行星齿轮机构

自动变速器行星齿轮机构行星齿轮机构•行星齿轮机构的组成•行星齿轮工作原理•辛普森式行星齿轮变速机构•拉威娜式齿轮变速机构行星齿轮机构的组成•它由太阳轮（中心轮）、行星齿轮、行星齿轮架（简称行星架）、齿圈等组成。•行星齿轮为轴转式齿轮系统，与定轴式齿轮系统一样，也可以变速、变矩。行星齿轮工作原理•单排行星轮机构运动规律的特性方程为–nT+anQ-（1+a）nJ=0•nT—太阳轮转速•nQ—齿圈转速•nJ—行星架转速•a=ZQ/ZT–ZQ—齿圈齿数–ZT—太阳轮齿数•太阳轮、行星架、齿圈三者齿数关系–行星架齿数=齿圈齿数+太阳轮齿数–行星架齿数齿圈齿数太阳轮齿数行星齿轮传动方案•1.齿圈固定，太阳轮主动，行星架被动–nQ=0，nT=（1+a）nJ–i=nT/nJ=1+a=（ZT+ZQ）／ZT＞1•为前进降速档，此种组合为降速传动，通常传动比一般为2.5～5，转向相同。行星齿轮传动方案•2.齿圈固定，行星架主动，太阳轮被动–nQ=0，nT=（1+a）nJ–i=nJ／nT=1／（1+a）＜1•此种组合为升速传动，传动比一般为0.2～0.4，转向相同。行星齿轮传动方案•3.太阳轮固定，齿圈主动，行星架被动–nT=0，anQ=（1+a）nJ–i=（nQ／nJ）=（1+a）／a＞1•此种组合为降速传动，传动比一般为1.25～1.67，转向相同。行星齿轮传动方案•4.太阳轮固定，行星架主动，齿圈被动–nT=0，anQ=（1+a）nJ–i=（nj／nq）=a／（1+a）＜1•此种组合为升速传动，传动比一般为0.6～0.8，转向相同。行星齿轮传动方案•5.行星架固定，太阳轮主动，齿圈被动–nJ=0，nT+anQ=0–i=（nT／nQ）=-a=-ZQ／ZT•此种组合为降速传动，传动比一般为1.5～4，转向相反。行星齿轮传动方案•6.行星架固定，齿圈主动，太阳轮被动–nJ=0，nT+anQ=0–i=（nQ／nT）=-1／a=-ZT／ZQ•此种组合为升速传动，传动比一般为0.25～0.67，转向相反。行星齿轮机构的工作情况状态档位固定部件输入部件输出部件旋转方向1降速档齿圈太阳轮行星架相同方向2超速档齿圈行星架太阳轮相同方向3降速档太阳轮齿圈行星架相同方向4超速档太阳轮行星架齿圈相同方向5倒档位（降速）行星架太阳轮齿圈相反方向6倒档位（超速）行星架齿圈太阳轮相反方向7直接档没有任意两个第三元件同向同速8空档位没有不定不定不转动变速执行机构•单向离合器•换档离合器•制动器多片式离合器C•离合器的组成–卡环：它安装在输入轴转鼓的卡环槽内，限制活塞的行程。–输出转鼓：其中心有齿形花键与输出轴相连，边缘有键槽。–钢片：是光板，外缘有矩形花键与输入轴转鼓内键槽相连。–摩擦片：内圆有花键，与行星齿轮某一元件相连接，其表面有铜基粉末冶金层或合成纤维层，以增大摩擦力。钢片与摩擦片相间排列，可轴向移动。–弹簧座卡环：安装在输入轴卡环槽内。许多个回位弹簧沿圆周方向均匀分布。•工作原理–当离合器结合时，控制油压通过输入轴中心孔进入活塞，克服回位弹簧力将钢片和摩擦片压紧，产生摩擦力。这时动力从输入轴经过离合器传到输出轴。–当需要离合器分离时，控制油压通过原来的管路排出，由于回位弹簧的作用，活塞回到初始的位置，摩擦片和钢片分离，动力不能传递。单向阀单向阀单向阀带式制动器B•（1）带式制动器组成：–制动鼓：它与行星齿轮的某一元件相连接。–制动带：围在转鼓的外圆上，它的外表面是钢带，内表面有摩擦材料，制动带的一端用锁销固定在自动变速器壳体上，另一端与液压油缸的推杆相接触。–油缸：它固定在自动变速器壳体上，其内部有活塞和推杆相连接。•（2）带式制动器的工作原理–当液压缸无油压时，制动带与鼓之间要有一定的间隙，制动鼓可随与它相连的行星排元件一同转动。–当液压缸通油压时，作用在活塞上油压力推动活塞，使之克服回位弹簧的弹力而移动，活塞上的推杆随之向外伸出，将制动带压紧在制动鼓上，于是制动鼓被固定而不能转动，此时，制动器处于制动状态。•（3）带式制动器调整–拧动调整螺栓来调整（旋紧再松2～3圈），调好后再用锁紧螺母锁紧。–带式制动器轴向尺寸小，且工作的平顺性差，控制油路中多配有缓冲阀。片式制动器B•工作原理–当需要制动行星架时，控制油压进入活塞油缸，推动活塞压缩回位弹簧，将摩擦片、钢片压紧，由于钢片与自动变速器壳体相连接，所以行星架制动不转。–制动器不起作用时，控制油液排出油缸，由于回位弹簧的作用，活塞回到原来位置辛普森式行星齿轮变速机构•基本特点：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：共太阳轮式、独立太阳轮式。•共太阳轮式辛普森齿系–共太阳轮式辛普森齿系可实现3个前进速比，若利用共太阳轮式辛普森齿系实现4个前进速比，须增加一个所谓的超速行星排，称为3排4速辛普森齿系。–TOYOTAA340E自动变速器齿轮机构由共太阳轮式辛普森齿系和超速行星排组成。五元件SIMPSON三档变速器•结构特点：–两排行星轮结构参数相同–后行星排的齿圈与前行星排的行星架连结–两个输入点各档工作元件档位C1C2B1B2FW1○○2○○3○○R○○1档时各元件旋向及动力传递•后排行星齿轮：–齿圈顺转-行星齿轮顺转-行星架顺转-太阳轮逆转•前排行星齿轮：–太阳轮逆转-行星架被Fw锁住-行星齿轮顺转-齿圈顺转2档时各元件旋向及动力传递•后排行星齿轮：–齿圈顺转-行星齿轮顺转-行星架顺转-太阳轮固定被B1锁住•前排行星齿轮：–齿圈顺转-太阳轮固定-行星架顺转-行星齿轮顺转，空载运行3档时各元件旋向及动力传递•后排行星齿轮：–齿圈顺转-行星齿轮不转-行星架顺转-太阳轮顺转•前排行星齿轮：–齿圈顺转-行星齿轮不转-行星架顺转-太阳轮顺转R档时各元件旋向及动力传递•后排行星齿轮：–太阳轮顺转-行星齿轮逆转-行星架逆转-齿圈逆转•前排行星齿轮：–太阳轮顺转-行星架固定-行星齿轮逆转-齿圈逆转五元件SIMPSON三档变速器的优点•优点：–齿轮种类少、加工量少、工艺性好、成本低；–以齿圈输入输出，强度高，传递功率大；–组成的元件转速低，换档平稳；–每次换档只须更换一个执行机构。五元件SIMPSON三档变速器的缺点•缺点：–由2档换到3档时，释放制动器B1与接合离合器C2的交换应及时，否则C2接合过早，使各元件间产生运动干涉；B1释放太快，则使发动机出现空转、轰响，且使换档冲击增加。超速行星排•结构特点：–齿圈输出–两种输入方式，实现直接档和超速档•F0的作用–防止太阳轮比行星架转速快（4档降3档），或者说，行星架不动时，太阳轮只能反转，使太阳轮和行星架一起转动（和C0一起作用）；–当从3档升4档时，防止超速行星排C0分离后，B0还没有制动时，动力流中断，避免换挡冲击。•C0的作用–反拖时，输出轴带动齿圈顺转，行星轮顺转，此时F0失去锁止作用，太阳轮反转，输出轴的动力不能传到输入轴，不能实现发动机制动。TOYOTAA340E自动变速器结构简图丰田A340自动变速器执行元件功能空档•B0、F0、C1、C2、B1、B2、B3、F1、F2不工作，动力无法传递。（5与6不通，5与9不通）D-1档•C0、F0、C1、F2工作•传力过程：5－C1－6－8－11－9－13－7－10•F2防止前行星架14逆转•前排行星齿轮：–太阳轮逆转-行星架被F2锁住-行星齿轮顺转-齿圈顺转•后排行星齿轮：–齿圈顺转-行星齿轮顺转-行星架顺转-太阳轮逆转•i1=(1+2a)/a•反拖时：输出轴转速＞后齿圈转速–传力过程：输出轴顺转－后行星架顺转－行星齿轮逆转－太阳轮顺转；前齿圈顺转－带动前行星架顺转（此时F2不起作用，前行星排相当于轴承）－反拖力无法传到输入轴。•D-1档无发动机制动D-2档•C0、F0、C1、B2、F1工作–传力过程：5－C1－6－8－11－12－10•后齿圈顺转，带动后行星齿轮顺转，试图使太阳轮逆转，由于太阳轮被B2、F1单向锁止，故后行星齿轮绕太阳轮旋转，并带动后行星架顺转。此时前排行星齿轮机构处于空载运行。•后排行星齿轮：–齿圈顺转-行星齿轮顺转-行星架顺转-太阳轮固定（被B2、F1锁住）•前排行星齿轮：–太阳轮固定-行星架顺转-行星齿轮顺转-齿圈顺转-处于空载运行•i2=(1+a)/a•反拖时：输出轴转速＞后内齿圈转速–传力过程：输出轴顺转－后行星架顺转－行星齿轮逆转－太阳轮顺转（此时F1不起作用）－前齿圈顺转－带动前行星架顺转（F2不起作用，前行星排相当于轴承）－反拖力无法传倒输入轴。•D-2档无发动机制动D－3档（直接档）：•C0、F0、C1、C2、B2工作–传力过程：5－C1－6－8–C2－9－－11－12－10•8与9同向同速度旋转，后行星排成为一个整体。•后排行星齿轮：–齿圈顺转-行星齿轮不转-行星架顺转-太阳轮顺转（B2制动、F1起单向作用）•前排行星齿轮：–太阳轮顺转-行星架顺转-行星齿轮不转-齿圈顺转•i3=1•反拖时：输出轴转速＞后内齿圈转速=太阳轮转速–传力过程：输出轴顺转－后行星架顺转－后内齿圈顺转－太阳轮顺转－反拖力传倒输入轴•D-3档发动机制动超速档•C1、C2、B0、B2工作–传力过程：1－15－3－2－5－C1－C2－10•B0制动，超速太阳轮4被固定，架15主动，圈2从动，为超速档。•在超速档运行时，车身能量被传至超速内齿圈，并通过超速行星架传到超速输入轴，产生发动机制动效果。i4=a/(a+1)2－1档•C0、F0、C1、F2工作•工作原理与D－1档相同，无发动机制动。2－2档•C0、F0、C1、B1、B2、F1工作–传力过程：5－C1－6－8－11－9－12－10•后齿圈顺转带动后行星齿轮顺转，由于太阳轮被B1锁止，故后行星齿轮绕太阳轮旋转，并带动后行星架顺转。此时前排行星齿轮机构处于空载运行。•后排行星齿轮–齿圈顺转-行星齿轮顺转-行星架顺转-太阳轮固定•前排行星齿轮–太阳轮固定-行星架顺转-行星齿轮顺转-齿圈顺转，空载运行•反拖时：输出轴转速＞后内齿圈转速–传力过程：输出轴顺转－后行星架顺转、前齿圈顺转－前行星齿轮顺转－前行星架顺转－太阳轮固定（B1作用）－后行星齿轮顺转－后齿圈顺转－反拖力传倒输入轴。•2-2档有发动机制动L－1档•C0、F0、C1、B3、F2工作–传力过程：5－C1－6－8－11－9－13－7－10•B3制动，前行星架14固定•后排行星齿轮：–齿圈顺转行星齿轮顺转–行星架顺转太阳轮逆转•前排行星齿轮：–太阳轮逆转行星架固定–行星齿轮顺转齿圈顺转•反拖时：输出轴转速＞后内齿圈转速–传力过程：输出轴顺转－后行星架顺转、前齿圈顺转－前行星架固定（B3作用）－前行星齿轮顺转－太阳轮逆转－后行星齿轮顺转－后齿圈顺转－反拖力传倒输入轴。•L-1档有发动机制动倒档•C0、F0、C2、B3工作–传力过程：5－C2－9－13－7－12－10•B3制动使行星架14固定，此时后排行星齿轮机构处于空载状态。•后排行星齿轮–太阳轮顺转行星齿轮逆转–行星架逆转齿圈逆转•前排行星齿轮–太阳轮顺转行星架固定–行星齿轮逆转齿圈逆转停车档：•由于C1和C2没有接合变速器处于空档状态，动力无法传递。•机械式锁止机构：–当变速杆处于P档位置时，停车联锁凸轮使停车爪上的凸起与联锁结构结合，以防止车辆移动。A540E机构简图拉威娜（Ravigneaux）式行星齿轮系统•特点–两排行星齿轮机构共用一个齿圈和一个行星架。•行星架上的长行星轮与前排行星齿轮机构的大太阳轮啮合，同时还与后排行星齿轮机构的短行星轮相啮合。短行星轮再与小太阳轮啮合。双排行星齿轮机构•运动特性方程–nT-anQ-(1-a)nJ=0–a=ZQ/ZT各换档执行元件的作用元件作用C1D档离合器和F2共同作用，使小太阳轮为输入元件C2倒档离合器使大太阳轮为输入元件C3低档离合器使小太阳轮为输入元件C4超速档离合器使行星架为输入元件B12、超速档制动器使大太阳轮制动B21、倒档制动器制动行星架F11档单向离合器防止行星架逆转F2D档单向离合器和C1共同作用，防止小太阳轮逆转换档执行元件各挡位工作情况表•注：