FI单向离合器固定，因此后排行星齿轮机构具有确定传动比，且是减速机构，另外后排行星齿轮机构通过后齿圈输出，它的输出转速和转动方向应该和

前行星架保持一致，因为前行星架和后齿圈为同一构件。根据这两个条件，就可以确定前行星架和太阳轮之间的转速分配，显然太阳轮的转速比前行星架快得多。

太阳轮逆时针的旋转带动后行星轮顺时针转动，行星轮再带动后齿圈顺时针转动，由于后齿圈顺时针转动时，会给后行星架施加一个逆时针的力矩，通过F1单向离合器将后行星架固定。后排行星齿轮机构的传动比是后齿圈和太阳轮齿数之比，但辛普森机构1档传动比要大得多，计算也更复杂且有确定的传动比。

辛普森机构的1档具有汽车滑行功能，当驱动轮的转速超过了发动机的转速之后，来自驱动轮的逆向动力通过后齿圈和前行星架输入机构，使后行星架顺时针旋转，脱离F1单向离合器锁止，实现了汽车滑行。当驱动轮转速低于发动机时，单向离合器重新锁止，变速器恢复驱动状态。

若要在1档实现发动机制动，则需要把预选杆置于L或1位置，此时后行星架被B2后制动带固定，驱动轮逆向传入的动力通过变速器将发动机转速提高，从而消耗动力使驱动轮转速迅速下降，实现发动机制动。

2）2档

C2后多片离合器和B1前制动带同时作用。此时涡轮输出轴经C2后多片离合器和前齿圈连接，同时太阳轮组件被B2后制动带固定。

其动力经输入轴传给前齿圈，使之作顺时针旋转，由于太阳轮被固定，因此前行星轮在前齿圈带动下，既有自转，又随行星架公转，行星轮和行星架都是顺时针转动，行星架最后带动输出轴顺时针旋转。2档传动比取决于行星架当量齿数和前齿圈齿数之比，它是一种传动比大于1的减速运动。2档的传动比仅仅和前排行星齿轮机构有关。

另外当输出轴转动时，同时会带动后齿圈顺时针转动，后太阳轮已被固定，此时后行星轮和后行星架都顺时针空转F1 单向离合器处于释放状态。

在上述的辛普森机构的2档工作状态下（预选杆置于D位），来自驱动轮的逆向传入变速器的动力，可以直接传至发动机，实现发动机制动。

3）3档

C1前多片离合器和C2后多片离合器同时作用。C1前多片离合器的接合把动力传至太阳轮，C2后多片离合器的接合把动力传至前齿圈。根据上述行星齿轮机构特征：任意两元件同速同方向旋转即为直接档，则机构锁成一整体。在3档状态，前齿圈和太阳轮均有相同旋转方向和速度。从另外角度分析，当来自C2后多片离合器的动力传至前齿圈，再由前齿圈带动太阳轮逆时针转动，而来自C1前多片离合器的动力直接传给太阳轮，使之顺时针转动，因此同一个太阳轮不可能出现两个转动方向，只能相互间锁止成一整体。当机构整体顺时针转动时，n单向离合器和后行星架处于释放状态。3档是直接档，它的传动比是1：1。

在3档状态下，只存在发动机制动的功能，而不存在汽车滑行的作用。

当行星齿轮变速器处于1档、2档、3档或倒档时，超速行星排中的超速制动器BO放松，直接多片离合器CO接合，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档执行元件的工作和原辛普森式三档行星齿轮变速器在1档、2档、3档及倒档的工作完全相同。来自变矩器的发动机动力经超速行星排直接传给后半部的双排行星齿轮机构，此时行星齿轮变速器的传动比完全由后半部的双排行星齿轮机构及相应的换档执行元件来控制。当行星齿轮变速器处于超速档时，后半部的双排行星齿轮机构保持在3档的工作状态，其传动比为二；而在超速行星排中，由于超速制动器BO产生制动，直接多片离合器CO放松，使超速行星排处于增速传动状态，其传动比小于1（该传动比即为该行星齿轮变速器在超速档时的传动比）。

由于直接多片离会器CO在自动变速器处于超速档之外的任一档位（包括停车档、空档和倒档）都处于接合状态，因此当发动机刚起动而油泵尚未建立起正常的油压时，直接离合器CO就已处于半接合状态，这样容易使其摩擦片因打滑而加剧磨损。为了防止出现这种情