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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。
辛普森自动变速器工作原理辛普森自动变速器是一种常见的自动变速器类型，常见于汽车领域。
它得名于其发明者Alfredo Simpson。
辛普森自动变速器能够自动调整车辆的行驶速度和转向模式，实现自动换挡、调速和调速。
接下来，我们将深入解析辛普森自动变速器的工作原理。
一、液压系统辛普森自动变速器采用液压系统实现变速控制。
液压系统由多个元件组成，如油泵、油箱、电磁阀、油管和油路等等。
液压系统的工作原理如下：油泵将液压油从油箱中抽出，通过压力管道送到电磁阀组。
电磁阀根据控制器的指令来指挥液压油流动的方向和压力大小。
液压油通过不同的油路管道，推动变速器内的不同元件实现变速控制。
二、液力复合器液力复合器是辛普森自动变速器中不可缺少的元件。
液力复合器能够将动力传输给变速器，同时还允许转动前轮和引擎分离。
当发动机启动时，油泵带动液压油进入液力复合器，液力复合器的转子受到液压力的作用而开始转动，并将转动力传递给变速器内的齿轮，实现了变速起步。
三、齿轮系统辛普森自动变速器的齿轮系统是变速箱的核心部分，由齿轮、离合器、制动器等组成。
它的工作原理如下：当车速达到一定程度时，电脑控制系统会判断是否需要进行变速操作，并输入相应的指令。
然后，液压系统会给齿轮系统传递液压信号，启动离合器和制动器以及旋转齿轮，实现不同的换挡操作。
四、控制器控制器是辛普森自动变速器的“大脑”，通过接收车内各传感器的信息，判断车速、发动机速度、气压等参数，从而实现车辆的加速、减速和换挡等操作。
控制器控制液压系统中的电磁阀进行开关，使不同的液压油路打开或关闭，驱动变速箱内的齿轮进行转动，实现变速功能。
总的来说，辛普森自动变速器的工作原理主要涉及液压系统、液力复合器、齿轮系统和控制器。
这些元件相互协作产生了智能化的变速操作，让驾驶更加轻松和舒适。
当然，在实际使用过程中，我们也需要注意保养和维护，以确保变速器的正常使用和延长使用寿命。
第四章自动变速器传动原理第一节辛普森自动变速器传动原理一、丰田A130L、A131L、A132L型适用车型：花冠、克罗纳A131型自动变速器传动原理圈图4－1－1A131型自动变速器传动原理线图4－1－21－2档滑行带式制动器，2－高速档/倒档离合器，3－前进档离合器，4－2档制动器，5－1号单向离合器，6－2号单向离合器，7－低速档单向离合器各元件得的连接关系：离合器：C1离合器鼓与变速器输入轴为一体，钢片通过外花键与离合器鼓上的花键相连接，摩擦片离合器加压动作便会将变速器转入轴与前通过内花键与前行星排齿圈上的滑键向连接，当C1行星齿圈连为一体。
离合器：C2离合器鼓上的滑键相连接，钢片通过外花键与离合器鼓上的滑槽摩擦片通过内花键与C1相连接，而离合器鼓与制动带制位一体，在制动鼓上加工有凸齿，制动带鼓有通过凸齿与太离合器动作就会将变速器输入轴与前太阳轮连为一体。
阳轮驱动鼓相连接，所以当C2带式制动器：B1制动器围绕在制动鼓外围，当其投入工作后，便会将前太阳轮固定。
B片式制动器：2单向离合器外钢片通过外花键与变速器壳体上的花键槽相连接，，摩擦片通过内花键与F1座围上的花键相连，当B制动器一动作后，便会将单向离合器外座围固定。
2单向离合器：F1内缘与太阳轮接触，外援与外做圈接触，当B制动器一动作，单向离合器外做圈被固定2后，其允许太阳轮顺时针旋转。
单向离合器：F2内缘与行星架上的内做圈相接触，而单向离合器上午外做圈通过凸齿与变速器外壳上的单向离合器允许后行星架顺时针旋转，但不能允许后行星架逆时针旋转。
键槽相连接，F2制动器：B3钢片通过外花间槽与变速器外壳上的花键槽相连，摩擦片通过内花键与后行星架上的滑键相连，当B制动器一动作，便将后行星排的行星架固定。
3A130型自动变速器执行元件各档位作用D位一档动作元件 C1、F2具有滑行功能：D位一档传动路线图4－1－3D位一档,当收油门动力回传时具有滑行功能。
辛普森式自动变速器结构原理及各挡位传动路线辛普森式自动变速器结构原理及各挡位传动路线辛普森式自动变速器结构原理及各挡位传动路线不同车型自动变速器在结构上往往有很大差异,主要表现在:前进挡的挡数不同,离合器,制动器及单向超越离合器的数目和布置方式不同,所采用的行星齿轮机构的类型不同.前进挡的数目越多,行星齿轮变速系统中的离合器,制动器及单向超越离合器的数目就越多.离合器,制动器,单向超越离合器的布置方式主要取决于行星齿轮变速系统前进挡的挡数及所采用的行星齿轮机构的类型.轿车自动变速器所采用的行星齿轮机构的类型主要有2类,即辛普森式和拉维萘赫式行星齿轮机构. 辛普森式行星齿轮机构由2个内啮合式单排行星齿轮机构组合而成, 庞成立其结构特点是:前后2个行星排的太阳轮连接为一体,称为前后太阳轮组件;前一个行星排的行星架和后一个行星排的齿圈连接为一体,称为前行星架和后齿圈组件;输出轴通常与前行星架和后齿圈组件连接.经过上述的组合后,该机构成为一种具有4个独立元件的行星齿轮机构.这4个独立元件是:前齿圈,前后太阳轮组件,后行星架,前行星架和后齿圈组件.根据前进挡的挡数不同,可将行星齿变速系统分为3挡行星齿轮变速系统和4挡行星齿轮变速系统2种.1.辛普森式3挡行星齿轮变速系统的结构和工作原理.(1)行星齿轮变速系统的结构:a)结构b)换挡执行元件的布置l一输入轴2一倒挡及高挡离合器毂3一前进离合器毂和倒挡及高档离合器毂4一前进离合器毂和前齿圈5一前行星架6一前后太阳轮组件7一后行星架和低挡及倒挡制动器毂8一输出轴C1一倒挡及高挡离合器c2一前进离合器B1—2挡制动器B2一低挡及倒挡制动器Fl一低挡单向超越离合器图1行星齿轮变速系统结构及元件布置图如图1(a图为结构图,b图为元件布置图)所示,行星齿轮机构中设置了5个换挡执行元件(2个离合器,2个制动器和1个单向超越离合器),使该系统成为一个具有3个前进挡和1个倒挡的行星齿轮变速系统.离合器C1用于连接输入轴和前后太阳轮组件, 离合器C2用于连接输入轴和前齿圈,制动器B1用于固定前后太阳轮组件, 制动器B2和单向超越离合器F1都是用于固定后行星架.5个换挡执行元件在各挡位的工作情况如表1所示.由表1中可知,当行星齿轮变速系统处于停车挡和空挡之外的任何一个挡位时,5个换挡执行元件中都有2个处于表1辛普森3挡行星齿轮变速系统换挡执行元件工作情况操纵手挡位换执仃兀件柄位置ClC2BlB2F1 1挡0 D2挡0O3挡OOR倒挡0OS.L或1档OO2,12挡0O注:0一接合,制动或锁止. 工作状态(接合,制动或锁止),其余 3个不工作(分离,释放或自由状态).处于工作状态的2个换挡执行元件中至少有一个是离合器Cl或 C2,以便使输入轴与行星排连接.当变速器处于任一前进挡时,离合器 C2都处于接合状态,此时输入轴与行星齿轮机构的前齿圈接合,使前齿圈成为主动件,因此离合器C2也称为前进离合器.倒挡时,离合器C1接合,C2分离,此时输入轴与行星齿轮机构的前后太阳轮组件接合,使前后太阳轮组件成为主动件;另外,离合器C1在3挡(直接挡)时也接合,因此,离合器C1也称为倒挡及高挡离合器.制动器B1仅在2挡才工作,称为2挡制动器.制动器B2在1挡和倒挡时都工作,因此称为低挡及倒挡制动器.由此可知,换挡执行元件的不同工作组合决定了行星齿轮变速系统的传动方向和传动比,从而决定了行星齿轮变速系统所处的挡位. (2)行星齿轮变速系统各挡的传动路线: ?1挡:如图2所示,此时前进离合器C2接合,使输入轴和前齿圈连接:同时单向超越离合器F1处于自锁状态,后行星架被固定.来自液力变矩器的发动机动力经输入轴,前汽车维修2011.6???1一输入轴2一前进离合器c23一倒挡及高挡离合器Cl4—2挡制动器B15一前齿圈 6,前行星轮7一前行星架8一输出轴9一前后太阳轮组件10一后行星架ll一后行星轮 l2一低挡及倒挡制动器B213一低挡单向超越离合器F1l4一后齿圈图21挡路线-倒挡及 1一输入轴2一前进离合器C23高挡离合器C14—2档制动器B15一前齿圈6一前行星轮7一前行星架8一输出轴9一前后太阳轮组件lO一后行星架 ll一后行星轮12一低挡及倒挡制动器B2 13一低挡单向超越离合器F114一后齿圈图43挡路线???a)前行星排b)后行星排l一输入轴2一前进离合器C23-倒挡及高挡离合器Cl4—2挡制动器B15一前齿圈6一前行星轮7一前行星架8一输出轴9一前后太阳轮组件1O一后行星架11一后行星轮 12一低挡及倒挡制动器B2l3一低挡单向超越离合器F114一后齿圈图32挡路线进离合器C2传给前齿圈,使前齿圈朝顺时针方向旋转.在前行星排中,前行星齿轮在前齿圈的驱动下一方面朝顺时针方向公转,带动前行星架朝顺时针方向转动,另一方面作顺时针方向的自转,并带动前后太阳轮组件朝逆时针方向转动;在后行星排中,后行星轮在后太阳轮的驱动下朝顺时针方向作自转时,对后行星架产生一个逆时针方向的力矩,而低挡单向超越离合器FI对后行星架在逆时针方向具 46汽车维修2011.6a)前行星排b)后行星排1一输入轴2一前进离合器C23-倒挡及高挡离合器C14—2挡制动器B15一前齿圈6一前行星轮7一前行星架8一输出轴9一前后太阳轮组件10一后行星架11一后行星轮12一低挡及倒挡制动器B2 13一低挡单向超越离合器F114一后齿圈图5倒挡路线有锁止作用,因此后行星架固定不动, 使后齿圈在后行星轮的驱动下朝顺时针方向转动.因此,在前进1挡时,由输入轴传给行星齿轮机构的动力是经过前后行星排同时传给前行星架和后齿圈组件,再传给与之相连接的输出轴,从而完成动力输出的.?2挡:如图3所示,前进离合器C2和2挡制动器B1同时工作. 此时输入轴仍经前进离合器C2和前齿圈连接,同时前后太阳轮组件被2 挡制动器B1固定.发动机动力经液力变矩器和行星齿轮变速系统的输入轴传给前齿圈,使其朝顺时针方向转动.由于前太阳轮转速为0,因此前行星轮在前齿圈的驱动下一方面朝顺时针方向作自转,另,方面朝顺时针方向作公转,同时带动前行星架及输出轴朝顺时针方向转动.此时后行星排处于自由状态,后行星轮在后齿圈的驱动下朝顺时针方向一边自转一边公转,带动后行星架朝顺时针方向空转.由此可知,2挡时发动机的动力全部经前行星排传到输出轴. ?3挡:如图4所示,前进离合器C2和倒挡及高挡离合器C1同时接合,把输入轴与前齿圈及前后太阳轮组件连接成一体.由于这时前行星排中有2个基本元件互相连接,从而使前行星排连成一体旋转,输入轴的动力通过前行星排直传给输出轴,即直接挡.此时后行星排处于自由状态,后行星轮在后齿圈驱动下朝顺时针方向一边自转一边公转,带动后行星架朝顺时针方向空转.?倒挡:如图5所示,倒挡及直接挡离合器C1接合,使输入轴与前后太阳轮组件连接,同时低挡及倒挡制动器B2产生制动,将后行星架固定. 此时发动机动力经输入轴传给前后太阳轮组件,使前后太阳轮朝顺时针方向转动.由于后行星架固定不动,后行星轮在后太阳轮的驱动下朝逆时针方向转动,并带动后齿圈朝逆时针方向转动,与前行星架和后齿圈组件连接的输出轴也随之朝逆时针方向转动, 从而改变了传动方向.此时,前行星排中由于前齿圈可以自由转动,前行星排处于自由状态,前齿圈在前行星轮的带动下朝逆时针方向自由转动.有些车型自动变速器的行星齿轮机构的前后行星排的排列顺序相反,即输入轴通过前进离合器C2和后齿圈连接,输出轴与前齿圈和后行星架组件连接,但工作原理都一样.2.3行星排4挡行星齿轮变速系统的结构与工作原理超越膏台嚣图64挡行星齿轮变速器元件位置图丰田CROWN(皇冠)3.0轿车所器B1之间串联了一个单向超越离合用的A340E电子控制自动变速器就器F2,称为2挡单向超越离合器.单采用了这种行星齿轮变速系统.向超越离合器的内环和前后太阳轮组 ?结构:这种4挡行星齿轮变速件连接,外环和2挡制动器B1连接, 器是在不改变原辛普森式3挡行星齿在逆时针方向对前后太阳轮组件具有轮变速系统的主要结构和大部分零部锁止作用.当行星齿轮变速系统处于件的情况下,另外再增加一个单排行2挡时,前进离合器C1和2挡制动器星齿轮机构和相应的换挡执行元件来Bl仍同时工作.汽车加速时,前后太产生超速挡而实现的.这个单排行星阳轮组件的受力方向为逆时针方向, 齿轮机构称为超速行星排,他安装在由于2挡单向超越离合器F2的外环行星齿轮变速系统的前端,其行星架被2挡制动器B1固定,因此前后太是主动件,与变速器输入轴连接;齿圈阳轮朝~_B,-j-针方向的旋转趋势被2挡为被动件,与后面的双排行星齿轮机制动器Bl及2挡单向超越离合器锁构连接.超速行星排的工作由直接离止,使2挡得以实现.当行星齿轮变速,直器由2挡换至3挡时,即使倒挡及直合器CO和超速制动器BO来控制接离合器CO用于将超速行星排的太接挡离合器C1在2挡制动器B1释阳轮和行星架连接,超速制动器BO放之前就已接合,但由于倒挡及直接用于固定超速行星排的太阳轮.如图挡离合C1接合之后,前后太阳轮组 6所示.件的受力方向改变为顺时针方向,而为了改善2,3挡的换挡平顺性在顺时针方向上2挡单向超越离合器和使变速器在前进低挡位置发动机有F2对前后太阳轮组件没有锁止作用, 制动作用,在原3挡行星齿轮变速系前后太阳轮组件仍可以朝顺时针方向统的基础上进行了改进.旋转,使换挡能顺利进行.a)在前后太阳轮组件和2挡制动b)在前后太阳轮组件和变速器壳表23行星排辛普森式4挡行星齿轮变速系统换挡执行元件的工作情况操纵手柄换挡执行元件位置挡位ClC2BlB2B3F1F2COB0F0 1挡oooo2挡ooOooD3挡00?oo超速挡0o?00R倒挡o0oo1挡0oooS,L或2,12挡o?oo3挡oOoo注:0一接合,制动或锁止;?一作用但不影响该挡位体之间另外设置了一个制动器B3,即2挡强带带动器.带0动器B3是否工作是由操纵手柄的位置决定的,当操纵手柄位于前进挡位置(D)时,制动器B3不工作:当操纵手柄位于前进挡位置(2,1或S,L)而行星齿轮变速器处于2挡时,制动器B3 工作.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,此时的2挡在汽车放松加速踏板减速时能产生发动机制动作用.目前大多数轿车自动变速器都采用这种结构. ?工作原理:根据行星齿轮变速系统的变速原理,当超速制动器BO 放松,直接离合器CO接合时,超速行星排处于直接传动状态,其传动比为 1:当超速制动器BO制动,直接离合器CO放松时,超速行星排处于增速传动状态,传动IrL/J~于1.当行星齿轮变速系统处于1挡,2 挡,3挡或倒挡时,超速行星排中的超速制动器B0放松,直接离合器CO结合,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3挡行星齿轮变速器在1 挡,2挡,3挡及倒挡时的工作完全相同,如表2所示.来自变矩器的发动机动力经超速行星排直接传给后半部分的双排行星齿轮机构,此时行星齿轮变速系统的传动比完全由后半部分的双排行星齿轮机构及相应的换挡执行元件来控制.当行星齿轮变速系统处于超速挡时,后半部分的双排行星齿轮机构保持在3挡位置,而在超速行星排中,由于超速制动器BO,产生制动,直接离合器CO放松,使超速行星排处于增速传动状态,其传动比小于l. 直接离合器CO在自动变速器处于超速挡以外的任何一个挡位时都处于接合状态,因此当发动机刚刚起动而油泵尚未建立正常的油压时,直接离合器CO已处于半结合状态,这样易使其摩擦片因打滑而加剧磨损.为防止出现这种情况,在直接离合器CO 处并列布置了一个直接单向超越离合器FO,使超速行星排在逆时针对太阳轮产生锁止作用,防止直接离合器CO 的摩擦片在半接合状态下打滑. (作者单位:大连职业技术学院) 汽车维修2011.67。
辛普森自动变速器是一种常见的汽车变速器，它的结构特点是非常清晰明了的。
我们来看看它的基本结构，然后再逐步深入探讨其工作原理和优点。
1. 基本结构辛普森自动变速器由三个主要部分组成：液压控制系统、离合器和齿轮组。
液压控制系统负责控制变速器的工作，离合器用于传递动力，而齿轮组则实现不同档位的变速功能。
2. 工作原理在行驶过程中，液压控制系统通过感应车辆速度、负载和驾驶员的操作，来调节离合器和齿轮组的工作状态。
当车辆需要加速时，液压系统会触发离合器的操作，使其传递动力到对应的齿轮，从而实现增加车速。
反之，当车辆需要减速或停车时，液压系统会释放离合器，并通过调整齿轮组的排列来实现减速或停车。
3. 优点辛普森自动变速器的结构特点决定了它具有以下优点：- 对驾驶员操作要求低，提高了驾驶的便利性；- 变速过程平稳流畅，提高了行驶舒适度；- 可以实现多档位变速，满足了不同行驶条件下的需求。
总结和回顾通过以上的分析，我们可以看出辛普森自动变速器的结构特点对其工作原理和优点具有重要影响。
其清晰的结构使得其工作稳定可靠，为驾驶员提供了良好的行驶体验。
我们也应该关注其在实际使用中可能出现的问题，以便更全面地理解这一主题。
个人观点和理解个人认为，辛普森自动变速器的结构特点决定了它在汽车工程中的重要地位。
它不仅提高了行驶的平稳性和舒适性，还为驾驶员提供了便利的操作体验。
然而，我们也应该关注其需要定期维护保养的问题，以确保其长期稳定的工作状态。
在本文中，我们从简述其结构特点开始，逐步深入探讨其工作原理和优点，最后进行了总结回顾和个人观点的共享。
希望本文对您有所帮助，使您能更深入地理解辛普森自动变速器的结构特点。
辛普森自动变速器在汽车工程领域中扮演着非常重要的角色，其清晰明了的结构特点使其在市场上广受欢迎。
接下来，我们将继续深入探讨其工作原理、优点以及可能出现的问题。
4. 工作原理辛普森自动变速器通过液压控制系统来实现自动化的变速功能。
