汽车自动变速器原理与维修--辛普森式行星齿轮变速机构.ppt

辛普森式行星齿轮变速器从70年代开始,为通用、福特、克莱斯勒、丰田、日产等多家公司用于其汽车自动变速器上。
辛普森式行星齿轮变速器由辛普森行星齿轮机构及相应的换档执行元件组成。辛普森行星齿轮机构采用双行星排,其机构特点是:前后两个行星排的太阳轮连为一个整体,称为太阳轮组件;前排的行星架和后排的齿圈连接成一体,称为前行星架和后齿圈组件,输出轴通常与该组件相连(如图)。这样一来,该行星机构只具有四个独立元件:前排齿圈、前后太阳轮组件、后排行星架、前行星架和后齿圈组件。
知识点五辛普森式行星齿轮变速机构
1-前齿圈 2-太阳轮组件 3-行星齿轮 4-后行星架
5-前行星架和后齿圈组件
辛普森式行星齿轮机构简图
辛普森式三档行星齿轮变速机构
辛普森式三档行星齿轮变速器中有七个换档执行元件:两个离合器,三个制动器和两个单向离合器,构成具有三个前进档和一个倒档的行星齿轮变速器。行星齿轮变速器的传动原理(如下图)所示。
行星齿轮变速器的布置和传动原理图
1-前行星架 2-前齿圈 3-太阳轮组件 4-后齿圈 5-输出轴 6-后行星架
C1-前进档离合器 C2-倒档及高档离合器 B1-2档制动器 B2-2档强制制动器
B3-抵档及倒档制动器 F1-2档单向离合器 F2-抵档单向离合器
辛普森式三档行星齿轮变速机构
各执行元件的作用是:前进离合器C1,它连接输入轴和前齿圈;倒档及高档离合器C2用于连接输入轴和前后太阳轮组件;2档制动器B1与2档单向离合器F1组合以及2档强制制动器B2均用于固定前后太阳轮组件;倒档及低档制动器B3和单向离合器F2用于固定或锁止后行星架。各档位状态下七个执行元件的工作情况(见下表)。
辛普森式三档行星齿轮变速机构
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。
同时,行星齿轮还作顺时针方向的自转,带动前后太阳轮组件向逆时针方向转动。另一方面,在后行星排中,后行星轮在太阳轮的驱动下作顺时针方向自转时,对后行星架产生逆时针方向的转矩,而单向离合器F2对后行星架逆时针方向的转动有阻止作用,因此后行星架固定不动,迫使后齿圈作顺时针旋转,从而与前排行星架一起,驱动输出轴转动,汽车起步。起步后,前、后行星排各元件的运动方式依然不变。但注意此时的前排行星架是以低速作顺时针转动。
(1)三档辛普森式行星齿轮变速器各档的传动路线
由此可知,在1档时,前、后两行星排都参加动力传递,与发动机输出转速相比,经变速器后转速下降,转矩增加,汽车能以较大的牵引力克服行驶阻力低速前进。根据行星排的运动特性方程,可用解析式解联立方程求出1档的传动比为:
前行星排的运动特性方程 n1 + a1n2-(1+a1)n3 =0 后行星排的运动特性方程 n21+ a2n22-(1+a2)n23=0

式中 a1——前行星排齿圈齿数与太阳轮齿数之比;
a2——后行星排齿圈齿数与太阳轮齿数之比。
(1)三档辛普森式行星齿轮变速器各档的传动路线
当汽车以上述一档行驶时,若驾驶员突然松开节气门踏板,发动机将立即进入怠速工况,而汽车在惯性作用下仍以原来的车速行驶。此时,驱动轮将通过自动变速器输出轴反向带动行星齿轮机构运转,前排行星架在后排齿圈成为主动件,前齿圈则变为从动件。当前排行星架向顺时针方向带动行星轮按相同方向作公转时,因前排齿圈转速较低,前排行星轮是作逆时针自转,从而驱动前后太阳轮组件以较高速度作顺时针转动,带动后排行星轮作顺时针转动,使后行星轮在自转的同时对后排行星架产生顺时针方向的转矩。
辛普森式三档行星齿轮变速机构