自动变速器传动比的计算

汽车自动变速器各档传动比的计算

摘要：本文通过用机械基础知识解析汽车自动变速器各档传动比，为读者提供一种学习、钻研汽车专业知识的方法，提高学习汽车专业知识的兴趣及水平。关键词：汽车自动变速器，行星齿轮机构，传动比

汽车自动变速器中的行星齿轮机构，通过液压控制装置，使各制动器、离合器、单向离合器等配合动作，能得到不同的传动比，许多学生觉得传动比的计算较难，不容易掌握。其实，在“汽车机械基础”这门课程中，学生们学习过“齿轮传动”和“齿轮系”两个内容，他们已经接触过“行星齿轮机构传动比计算”的相关内容，只要教师进一步引导，由浅入深，循序渐进，逐步深化分析，还是能使学生们把这部分内容消化、吸收并融会贯通的。

在“汽车机械基础”、“机械基础”或“机械设计基础”等教科书中，常以汽车差速器作为典型的行星齿轮机构来讲解传动比问题，但是这完全是圆锥齿轮组成的行星轮系，包括两个中心轮，即半轴齿轮，一组行星轮（四个齿轮）都是圆锥齿轮，而全部由圆柱齿轮组成的行星齿轮机构，在汽车上最典型的例子就是自动变速器里的行星齿轮系了。“汽车机械基础”作为汽车专业基础课程，如结合汽车专业讲解自动变速器中的行星齿轮机构，有利于学生更好地掌握现代汽车技术，同时也能使他们的机械基础、机械原理知识得到拓展和提高，对以后学习汽车专业知识更有帮助。

我看了一些有关“汽车自动变速器”的教科书后，觉得在阐述自动变速器中行星齿轮机构的传动比方面也不够清楚、完整。现将一种典型的自动变速器行星齿轮机构传动比作一计算分析。机构简图如下：

图中210,,C C C 为离合器，3210,,,B B B B 为制动器，210,,F F F 为单向离合器，共有三排行星齿轮组。第1排为超速行星齿轮组。

在无超速状态时，离合器0C 工作，使超速行星架与太阳轮连接，此时

I I HI n n n 31==，即第1排行星齿轮组的传动比13==

I

HI

n n i ，此时，第2、3排行星齿轮组的工作情况如下：

一）1D 档，离合器1C 和单向离合器2F 工作。输入轴与第3排齿圈连接，输出轴与第2排齿圈及第3排行星架连接，传动比应为Ⅲ

Ⅲ

H D n n i 31=

。 由于是差动行星轮系，第3排行星轮系有

Ⅲ

ⅢⅢⅢⅢⅢ3113Z Z

n n n n H H -=-- ⑴

第2排行星轮系有

Ⅱ

ⅡⅡⅡⅡⅡ3113Z Z

n n n n H H -=--

因单向离合器2F 作用，0=ⅡH n ，故

Ⅱ

ⅡⅡⅡ3113Z Z

n n -= ⑵ 从⑴得；ⅢⅢⅢ

ⅢⅢⅢⅢⅢ＝H H n n Z Z

n Z Z n ++-

311313 因2、3排太阳轮为一体，且从⑵得

第Ⅰ排超速行星齿轮组 第Ⅱ、Ⅲ排行星齿轮组

ⅢⅡ

ⅡⅡⅡⅡⅡⅢ＝H n Z Z

n Z Z n n 1331311--

== 代入⑶ ⅢⅢⅢⅢⅢⅡⅡⅢ

ⅢⅢH H H n n Z Z n Z Z Z Z n ++⎪⎪⎭⎫ ⎝

⎛--

=3113313

传动比131133131++==

Ⅲ

Ⅲ

ⅡⅢⅡⅢⅢⅢZ Z Z Z Z Z n n i H D 如果2、3排太阳轮齿数相等，即111Z Z Z ＝＝ⅢⅡ 则13311++=

Ⅲ

Ⅱ

Z Z Z i D 二）2D 档，离合器1C 、制动器2B 和单向离合器1F 工作，输入轴与第3排齿圈连接，输出轴为第3排行星架，此时太阳轮不转，即01＝Ⅲn

Ⅲ

ⅢⅢⅢⅢⅢ3113Z Z

n n n n H H -=--

()⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛++--

131313ⅢⅢⅢⅢⅢⅢ

Ⅲ＝＝Z Z n n n Z Z n H H H Ⅲ 传动比Ⅲ

Ⅲ

ⅢⅢⅢ33132Z Z Z n n i H D +==，其中()ⅢⅢ31Z Z +可以看作第3排行星架的当量齿数。

三）3D 档，离合器1C 、2C 同时工作，即ⅢⅢ13n n =

Ⅲ

ⅢⅢⅢⅢⅢ3113Z Z

n n n n H H -=-- ⅢⅢⅢH n n n ==∴13

传动比133==

Ⅲ

Ⅲ

H D n n i 相当于直接档。 四）在超速状态，可以称为4D 档，即超速档。制动器0B 工作，超速太阳轮固定，

01＝Ⅰ

n 。超速行星齿轮组，成为简单行星轮系。故有： Ⅰ

ⅠⅠⅠⅠ

Ⅰ

Ⅰ＝＝331

313311Z Z Z Z Z i i H H ++-=

传动比11

313334<+==

Ⅰ

ⅠⅠⅠⅠⅠ＝Z Z Z i n n i H H D 其中()ⅠⅠ31Z Z +可看作超速行星架的当量齿数。超速档时，第2、3排行星齿轮组处于直接档。

五）倒档，离合器2C 、制动器3B 工作。第2排行星架固定，成为定轴轮系，输入轴接太阳轮。 传动比Ⅱ

ⅡⅡⅡ＝1331Z Z

n n i R -=

。 通过以上分析，学生们能运用机械原理知识，理解、掌握自动变速器主要各档的传动比计算。

为了提高学生学习行星齿轮机构传动比计算的兴趣，对一些基础好、学习钻研精神足的同学，我还给他们介绍了一种采用制动器控制换档的三排行星齿轮机构的变速器。结构如图：

其中28611＝＝＝‘Z Z Z ，80353＝＝＝’

Z Z Z ，26742＝＝＝Z Z Z 图中第一排行星轮系中的齿圈3、第二排行星轮系中的行星架、第三排行星轮系中的齿圈3’为同一构件，第二排的齿圈5、第三排的行星架与鼓轮B 为同一构件。这种行星齿轮变速器，操作简便，只要分析刹住鼓轮A 、B 、C 时，就可以得到不同传动比。但计算有一定难度。现分析如下： （一）当刹住A 时，第一排的行星架被固定。