自动变速器行星齿轮机构

3-1 行星齿轮机构及换挡执行机构
2.制动器
（1）片式制动器（双活塞型） 在丰田A40和 A340系列自动 变速器中'有一个由外活塞和内活 塞构成的双活塞型制动器，用以 缓冲制动器接合时产生的振动。 如图3-1-11所示。
15 第 三 章 行 星 齿 轮 变 速 机 构
3-1 行星齿轮机构及换挡执行机构
10 第 三 章 行 星 齿 轮 变 速 机 构
3-1 行星齿轮机构及换挡执行机构
1.离合器
自动变速器离合器均为湿式多片式离合 器，它的功用是连接轴与行星齿轮机构中的 元件，或是连接行星齿轮机构中的不同元件。
（1）结构及组成 离合器主要由离合器鼓、活塞、主动摩 擦片、从动钢片、回位弹簧等组成，如图31-7 所示。
—、行星齿轮机构
1.行星齿轮机构的结构与类型 最简单的行星齿轮机构为一个单排行星齿轮机构，如图3-1-1 所示，
由一个太阳轮、—个齿圈、一个行星架及若干行星齿轮组成。
4 第三章 行星齿轮变速机构
3-1 行星齿轮机构及换挡执行机构
1.行星齿轮机构的结构与类型 行星架、太阳轮和齿圈是单
排行星齿轮机构的三个基本构件， 且它们具有公共的固定轴线，如 图3-1-2 所示。
7 第三章 行星齿轮变速机构
3-1 行星齿轮机构及换挡执行机构
2.行星齿轮机构的变速原理
（2）双行星齿轮机 构的运动规律
图3-1-5 所示的传动 简图就是市面上较为流行 的一款自动变速器中的传 动部分。
8 第三章 行星齿轮变速机构
3-1 行星齿轮机构及换挡执行机构
3.单排行星齿轮机构的动力传动方式 如图3-1-6所示，通
3-1 行星齿轮机构及换挡执行机构
1.湿式多片式离合器的检修

2. 功率流分析 规则： （1）一端所受转矩方向与其转速方向相同 （M、n或-M、-n），功 率为正，输入端 （2）一端所受转矩方 向与其转速方向相反 （M、-n或-M、n）， 功率为负，输出端 转速(+,-)
三、传动效率 相对功率法： 根据行星排各构件的相对转速、转矩和传递 功率计算。 两点假设： 1. 只计算和相对运动有关的齿轮啮合损失， 其它不计； 2. 相对运动的齿轮啮合损失与定轴传动相同， 外啮合效率0.97，内啮合效率0.98。
2. 档位情况
选档杆 位置 换档执行元件 C1 1 D 2 3 2 L R 1 2 1 倒档 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ C2 B1 B2 B3 F1 F2 ○ 发动机 制动
档位
P
N
驻车档
空档
○
3. 各档动力传动路线：
1) D1档：C1、F2
主动太阳轮
从动行星架
行星小齿轮
主动齿圈
• 8) 如果所有元件无约束，则动力无法传动 • 空档
太阳轮
行星架
行星小齿轮
主动齿圈
二、车辆传动用行星齿轮机构 1. 单星行星排：一个行星轮同时内外啮合 普通式行星排 复式双联行星排
2. 双星行星排： 两个行星轮 普通式 长短行星轮式 3. 圆锥行星齿轮 行星排 行星架输入动 力，太阳轮输出 对称结构 非对称结构
z
w 3 1 2
实现一个档要结合2-1个
操纵件
如有2个操纵件
可得
C 2
1 z
个档
2. 行星机构速度关系式（数学分析法） 给整个行星机构加反向转速nj，对绝对座标： 行星架转速＝ nj－ nj＝0 太阳轮转速＝ nt－ nj 齿圈转速＝ nq－nj，按定轴传动处理

（1）带式 制动器的组 成： 主要有制动 带、制动活 塞、制动鼓 等组成。
制动带
（2）带式制动器的工作过程
制动状态
当来自控制阀的液压油液压缸时活塞向内移动，推杆随 之向内移动，将制动带压紧在制动鼓上，于是制动鼓被固定住 而不能旋转。此时,制动器处于制动状态。
不制动状态
当液压控制系统将作用在液压缸内的液压油的压力解除 后活塞在回位弹簧作用力的作用下向外移动，推杆回缩，制 动带被放松，制动鼓可以转动，从而使制动器由制动状态变 成释放状态。
（1）内圈固定、外圈顺时针方向通过 （2）内圈固定、外圈逆时针方向锁止 （3）外圈固定、内圈顺时针方向锁止 （4）外圈固定、内圈逆时针方向通过 （5）内圈固定、外圈顺时针方向锁止 （6）内圈固定、外圈逆时针方向通过 （7）外圈固定、内圈顺时针方向通过 （8）外圈固定、内圈逆时针方向锁止
直接离合器毂不在该组件中，却在前进 离合器组件中，它和前进离合器鼓为一 体，在前进离合器鼓的左侧。
1离合器鼓；2活塞；3O型圈；4回位弹簧；5卡环；6推力垫； 7钢片；8摩擦片；9法兰；10卡环 记：C2又称倒档及高档离 合器，C2钢片和前后太阳轮相连，摩擦片连接输入轴，C2动 作时连接输入轴及前后太阳轮。
要注意的是，在超速制动器组件内并没有超速 制动器鼓和超速制动毂。超速制动器鼓是自动 变速器壳体而超速制动毂是超速离合器鼓的外 表面。
B0钢片和自动箱外壳相连，摩擦片和太阳轮相连，太 阳轮上还有O/D轴转速的信号齿，B0动作时固定O/D太 阳轮
2、倒档及高档离合器分解图 下图为直接离合器的分解图。在直接离 合器内主要安装了直接离合器活塞、摩 擦片等。
19-输入轴；20-超速单向离合器；21-超速输入轴
超速行星排组件图为超速行星排组件的另部 件分解图。它和A43D既相似又有不同之处。 相似之处是：超速行星架（轮）、超速离合 器毂、超速输入轴为一体，超速单向离合器 仍安装于超速离合器毂内，超速离合器鼓和 超速太阳轮也为一体。不同之处是：A340E 超速离合器鼓的外花键表面就是超速制动器 的制动毂，所以A340E的离合器鼓是三件 （离合器鼓、制动毂、太阳轮）一体。

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二、机械变速机构
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⒊换档执行机构 ⑶单向超越离合器 单向超越离合器又称单向啮合器或自由轮离合器。 它在行星齿轮变速系统中的作用和离合器、制动器相同，也是用于 固定或连接行星排中的太阳轮、行星架或齿圈等基本元件，让行星齿轮 变速系统组成不同传动比的档位。 单向超越离合器是依靠其单向锁止原理来实现固定或连接作用的， 其连接和固定也只是单向的，当与之相连接的元件受力方向与锁止方向 相同时，该元件即被固定或连接，当受力方向与锁止方向相反时，该元 件即被释放或脱离连接。 单向超越离合器有多种型式，常见的是滚柱斜槽式和楔块式两种。
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二、机械变速机构
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⒊换档执行机构 ⑴湿式多片离合器 ①结构：
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离合器的作用： 1.当离合器接合时，可将二个元件连接成一个整体，同时可以转动。 2.当离合器分离时，二个元件可自由转动。
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二、机械变速机构
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⒊换档执行机构 ⑴湿式多片离合器 ②工作原理： 1.离合器处于接合状态: 来自控制阀的液压油进入离合器 液压缸时，作用在离合器活塞上 的液压油的压力推动活塞，使之 克服回位弹簧的张力而移动，将 所有的主动片和从动片相互压紧 在一起；主动片和从动片之间的 摩擦力使离合器鼓和离合器毂连 接为一整体，分别与离合器鼓与 离合器毂连接的输入轴和行星排 的基本元件也因此被连接在一起。
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在辛普森行星齿轮机构中： 当超速离合器接合时，将超速行星架和超速太阳轮连 成一个整体。 整体转动—不改变传动比
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二、机械变速机构
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⒊换档执行机构 ⑵制动器 制动器的功用：将行星排 中的太阳轮、齿圈、行星架三 个基本元件中的1个加以固定， 使之不能旋转。 最常见的制动器是带式制动 器和片式制动器。 ①带式制动器：由制动鼓， 制动带、液压缸及活塞组成。

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二、机械变速机构
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⒉单排行星齿轮机构 ⑷工作原理 行星齿轮的动作(每个部件的转速和方向) 取决于给定的条件。 行星齿轮的一种典型动作是行星齿轮的旋转， 1.当行星齿轮在内齿圈内“行走”并在其轴 上旋转时，小齿轮围绕太阳齿轮旋转。 即是:齿轮架围绕太阳齿轮旋转。 在行星齿轮中，太阳齿轮相似于太阳，行 星齿轮相似于地球，齿轮架相似于地球的轴心。 这类动作只在内齿圈或太阳齿轮固定时才发生， 当齿轮架固定时则不可能围绕太阳齿轮旋转。
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齿轮变速器
一.单排行星齿轮机构 1.组成：太阳轮（斜齿，圆柱形，外齿轮）
齿 圈（斜齿，圆环形，内齿轮） 行星齿轮架（带有若干个行星齿轮）
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朱明工作室 基本规则：行星齿轮机构的传动比与太阳轮齿数Z1. zhubob@ 齿圈齿数Z2和行星齿轮架的当量齿数有关， 而与行星齿轮的齿数无关。
（1）齿圈固定，太阳轮带动行星齿轮架
ZC i1=----- > 1 Z1
(减速同向)
（2）齿圈固定，行星齿轮架带太阳轮 Z1 i2=----- < 1 （增速同向） ZC
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⒉单排行星齿轮机构
⑷工作原理
行星齿轮在各种条件下的基本动作如 下∶ ① 状态1 齿轮架为从动部件： 内齿圈固定； 太阳为齿轮主动部件。
状态1： 小带大
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若太阳轮作为主动部件按顺时针方向旋转，行星架为输 出时，小齿轮按反时针方向围绕小齿轮轴旋转，使行星架有 顺时针，内齿圈有逆时针旋转的趋势。
但由于行星架为输出且与车身相连，阻力较大不能转 动，因此，全部转矩加在齿圈上，使齿圈逆时针空转，不可 能有转矩从齿轮架输出。
行星齿轮机构在此状态下处于空档状态 。
4）行星齿轮传递的动力被分配到数 量众多的啮合齿上。与手控变速器 相比结构更为小型、紧凑。
4、传动比计算：
1）行星架等效齿数： Z圈——内齿圈齿数 Z太——太阳轮齿数 Z行架——行星架架齿数
行星小齿轮在传动过程始终用作中间齿轮，它们的齿数与 行星齿轮机构的传动比无关，行星齿轮机构的传动比只取决 于齿轮架、内齿圈和太阳轮的齿数，齿轮架并非齿轮因此没 有实际齿，在计算传动比时对行星齿轮架指定一个想像的齿
4）同向、增速(前进档的超速档状态)：
①同向增速状态a 固定——内齿圈 主动——行星架 从动——太阳轮
内齿圈被固定后，当齿轮架顺时针方向旋转输入时，迫使 小齿轮在内齿圈内按顺时针方向公转，同时又绕小齿轮轴反时 针方向自转，使太阳轮必定按顺时针方向旋转输出。
传动比 i=从动齿齿数/主动齿齿数 = Z太/ Z行架
单排行星齿轮传动机构
影像
1、三基本元件：
太阳轮
组
成
一
齿圈
个 行
星
行星轮和行星轮架
排
2、各部件相互关系:
太阳轮：
是一个具有外部齿的齿轮，可以绕自身轴线旋转，同行星齿 轮外啮合。
齿圈：
是一个具有内齿的齿圈，可以绕自身轴线旋转，同行星齿轮 内啮合。
行星轮和行星轮架：
行星轮通过轴安装在行星轮架上，在轴上能绕固定轴转动， 即自转，还可以同行星轮架一起绕太阳轮转动，即，公转； 行星轮的内端同太阳轮外啮合，外端同齿圈内啮合。

减速传动，可以作为降速 档。 • 对比：由于i13 > i23，虽 然都为降速档，但i13是降
1-太阳轮 2-齿圈 3-行星架 4-行星轮
速档中的低档，而i23为降
速档中的高档。
（3）太阳轮固定：行星架 主动，齿圈从动
• 行星架为主动件，齿 圈为从动件，太阳轮 固定（ n1＝ 0）。
• 此时《n1+αn2= （1+α)n3 》，，则 传动比i32为： • i32＝n3/n2＝α/(1＋ α)<1 • 由于传动比小于1，说 明为增速传动，可以 作为超速档。
1）行星轮系（自动变速器）
自动变速器
自动变速器的机械部分是由多排行星齿轮组成的， 换挡方式由离合器、制动器、单向离合器组成的执行 机构实施。
7 手 动、 脚 踩 控 制 系 统
太阳轮、齿圈、行星架
齿轮变速机构 执行元件 换档控制
执行元件（B、C） 换档阀
控制油压
电磁阀
手控阀
控制信号
二次调压阀
主油路调压阀
主油路
运 动 部 件 变矩器 冷油器
油泵 油底壳
1、简单行星齿轮机构
•简单行星齿轮机构由太阳轮、齿圈和装有行星齿轮的行星架 三元件组成 。 •设太阳轮、齿圈和行星架的转速分别为n1、n2和n3，齿数分 别为zl、z2和z3，齿圈与太阳轮的齿数比为α 。根据能量守恒 定律，可得单排行星齿轮机构一般运动规律的特性方程式:
D位2挡
前进离合器C2结合，使前排齿圈成 为输入元件； 二挡制动器B1将太阳轮固定； 动力经第一轴、前排齿圈和行星架 输出给第二轴。
3）辛普森式4挡行星齿轮变速器
• 辛普森式4挡行星齿轮变速器，它的最高挡4挡是传动比 小于1的超速挡。 • 这种自动变速器燃油经济性好，发动机可以经常处于较 低转速范围运转，因而运转噪声小，可以延长发动机的 使用寿命。 • 因此带超速挡的这种自动变速器被许多品牌高挡轿车所 采用。 • 辛普森式行星齿轮变速器从20世纪70年代开始被通用、 福特、克莱斯勒、丰田、日产等多家公司用于汽车自动 变速器上。一直广泛为世界各国所采用；我国的CA774、 通用公司的THM 25C、日产3N71B等均是这种结构。

2.单排单级行星齿轮机构的组成及变速原理
（1）单排单级行星齿轮机构的组成
单排单级行星齿轮机构由太阳轮、行 星齿轮架及行星轮和齿圈组成。
齿圈制有内齿，其余齿 轮均为外齿，太阳轮位于 机构中心，行星轮一般有 3个或4个，空套（或装滚 针轴承）在行星齿轮轴上 ，行星齿轮轴均布地固定 在行星架上。
行星轮即可绕行星轴自 转，又可绕太阳轮公转。 太阳轮与行星轮是外啮合 ，二者旋转方向相反；行 星轮与齿圈是内啮合，二 者旋转方向相同。行星齿 轮系统的齿轮均采用斜齿 常啮合状态
（3）单排双级行星齿轮机构传动分析和传动比计算
1）单排双级行星齿轮机构传动分析 单排双级行星齿轮机构必须将太阳轮、齿圏和行星架三个元件中的一 个加以固定，或者将某两个元件互连接在一起，输入与输出才能获得一定的 传动比。改变各元件的运动状态，可获得多个传动比。
2）单排双级行星齿轮机构动力传动比计算 ①用运动方程计算传动比
图3-12行星架与齿圈相连，行星排成一体输出图与结构简图
2）传动比计算
①用运动方程计算传动比
该行星齿轮机构运动方程n1+αn2－(1+α)n3=0中，由于将 行星架与齿圈连成一体n1=n2，该运动方程变为n2+αn2－ (1+α)n3=0 得n2/n3=1即传动比i= n2/n3=1 （或n1+αn1－ (1+α)n3=0 得n1/n3=1即传动比i= n1/n3=1）即该单排行星齿 轮机构不论齿圈输入还是行星架输入，太阳轮输出，转向相 同，转速相同。
（2）齿圈输入，太阳轮制动，行星架输出 1）转矩传动分析
如图3-6所示，当齿圈输入顺时针旋转时，使行星齿轮也顺时针旋转（两 齿轮內啮合），因太阳轮制动，使行星轮必绕太阳轮顺时针转动，行星轮 在行星架上自转，它必须带着行星架绕太阳轮旋转，于是行星架便被动顺 时针旋转而输出动力。