辛普森行星齿轮变速装置结构与工作原理

单元三行星齿轮变速装置1项目（四）辛普森行星齿轮变速装置结构与工作原理1.辛普森式行星齿轮变速装置（A43D）结构与表示方法A43D自动变速器行星齿轮变速装置总体结构如下图所示。第一排亦称超速行星排。输入轴与超速行星排的行星架相连，超速行星排的齿圈与中间轴相连，中间轴通过离合器C1或C2与二、三行星排相连。二、三行星排共用一个太阳轮（或不共用一个太阳轮），二行星排的齿圈与三行星排的行星架相连并与输出轴相连。单元三行星齿轮变速装置2A43D自动变速器行星齿轮变速装置总体结构单元三行星齿轮变速装置3辛普森式行星齿轮变速装置（A43D）结构简图表示方法图3-40辛普森式三行星排自动变速器行星齿轮变速装置结构简图单元三行星齿轮变速装置4表3-3三行星排辛普森式行星齿轮变速装置换档执行元件工作表档位档位离合器制动器单向离合器C0C1C2B0B1B2B3F0F1F2P驻车⊙⊙R倒档⊙⊙⊙⊙N空档⊙D1⊙⊙⊙⊙2⊙⊙⊙⊙3⊙⊙⊙⊙O/D⊙⊙⊙⊙2或S1⊙⊙⊙2⊙⊙⊙⊙⊙⊙3⊙⊙⊙⊙⊙L1⊙⊙⊙⊙2⊙⊙⊙⊙⊙⊙单元三行星齿轮变速装置5（1）R档（倒档）传动分析、转矩传动路线和传动比计算倒档时C0、C2、F0工作，同时制动器B3也工作。图3-42a倒档时行星齿轮变速装置传动分析简图（C0、C2、F0、B3工作）2.辛普森式行星齿轮变速装置（A43D）传动分析、转矩传动路线和传动比计算单元三行星齿轮变速装置6B0C0F0C1B1B2F2F1B3C2R图3-42b倒档时行星齿轮变速装置传动结构简图单元三行星齿轮变速装置7图3-42c倒档时行星齿轮变速装置传动仿真图单元三行星齿轮变速装置81）R档转矩传动分析从表3-3中可知，R档时C0、C2、F0、B3工作。如图3-42所示，C0与F0工作后，使超速行星排太阳轮与行星架相连，齿圈不连自连，超速行星排变为一个刚体，其传动比为1。又因C2离合器工作，把共用太阳轮与超速行星排的齿圈相连，所以二、三行星排的太阳轮便在超速行星排齿圈带动下顺时针旋转，而此时第二排行星架被B3制动，所以在共用太阳轮主动顺时针旋转时，其轮齿必给第二排行星轮一个作用力，二排行星轮必在行星架上逆时针自转（两齿轮外啮合），二排行星轮逆时针自转时，必给二排齿圈轮齿一个作用力，二排齿圈必逆时针旋转（两齿轮内啮合）而输出倒档。在第三排，共用太阳轮主动顺时针旋转，而行星架被动逆时针旋转（两齿轮外啮合），但因太阳轮转速高于行星架的转速，所以行星轮高转速逆时针旋转，使第三排齿圈也高转速空转，但对第二排输出不干涉。单元三行星齿轮变速装置93）R档传动比计算从图3-43的传动过程可知，在R档时动力是直接由第二排传出，用第二行星排运动方程计算传动比即可。第二行星排运动方程为n1+a.n2－(1+a)n3=0上式中，n1、n2、n3分别为第二排太阳轮、齿圈和行星架转速。a=Z2齿圈齿数/Z1太阳轮齿数＞1。将n3=0代入上式中，得:n1+a.n2=0n1=-a·n2n1/n2=-a＞1即主动轴转数大于输出轴转速，是减速传动，式中的“－”号表示主被动旋转方向相反。①用运动方程计算R档传动比2）R档（倒档）转矩传动路线：超速行星排行星架→超速行星排行星轮→超速行星排齿圈→中间轴→C2→共用太阳轮→前行星排行星轮→前行星排齿圈（后行星架）→输出轴。单元三行星齿轮变速装置10②用矢量图计算倒档传动比和传动方向S3C3CSaR1R1R1R1R1R1RC1C1C1C1C1C1S1S1S1S1S1S1R3R3R3R3R3R3R3R3R3C3C3C3C3C3C3C3S3S3S3S3S3S3C3S3S3S2S2S2S2S2S2S2S2S2R2R2R2R2S2R2R2R2R2R2C2C2C2C2C2C2C2C2C2C2R21α11111111111111111111111n1n3α22α2α2α2α2α2α2α2α3α3α3α3α3α3α3α3αα1α1α1α1n11n11n11n31n21n13n12n13n13n13n13n13n13n12n12n12n12n12n12n12n23n23n23n22n22n23n32n32n32n32n32n32n32n32n33n33n22n22n21n31n22n23n21n31n23n33n33n23n21n21n31n33n22n22αS2R2C212αn12n22S3C3CSaR1R1R1R1R1R1RC1C1C1C1C1C1S1S1S1S1S1S1R3R3R3R3R3R3R3R3R3C3C3C3C3C3C3C3S3S3S3S3S3S3C3S3S3S2S2S2S2S2S2S2S2S2R2R2R2R2S2R2R2R2R2R2C2C2C2C2C2C2C2C2C2C2R21α11111111111111111111111n1n3α22α2α2α2α2α2α2α2α3α3α3α3α3α3α3α3αα1α1α1α1n11n11n11n31n21n13n12n13n13n13n13n13n13n12n12n12n12n12n12n12n23n23n23n22n22n23n32n32n32n32n32n32n32n32n33n33n22n22n21n31n22n23n21n31n23n33n33n23n21n21n31n33n22n22α第1排矢量图第2排矢量图第3排矢量图图3—43倒档时行星齿轮机构运动矢量图单元三行星齿轮变速装置112）用矢量图法计算R档传动比和传动方向①R档时第一行星排运动矢量图如图3-43中第1排矢量图所示。1n3=1n2=1n1②R档时第二行星排运动矢量图如图3-43中第2排矢量图所示。因离合器C2工作，把共用太阳轮与第一行星排的齿圈连成一体，因此1n2=2n1。此时第二行星排行星架被制动器B3制动，2n3=0。过S2向右水平画出2n1（2n1=1n2）。连接2n1端点与C2点线段的延长线与过R2水平线相交所确定的矢量线2n2即为倒档输出的转速和方向。③根据相似三角形，2n1/-2n2=α2。2n1/2n2=-α2。即R档传动比i=2n1/2n2=-α2输入与输出减速反向。第二行星排的传动比即为此变速器的R档传动比。④此时第三行星排行星架与第二行星排齿圈相连，即2n2=3n3；第三行星排与第二行星排共用一个太阳轮，即3n1=2n1=1n2。过S3向右水平画出矢量3n1（3n1=2n1=1n2）。过C3点向左水平画出矢量3n3（3n3=2n2），连接矢量3n1与3n3端点，其延长线与过R3的水平线相交所确定的矢量3n2即为第三行星排齿圈的转速和转动方向。矢量3n2与矢量2n2、3n3没有干涉。单元三行星齿轮变速装置12（2）D1档传动分析、转矩传动路线和传动比计算图3-44aD位D1档齿轮变速装置转矩传动示意图（C0、C1、F0、F2工作）单元三行星齿轮变速装置13B0C0F0C1B1B2F2F1B3C21图3-44bD1档行星齿轮变速装置转矩传动结构简图单元三行星齿轮变速装置14图3-44cD1档行星齿轮变速装置转矩传动仿真图单元三行星齿轮变速装置15从表3-3可知，D1档时C0、C1、F0、F2工作。其具体传动情况如图3-44所示。当C0与F0工作后，可把超速行星排内的行星架与太阳轮连成一体，整个行星排成一刚体（原理如前所述），D1档时，使超速行星排内的齿圈以1∶1的传动比把涡轮的转矩传递给离合器C1的鼓与毂。从图3-44又知，当离合器C1工作后，又把超速行星排齿圈与第三排齿圈连成一体，于是第三排齿圈便随之顺转。当第三排齿圈顺转后，齿圈必给第三排行星轮一个作用力，行星轮顺时针旋转（两齿轮内啮合），因D1档开始时第三排行星架与输出轴相连，使行星架制动，所以第三排行星轮齿又给共用太阳轮轮齿一个作用力，使太阳轮逆时针旋转的力传递给第二排行星轮轮齿一个作用力，使第二排行星轮必顺时针旋转（两齿轮外啮合），第二排行星轮顺时针旋转必受第二排齿圈（输出轴）一个反作用力，故第二排行星轮在作用力与反作用力的作用下，要带着行星架逆时针旋转。由于行星架逆时针旋转被单向离合器F2锁止，使第二排行星架制动。这样，第二排行星轮便在第二排太阳轮的驱动下，在行星架上顺时针自转，行星轮便给第二排齿圈一个推力，因前齿圈与后行星架一体，于是前圈后架和输出轴一齐顺时针旋转而输出D1档。1）D1档转矩传动分析单元三行星齿轮变速装置162）D1档起步转矩传动路线：超速行星排行星架→超速行星排行星轮→超速行星排齿圈→中间轴→C1→第三行星排齿圈→第三行星排行星轮→共用太阳轮→第二行星排行星轮→前圈后架→输出轴3）用运动方程计算D1档传动比根据D1档转矩传动分析，动力是从第三排行星排传至第二排行星排，经第二排行星排将转矩输出，因此其传动比应从第二、三行星排的运动方程的联立中求得，即：3n1+α3.3n2－(1+α3).3n3=0(1)2n1+α2.2n2－(1+α2).2n3=0(2)即传动比i=3n2/2n2=（1+2α3）/α3＞1由此可知，D1档输入与输出同向减速增矩。单元三行星齿轮变速装置17S3C3CSaR1R1R1R1R1R1RC1C1C1C1C1C1S1S1S1S1S1S1R3R3R3R3R3R3R3R3R3C3C3C3C3C3C3C3S3S3S3S3S3S3C3S3S3S2S2S2S2S2S2S2S2S2R2R2R2R2S2R2R2R2R2R2C2C2C2C2C2C2C2C2C2C2R21α11111111111111111111111n1n3α22α2α2α2α2α2α2α2α3α3α3α3α3α3α3α3αα1α1α1α1n11n11n11n31n21n13n12n13n13n13n13n13n13n12n12n12n12n12n12n12n23n23n23n22n22n23n32n32n32n32n32n32n32n32n33n33n22n22n21n31n22n23n21n31n23n33n33n23n21n21n31n33n22n22αR3R3C3C3S3S3S2S2R2R2C2C211112α2α3α3αn13n12n23n23n32n33n33n22n22R3R3C3C3S3S3S2S2R2R2C2C211112α2α3α3αn13n12n23n23n32n33n33n22n22②用矢量图法计算D1档传动比和传动方向图3-46为D1档时3排行星齿轮机构运动矢量图。根据相似三角形，传动比i=3n2/2n2=（1+2α3）/α3＞1，由此可知，D1档输入与输出同向减速增矩。第1排矢量图第2排矢量图第3排矢量图图3-46D1档时行星齿轮机构运动矢量图单元三行星齿轮变速装置18（3）D1档汽车滑行时传动原理（知识拓展内容）图3-45aD1档汽车滑行转矩传动示意图（C0、C1、F0工作F2解锁）单元三行星齿轮变速装置19B0C0F0C1B1B2F2F1B3C2图3-45bD1档滑行时行星齿轮变速装置转矩传动结构简图单元三行星齿轮变速装置20图3-45cD1档滑行时行星齿轮变速装置转矩传动仿真图单元三行星齿轮变速装置21当抬起加速踏板，汽车在D1档滑行时，由于单向离合器F2的解锁，使双行星排各组件均无制动，使输出轴与涡轮脱离连接，涡轮对汽车滑行无制动作用，即发动机对汽车滑行无制动作用。单元三行星齿轮变速装置22（4）L1档传动分析、转矩传动路线和传动比计算图3-46aL1档汽车加速、滑行行星齿轮变速装置转矩传动原理示意图(C0、C1、F0、B3工作)（1）L1档汽车加速与滑行转矩传动分析单元三行星齿轮变速装置23B0C0F0C1B1B2F2F1B3C2图3-46bL1档汽车加速、滑行行星齿轮变速装置转矩传动结构简图单元三行星齿轮变速装置24图3-46cL1档汽车加速、滑行行星齿轮机构转矩传动仿真图因L1档时无论是汽车加速还是滑行，前排行星架始终处于制动状态，因此，输出轴始终与发动机相连，至使L1档汽车滑行时，发动机对汽车滑行产生制动作用。L1档适用于适用于繁华街道、冰雪路面及下陡坡时使用。单元三行星齿轮变速装置25（2）L1档汽