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自动变速器辛普森行星齿轮典型结构速比分析刘志忠（河北交通职业技术学院汽车工程系）【摘要】汽车自动变速器行星齿轮的基本结构之一为辛普森(Simpson)结构。
TOYOTA A40DE自动变速器行星齿轮机构，齿轮机构由共太阳轮式辛普森齿系和超速行星排组成，可实现4个前进速比。
TOYOTA U340 自动变速器行星齿轮机构为独立太阳轮式，可实现4个前进速比。
汽车自动变速器行星齿轮的基本结构之一为辛普森(Simpson)结构。
辛普森齿轮传动机构的结构特点：将两个行星排中一个行星排的齿圈与另一个行星排的行星架连结，具体结构有两种，分别为：共太阳轮式和独立太阳轮式。
自动变速器通过换挡执行元件：制动器、离合器、单向轮的动作，实现行星齿轮机构的速比变换。
制动器、离合器是液压执行元件。
单向轮是机械动作元件，采用滚柱式、楔块式等结构，工作中有单向锁止和单向自由两种状态，称为单向制动器或单向离合器。
1. 辛普森共太阳轮式齿轮传动速比分析1.1 辛普森共太阳轮式齿轮传动基本结构如图—1所示，为TOYOTA A40DE自动变速器行星齿轮机构，齿轮机构由共太阳轮式辛普森齿系和超速行星排组成，可实现4个前进速比。
B0C0F0C2C1B1B2B3F1F2图—1 TOYOTA A40DE自动变速器行星齿轮机构N01为超速太阳轮的转速，Z01为超速太阳轮的齿数（33），N02为超速齿圈的转速，Z02为超速齿圈的齿数（73），N03为超速行星架的转速，Z03为超速行星架的齿数，Z03= Z01+Z02；N11为前太阳轮的转速，Z11为前太阳轮的齿数（33），N12为前齿圈的转速，Z12为前齿圈的齿数（73），N13为前行星架的转速，Z13为前行星架的齿数，Z13= Z11+ Z12。
传动规律为：N11+α前•N12=（1+α前）N13α前= Z12 /Z11(=2.212) N21为后太阳轮的转速，Z21为后太阳轮的齿数（33），N22为后齿圈的转速，Z22为后齿圈的齿数（73），N23为后行星架的转速，Z23为后行星架的齿数，Z23= Z21+ Z22。
开题报告摘要目前，自动变速器在汽车领域的应用越来越广泛。
其中主要原因是自动变速器能够根据路面状况自动改变车速，这极大地方便了驾驶者。
不仅能够缓解驾驶者驾驶疲劳减少路面交通事故，而且还能够提高汽车的燃油经济性。
同时，还能提高汽车的动力性。
行星齿轮变速箱主要结构为行星齿轮机构，行星齿轮机构主要由太阳轮、外齿圈、行星轮、行星架组成。
由于行星齿轮机构具有两个自由度，因此行星齿轮机构没有固定的的传动比，不能直接应用于变速器。
为了能够将行星齿轮变速器应用于自动变速器，必须将齿轮机构中的元件固定使其具有一个自由度。
只有一个自由度的行星齿轮机构具有固定的传动比，因此可以应用于自动变速器中。
我设计的为商务车行星齿轮变速箱，行星齿轮机构具有结构紧凑、刚度大、传动平稳等优点。
行星齿轮变速箱动力改变由液力变矩器进行控制，其操纵机构为离合器和制动器，并通过液压油进行控制，从而实现自动换挡。
但是，自动变速器结构比较复杂。
通过这次毕业设计我对自动变速器原理做了大量的工作并参考商务车车型最终确定了其传动方案，并对各档传动比做了详细的说明。
关键词：自动变速器行星齿轮变速箱液力变矩器AbstractAt present, more and more widely applied in the field of automatic transmission in car.The main reason is that automatic transmission can change the speed automatically according to the road conditions, it has made great drivers.Not only can alleviate drivers driving fatigue reduce road traffic accidents, but also can improve the fuel economy of the car.At the same time, it can improve power performance of car.Planetary gear transmission main structure for a planet gear mechanism, the planetary gear mechanism is mainly composed of the sun wheel, outer ring gear, planetary wheel, planet carrier.Because the planet gear mechanism has two degrees of freedom, so the planet gear mechanism has no fixed transmission ratio, cannot be directly applied to the transmission.In order to be able to will be applied in the automatic transmission planetary gear transmission, the gear mechanism of components must be fixed exhibit a degree of freedom.There is only one degree of freedom of planet gear mechanism has a fixed ratio, thus can be used in the automatic transmission.I design for commercial vehicles planetary gear transmission, the planet gear mechanism has the advantages of compact structure, large rigidity, smooth transmission.Planetary gear transmission power changes controlled by hydraulic torque converter, its operating mechanism for the clutch and brake, and the control with the hydraulic oil, so as to realize automatic shift.However, the automatic transmission structure is more complex.Through this graduation design I made a lot of work on automatic transmission principle and refer to commercial vehicles models ultimately determine the transmission scheme, and has made the detailed instructions for each transmission ratio.KEYWORDS:automatic transmisson lanetary gearbox torque converter目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第1章自动变速器的基本组成 (1)第2章行星齿轮和液力变矩器的工作原理 (4)2.1行星齿轮的结构及工作原理 (4)2.2液力变矩器的工作原理 (5)第3章自动变速器传动方案及传动原理 (6)3.1自动变速器的传动方案 (6)3.2自动变速器的传动原理 (6)3.2.1空挡或驻车挡的传动原理 (6)3.2.2D位D1挡汽车加速与滑行时传动原理 (7)3.2.3汽车在L位一挡时前后行星排的传动原理 (10)3.2.4D位D2挡传动原理图 (13)3.2.5二挡时自动变速器的传动原理图 (16)3.2.6D位D3挡时，自动变速器的传动原理 (18)3.2.7超速挡传动原理 (19)3.2.8自动变速器的倒档传动原理 (21)第4章行星齿轮机构设计及计算 (23)4.1变速器齿轮传动的设计及计算 (23)4.1.1各挡位传动比分析 (23)4.1.2齿轮参数设计及计算 (23)4.1.3实际传动比 (25)4.1.4齿轮强度校核 (25)4.2换挡执行机构 (26)4.2.1多片离合器 (27)4.2.2制动器 (27)4.2.3单向超越离合器 (28)第五章结论 (29)致谢 (30)参考文献 (31)第1章自动变速器的基本组成自动变速器的种类和型号有很多，它们的形状和结构也很复杂并且不相同。
自动变速器单向离合器故障分析【摘要】自动变速器单向离合器是自动变速器中的一个重要部件，其功能是在车辆行驶过程中将动力传递到传动系统中。
本文旨在分析自动变速器单向离合器的故障，并探讨其重要性。
文章将介绍单向离合器的工作原理，包括其在车辆传动系统中的作用和工作机制。
然后，将详细阐述可能导致单向离合器故障的原因，如磨损、润滑不良等。
接着，将列举常见的故障表现，包括传动异响、顿挫等现象。
文章还将探讨诊断和修复方法，以及预防措施，帮助车主有效解决问题并延长单向离合器的使用寿命。
结论部分将总结自动变速器单向离合器故障分析的重要性，强调及时维护和保养对于车辆性能和安全的重要性。
通过本文的分析，读者将更加深入了解自动变速器单向离合器故障的原因和处理方法，提高对车辆故障的识别和应对能力。
【关键词】自动变速器，单向离合器，故障分析，工作原理，原因，表现，诊断，修复，预防措施，重要性。
1. 引言1.1 自动变速器单向离合器故障分析的重要性自动变速器单向离合器是汽车变速器中的一个重要部件，其故障可能会导致车辆无法正常换挡或者无法行驶。
对于自动变速器单向离合器的故障分析至关重要。
通过对单向离合器的工作原理进行深入的了解，可以更好地分析可能导致其故障的原因。
只有在掌握了单向离合器的工作原理后，才能更准确地对故障进行诊断和修复。
而对于可能导致故障的原因的分析，则可以帮助我们在日常使用中避免一些不必要的操作，延长单向离合器的使用寿命。
在面对单向离合器故障时，掌握常见的故障表现可以帮助我们更快速地找到问题所在，并采取相应的修复措施。
诊断和修复方法的掌握也是至关重要的，只有及时进行修复，才能确保车辆的正常运行。
通过对自动变速器单向离合器故障分析的重要性的深入了解，可以更好地保障车辆的安全和性能，延长车辆的使用寿命，提高车辆的可靠性和稳定性。
我们应该重视对自动变速器单向离合器故障分析的研究和实践，以确保车辆的正常运行和使用。
2. 正文2.1 单向离合器的工作原理单向离合器是自动变速器中的一个重要组件，其作用是在特定情况下使得变速器可以实现单向传动，起到重要的限制和保护作用。
自动变速器单向离合器故障分析
自动变速器单向离合器是自动变速器中的重要部件之一，它通过离合器的开合控制动力传递的方向，使得发动机的动力可以正常转动相应的摩擦驱动器，从而实现换挡操作。
如果单向离合器出现故障，将会导致自动变速器无法正常工作。
本文将对自动变速器单向离合器故障的原因进行分析。
单向离合器出现故障的主要原因之一是磨损。
在长时间的使用过程中，由于离合器片的摩擦片与钢板的摩擦，会导致离合器片磨损，这会使离合器片的厚度减小，从而降低了离合器片的承载能力。
当离合器片磨损严重时，会导致离合器无法正常开合，进而影响到变速器的换挡操作。
不合理的使用方式也是导致单向离合器故障的原因之一。
如果驾驶人在使用自动变速器时频繁地快速切换前进和倒退，这会造成单向离合器的过多摩擦，进而导致单向离合器片磨损加剧，甚至过早失效。
自动变速器单向离合器故障的原因主要包括磨损、存在堵塞物、过高的温度和不合理的使用方式等。
为了避免这些故障的发生，驾驶人应该定期检查和维护自动变速器，避免过高的温度和不合理的使用方式，保证变速器的正常工作。
自动变速器单向离合器故障分析自动变速器单向离合器是自动变速器系统的核心部件之一，它的主要功能是控制车辆行驶时的换挡过程。
但是，由于单向离合器的工作条件较为恶劣，常常出现故障。
本文将对自动变速器单向离合器的故障进行分析。
1.单向离合器漏油单向离合器内部的漏油问题是造成故障的主要因素。
如果单向离合器内部出现漏油现象，将会导致离合器离合压力不足，甚至会出现离合故障，使得车辆行驶时无法完成换挡。
此外，单向离合器漏油还可能导致离合器摩擦片微量烧损，也会影响车辆的正常行驶。
2.单向离合器力矩传递故障单向离合器在车辆行驶过程中，需要将动力从发动机传递到变速器。
如果单向离合器遭受大量冲击或者长时间工作，会引起单向离合器的变形、磨损等故障，从而影响单向离合器的力矩传递。
当单向离合器力矩传递出现故障时，车辆的加速性能会降低，变速器也会出现异常，导致车辆行驶困难。
3.单向离合器轴承故障单向离合器轴承是支撑整个离合器系统的重要组成部分，如果单向离合器轴承出现故障，将会导致离合器离合性能下降，从而影响车辆的行驶稳定性和换挡平顺性。
一般情况下，单向离合器轴承故障表现为轴承的磨损或失效，导致离合器离合力下降或离合器失灵。
针对以上故障，可以采取以下措施进行防范和修复：1.及时检查和更换单向离合器内部的密封圈和O型圈，防止漏油现象发生。
2.定期进行单向离合器的保养，包括清洗和更换离合器内部部件，并注意避免长时间高温工作和大量冲击。
3.对单向离合器轴承进行定期的检查和更换，以确保其正常工作。
4.建立完善的车辆维修保养制度，进行日常维护和保养，并在出现故障时及时进行维修和更换。
综上所述，自动变速器单向离合器的故障会影响车辆的行驶稳定性和换挡平顺性，需要重视。
采取适当的防范和维修措施，能够保障车辆的正常运行和行驶安全。
自动变速器单向离合器故障分析自动变速器单向离合器是汽车变速器中重要的部件之一，它的作用是在车辆行驶过程中帮助变速器实现换挡，并且保证车辆顺利的进行匀速行驶。
但是在汽车长时间使用过程中，自动变速器单向离合器也会出现一些故障问题，这些故障问题给车辆的行驶安全和性能带来了一定的影响。
及时了解和分析自动变速器单向离合器的故障，对延长汽车的使用寿命和保障行驶安全至关重要。
1. 故障一：单向离合器打滑单向离合器在车辆行驶过程中承担着重要的传动功能，如果单向离合器出现打滑的情况，就会导致车辆在行驶过程中出现动力传输不畅，甚至会引起车辆溜坡现象，对行驶安全带来了很大的风险。
造成单向离合器打滑的原因主要有以下几点：1) 单向离合器片出现磨损过度使用或者杂质进入导致单向离合器片磨损，会导致单向离合器打滑。
2) 油液污染变速器油液的污染会损坏单向离合器的摩擦性能，导致单向离合器打滑。
3) 弹簧失效单向离合器的弹簧失效会导致离合器片无法充分贴合，引起单向离合器打滑。
解决方法：对于单向离合器的打滑问题，可以先对变速器油进行更换，排除油液污染对单向离合器的影响。
然后需要对单向离合器片进行更换，以及检查单向离合器的弹簧状态是否正常。
对于已经严重磨损的单向离合器片，需要及时更换新的备件。
单向离合器在变速器中的工作原理是通过摩擦片和摩擦环的工作方式实现的，如果单向离合器失效，汽车就无法顺利进行换挡操作，严重影响了汽车的行驶性能。
造成单向离合器失效的原因主要有以下几点：2) 摩擦环失效摩擦环材料的老化、磨损等情况也会导致单向离合器失效。
解决方法：如果发现单向离合器失效，需要对单向离合器内部的摩擦片和摩擦环进行更换，并且检查单向离合器的弹簧状态。
也需要及时更换变速器油，以确保单向离合器在使用过程中得到良好的润滑和冷却。
3) 匹配不当如果单向离合器的配件匹配不当，就会导致单向离合器卡滞。
对于自动变速器单向离合器的故障问题，需要及时进行分析和解决，以确保汽车的行驶安全和性能。
自动变速器单向离合器故障分析自动变速器是一种能根据车速和行驶条件自动调整档位的变速装置，它能提供舒适的驾驶体验和优化的燃油经济性。
在自动变速器中，离合器是起到传递动力和断开动力的重要部件之一。
1. 变速器丝杆无法旋转：这通常是单向离合器出现故障的标志。
单向离合器的主要作用是允许动力以一个方向传递，而不允许以相反的方向传递。
如果单向离合器出现故障，那么变速器丝杆就无法旋转。
2. 变速器换挡不顺畅：如果单向离合器出现故障，那么在换挡时会出现换挡不顺畅的情况。
这是因为单向离合器的故障导致动力传递不畅。
3. 变速器丝杆滑动：如果单向离合器出现故障，那么在行驶过程中可能会出现变速器丝杆滑动的情况。
这通常会导致车辆的动力输出不稳定，加速性能下降。
针对以上故障，我们可以通过以下步骤进行故障分析和排除：1. 检查离合器油液：离合器油液是保证离合器正常工作的重要因素之一。
如果离合器油液不足或者老化，可能会导致离合器故障。
我们需要检查离合器油液的状态，并及时更换。
2. 检查离合器调整：有时候离合器调整不当也会导致离合器故障。
在发现离合器故障的情况下，我们需要检查离合器的调整情况，并根据需要进行调整。
3. 检查离合器组件：如果以上步骤无法解决问题，那么可能是离合器组件出现故障。
我们需要检查离合器组件的磨损程度，并根据需要进行更换。
自动变速器单向离合器故障会导致变速器丝杆无法旋转、换挡不顺畅和丝杆滑动等问题。
对于这些故障，我们可以通过检查离合器油液、调整离合器和检查离合器组件等步骤进行故障分析和排除。
及时发现并解决这些问题，可以有效地恢复自动变速器的正常运行。
汽车自动变速器辛普森机构中单向离合
器的影响分析
摘要：汽车自动变速器是一个复杂的系统，单向离合器是其中一个重要部件，几乎所有关于自动变速器的资料都会涉及到单向离合器，但对单向离合器作用与
工作原理的分析不够深入。
本文根据工作实践详细地分析了汽车自动变速器辛普
森机构中单向离合器的影响，以为相关从业人员提供指导。
关键词：汽车自动变速器；辛普森机构；单向离合器；
前言：目前汽车自动变速器所采用的行星齿轮机构主要有两类：单行星轮系
结构和双行星轮系结构，其中比较有代表性的组合形式有：辛普森式和拉维纳式
行星齿轮机构；辛普森式行星齿轮机构是由两个简单的单行星轮的齿轮机构组合，而拉维纳式行星齿轮机构是由一个单行星轮系和一个双行星轮系组合而成，其中
双行星轮系中行星轮又分为长、短行星轮。
一、单向离合器简介
单向离合器用来使行星齿轮机构的某元件具有单向固定或连接，与多
片湿式离合器相比，它是一种机械单向装置，不需要液压控制。
单向离合器有滚
子式和楔块式两种形式。
滚子式单向离合器由外圈、滚子和内圈组成，滚子数目通常为6 ～
8 个。
单向离合器的内圈相对于外圈逆时针转动，滚子便在凸轮型线的开口
槽中向大端移动，单向离合器不锁止；但若单向离合器的内圈相对于外圈沿顺时
针转动，滚子便向小端移动，楔入内、外圈之间，将两者锁住，传递转矩，如下
所示：
图1 滚子式单向离合器
楔块式单向离合器由外圈、 8 字形楔块和内圈组成，楔块与滚子式单向离合器中的滚子类似的方式工作。
如所示：
图2 楔块式单向离合器
二、汽车自动变速器辛普森机构中单向离合器的设定原则
行星齿轮机构属于周转轮系，它与定轴轮系之间的根本差别在于周转轮系中有运动的行星架，从而使得行星轮既有自转又有公转，所以周转轮系的传动比不能直接用定轴轮系传动比的求法来计算。
设n1为太阳轮转速、n2为齿圈转速、n3为行星架转速，采用反转法计算传动比，根据相对运动的原理，假设给整个轮系加上一个公共转速-n3，使它绕行星架的固定轴线回转，这时各构件之间的相对运动仍将保持不变，但行星架的转速为0；即行星架“静止不动”，这样周转轮系就成为一个定轴轮系；单排单级行星齿轮机构由一个太阳轮、一个内齿圈和一个行星架组成，转化为定轴轮系后，行星架静止不动，太阳轮顺转，行星齿轮逆转，齿圈逆转。
单向离合器的作用为当变速器处于非超速档时，超速离合器和超速单向离合器均起作用使得超速行星架与超速太阳轮联锁在一起，超速行星齿轮机构作为一个整体直接传递动力。
三、汽车自动变速器辛普森机构中单向离合器的影响分析
1.强制制动器的作用。
以车辆2挡为例：若车辆处于2挡时松开油门踏板减速或下坡时，在汽车惯性作用下，驱动轮将通过变速器输出轴逆向带动行星齿轮机构的前行星架和后齿圈组件以较高的转速旋转。
由于此时油门断开、发动机转速低，和输入轴连接的前齿圈转速较低，前行星轮在前行星架的带动下顺时针方向公转，同时对前太阳轮组件产生一个顺时针方向的力矩，而太阳轮在顺时针方向旋转时，2档离合器对前后太阳轮组件没有锁止作用，因此即使2挡制动器仍处于制动状态，前后太阳轮组件还是顺时针方向自由旋转。
这样，在辛普森式行星齿轮机构的四个独立元件中有两个处于自由状态，从而使该行星齿轮机构失去传递动力的能力，不能产生发动机制动作用。
为了能产生发动机制动作用，必须在前后太阳轮组件和变速器壳体之间另外再设置一个单向离合器。
这样不论汽车加速或减速，前后太阳轮组件都被该制动器固定，此时松开油门踏板、减速或下坡时能产生发动机制动作用。
目前大多数轿车自动变速器已采用这种结构。
2.预防档位离合器打滑。
在四速自动变速箱中，当行星齿轮变速器处于1挡、2挡、3挡或倒挡时，超速行星排中的超速制动器松开，多片离合器接合，使超速行星排处于传动比为1的直接传动状态，而后半部分的双排行星齿轮机构各换挡执行元件的工作和原辛普森式三挡行星齿轮变速器在1 挡、2 挡、3 挡及倒挡的工作完全相同。
来自发动机动力经超速行星排直接传给后半部的双排行星齿轮，此时行星齿轮的传动比完全由后半部的双排行星齿轮机构及相应的换挡执行元件来控制；当变速箱处于超速挡时，后半部的双排行星齿轮机构保持在3 挡的工作状态，其传动比为2; 而在超速行星排中，由于超速制动器产生制动，多片离合器松开，使超速行星排处于增速传动状态，其传动比小于1 ( 该传动比即为该行星齿轮变速器在超速挡时的传动比)。
由于多片离会器在自动变速器处于空挡挡之外的任一挡位都处于接合状态，因此当发动机刚起动而油泵尚未建立起正常的油压时，直接离合器就已处于半接合状态，这样容易使其摩擦片因打滑而加剧磨损。
为了防止出现这种情况，在与直接离会器并列的位置上布置了一个直接单向超越离合器，使超速行星排的行星架能在逆时针方向上对太阳轮产生锁止作用。
在发动机刚起动并带动变速器输入轴转动时，它就让超速行星排的太阳轮和行星架锁止为一个整体，防止直接离合器的摩擦片在半接合状态下打滑。
3.改善换挡平顺性。
单向超越离合器的另一个作用是改善升至超速挡的换挡
平顺性。
在升至超速挡换挡过程中，为了防止超速制动器和直接离合器同时接合，造成超速行星排各基本元件之间的运动干涉，必须在直接多片离合器完全释放后
再让超速制动器接合。
直接单向离合器可以在直接离合器已释放，而超速制动器
尚未完全接合时，代替直接离合器工作，将超速行星排太阳轮和行星架锁止在一起，防止超速行星排出现打滑现象，并在超速制动器接合后又能及时脱离锁止，
让超速行星排顺利进入超速挡工作状态。
文中重点介绍了辛普森自动变速器中单向离合器使用用途，理解不同档位下
单向离合器的状态及运动方向，对于正确理解四挡辛普森自动变速器换挡过程中
各元件的的工作具有重要的意义，为四挡辛普森自动变速器的故障诊断与维修奠
定基础。
参考文献：
[1] 林平.新型汽车自动变速器结构原理检修[M].福州：福建科学技术出版社，2019.
[2] 刘汉涛.汽车自动变速器精品学习教程[M].北京：机械工业出版社，
2021。
