锁止离合器在接合时,变矩器中的油液因液体摩擦减小,油液的温度可以降低,此时不再让油 液进入冷却器,以降低动力消耗。为了减小锁止离合器在接合瞬间产生的冲击力,一般在锁止离合 器传力盘上还装有减振弹簧。 6.3变速齿轮机构 变矩器虽然能够在一定的范围内实现无级变速,但由于变矩器只有在输出转速接近于输入转速 时才具有较高的传动效率,而且它的增矩作用不够大(最大变矩比),增矩不能满足汽车的使用要求。 为此,在汽车自动变速器中设置了变速齿轮机构,使转矩再次增大。 自动变速器中的变速齿轮机构和传统的手动齿轮变速机构一样,具有空挡、倒挡及2~4个不 同传动比的前进挡。不同的是,驾驶员不直接控制挡位,而是由自动变速器的控制系统操纵换挡执 行机构来改变变速齿轮机构的传动比,从而实现自动换挡。变速齿轮机构主要包括行星齿轮机构和 换挡执行元件两部分 6.3.1单排行星齿轮机构 行星齿轮机构较定轴齿轮机构具有结构紧凑、承受载荷大、传动效率高、齿间负荷小、结构刚 性好、轴入轴与输出轴冋轴线以及便于实现行驶中自动换挡等优点,所以目前自动变速器大都采用 行星齿轮机构变速传动装置。 1.特性方程 单排行星齿轮机构的基本构造如图6.18所示,它由位于轴中心处的太阳轮、与太阳轮啮合的行 星齿轮、支承行星齿轮的行星架以及内齿圈等组成。行星齿轮既能绕其自身的轴(行星架)自转, 又能围绕太阳轮作公转,这种关系正如太阳系中地球与太阳的关系,行星齿轮机构也因此而得名。 工作中可将太阳轮、行星架、内齿圈三者中的任一构件与主动轴相连,作为输入件,第二构件与从 动轴连作为输出件,第三构件被强制固定(简称制动),就能实现动力传递。 根据机械基础知识:单排行星齿轮机构的运动规律可用以下特性方程式表示: (6.1) 式中mm、n3分别为太阳轮、内齿圈、行星架的转速;行星齿轮机构参数a=Z2/Z21 Z1、Z2分别为太阳轮、内齿圈的齿数。 由式(6.1)可得 niZ,+n2Z2-(ZI+Z2)n (6.2) 设Z3=Z1+Z2,则有 nZ1+n2Z2-Z3n3=0 (6.3)
- 16 - 锁止离合器在接合时，变矩器中的油液因液体摩擦减小，油液的温度可以降低，此时不再让油 液进入冷却器，以降低动力消耗。为了减小锁止离合器在接合瞬间产生的冲击力，一般在锁止离合 器传力盘上还装有减振弹簧。 6.3 变速齿轮机构 变矩器虽然能够在一定的范围内实现无级变速，但由于变矩器只有在输出转速接近于输入转速 时才具有较高的传动效率，而且它的增矩作用不够大（最大变矩比），增矩不能满足汽车的使用要求。 为此，在汽车自动变速器中设置了变速齿轮机构，使转矩再次增大。 自动变速器中的变速齿轮机构和传统的手动齿轮变速机构一样，具有空挡、倒挡及 2～4 个不 同传动比的前进挡。不同的是，驾驶员不直接控制挡位，而是由自动变速器的控制系统操纵换挡执 行机构来改变变速齿轮机构的传动比，从而实现自动换挡。变速齿轮机构主要包括行星齿轮机构和 换挡执行元件两部分。 6.3.1 单排行星齿轮机构 行星齿轮机构较定轴齿轮机构具有结构紧凑、承受载荷大、传动效率高、齿间负荷小、结构刚 性好、轴入轴与输出轴同轴线以及便于实现行驶中自动换挡等优点，所以目前自动变速器大都采用 行星齿轮机构变速传动装置。 1．特性方程 单排行星齿轮机构的基本构造如图 6.18 所示，它由位于轴中心处的太阳轮、与太阳轮啮合的行 星齿轮、支承行星齿轮的行星架以及内齿圈等组成。行星齿轮既能绕其自身的轴（行星架）自转， 又能围绕太阳轮作公转，这种关系正如太阳系中地球与太阳的关系，行星齿轮机构也因此而得名。 工作中可将太阳轮、行星架、内齿圈三者中的任一构件与主动轴相连，作为输入件，第二构件与从 动轴连作为输出件，第三构件被强制固定（简称制动）,就能实现动力传递。 根据机械基础知识：单排行星齿轮机构的运动规律可用以下特性方程式表示： n1+αn2－（1＋α）n3＝0 （6.1） 式中 n1 、n2 、n3分别为太阳轮、内齿圈、行星架的转速；行星齿轮机构参数 α＝Z2/Z1； Z1、Z2分别为太阳轮、内齿圈的齿数。 由式（6.1）可得： n1Z1+n2Z2－（Z1＋Z2）n3＝0 （6.2） 设 Z3＝Z1＋Z2，则有： n1Z1+n2Z2－Z3n3＝0 （6.3）
2.工作状态表 由式(6.3)可知:行星齿轮仍然作为惰轮出现;如果假想行星架的齿数为Z,则同样可以按 照类似于定轴轮系的计算方法进行传动比的计算。假设Z为24,Z2为56,那么Z3=24+56=80。 单排行星齿轮机构通过固定不同的元件,改变主动元件和从动元件,按式(6.3)的工作原理分 析进行计算,可得出八种工作状态(表6.1)。 ○X 图6.18行星齿轮机构的基本构造 A变矩器出油道B、C.控制阀油道 表6.1单排行星齿轮机构工作状态表 固定件 旋转方向扭矩 对应挡位 太阳轮 行星架 i=3.33>1 下降 增大 1挡 内齿圈 行星架 太阳轮 i=0.3<1 上升 相同 i=1.43》>1 下降 2挡 太阳轮 行星架 内齿圈 上升 超速挡 太阳轮 内齿圈 i=2.33>1 降 倒挡 行星架 内齿圈 太阳轮 i=0.43<1 相等 相同 不变直接挡(3挡) 无约束 6.3.2双排行星齿轮机构 现代轿车自动变速器为增加传递转矩,常采用双排至多排行星齿轮机构并联构成双排或多排变 速传动装置。典型的基本结构通常由辛普森式( Simpson)和拉威娜式( Ravigneanx)两种。 1.辛普森式行星齿轮机构 17
- 17 - 2．工作状态表 由式（6.3）可知：行星齿轮仍然作为惰轮出现；如果假想行星架的齿数为 Z3，则同样可以按 照类似于定轴轮系的计算方法进行传动比的计算。假设 Z1为 24，Z2为 56，那么 Z3＝24+56=80。 单排行星齿轮机构通过固定不同的元件，改变主动元件和从动元件，按式（6.3）的工作原理分 析进行计算，可得出八种工作状态（表 6.1）。 图 6.18 行星齿轮机构的基本构造 1.内齿圈 2.行星齿轮 3.行星架 4.太阳轮 A.变矩器出油道 B、C.控制阀油道 表 6.1 单排行星齿轮机构工作状态表 固定件 主动件 从动件 传动比 转速 旋转方向 扭矩 对应挡位 1 太阳轮 行星架 i=3.33>1 下降 相同 增大 1 挡 2 内齿圈 行星架 太阳轮 i=0.3<1 上升 相同 减小 3 内齿圈 行星架 i=1.43>1 下降 相同 增大 2 挡 4 太阳轮 行星架 内齿圈 i=0.7<1 上升 相同 减小 超速挡 5 太阳轮 内齿圈 i=2.33>1 下降 相反 增大 倒挡 6 行星架 内齿圈 太阳轮 i=0.43<1 上升 相反 减小 7 无 任意二 另一 i=1 相等 相同 不变 直接挡（3 挡） 8 无约束 空挡 6.3.2 双排行星齿轮机构 现代轿车自动变速器为增加传递转矩，常采用双排至多排行星齿轮机构并联构成双排或多排变 速传动装置。典型的基本结构通常由辛普森式（Simpson）和拉威娜式（Ravigneanx）两种。 1．辛普森式行星齿轮机构
辛普森式行星齿轮机构有3挡位和4挡位之分。4挡位(如丰田A341E、A342E等)的比3挡位 的多设置了一个超速行星排,有超速挡(ω挡),而3挡位的最高挡为直接挡(图6.19)。3挡位的 辛普森行星齿轮机构的特点是前、后排行星齿轮公用一个太阳轮,且是同轴布置,犹如两套单排行 星齿轮机构安装在同一轴上。不考虑超速行星排,各执行机构的工作如表6.2所示。前排齿数:Z:=2 Z=60,则Z3=27+60=87;前排齿数:Z1=27、Z'2=60,则Z'3=27+60=87。 前齿轮架 后小齿轮 前小齿轮 回应 输入轴 前内齿圈 前后太阳齿轮 后内齿圈 图6.19三挡位辛普森行星齿轮机构 表6.2各元件与挡位的关系 齿轮 停车 挡挡挡|挡|挡|挡|挡|挡 前离合器(C1) 连接输入轴和中间轴 00OOOO 后离合器(C)连接输入轴和前后太阳 制动器(B) 防止前后太阳轮按顺时针或反时针方向旋转 防止F1的外圈按顺时针或反时针方向旋转。这样能 制动器(B2) 够防止前后太阳轮按反时针方向旋转 单向离合器(F1) 当B起作用时,防止前后太阳轮按反时针方向旋转 制动器( 制动器(B) 防止行星架按顺时针或反时针方向旋转 单向离合器(F2) 防止行星架按反时针方向旋转 注:O*只限A40系列:表中C为离合器,B为制动器,F为单向离合器 1.倒挡 由表6.2可知,此时C2、B3工作。由于B3工作,前行星架固定,n=0。动力传递线路为:输入 轴→C2→前、后太阳轮→前行星齿轮(定轴转动)→前内齿圈→后行星架→输出轴。 由式(6.3)得:nZ1+n2Z2=0,ir=n2/n1=.Z2/Z1=.60/27=.2.22 2.三挡 C1、C2工作。动力传递线路为: 2+前后太阳轮◆后行星齿轮→后行星架 输出轴 中间轴+后内齿圈→后行星齿轮→后行星架 18
- 18 - 辛普森式行星齿轮机构有 3 挡位和 4 挡位之分。4 挡位（如丰田 A341E、A342E 等）的比 3 挡位 的多设置了一个超速行星排，有超速挡（OD 挡），而 3 挡位的最高挡为直接挡（图 6.19）。3 挡位的 辛普森行星齿轮机构的特点是前、后排行星齿轮公用一个太阳轮，且是同轴布置，犹如两套单排行 星齿轮机构安装在同一轴上。不考虑超速行星排，各执行机构的工作如表 6.2 所示。前排齿数：Z1=27、 Z2=60，则 Z3＝27+60=87；前排齿数：Z1´=27、Z´2=60，则 Z´3＝27+60=87。 图 6.19 三挡位辛普森行星齿轮机构 表 6.2 各元件与挡位的关系 范围 P R N D 2 L 操作 齿轮 停车 倒 挡 空 挡 1 挡 2 挡 3 挡 1 挡 2 挡 1 挡 前离合器（C1） 连接输入轴和中间轴 ○ ○ ○ ○ ○ ○ 后离合器（C2） 连接输入轴和前后太阳轮 ○ ○ 制动器（B1） 防止前后太阳轮按顺时针或反时针方向旋转 ○ 制动器（B2） 防止 F1 的外圈按顺时针或反时针方向旋转。这样能 够防止前后太阳轮按反时针方向旋转 ○ ○ ○ 单向离合器（F1） 制动器（B2） 当 B2起作用时，防止前后太阳轮按反时针方向旋转 ○ ○ 制动器（B3） 防止行星架按顺时针或反时针方向旋转 ○* ○ ○ 单向离合器（F2） 防止行星架按反时针方向旋转 ○ ○ ○ 注：○*只限 A40 系列；表中 C 为离合器，B 为制动器，F 为单向离合器。 1．倒挡 由表 6.2 可知，此时 C2、B3工作。由于 B3工作，前行星架固定，n3=0。动力传递线路为：输入 轴→C2→前、后太阳轮→前行星齿轮（定轴转动）→前内齿圈→后行星架→输出轴。 由式（6.3）得：n1Z1+n2Z2=0，iR=n2/n1=. Z2/Z1= .60/27= .2.22 2．三挡 C1、C2工作。动力传递线路为： 输入轴 C2 前后太阳轮 后行星齿轮 C1 中间轴 后行星架 后行星架 后内齿圈 后行星齿轮 输出轴
由于后行星齿轮机构的太阳轮与内齿圈转速相同,n=n2,则可得到n=n2=n3 C、B、F工作。动力由后内齿圈输入,B2、F1使前、后太阳轮固定,n1=n1’=0。动力传递线路为: 输入轴→C→中间轴→后内齿轮→后行星齿轮→后行星架→输出轴 is=n3/n2=Z3/Z2=87/60=1.45 4.一挡 C1、B2、F2工作。前行星架固定。动力传递线路为 输入轴+C1+中间轴卡后内齿圈→后行星齿轮 前后太阳轮行星齿轮→前内齿轮 后行星架→输出轴 (1)假设前内齿轮不与后行星架连接,第二条传动路线的传动比为: Z 2760 (2)假设前内齿轮不与后行星架连接,第一条传动路线的传动比为 z387 145 (3)一挡总传动比为两者叠加:i1=i1+i2=2.4 2.拉威娜式行星齿轮机构 拉威娜式行星齿轮机构与结构原理简图如图6.20所示。右行星齿轮排是一个单行星齿轮结构, 左行星齿轮排是一个双行星齿轮结构组合而成的复合式行星齿轮机构,其长、短行星齿轮分别与不 同的太阳轮相啮合,由于齿轮参数不同,前、后行星齿轮共架,可省下一个内齿圈。其结构紧凑、 轴向尺寸小、转速较低。根据换挡元件数的不同,它可实现2、3、4个前进挡和1个倒挡。按式(6.1), 运动方程为 n1+a1n5-(1+a)n2=0 (6.4) (6.5) 式中ar前行星齿轮排传动比,a1=Z5/Z1 a2后行星齿轮排传动比,a2=Z5/Z6 图6.21是4挡拉威娜式行星齿轮机构结构简图,各挡执行元件动作表和传动比为表6.3。由 nn(齿圈5)输出,令x=,由式(6.4)、(6.5)可计算得到各挡传动比
- 19 - 由于后行星齿轮机构的太阳轮与内齿圈转速相同，n1=n2，则可得到 n1=n2=n3。 igⅢ=1 3．二挡 C1、B2、F1工作。动力由后内齿圈输入，B2、F1使前、后太阳轮固定，n1=n1'=0。动力传递线路为： 输入轴→C1→中间轴→后内齿轮→后行星齿轮→后行星架→输出轴。 igⅡ=n3'/n2'= Z'3/Z'2＝87/60=1.45 4．一挡 C1、B2、F2工作。前行星架固定。动力传递线路为： （1）假设前内齿轮不与后行星架连接，第二条传动路线的传动比为： 1 60 27 27 60 ' 3 ' 1 1 3 2 = × = × = Z Z Z Z i （2）假设前内齿轮不与后行星架连接，第一条传动路线的传动比为： 1.45 60 87 ' 2 ' 3 1 = = = Z Z i （3）一挡总传动比为两者叠加：igⅠ=i1+i2=2.45 2．拉威娜式行星齿轮机构 拉威娜式行星齿轮机构与结构原理简图如图 6.20 所示。右行星齿轮排是一个单行星齿轮结构， 左行星齿轮排是一个双行星齿轮结构组合而成的复合式行星齿轮机构，其长、短行星齿轮分别与不 同的太阳轮相啮合，由于齿轮参数不同，前、后行星齿轮共架，可省下一个内齿圈。其结构紧凑、 轴向尺寸小、转速较低。根据换挡元件数的不同，它可实现 2、3、4 个前进挡和 1 个倒挡。按式（6.1）， 运动方程为 n1+α1n5－（1＋α1）n2＝0 （6.4） n6－α2n5－（1－α2）n2＝0 （6.5） 式中 α1-前行星齿轮排传动比，α1=Z5/ Z1； α2-后行星齿轮排传动比，α2=Z5/ Z6。 图 6.21 是 4 挡拉威娜式行星齿轮机构结构简图，各挡执行元件动作表和传动比为表 6.3。由 n II（齿圈 5）输出，令 Ι = n nT κ ，由式（6.4）、（6.5）可计算得到各挡传动比。 输入轴 C1 中间轴 前后太阳轮 后内齿圈 后行星齿轮 后行星架 前行星齿轮 前行星齿轮 前内齿轮 输出轴
图6.20拉威娜式行星齿轮机构 1.小(前)太阳轮2.行星架3.短行星轮4长行星轮 5.齿圈6.大(后)太阳轮 图6.214挡拉威娜式行星齿轮机构结构简图 小(前)太阳轮2.行星架3.短行星轮4.长行星轮 5.齿圈6.大(后)太阳轮F单向离合器B制动器C 表6.3各挡执行元件动作表与传动比 起作用元件 传动比i=nu/m2 (B3) 1=:B i[(a+a)/(1+a)]B ir1/(1-1/a2+B/a2) (B) ia/(1+a) i = -a B 注:带()者仅在发动机制动时起作用:带[者为接合而不起作用 1)换入1挡时,由于离合器C2接合,则n为后排双行星齿轮排的太阳轮输入转速n6;由于单 向离合器F2作用,使行星架n2的转速为零,此时只有后行星齿轮排起作用。 2)换入2挡时,C2、B1、F1作用,n=n6,n=0 3)换入3挡时,C、C3作用,m=n6,n6=2,n6=m,此时传动比为1。 4)换入4挡时,C3、B作用,n=0,m=n1,此时实现高速挡运动 )换入倒挡时,C1、B3作用,n1=nr,n2=0,前排行星齿轮工作。相当于定轴轮系,输出转速 方向与输入转速相反,此时实现倒挡运动
- 20 - 图 6.20 拉威娜式行星齿轮机构 1.小（前）太阳轮 2.行星架 3.短行星轮 4.长行星轮 5.齿圈 6.大（后）太阳轮 图 6.21 4 挡拉威娜式行星齿轮机构结构简图 1.小（前）太阳轮 2.行星架 3.短行星轮 4.长行星轮 5.齿圈 6.大（后）太阳轮 F.单向离合器 B.制动器 C.离合器 表 6.3 各挡执行元件动作表与传动比 挡位 起作用元件 传动比 i=n1/n2 1 C2 （B3） F2 i1=a2β 2 C2 B1 （B2） F1 i2=[(a1+a2)/(1+a1)] β 3 C2 C3 （B1） i3=1/(1-1/a2+β/a2) 4 C3 （B1） B2 i4=a1/(1+a1) 倒 C1 B3 iR=-a1β 注：带（）者仅在发动机制动时起作用；带[]者为接合而不起作用。 1）换入 1 挡时，由于离合器 C2接合，则 T n 为后排双行星齿轮排的太阳轮输入转速 n6 ；由于单 向离合器 F2 作用，使行星架 n2 的转速为零，此时只有后行星齿轮排起作用。 2）换入 2 挡时，C2、B1、F 1作用， T n = n6 ，n1=0。 3）换入 3 挡时，C2、C3作用， T n = n6 ， n6 =n2， n6 =n1，此时传动比为 1。 4）换入 4 挡时，C3、B2作用，n1=0，n2= Ι n ，此时实现高速挡运动。 5）换入倒挡时，C1、B3作用， Ι n = T n ，n2＝0，前排行星齿轮工作。相当于定轴轮系，输出转速 方向与输入转速相反，此时实现倒挡运动