辛普森行星齿轮变速装置结构与工作原理

图3-46c L1档汽车加速、滑行行星齿轮机构转矩传动仿真图
因L1档时无论是汽车加速还是滑行，前排行星架始终处于制 发动机对汽车滑行产生制动作用。L1档适用于适用于繁华街道、 冰雪路面及下陡坡时使用。
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动状态，因此，输出轴始终与发动机相连，至使L1档汽车滑行时，
单元三
行星齿轮变速装置
（2）L1档汽车加速、滑行转矩传动路线： 超速行星排行星架→超速行星排行星轮→超速行星排齿圈 →中间轴→C1→后行星排齿圈→后行星排行星轮→共用太阳轮 →前行星排行星轮→前圈后架→输出轴 可见L1档与D1档汽车加速转矩传动路线相同。其传动比必 然相同。
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单元三
行星齿轮变速装置
2）R档（倒档）转矩传动路线：
超速行星排行星架→超速行星排行星轮→超速行星排齿圈→中间
轴→C2→共用太阳轮→前行星排行星轮→前行星排齿圈（后行星架） →输出轴。
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· 2 n1/n2=-a＞1 n 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。
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单元三
行星齿轮变速装置
4、D2档传动原理、转矩传动路线和传动比计算
D2档时除C0、C1、F0，仍工作外，制动器B2也投入工作。
图3-47a D2档转矩传动原理示意图（C0、C1、F0、F1、B2工作）
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单元三
行星齿轮变速装置
B1 B0 C0 F0 C2 C1
B2
B3
F1
F2
图3-47b D2档行星齿轮变速装置转矩传动结构简图
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单元三
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（2）D1档传动分析、转矩传动路线和传动比计算
图3-44a D位D1档齿轮变速装置转矩传动示意图（C0、C1、F0、F2工作） 12
单元三
行星齿轮变速装置
B1 B0 C0 F0 C2 C1
B2
B3
F1
F2
1 图3-44b D1档行星齿轮变速装置转矩传动结构简图
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单元三
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单元三
行星齿轮变速装置
（2）D2档汽车加速转矩传动路线： 超速行星排行星架→超速行星排行星轮→超速行星排齿 圈→中间轴→C1→后行星排齿圈→后行星排行星轮→后行 星架（前行星排齿圈）→输出轴。 （3）D2档传动比计算 1）用行星排的运动方程计算D2档传动比
（1）L1档汽车加速与滑行转矩传动分析
图3-46a L1档汽车加速、滑行行星齿轮变速装置转矩传动原理示意图(C0、C1、F0、B3工作)
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单元三
行星齿轮变速装置
B1 B0 C0 F0 C2 C1
B2
B3
F1
F2
图3-46b L1档汽车加速、滑行行星齿轮变速装置转矩传动结构简图
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单元三
行星齿轮变速装置
B2
B3
F1
F2
R
图3-42b倒档时行星齿轮变速装置传动结构简图
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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。
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单元三
行星齿轮变速装置
A43D自动变速器行星齿轮变速装置总体结构
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单元三
行星齿轮变速装置
辛普森式行星齿轮变速装置（A43D）结构简图表示方法
图3-40辛普森式三行星排自动变速器行星齿轮变速装置结构简图
3
单元三
档位 P R N 档位 C0 驻车 倒档 空档 ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ 离合器 C1 C2
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单元三
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图3-47c D2档行星齿轮变速装置传动仿真图
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单元三
（1）D2档转矩传动分析
行星齿轮变速装置
从表3-3可知，D2档时除C0、C1、F0，仍工作外，制动器B2也投入 工作。如图3-47所示，C0与F0工作后，便将超速行星排的太阳轮与行 星架连成一体，使整个超速行星排连成一个刚体（原理如前所述）。这 样，超速行星排的齿圈便将涡轮的转速以1∶1的速比传给离合器C1的 鼓与毂。 因C1离合器工作，便将超速行星排的齿圈转矩传递给第三行星排齿 圈，使第三行星排齿圈主动顺时针旋转，其齿圈轮齿必给第三行星排行 星轮轮齿一个推力，使第三行星排行星轮顺时针旋转（两齿轮内合）， 第三行星排行星轮齿顺时针旋转时又必给太阳轮齿一个作用力，使太阳 轮必逆时针旋转（两齿轮外啮合），但太阳轮逆时针旋转必使F1锁止， 此时B2已工作，共用太阳轮便被制动。由于太阳轮被制动，即第三行 星排齿圈主动顺时针旋转，行星轮顺时针旋转（两齿轮内啮合），因太 阳轮制动，所以行星轮顺时针旋转时必受太阳轮齿一个反作用力，使第 三行星排行星轮在作用力与反作力合力的作用下带着前圈后架顺时针旋 转而输出D2档。
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单元三
行星齿轮变速装置
②用矢量图法计算D1档传动比和传动方向 图3-46为D1档时3排行星齿轮机构运动矢量图。根据相似三 角形，传动比i=3n2/2n2=（1+2α 3）/α 3＞1，由此可知，D1档输 入与输出同向减速增矩。
R3 R1 1 1 C3 C1
3
3
n21n2
3
nn3 13
1
R2 1
第3排矢量图
n1
2
n1
第1排矢量图
图3—43 倒档时行星齿轮机构运动矢量图
R3
3
n2
R2
2
n2
R1
1
n2
R3
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单元三
行星齿轮变速装置
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的齿圈连成一体，因此1n2=2n1。 此时第二行星排行星架被制动器B3制动， 2n3=0。过S2向右水平画出2n1 （2n1=1n2）。连接2n1端点与C2点线段的延长线与过R2水平线相交所确定 的矢量线2n2即为倒档输出的转速和方向。 ③根据相似三角形，2n1/-2n2=α2。2n1/2n2=-α2。即R档传动比i=2n1/2n2=-α2 输入与输出减速反向。第二行星排的传动比即为此变速器的R档传动比。 ④此时第三行星排行星架与第二行星排齿圈相连，即2n2=3n3；第三行星排与 第二行星排共用一个太阳轮，即3n1=2n1=1n2。 过S3向右水平画出矢量3n1（3n1=2n1=1n2）。过C3点向左水平画出矢量3n3 （3n3=2n2），连接矢量3n1与3n3端点，其延长线与过R3的水平线相交所确 定的矢量3n2即为第三行星排齿圈的转速和转动方向。矢量3n2与矢量2n2、 3n 没有干涉。 3
2
n2
α α
13
α
1
R 3 n n R2 n R3 R3 1 1 1 1 n n C2 C C2 C3C33
3
2 3
3
2
2
2
n2
2
3
3
3
2
3
n3
2
3 1
α α
33
3 1
α α
3
n
2
2
S n1 1
S3n
2
n1
Sn S3S3 n 2
第2排矢量图
S3 S 2
n1
17
第1排矢量图
第3排矢量图
图3-46 D1档时行星齿轮机构运动矢量图
制动器 B0 B1 B2 B3 ⊙ ⊙ ⊙ F0 单向离合器 F1 F2
表3-3三行星排辛普森式行星齿轮变速装置换档执行元件工作表
D
1
2 3 O/D
⊙
⊙ ⊙
⊙
⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙
⊙
⊙ ⊙
⊙
2或S
1
2 3
⊙
⊙ ⊙ ⊙
⊙
⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙
⊙
⊙ ⊙ ⊙ ⊙
L
1
2
⊙
⊙
⊙
⊙
⊙
⊙
4
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行星齿轮变速装置
2.辛普森式行星齿轮变速装置（A43D）传动分析、转 矩传动路线和传动比计算
（1）R档（倒档）传动分析、转矩传动路线和传动比计算
倒档时C0、C2、F0工作，同时制动器B3也工作。
图3-42a倒档时行星齿轮变速装置传动分析简图（C0、C2、F0、B3工作） 5
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行星齿轮变速装置
B1 B0 C0 F0 C2 C1
行星齿轮变速装置
图3-44c D1档行星齿轮变速装置转矩传动仿真图
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行星齿轮变速装置
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。 从图3-44又知，当离合器C1工作后，又把超速行星排齿圈与第三排齿圈连成一 体，于是第三排齿圈便随之顺转。当第三排齿圈顺转后，齿圈必给第三排行星轮一个 作用力，行星轮顺时针旋转（两齿轮内啮合），因D1档开始时第三排行星架与输出轴 相连，使行星架制动，所以第三排行星轮齿又给共用太阳轮轮齿一个作用力，使太阳 轮逆时针旋转的力传递给第二排行星轮轮齿一个作用力，使第二排行星轮必顺时针旋 转（两齿轮外啮合），第二排行星轮顺时针旋转必受第二排齿圈（输出轴）一个反作 用力，故第二排行星轮在作用力与反作用力的作用下，要带着行星架逆时针旋转。由 于行星架逆时针旋转被单向离合器F2锁止，使第二排行星架制动。这样，第二排行星 轮便在第二排太阳轮的驱动下，在行星架上顺时针自转，行星轮便给第二排齿圈一个 推力，因前齿圈与后行星架一体，于是前圈后架和输出轴一齐顺时针旋转而输出D1档。
单元三
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。
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单元三
行星齿轮变速装置
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②用矢量图计算倒档传动比和传动方向
RR1 11
C1 C1
S S1 1
1
n2 n3 n1
nn
2 2 2
1
1来自百度文库
α α
1
1
α α
R2R2 R3 11 1 n C2C2 C3
3
3
n2 3n2
1
3
R3 C3
3
2 2
2
α α
3
3
SS2 n n n 2
2 1 13
第2排矢量图
1
S3 S3
单元三
行星齿轮变速装置
（3）D1档汽车滑行时传动原理（知识拓展内容）
图3-45a D1档汽车滑行转矩传动示意图（C0、C1、F0 工作F2解锁）
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行星齿轮变速装置
B1 B0 C0 F0 C2 C1
B2
B3
F1
F2
图3-45b D1档滑行时行星齿轮变速装置转矩传动结构简图
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单元三
行星齿轮变速装置
图3-45c D1档滑行时行星齿轮变速装置转矩传动仿真图
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单元三
行星齿轮变速装置
当抬起加速踏板，汽车在D1档滑行时，由于单向离合
器F2的解锁，使双行星排各组件均无制动，使输出轴与涡
轮脱离连接，涡轮对汽车滑行无制动作用，即发动机对汽 车滑行无制动作用。
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单元三
行星齿轮变速装置
（4）L1档传动分析、转矩传动路线和传动比计算
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单元三
行星齿轮变速装置
2）D1档起步转矩传动路线：
超速行星排行星架→超速行星排行星轮→超速行星排齿圈→中间轴
→C1→第三行星排齿圈→第三行星排行星轮→共用太阳轮→第二行星排 行星轮→前圈后架→输出轴
3）用运动方程计算D1档传动比
根据D1档转矩传动分析，动力是从第三排行星排传至第二排行星 排，经第二排行星排将转矩输出，因此其传动比应从第二、三行星排的 运动方程的联立中求得，即： 3n +α . 3n2－(1+α ). 3n =0 (1) 1 3 3 3 2n +α . 2n －(1+α ). 2n =0 (2) 1 2 2 2 3 即传动比i=3n2/2n2=（1+2α3）/α3＞1 由此可知，D1档输入与输出同向减速增矩。