1第九章自动变速器
第一节自动变速器概述
一、自动变速器迅速发展的原因
长期以来具有自动变速器的轿车，一直被视为高级和豪华的标志，通常只有发动机排量3L 以上的轿车才配置自动变速器。而且人们形成了一种概念：装备自动变速器的轿车具有许多优点，但售价昂贵、燃油经济性较差、结构复杂。维修保养困难，较难在普及型轿车上推广。大家始终把自动变速器认为是一种技术难度大，但又很奢侈的汽车部件总成。20世纪80年代中期，自动变速器在国外得以迅速发展，普及率愈来愈高，除了大排量发动机继续装备自动变速器之外，发动机排量在ZL以下的轿车也大量装备自动变速器，而且不少车型都把它作为标准配置推出。自动变速器在我国一直是处于十分落后状态，除了70年代长春第一汽车制造厂曾为红旗牌轿车配置了自动变速器之后，将近二十多年来，国产轿车从未出现过自动变速器总成。自从20世纪80年代以来，国外大量的现代轿车进人我国市场，特别在一些国际化大都市，装备有自动变速器的进口轿车的保有量迅速增长。
1998年上海通用汽车公司率先在国产的别克新世纪轿车上推出了4T65E自动变速器，紧接着长春一汽大众在捷达王轿车上也推出了自动变速器，广州本田雅阁轿车、东风神龙富康轿车、东风风神轿车以及上海大众最新推出的帕萨特轿车都配置了自动变速器，其中东风神龙富康轿车和长春一汽大众刚推出的捷达都市阳光型轿车都是配置l．6L排量的电喷发动机，是国产轿车配置自动变速器中，发动机排量最小的车型。另外长春一汽大众最新推出奥迪A6，该车配置了手、自动混合控制的变速器，代表了较新的自动变速器控制技术。在仅仅2年多的时间里，在国产轿车上自动变速器的普及率发展如此之快，是始料不及的。为什么在近十年的时间里，配置自动变速器的轿车发展如此之快？究其原因，可归纳为以下几点。
①自动变速器可消除职业和非职业驾驶员操作技能上的差异。随着轿车的大量普及，老人和妇女涉及该商品的使用领域，由于体能和操作技能上的差异，往往给这些人的使用带来许多障碍，甚至萌发许多交通安全事故。追求商品的操作简便，往“傻瓜”型的操作方式发展，是普及商品的重要途径。自动变速器能根据实际路况条件自动选择最合适的档位行驶，减少技能和体能上差异所造成的影响。
②电子控制技术的快速发展，促使自动变速器燃油经济性明显改善。自动变速器燃油经济
性较差的问题，一直制约自动变速器在普及型轿车上的广泛应用，关键是变矩器“软连接”弓I
起的高速状态时的滑转，传动效率很低。80年代后期，由于电子控制技术的快速发展，电子元
件的成本大幅度降低和可靠性大幅度提高，为电控自动变速器的发展创造了良好条件，变矩器
‘软连接”引起的一系列问题也随之解决。如今很难比较手动和自动变速器的油耗究竟是谁高。
③减轻驾驶员操作时的劳动强度，提高行驶安全性。随着轿车的普及，公路的高速化，酿
成交通事故的机会也在增大。社会的激烈竞争，造成人们的思想高度紧张，极易产生身体的疲劳，人们需要追求一种放松的作业环境，摆脱劳累和放松情绪。自动变速器由于简化操作，具
有自适应的控制功能，因此可将注意力集中于对外界情况的观察，提高了行驶安全性。
④自动变速器可以降低发动机排放的污染。发动机变工况的使用，是造成发动机排放指标
差的重要原因之一。在手动变速器的汽车上，通过稳定发动机转速而频繁变更变速器档位是很
难实现的。但在自动变速器的汽车上，可把发动机转速稳定在低污染和低油耗的区域，通过变
速器档位的自动变换来适应外界的路况变化。
尽管自动变速器的汽车具有许多优点，但是仍有一部分年轻人不喜欢使用自动变速器的朋，主要是起步加速不如手动变速器汽车来得快。由于结构上的原因，拥有自动变速器的汽只
能1档起步，而且加速需要时间，不如手动变速器汽车操作随心所欲。
二、液力变矩器自动变速器的种类
1．按汽车的驱动方式分
1）前置前驱动自动变速器（FF型或FWD型）
这种变速器仅使用在前轮驱动的轿车上,通常发动机呈横向布置。由于这类变速器兼有驱动桥的功能，在变速器内部除了具有变速机构外，还装备了主减速器和差速器（这两个总成一般装备在驱动桥上），因此这种变速器又称变速驱动桥（Transaxle）。这种变速器是一个输入口，两根输出轴。其中变矩器和发动机曲轴在同一中心线上，而变速机构可以布置在同一中心线上，图7．l所示就是这类变速器。它也可以布置在另一条和它平行的中心线上，通过传动链把变矩器输出轴和变速机构输人轴连接起来。由于发动机横置可以使主减速器采用圆柱斜齿轮传动，避免使用螺旋伞齿轮，因此可以简化调整，共用一种润滑油。但是德国大众的前轮驱动轿车，则比较多的采用发动机纵置的布置。
2）前置后驱动自动变速器（FR型或RWD型）
这种变速器仅使用在后轮驱动的轿车上，通常发动机呈纵向布置。
这类变速器内部仅有变速机构，主减速器和差速器均装备在后驱动桥上。这种变速器具有一个输人口，一根输出轴，发动机曲轴中心线和变矩器、变速机构三者均在同一中心线上，变速器的外形呈细长状，如图7．2所示。
3）四轮驱动自动变速器（4WD型）
四轮驱动的轿车目前在国外是一种时尚，主要用于探险、越野和休闲旅游，这种轿车保有量正在逐步扩大。该变速器具有三根输出轴，除了前轮驱动两根输出轴外，还附加后桥传动的输出轴，在变速器内部含有一个主减速器，两个差速器，一个是前轮的轮间差速器，另一个是前、后轴间差速器，其结构更为复杂。
2．按控制方式分
自动变速器控制档位变化的原理和传统手动变速器换档的规律相同。传统手动变速器换档的规律：驾驶员一是听发动机声音（发动机负荷）的大小，二是观察汽车车速，当发动机声音很大，同时又无法加速时，则驾驶员往往把档位由高档拨向低档。结果发动机声音降低，车速也提高了。目前自动变速器换档也同样遵循这样的规律，即根据换档的两个最主要的信g——发动机负荷（节气门开度）和汽车车速进行换档，称为双参数换档控制方法。根据两个信号的采集和控制方式的差别，有以下三种控制方法。
1）液压控制
在液控的自动变速器中，采集发动机负荷大小的是节气门开度阀或真空压力调节器，通过这两个装置把发动机负荷大小转换成相应的油压，并且把该油压作用于换档阀的一端，采集汽车车速大小的是调速阀，通过该装置把汽车车速高低转换成相应的油压，并且把该油压作用于换档阀的另一端，换档阀两端的油压比较大小，决定换档阀的位置状态，从而决定变速器的升降档，20世纪80年代中期前生产的自动变速器绝大多数都属于液控式的自动变速器。其信号采集和控制方式都采用机械和液压的方法。
2）电子控制
20世纪 80年代后期由于汽车电子控制技术的发展，特别是电喷发动机的广泛使用，出现了计算机的控制技术，电子传感器的大量使用，不少的工况信息相互间可以共享。在电控自动变速器中，换档的最主要信号仍然是发动机负荷和汽车车速两个信号,但是反映发动机负荷大小是节气门位置传感器或进气歧管绝对动传感器，这两个传感器都借用自电控友动机，反映汽车车速的是车速传感器。电子传感器把采集的发动机负荷和车速信号转换成电压和电流传送给电脑，电脑接受信息后，与存储在内部的程序加以比较，并给执行换档的电磁阀发出通、断点的指令，实现升降档位的变化。在电控的自动变速器中，信号的采集应用了电子传感器，而控制方法依靠电脑（ECU）
3）半电子控制
在自动变速器中具有逻辑控制的装置，不仅仅是档位变化的控制装置，在其他一些压力调节器中同样涉及逻辑控制的问题。例如自动变速器要求液压系统主回路压力能够随着发动机的负荷增大而随之增大。在有些自动变速器中，换档控制已实现了电子化，而压力调节器的控制方法仍采用机械或液控的方法，这种电子与机械混合的控制方法称为半电子控制。目前大量的自动变速器采用这种控制方法，例如通用汽车公司生产的4T60E属于半电子控制，他的档控制实现电子化，而主回路压力调节则采用真3．按机械变速器的传动方式分
1）行星齿轮机构传动（共轴式传动）
这种传动方式在自动变速器中占主导地位，具有结构紧凑、传递平稳等众多优点，绝大多数自动变速器都采用这种传动方式。有关行星齿轮机构传动原理方法在后面章节中有详细介绍，因此不再赘述。
2）平行轴齿轮机构传动
在手动变速器中广泛采用这种传动方式。它的优点是结构简单，维修保养方便。这种变速器的换档的方法和手动变速器一样，由人力拨动啮合套变换成多片离合器自动接合或释放。目前采用这种传动方式的唯独日本本田公司。广州本田雅阁轿车配置的就是这一种自动变速器，如图7．3所示。它的换档信号仍然是发动机负荷和汽车车速。
通过以上的简单介绍，可以看出液力变矩器式的自动变速器主要由下列总成部件组成：
①液力变矩器；
②机械变速器和变速的执行元件；
③机械操纵及联动机构；
④液压控制和执行元件；
⑤电子控制装置、电子传感器和执行元件。
空压力调制器。通用汽车公司最新推出的4T65E则是全电子控制的。
第二节偶合器和变矩器
偶合器和变矩器的结构特征
一、偶合器
液力偶合的原理可以用两个风扇来说明，如图8．l所示。通电转动的风扇带动空气流动，
冲击在对置的静止（不通电）的风扇的叶片上。空气流动的能量推动了对置的风扇叶片，因此能量从一个风扇传递到另一个风扇上了。尽管这种偶合的效率很低，但事实告诉人们，两个相互间没有刚性连接的叶轮，同样可以进行能量的传递。它是一种“软连接”能量传递方式。为了提高两叶轮间传递效率，人们就把两叶轮安装在一个密闭的容器中，让两叶轮对置的间隙尽可能减少，并在其中充满液压油，其中一个叶轮由发动机曲轴直接驱动，称之为泵轮，而另一个被动的叶轮则作为输出，称之力涡轮，如图8．2所示。
这种仅有两个叶轮，只能进行扭矩传递的偶合装置称为偶合器。虽然偶合器只能传递扭矩，但“软连接”给汽车带来多方面的好处。
①在没有附加其他机械操纵装置的情况下，能够通过它平稳地切断和接通发动机和驱动轮之间的动力传递，能够很好地适应汽车平稳起步的要求。
②“软连接”可以通过液体为介质，吸收传动系统的冲击和振动，延长零部件的寿命和减少噪声。
基于上述优点，至今在有些越野车和特种车辆上还广泛采用偶合器。在保留偶合器优点的基础上，又诞生了液力变矩器，它不仅能够传递扭矩，而且还能增大扭矩。
二、变矩器
液力变矩器的三个基本部件是泵轮、涡轮和导轮（如图8．3所示）。变矩器壳体用螺栓与发动机飞轮连接在一起。壳体又和泵轮焊接在一起。因此，壳体与泵轮随发动机转动，作为发动机的动力输人。泵轮的叶片冲焊在壳体上。当泵轮转动时，在离心力的作用下，液体被从中央甩到泵轮的边缘。
液力偶合的下一步连接是涡轮。液体从泵轮外缘甩出，撞击到涡轮的外边缘。涡轮和泵轮相似，在其内部有叶片。液体撞击涡轮叶片边缘，冲击力使涡轮转动。机械变速器的输人轴用花键与涡轮相连，当涡轮和输人轴旋转时，动力输入到机械变速器。
液力偶合允许汽车在运行时制动。当车轮制动器锁止驱动轴时，变速器内部旋转的部件以及输入轴和涡轮也同时被锁止。然而，液力偶合和直接的机械连接（手动的离合器）不同，发动机飞轮和变矩器壳体及泵轮依旧在旋转。这时在偶合的泵轮和涡轮之间的油液上，建立了一个“剪切”的动作，使变矩器油温迅速上升。过热会对变矩器和自动变速器造成损害，这也就是前面提到的，为什么在十字路口长时间等待红灯或者堵车情况下，建议把预选杆置于“N”档位的原因，尽量减少出现变矩器的“制动转矩”。变矩器新增了一个导轮，它介于泵轮和涡轮之间，导轮通过中间的单向离合器内花键和固定轴相连，固定轴与变速器壳体连接，它允许导轮在一个方向自由旋转，而在另一个旋转方向则锁止。增加导轮的目的，是为了使变矩器在某些工况下具有增大扭矩的功能。导轮的叶片通常由铝合金浇铸而成，其叶片呈斜面。
三、变矩器输出扭矩增大原理
前面提到的液力偶合器，只有两个叶轮是不能够实现增大扭矩功能的。导轮的引人使发动机扭矩的增大成为可能。这样，液力偶合器就成了变矩器。
图8．4所示为在变矩器中三个叶轮间液体的流动关系。当液体离开泵轮冲击涡轮时，把液体能量传递给涡轮并使其转动，与此同时流经涡轮的液体从中间流出，撞击导轮叶片的正面（此时单向离合器锁止），液体受到导轮正面叶片的阻挡而产生液体折射，具有方向性的液体返回到泵轮叶片上，而这种具有方向性的液体起到了帮助发动机转动泵轮的作用。流动的液体对导轮产生的作用力矩，可以使变矩器的输出扭矩提高两倍甚至更多。但是必须注意，变矩器扭矩增大值并不是一个恒定值，扭矩增大值和汽车的车速有关。当汽车处于起步状态，变矩器具有最大的扭矩增大值，通常可达1．8－2．5倍，随着车速的提高，扭矩增大值逐渐下降，当涡轮和泵轮转速之比达到0．8－0．85左右时（即所谓的偶合点），变矩器的扭矩增大值就变成一倍，当车速继续增大时，仍维持这个数值。一旦变矩器出现输人和输出扭矩相同的情况，实际上变矩器就变成了偶合器。图8．5所示显示了变矩器的特性曲线。从中可以看到，变矩器的运行具有双重特征，在偶合点之前（即低速时），变矩器具有扭矩增大功能，而达到偶合点后，不再具有扭矩增大功能，变成了偶合器。变矩器的扭矩输出特性，能够适应汽车使用要求，当汽车起步时，驱动轮需要较大的扭矩，而高速行驶时仅需要较小扭矩。
四、变矩器中的导轮设置单向离合器的原因
前面已提到汽车处在低速时，变矩器中来自涡轮的液体冲击在导轮的正面，使变矩器的输出
扭矩得以增大，但随着车速逐渐提高，来自涡轮的液体逐渐偏离作用在导轮叶片正面的方向，变矩器的输出扭矩也随之下降，当涡轮和泵轮转速之比达到偶合点时，涡轮喷射的液体作用到导轮的背面，一旦出现这种情况，经导轮折射的液体返回给泵轮，反而成了泵轮旋转的阻力，将会出现输出扭矩低于输人扭矩的状况，这违背了变矩器具有扭矩增大的初衷。作用在导轮叶片正面的液体，随着涡轮转速提高逐渐转向叶片背面，是液力变矩器固有的特征，它是由变矩器结构所决定的。为了防止汽车高速时出现变矩器的输出扭矩小于输人扭矩的现象，在导轮和固定轴之间安置了单向离合器。当在低速时，作用在导轮叶片正面的液体通过单向离合器锁止使导轮固定，产生增大扭矩的效果。当在高速时，作用在导轮叶片的扭矩不能增大。图8．6所示反映了单向离合器和导轮之间的装配关系。
变矩器导轮的单向离合器在使用过程中，作用在导轮背面的液体通过单向离合器的超越（释放），使导轮自由旋转，此时变矩器实际上变成了偶合器，它只能传递力矩。单向离合器是比较容易损坏的部件，但变矩器又是不可拆卸的总成，因此只能根据故障的现象来判断，如果单向离合器失效表现为在两个方向都能自由旋转，则反映出汽车低速时加速性能减弱；如果失效表现为两个方向都锁止，则反映出汽车高速时动力不足。自动变速器的失速试验，也可以反映变矩器的单向离合器的失效状况。
五、变矩器锁止离合器（TCC）
偶合器和变矩器都属于“软连接”机构，它们具有许多优点。但是这种连接装置也存在明显缺点，高速状态时，泵轮和涡轮之间会产生较大的滑转现象，传动效率大幅度下降，特别反映在偶合点之后，图8．5显示的效率曲线说明了这种情况。长期以来，配置自动变速器的轿车油耗高的主要症结就在于此。
锁止离合器的作用：
当汽车行驶阻力小时
发动机转速较高，此时不需要增扭，锁止离合器将变矩器的泵轮和涡轮锁住，可以提高传动效率，能节油5%左右。
在汽车行驶阻力大时
发动机转速降低，此时锁止离合器分离，实现增扭。
变矩器锁止离合器的主要功能是：在汽车低速时，利用变矩器低速扭矩增大的特性，提高汽车起步和坏路的加速性；在高速时，变矩器锁止离合器作用，使液力偶合（“软连接”）让位于直接的机械传动（“硬连接”），提高传动效率，降低燃油消耗。
变矩器的锁止离合器有一个压盘，当通上压力油时，发动机和变速器就成为刚性连接。低速时，扭矩需要增大，因此液力偶合起作用。然而，当车速到达变矩器不能实现增大扭矩时（通常大于时速 50 km／h左右），锁止离合器作用，液力偶合作用失效。
图8．7为变矩器锁止离合器的结构图，在变矩器壳体和涡轮之间的压盘用花键与涡轮轮我连接，并允许压盘在涡轮轮载上轴向运动。环状的摩擦材料粘在压盘前端面上，处于锁上状态时，压力油作用在压盘的背面，通过摩擦材料和壳体端部接触，由此建立了发动机和变速器的刚性连接。处于刚性连接时，为了吸收传动系的振动和冲击，在压盘总成上设置了多个扭振弹簧和窗口，敷设阻尼材料，压盘和壳体接合过程中，会产生很大的冲击力和振动，通过扭振弹簧的变形加以吸收，在这种状态下，压盘总成上的主、被动盘之间将会产生较大转角的变化。当解除锁止时，来自控制阀的压力油进人压盘的正面，推动压盘移动，解除摩擦材料和壳体接触，同时该压力油从活塞外缘和壳体内圆的缝隙中进人叶轮的腔内，此时变矩器恢复了液力偶合状态。变矩器两种状态的实现，是通过改变进人变矩器液体的流动方向完成的（如图8．8所示）。必须指出，作用在压盘正面和背面的油压，是两种差别很大的油压，前者是低压（释放）而后者则为高压（锁止）。目前，国外现代轿车上都配置了这种结构的变矩器，包括上海通用公司生产的别克新世纪、广州本田公司生产的本田雅阁等国产轿车的变矩器都采用这种结构。别克新世纪还配置另一种粘液式的锁止离合器．它以硅油作为介质，操作方式和L述相同，它的优点是压盘和壳体接触时显得更
柔和、平稳。它取消了压盘上的扭振弹簧，代替它的是硅油离合器，但存在少量的滑转现象。
刚性连接使传递扭矩的效率得以提高，它消除了液力偶合所产生的一部分滑转，而成为直接的机械连接。另外，刚性连接不会像液力偶合那样使变矩器油温快速上升。为了防止变矩器在液力偶合过程中的温升，采取以下两种措施。
①变矩器内部的液体必须体外循环流动。
②变矩器液体在体外循环回路中，必须设置油冷却器装置。图8．9所示说明了它们之间的装配关系，从变速器壳体上引出两根管子，其中一根管子内的液体来自变矩器，和散热器上的油冷却器一端相连，油冷却器另一端则通过另一根管子连接到壳体上，然后重返油底壳或者作为润滑
为了保证变矩器充满液体，并具备一定的压力，通常在体外循环回路设置了单向阎。如果体外循环回路出现单向间堵塞故障，将会使变矩器油温迅速上升，严重影响正常使用，因此定期清洗体外循环回路中的污垢十分必要。
8．5 变矩器锁止离合器的作用条件
早期的液控自动变速器的变矩器也配置锁止离合器，但它是一种简单离心式的锁止离合器，离合器组件的内孔花键和涡轮轴相连，离合器组件的外边缘有若干离合器蹄铁，每块蹄铁表面都有摩擦材料的衬片，随着涡轮转速和离心力的增大，离合器蹄铁向外甩动并与变矩器壳体的内圆表面接触。这样，来自发动机的一部分动力通过外壳一摩擦蹄铁一离合器组件传递给涡轮轴，当涡轮转速很高时，离合器完全锁止，液力偶合不起作用，成了直接的机械传动。早期离心式的锁止离合器传递了一个信息，即锁止离合器应该在汽车高速状态起到锁止作用。涡轮转速愈高，锁止效果愈好。上述液力控制式锁止离合器的出现，可以彻底解决离心式离合器存在的锁止效果完全依赖涡轮转速的问题。同时还要解决在车轮制动器作用时，发动机扭矩会骤然增大，将会引起压盘摩擦材料和壳体内端面严重打滑的现象。频繁发生打滑，严重影响锁止离合器的使用寿命，油温上升，磨粒的增加也会影响自动变速器液压油的使用。因此，当车轮制动器作用时，处于锁止状态的离合器必须迅速释放。
锁止离合器还需解决和发动机水温相关的问题，原本锁止离合器和发动机水温并没有直接联系，但在前面部分已提到两个问题：首先变矩器内的液体需要体外循环，并且要经过设置在散热
器上的油冷却器，液体的热量很大部分靠散热器中循环水带走，变矩器中的油温直接和发动机水
温相关联；第二，当变矩器锁止离合器作用时，液力偶合作用失效，叶轮间的介质“剪切”不存在，油温迅速下降，从而引起发动机水温下降，过低的水温会影响发动机的正常使用，因此锁止
离合器作用前，控制发动机的水温是必要的。
变矩器锁止离合器上述的作用条件，只有在电控自动变速器上，通过电子传感器的控制方式
才能够实现。尽管锁止离合器的作用条件，在各种轿车上有所不同，但下列的几点基本上；都在
执行：
①汽车处在高速（50 km／h）或者位于3档以上的档位；
②汽车的车轮制动器处于非作用状态；
③发动机的水温不低于规定值，通常为50－600C；
④发动机的节气门开度不处于怠速状态，位置传感器必须有最小的电压输出。
变矩器内部设置了锁止离合器后，在扩大了功能的同时，故障率也相应增加，提高了维修费用。变矩器是不可拆装的总成，通常采用总成更换的方法也必须予以改进。目前在国外已开展对变矩器维修采用切割焊缝一维修保养一重新焊接一动平衡的维修方法，这样可以降低用户的维修
第三节 行星齿轮变速机构
一、 简单的行星齿轮机构的特点
１、 行星齿轮机构机构传动的基本原理
自动变速器的变速机构建立在齿轮传动原理基础上，它包括齿轮和轴以及为变速器提供各种传动比的变速执行元件多片离合器。制动箍带和伺服油缸、单向离合器等部件。行星齿轮机构在绝大多数的自动变速器中被广泛使用，但日本本田公司的变速机构采用平行轴斜齿轮布置。
变速机构可以提供不同的传动比，在整个驱动范围内，为汽车的动力性和经济性的提高创造了条件。齿轮传动的变速器的传动比都是有级的，传动比可以由驾驶员手动选择或由液压控制系统通过变速执行元件的作用和释放自动选择。
简单（单排）的行星齿轮机构是变速机构的基础，通常自动变速器的变速机构都由两排或三排以上行星齿轮机构组成。简单行星齿轮机构包括一个太阳轮、若干个行星齿轮和一个齿轮圈，其中行星齿轮由行星架的固定轴支承，允许行星轮在支承轴上转动。行星齿轮和相邻的太阳轮、齿圈总是处于常啮合状态，通常都采用斜齿轮以提高工作的平稳性（如图9．l所示）。
图9．2表示了简单行星齿轮机构，位于行星齿轮机构中心的是太阳轮，太阳轮和行星轮常啮合，两个外齿轮啮合旋转方向相反。正如太阳位于太阳系的中心一样，太阳轮也因其位置而得名。行星轮除了可以绕行星架支承轴旋转外，在有些工况下，还会在行星架的带动下，围绕太阳轮的中心轴线旋转，这就像地球的自转和绕着太阳的公转一样，当出现这种情况时，就称为行星齿轮机构作用的传动方式。在整个行星齿轮机构中，如行星轮的自转存在，而行星架则固定不动，这种方式类似平行轴式的传动称为定轴传动。齿圈是内齿轮，它和行星轮常啮合，是内齿和外齿轮啮合，两者间旋转方向相。行星齿轮的个数取决于变速器的设计负荷，通常有三个或四个，个数愈多承担负荷愈大。
简单的行星齿轮机构通常称为三构件机构，三个构件分别指太阳轮、行星架和齿圈。这三构件如果要确定相互间的运动关系，一般情况下首先需要固定其中的一个构件，然后确定谁是主动件，并确定主动件的转速和旋转方向，结果被动件的转速、旋
转方向就（确定了。下面分别讨论三种情况。
①见图9．3（a），齿圈固定，太阳轮为主动件且顺时针转动，而行星架则为被动件。太阳轮顺时针转动，则行星轮应为逆时针转动，但由于齿圈固定，因此行星轮要
逆时针转动只有行星架同时实现顺时针转动方可实现，结果行星轮不仅存在逆时针自转，并且在行星架的带动下，绕太阳轮中心轴线顺时针公转。在这种状态下，就出现
了行星齿轮机构作用的传动方式，而且被动件行星架的旋转方向与主动件同方向。在
这里，太阳轮是主动件而且是小齿轮，被动件行星架没有具体齿数的传动关系，因此
定义行星架的当量齿数等于太阳轮和齿圈齿数之和。这样，太阳轮带动行星架转动仍
属于小齿轮带动最大的齿轮，是一种减速运动且有最大的传动比。
②见图9．3（b），太阳轮固定，行星架为主动件且顺时针转动，齿圈为被动件。当行星架顺时转动时，势必造成行星轮的顺时针转动，结果行星轮带动齿圈顺时针转动。在这里，主动件行星架的旋转方向和被动件齿圈相同。由于行星架是一个当量齿数最大齿轮，因此被动的齿圈以增速的方式输出，两者间传动比小于1。
③见图9．3（C），行星架固定，太阳轮为主动件且顺时针转动，而齿圈则作为被动件。由于行星架被固定，则机构就属于定轴传动，太阳轮顺时针转动，行星轮则逆时针转动，而行星轮又带齿圈同方向转动，结果齿圈的旋转方向和太阳轮相反。在定轴传动中，行星轮起了过渡轮的作用，改变了被动件齿圈的旋向。
下面讨论齿圈的输出是增速或减速的问题。从结构图上已经可以看到，太阳轮的齿数小于齿圈的齿数，属于小齿轮带动大齿轮的传动关系，因此齿圈显然是减速状态，即两者间的传的比大于l。注意，由于行星轮是过渡轮，传动比的大小与行星轮的齿数多少无关。
２、行星齿轮机构基本特征
通过以上三种传动关系的分析，可以把简单行星齿轮机构的运动特征归纳成下列几点。①两个外齿轮相互啮合时，其转动方向相反。
②一个外齿轮与一个内齿轮相啮合时，其转动方向相同。
③小齿轮驱动大齿轮时，输出扭矩增大而输出转速降低。
④大齿轮驱动小齿轮时，输出扭矩减小而输出转速提高。
⑤若行星架作为被动件，则它的旋转方向和主动件同向。
⑥若行量架作为主动件，则被动件的旋转方向和它同向。
⑦在简单行星齿轮机构中，太阳轮齿数最少，行星架的当量齿数最多．而齿圈齿数则介于中间。（注：行星架的当量齿数=太阳轮齿数十齿圈齿数。）
⑧若行星齿轮机构中的任意两个元件同速同方向旋转，则第三元件的转速和方向必然与前两者相同，即机构锁止，成为直接档。（这是一个十分重要的特征，尽管上述的例子没有涉及。）
表9．1列出简单行星齿轮机构的三元件经组合后六种不同的运动状况。若假设太阳轮20齿，齿圈40齿，则行星架当量齿数为60齿。
以上叙述的简单行星齿轮机构运动关系是属于经常遇到的，在确定三者关系时，首先把其中一件固定，然后确定另外两者的主、被动关系。实际上简单行星齿轮机构还有一个很重要的特征，允许同时两件作为主动件输入，而被动件照样有唯一的输出，这是行星齿轮机构的一个十分重要的特征，而且在自动变速器上被广泛采用，在下面的章节中会叙述。
二、行星齿轮机构变速执行元件
通过前面行星齿轮机构的工作原理介绍，可以知道行星齿轮机构若要实现传动
比的例或者输出轴旋转方向的变化，通常采用的措施是改变主、被动件的关系，另
一个措施是改变B定的元件，通过不同的组合方式可获得不同的传动比和旋转方向。在表9.1中清楚反映列种关系。使传动比和旋转方向产生变化的元件称为变速执行元件，它们分别是多片离合器、制动箍带和伺服油缸、单向离合器。其中前两种需要
液压控制，而单向离合器是机械结构，固定旋转件再仅仅取决于旋转五向。
１、制动箍带和伺服油缸
行星齿轮机构中的三大构件，都允许自由旋转，但为了要实现某一档位的变换，需要把其中的一件加以固定，承担该任务的就是制动箍带和伺服油缸，两者是配套使用的，有时又称两者为制动器。图9．4所示反映了该装置的工作原理。
制动带是一种围绕在制动鼓外面可收拢的制动组件。每个制动鼓与行星齿轮机构的某一元件连成整体，锁止制动鼓就是固定行星齿轮机构的一个构件。制动带是衬有半金属或有机摩擦材料的简单挠性金属带。当伺服油缸给制动带作用力时，制动带箍紧制动鼓，行星齿轮机构某一构件的旋转也随之被固定。伺服油缸是制动带的施力装置，当液压作用在伺服活塞上时使活塞压缩回位弹簧而移动，并通过机械的联动装置作用在制动带上。为了释放制动带，作用在伺服活塞上的液压油通过控制阀改变液体的流动方向，和回油相通，伺服活塞在回位弹簧力的作用下回到初始位置，制动带释放。
制动带的收拢作用力方向，可以设计成和制动鼓同一旋转方向，也可以设置成相反。假若作用力方向和制动鼓旋转同一方向，则制动鼓的旋转使制动带锁正力增大，好比车轮制动器中的“领蹄”，而使伺服油缸作用油压减小。假若作用力和旋转方向相反，就好比是“从蹄”，锁止力减弱，则伺服油缸的作用力需要增大。
现代轿车自动变速器采用单层式和双层式两种类型的制动带．见图9．5。表面展开是一完整带状形金属板材的制动带，称为单层制动带，目前大多采用这种结构。
表面被分割成几个环圈，并且用搭切口使各环圈联动的制动带称为双层制动带，由于双层制动带更易变形，更易贴近制动鼓形状，使制动鼓锁止过程平稳柔和，因此在同样作用力下，可提供更大的锁紧力矩。通用公司的4T60E和4T65E自动变速器就采用双层制动带。
由于制动带和制动鼓在锁止过程中总存在滑转，因此相互间的磨损是难免的。大多数早期自动变速器的制动带都需要通过调整螺栓定期地调整间隙。两者的间隙要适当，如果间隙调整过小，即使制动带无作用力时，也会出现严重的拖滞现象，过量滑转会引起制动带和鼓的表面烧蚀。近期的自动变速器的制动带不需要调整，等到间隙过大后，更换其中一。二个零件以恢复原有的间隙。
伺服油缸是产生制动带作用力的装置，油缸作用面积愈大，作用油压愈高，所产生作用力愈大。图9．4反映的是一种广泛采用的伺服油缸，油缸中仅有一个活塞，而且油压仅作用在活塞的一侧，称为单向作用伺服油缸。图9．6所示是另一种伺服油缸，虽然活塞仅有一个，但活塞两侧都可作用油压，而且活塞左侧的作用面积小于右侧，这是一种差动油缸，又称为双向作用伺服油缸。当左边作用口进入油压时，此时右边释放口和回油通道相连，左侧油压推动活塞和推杆右移，结果使制动带收紧。当右边释放口进入油压，而左边作用口的油压仍保持，由于活塞两侧存在面积差，结果活塞又重新左移，恢复初始位置，使制动带释放。这种伺服油缸的应用在以后的章节中会介绍。图9．7所示是一种称为复合式活塞的伺服油缸，通常有两个活塞，其活塞的作用面积有三个，都存在面积差值，而且有两个作用口，一个释放口。首先压力油进入活塞面积最小的作用口，使活塞推杆推出，制动带收紧。当压力油进入释放口时，第一作用口压力仍保持，由于释放口中的活塞作用面积大于第一作用口的活塞面积，推杆收回，制动带释放。当压力油进入第二作用口时，第一作用口和释放口中的压力仍保持，由于第二作用口中活塞的作用面积，叠加上已作用的第一作用口活塞面积，远大于释放口的活塞作用面积，因此推杆再次伸出并使制动带收紧。这种复合式活塞的伺服油缸在日本马自达公司的自动变速器上采用
２、 多片离合器
多片离合器的功能之一是进行动力切换，变速器的输入动力来自变矩器涡轮轴，
为了固定行星齿轮机构的某一构件。在这种情况又把它称为制动器件，它包括一些带有摩擦材料的盘片和一些钢制盘片，摩擦
多片离合器还包括一个或多个回位弹簧、回位弹簧座、油封、一个或多个压盘
和挡圈塞供给油压，并将其排泄。活塞在回位弹簧的作
用下实现档位状态的变化，必须要把输入动力接通到行星齿轮机构的某一主动件上，比如把动力接通到太阳轮，但在另一档位又必须把同一输入动力接通至行星架。架通输入动力和机构中某一构件的桥梁就是多片离合器，通过多片离合器，既可以把传动路线导通，也可将其断开。
多片离合器的功能之二是。在日本丰田公司制造的自动变速器中，其行星齿轮机构的变速执行元件中没有制动带，取而代之的是多片离合器。把多片离合器的一端和机构中的某一构件连接，而另外一端则和变速器壳体连接。
图9．8示意的是多片离合器组片和钢片交替地安装在离合器鼓内。摩擦片的工作面上有粗糙的摩擦材料，而钢片表面则光滑，没有摩擦材料。油压通过离合器鼓内的活塞作用，把摩擦片和钢片紧压在一起，使离合器处于结合状态。如果油压被消除，则回位弹簧使活塞回位，而使离合器处于分离状态。通常两组片子中摩擦片的内缘有内花键，而钢片的外缘则有外花键，钢片的外花键和主动的离合器鼓的内花键相配合，摩擦片的内花键则和从动轴的外花键相配合，当离合器接合时，主动件通过多片离合器把动力传递给被动件。当油压作用在活塞上时每一组片子的正压力都是相等的，片子数愈多、油压愈高，离合器可传递负荷的
能力也愈大。
。对多片离合器分离状态时的摩擦片和钢片的间隙，各种不同型号的自动变速器的标准不尽相同，通常在1.8-2.2mm之间，由于在接合过程中存在片间滑磨，间隙变大也在情理之中，当间隙超过设定的极限间隙后，换档过程的时间将会延长，严重时将会引起发动机“飞车”或“掉速”现象，产生换档冲击。过量的片间滑转，会引起钢片表面的高温烧蚀现象，烧蚀后的钢片会引起变形和表面硬度退化，既加速磨损又影响力矩的传递能力。钢片烧蚀一般是由于负载过大，活塞作用油压不足以把钢片和摩擦片压紧（锁止）而引起的。
当多片离合器分离时，停止向活返回初始位置，使主、从动片让出间隙，从而使其分离。当处于分离状态时，为
了解除活塞上的残留油压，在离合器上设置一个离心式单向阀，通过离心力把单向问打开，使部分残留油压迅速地从这里泄出，防止片间的拖滞现象发生。当活塞作用油
压时，单向问自行关闭，建立压力使多片离合器接合（如图9．9所示）
离合器的活塞回位弹簧通常有三种：中央一个大螺旋弹簧；周边布置几个小螺
旋弹一种固定装置，它的功能和制动带相似。制动带能
够在簧；一个蝶形弹簧。其中周置数个小螺旋弹簧的结构为最多。设置回位弹簧的目的是让活塞回位，但并非弹簧力愈大愈好，因为在活塞作用油压时，其中一部分作用力要抵消在弹簧预紧力上，弹簧回位力愈大，活塞作用油压要抵消的力也愈大，其结果使离合器片间的正压力减弱，影响力矩传递能力。这就是为什么经常在一些弹簧座上缺少几个弹簧的原因。出厂时活塞回位弹簧力已进行测试，使弹簧力既可保证活塞彻底回位，同时又避免弹簧回位力过大。
３、单向和超越式离合器
自动变速器中单向离合器是两个方向都能锁止制动鼓旋转，而单向离合器只能在广个方向锁止，而在另一方向则能自由转动。单向离合器的内外圈中有一件是直接和壳体固定的，而另外一件则和行星齿轮机构的某一构件连接。在自动变速器中常用的单向离合器有两种不同的型式：滚柱式和凸块式，见图9．10。
滚柱式单向离合器利用弹簧把滚柱固定在离合器内外座圈之间适当位置。外座圈的内表面有若干个凸轮状缺口，滚柱在弹簧力作用下，使其介于内座圈和缺口表面之间，当某一座圈固定，而另一座圈以一定方向转动时，滚柱楔紧在缺口滚道的狭窄端，则旋转座圈也锁止。当该座圈朝相反方向旋转时，滚柱朝缺口滚道较宽端运动，滚柱和缺口滚道无楔紧趋势，该座圈能自由转动。凸块式单向离合器包括内外座圈和介于座圈间的8字形的金属凸块。当其中一个座圈固定，而另一座圈往某一方向旋转时，其结果使8字形凸块竖起，楔紧内外座圈表面，则旋转座圈锁止。当该座圈以相反方向旋转，使凸块倒下，没有楔紧内外座表面的趋势，那么该座圈可以自由转动。
超越式离合器尽管结构型式和单向离合器完全相同，但它的作用方式有较大区别，超越式离合器的内外圈分别和运动的部件相连，它的所谓“锁止”或“超越”不仅取决于内外圈的旋转方向，而且取决于内外圈的相对速度。超越式离合器一般安装位置是介于输入动力和行星齿轮机构某j构件之间，其功能类似于多片离合器，但多片离合器的接合与释放借助于活塞上的作用油压，而超越式离合器是纯机械控制，图9.11所示是超越式离合器在内外座圈不同速度下离合器的锁止和超越状态。当内座圈转速大于外座圈时，则离合器超越，即内外座圈各自按原有转速旋转，相互间无干扰。当内座圈转速小于外座圈时，则离合器锁止。注意上述判定条件都是图示的结构所决定的。假若8字凸块倒向另外一方向（即把离合器水平旋转180”），上述的结果正好都相反。
三、 典型复合式行星齿轮机构
上面介绍了简单的行星齿轮机构，实际上自动变速器中的行星齿轮机构是由两排或三排以上的简单的行星齿轮机构组成的，可组成具有适当传动比的变速器，通常具有三个前进档或四个前进档及一个倒档。尽管目前自动变速器品种、规格很多，但是其中的复合式的行星齿轮机构基本都采用一些典型化的机构，归纳起来下列三种复合式的行星齿轮机构的使用比较普遍：
①拉维奈行星齿轮机构；
②辛普森行星齿轮机构；
③串联式行星齿轮机构。
下面分别介绍这三种复合式的行星齿轮机构。
１、 拉维奈行星齿轮机构
1）.结构
图9．12显示拉维奈行星齿轮机构的结构图，它由双排的行居齿轮机构组成．具有大、小两个太阳轮、三个长行星轮和三个短行星轮并共用同一行星架，仅有一个齿圈并和输出轴连接。拉维奈行星齿轮机构可以组成三个前进档及一个倒档。它的前排是一个简单行星齿轮机构，而后排则是一个双行星轮的齿轮机构。
2）．各执行元件的功能
图9．13显示拉维东行星齿轮机构和变速执行元件之间的关系。该机构的变速执行元件有五件，前多片离合器C1，后多片离合器C2，前制动带B1，后制动带B2，单向离合器F1。当多片离合器、制动带和单向离合器起作用时具有以下效果。
①前多片离合器C1作用肥来自输入轴（涡轮轴）的输入动力接到后排主太阳轮。
②后多片离合器C2作用，把来自涡轮轴的输入动力接到前排第2太阳轮。
③前制动带B1作用，固定第2太阳轮不动，结果第2行星轮围绕第2太阳轮外缘转动，行星齿轮机构作用。
④后制动带B2作用，固定行星架不动，结果行星轮仅作为过渡轮，它绕自己轴线转动。
⑤单向离合器F1作用，固定行星架不动，使单向离合器在逆时针转动时有自行锁止的功能。它具有后制动带作用时的同样功能。
3）．动力流分析
为了进一步理解拉维奈行星齿轮机构各档传动比是如何实现的，驱动力和动力流是如何通过各种齿轮部件的，下面进行各档位的动力流分析。表9．2列出变速执行元件状态和档位间的关系，拉维奈行星齿轮机构变速器执行元件工作规律。
1）l档
操作预选杆手柄位于D位置，C1多片离合器作用，主太阳轮3是驱动件。F1单向离合器作用并将行星架固定。机构动力流：主太阳轮传到主行星轮，再传到第2行星轮，然后到齿圈，最后传给输出轴。
在这里，两个长短行星轮仅起过渡轮的作用，为了改变输入动力的旋转方向，对
机构的速比没有影响。因为多了一个过渡的行星轮，则发动机和输出轴同一旋转方向。l档速比仅取决于齿圈和主太阳轮齿数之比。
当主太阳轮顺时针方向转动时，第2行星轮最终带动齿圈也朝顺时针方向转动，此时，齿圈给行星架的反作用的力矩，使行星架产生逆时针转动的趋势，由于f1单向离合器逆时针转动锁止，则使行星架固定。
当汽车处于滑行状态时，由驱动轮逆向输入的动力带动齿圈顺时针高速旋转，通过第2行星轮对行星架产生顺时针转动的作用力矩，与此同时主太阳轮仍有来自发动机的怠速动力带动使其顺时针低速旋转，但最终使行星架脱离单向离合器的锁止，顺时针自由空转。这就是1档的汽车滑行。当驱动轮的转速低于某一值时，行星架又重新被FI单向离合器锁止，汽车滑行状态结束，又重新恢复驱动状态。
为了在1档传动比状态下能够实现发动机制动，可将预选杆置于低档（L或1）位置，此时若处在1档，则C1多片离合器和B2后制动带同时作用，并将行星架固定。这种情况下的动力流和预选杆置于D位是完全相同的，但汽车在下坡时，驱动轮可以通过行星齿轮机构反向带动发动机，利用发动机怠速运转阻力实现发动机制动。
2）2档
C1多片离合器和F1前制动带同时作用，主太阳轮仍然是驱动件，第2太阳轮被后制动带固定。动力流从主太阳轮传到主行星轮，然后传到第2行星轮，由于第2太阳轮被固定，第2行星轮只能在行星架的顺时针转动的基础上实现顺时针自转，最后带动齿圈旋转，齿圈带动输出轴转动，其转动方向和发动机方向一致。输出轴是减速运动。
这时2档的输出轴转速比1档转速高，这是因为齿圈的转动同时由第2行星轮自转和行星架公转共同带动。2档传动比的计算比1档复杂，它涉及前后两排行星机构的齿轮齿数，2档的传动比仍大于1。输出轴依旧是减速运动。
这种拉维奈行星齿轮机构，处在2档传动比状态时，驱动轮逆向传入的动力，始终和发动机相连，因此只能实现发动机制动，而不存在汽车滑行，不管预选杆置于D或2位置。
3）3档
C1多片离合器和C2多片离合器同时作用，主太阳轮和第2太阳轮同时作为驱动件带动第2行星轮转动。此时第2行星轮不可能产生两种不同方向的旋转，整个机构锁止，相互间合成一整体，因此就出现了直接档，传动比1：1。前面曾提到，行星齿轮机构任意两元件同速同方向，则就产生直接档。在这里就是主太阳轮和第2太阳轮同速同方向，产生直接档的效果。
4）倒档
C2多片离合器和B2后制动带同时作用，第2太阳轮作为驱动件，行星架被后制动带固定。动力流从涡轮输出轴经CZ多片离合器传给第2太阳轮作顺时针转动，并带动第2行星轮逆时针转动，由于行星架固定不动，第2行星轮只能自转并带动齿圈逆时针转动。
输出轴的转动方向与发动机相反，提供倒档。倒档传动比是齿圈和第2太阳轮齿数之比，传动比大于l。输出轴是一种减速运动。
上面介绍的拉维奈行星齿轮机构是一种原型，它仅有三个前进档，而且只有1档存在汽车滑行。目前的自动变速器以四个前进档居多，在拉维奈机构的原型上通过再增加一排行星齿轮机构或增加变速执行元件，实现四个前进档，并且使2档也存在汽车滑行和发动机制动两种状态。
目前采用拉维奈行星齿轮机构的有韩国 Hyundai（现代）A4AF、A4BF（同 Chrysle 克莱斯勒KM175、KM176）、日本马自达 FA4A－EL和 GF4A－EL、德国大众096和097型等自动变速器。
9．3．2辛普森三档行星齿轮机构
这是一种十分著名的行星齿轮机构，以设计发明者H．W．Simpson工程师命名的机构，从20世纪4O年代至今广泛采用于世界各国的汽车自动变速器中，它的特点是由两个完全相同的齿轮参数的行星排组成，见图9．14。整个机构具有相同齿圈，六个相同的行星轮和一个供两个行星排合用的加长太阳轮（故又称共同太阳轮行星齿轮机构），它的前行星架和后齿圈为同一构件，并且和输出轴连接。该机构可组成三个前进档和一个倒档。
1．各执行元件的功能
辛普森行星齿轮机构设置了五个变速执行元件：C1前多片离合器,C2后多片离合器、B1微动带,B2后制动带、F1 单向离合器。五个变速执行元件的作用效果如下（见图9．15）。
①当C1前多片离合器作用时，把来自涡轮输出轴的动力接通至太阳轮。
②当C2后多片离合作用时，把来自涡轮输出轴的动力接通至前排赤圈。
③当B1前制动带作用时，固定太阳轮。
④当B2后制动带作用时，固定后行星架。
⑤当F1单向离合器作用时，固定后行星架。
在辛普森机构中的B1和B2实际上是一种制动器，在某些变速器中该制动器采用制动带，而在有些变速器中则采用多片离合器作为制动器，例如日本丰田的自动变速器。
表9.3反映了辛普森行星齿轮机构变速器变速执行元件的工作规律。
构各档位的动力流分析。
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，由于超过了发动机的转速之后，
来自
2．动力流分析
下面进行辛普森机l）l档
把预选杆，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
圈连转，由于太阳轮被固定，因此前行星
轮在行星自驱动轮的逆向传入
变速离合器和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
阳轮制动的功能，而不存在汽车滑行的作用。
C 合器和B2后制动带同时作用。C1前多片离合器的接合把动力传给太阳
轮行星架同时也逆时针转动，此时前排太阳轮
是顺星齿轮变速器，
其最高档3档是传动比为1的直带固定，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
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，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4）倒档
1前多片离，B2后制动带的作用使后行星架固定。此时动力经输R入轴传给了太阳轮并使其顺时针转动，因后行星架已被固定，后行星轮成了过渡轮，因此后行星轮是逆时针转动，井使后齿圈也逆时针转动，最终后齿圈带动输出轴逆时针旋转。倒档传动比等于后齿圈齿数和太阳轮齿数之比，是传动比大于1的减速运动。从上述可知，倒档的传动比仅仅和后排行星齿轮机构相关。
另外，当输出轴逆时针转动时，使前时针转动，这两个构件的不同方向的旋转，使前齿圈产生逆时针方向的空转。
9．3．3 辛普森式四档行星齿轮机构
早期的轿车自动变速器大多采用三档行接档。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。