1、,汽车变速器构造与维修,吴 洁 李 晓 编主 审 杨立平,高职高专规划教材 汽车类教学改革规划教材,模块二 典型行星齿轮传动机构知识目标 1.掌握辛普森式、拉维娜式行星齿轮变速器的结构。 2.理解辛普森式、拉维娜式行星齿轮变速器的工作原理。 3.了解CR-CR行星齿轮变速器的结构特点及工作原理。 技能目标 1.会分析辛普森式、拉维娜式行星齿轮变速器的动力传动并计算传动比。 2.能按照操作手册正确拆装辛普森式、拉维娜式行星齿轮变速器。,由于液力变矩器的变矩系数尚无法满足汽车行驶需要,液力机械式自动变速器通常都采用齿轮式变速器作为其主要的变速装置,行星齿轮传动是最常采用的结构形式。行星齿轮变速器由
2、行星齿轮机构和换档执行机构两部分组成。行星齿轮机构的作用是改变传动比和传动方向,即构成不同的档位。换档执行机构的作用是自动实现档位的变换。 行星齿轮式变速器具有结构简单、体积小,不需要中间轴和中间齿轮;操纵容易,各齿轮处于常啮合状态,不存在换档啮合冲击;传动比范围大等突出优点,因此行星齿轮式机构在现代轿车液力自动变速器上得到广泛应用。,任务一 认识辛普森式行星齿轮变速器的结构与工作原理 辛普森(Simpson)式行星齿轮变速机构被广泛应用于汽车自动变速器,它是以其设计者霍华德辛普森(Howard Simpson)的名字命名的。辛普森式行星齿轮机构由两排单行星齿轮机构复合而成,能够提供三个前进档
3、和一个倒档。其特点是:由一个长太阳轮将前后两个行星轮机构连成一体,前行星架与后齿圈共同作为输出轴。辛普森式行星齿轮变速器结构如图2-1所示。其长太阳轮结构确定了前后行星齿轮机构的尺寸及齿轮齿数,其尺寸和齿轮的齿数决定了该行星机构的实际传动比。,图2-1 辛普森式行星齿轮变速器结构,但是,仅仅依靠图2-1的辛普森式行星齿轮机构还不能实现自动变速器传动比的改变,还要通过离合器、制动器和单向离合器等换档执行元件,执行一定的动作规律改变发动机动力的传递路线,最终获得与道路条件匹配的驱动力。所以自动变速器的机械结构是个传动整体,而且还要由其他的系统进行控制(液压系统、电子控制系统)。其中任一环节出现问题
4、,都会阻碍可靠的动力传递。了解辛普森式行星齿轮的传动结构和换档原理,可以清楚地了解行星齿轮组的工作特点和动力传递路线,为理解自动变速器的换档过程提供帮助,为学习自动变速器换档控制奠定基础,也为探究整体传动中的问题分析提供思路。,一、辛普森式行星齿轮变速器的结构 辛普森式行星齿轮自动变速器由两排行星齿轮机构和换档执行机构组成,图2-2a所示为三速自动变速器结构解剖图。由图2-2a可见,该机构采用两排齿轮齿数和尺寸相同的行星齿轮P1、P2,分别被称为前、后行星齿轮,构成改变传动比的基本结构。前离合器(C1)、后离合器(C2)、单向离合器(OC)、前制动器(B1)和后制动器(B2)被称为换档执行元件
5、,作用是分别控制行星齿轮机构的不同元件,按照特定的控制逻辑将动力输入或将元件制动,以实现传动比的改变。,图2-2 三速辛普森式行星齿轮变速器结构 a)结构解剖图 b)结构简图 c)运用简化功能符号和元件的轴测简图构成的示意图 C1前/倒档离合器 C2前进档离合器 B1二档制动器 B2低、倒档制动器 OC单向离合器 P1、P2前、后行星齿轮组,图2-2b所示为辛普森式行星齿轮自动变速器结构简图,可将复杂的机械结构用简化的功能符号表示,表达不同元件的结构关系。图2-2c是运用简化功能符号和元件的轴测简图构成的示意图,可用来表现元件间的传动与驱动关系。 一般不同的汽车制造厂的自动变速器,结构与动作规
6、律也不同。尽管自动变速器机械元件的基本功用相同,但在行星齿轮的主动件、从动件和固定件的设计,换档执行元件的设计有许多差别。要全面了解自动变速器,还要借助自动变速器换档执行元件动作规律表(见表2-1),才能了解哪个离合器或制动器工作时自动变速器进入哪个传动比,了解传动路线。 自动变速器换档执行元件动作规律表现的是动力传递路线的变化和该档位下必须由哪几个执行元件来实现动力传递或元件制动。该表是了解自动换档、进行传动路线分析和传动故障分析的重要依据。,表2-1 3档辛普森式行星变速器换档执行元件动作规律,注:表示换档执行元件工作。,二、实用辛普森式行星齿轮变速机构传动分析 (1)N或P位时(空档)
7、辛普森式行星齿轮组的各执行元件均不工作,前后行星排所有元件均不受约束,变速机构无法传递动力,变速器输出轴不能输出动力。 (2)D位1档 直接档离合器C2处于接合状态,使输入轴与左排齿圈连接成一体而成为输入元件。单向离合器OC产生制动作用,使右排行星架固定不动。输入动力可以经两条途径到达输出轴,传动路线与齿轮旋向如图2-3所示。一条途径是经左齿圈-左行星轮-左行星架-输出轴;另一途径是经左齿圈-左行星轮-长太阳轮-右行星轮-右齿圈-输出轴。,图2-3 D位1档传动路线,因直接档离合器C2与单向离合器OC分别作用于左右两个行星机构,不易直接看出它们之间的联系。利用行星齿轮运动规律特性方程,通过联立
8、求解,可获得该状态下的传动比与旋向。 设左排的行星机构为L,右排的行星机构为R,可建立各自的运动规律特性方程: nL1+nL2-(1+)nL3=0(2-1) nR1+nR2-(1+)nR3=0(2-2) 由给定条件已知:由左齿圈输入,输入转速为nL2。 因为nR3=0(已知) 由式(2-2)得 nR1+nR2=0 (2-3) 则nR1=-nR2 因为(由结构条件可知)nL1=nR1且nL3=nR2,则有 nL1=-nL3(2-4) 将式(2-4)代入方程式(2-1)求解后得 nL2-(1+)nL3-nL3=0 nL2=(1+2)nL3 所以i1= L2 L3 = 1+2 或i1= L2 R2
9、= 1+2 为减速运动且转向相同。,(3)D位2档 直接档离合器C2处于接合状态,制动器B1处于锁止状态。直接档离合器C2接合使前排齿圈与输入轴连接成一体而成为输入元件。2档制动器B1工作,使太阳轮固定不动。其传动路线与齿轮旋向如图2-4所示。动力传动路线为左齿圈-左行星轮-左行星架-输出轴。 此时,由于执行元件只作用于左排行星机构,可通过左排行星机构计算传动比与旋向。其运动特性方程为 nL1+nL2-(1+)nL3=0 因为nL1=0(已知) 所以nL2-(1+)nL3=0 则i2= 2 3 = 1+ 为减速运动且旋转方向与输入相同。,图2-4 D位2档传动路线,(4)D位3档(直接档) 直
10、接档离合器C2和前/倒档离合器C1均处于接合状态,动力同时由直接档离合器C2和前/倒档离合器C1输入左齿圈和太阳轮。根据行星齿轮机构的运动规律“三元件中的任意两个元件转速相同将形成直接档传动”可知,左排齿圈和太阳轮与输入轴连成一体后,左排行星架将与齿圈、太阳轮一同转动而形成直接档传动,其传动路线与齿轮旋向如图2-5所示。,图2-5 D位3档传动路线,(5)R位(倒档) 前/倒档离合器C1工作,动力经太阳轮传递到右行星排,由于低/倒档制动器B3处于锁止状态,右排行星架被制动,右齿圈以相反方向转动。其传动路线与齿轮旋向如图2-6所示。 此时,作用元件都在后行星机构,可通过后行星机构计算传动比与旋向
11、。其运动特性方程为 nR1+nR2-(1+)nR3=0 因为nR3=0(已知) 所以nR1+nR2=0 则iR= 1 2 =- 为减速且转向与输入相反。,图2-6 R位(倒档)传动路线,(6)汽车的滑行与发动机制动 自动变速器的低速档位有两个传动状态:滑行与发动机制动。滑行指汽车达到一定的运行速度,积聚了一定势能后,可借助惯性向前滑行一段距离。这时,发动机的低速运转不应成为汽车滑行的阻力。在搭载手动变速器的汽车上用空档阻断车轮与发动机的联系,实现惯性滑行。在良好路况和高速行驶时,合理利用滑行可以提高汽车燃油及使用的经济性。 发动机制动是指汽车在保持传动系统可靠连接状态行驶中,当发动机低速运转时
12、,汽车在惯性力作用下欲保持发动机的较高运行转速,从而形成对发动机的逆向拖转的现象。低速运转的发动机做功会阻碍汽车的惯性运行,而降低汽车行驶速度。这种利用发动机低速运转以降低汽车行驶速度的现象称为发动机制动。发动机制动会迅速消耗汽车已经获得的高速动能。汽车经常用发动机制动辅助汽车行车制动,特别是在下坡路行驶时,利用低速档发动机产生的制动力矩减少制动器的负担,防止频繁制动出现制动器过热引起的制动材料的热衰退现象。发动机制动在汽车低速档突然减小节气门行驶时会造成剧烈的减速现象,影响汽车平顺性和经济性。,为此,自动变速器设计了满足两种运行条件的选择档位。在汽车以前进为主的D档位,所有的档都具备滑行功能
13、。主要是依靠单向离合器的单方向驱动功能,形成来自发动机向输出轴方向的驱动。当发动机作减速运转时,汽车高速惯性滑行形成输出轴对发动机驱动,使单向离合器失去对右行星架的锁止作用,从而失去对行星轮系的控制,使汽车进入滑行状态。,以低速1档为例,当汽车选择低速1档时,该档位前进驱动的功能与前面的分析相同,其区别在于这个低速档增加了发动机制动功能,以实现对汽车的辅助制动。 低速1档时,参与动作的元件有直接档离合器C2、低/倒档制动器B2和单向离合器OC,如图2-7所示。低/倒档制动器B2将右行星架完全制动,使右行星齿轮具有正反向传动能力,可以反向传递转速而利用发动机制动。 假设发动机转速为零,因右行星架
14、被制动器B2锁止不能运动,汽车惯性力驱动行星齿轮组以图示方向旋转,则此时的发动机对传动结构形成阻力,可有效抑制机构旋转。,图2-7 带发动机制动时1档传动路线,(7)P位(驻车档) 大多数自动变速器都是通过锁止输出轴实现驻车(停车)。驻车锁止机构的结构如图2-8所示,由锁止棘轮1、锁止棘爪3、锥销4和输出轴2组成。锁止棘爪一端与固定在变速器壳体上的支承销相连。锁止棘轮与输出轴为一体。锥销通过拉杆与变速杆连接。 当变速杆处于P位以外的任一位置时,连杆机构与弹簧将拉动锥销,棘爪在回位弹簧作用下脱离锁止棘轮,使变速器输出轴可以旋转,如图2-8a所示。 当变速杆拨到P位时,连杆机构与弹簧推动锥销将锁止
15、棘爪推向输出锁止棘轮,锁止棘爪的凸齿嵌入棘轮的齿槽中,使输出轴与变速器壳体连成一体而无法转动,如图2-8b 所示。,图2-8 P位(驻车)锁止机构的结构a)变速杆处于P位以外的其他位置 b)变速杆处于P位,现代汽车大多数都采用带有超速档(即4档)的行星齿轮自动变速器,以提高汽车的动力性和燃油经济性。使用辛普森式行星齿轮机构的变速器要实现四档,需要在辛普森式行星齿轮机构的基础上再增设一个单行星齿轮机构。图2-9所示是一种带超速档的辛普森式行星齿轮传动结构。该自动变速器由三排行星齿轮组成的两个行星齿轮组构成。其中,左面的行星齿轮排P0和换档执行元件构成变速器的超速档;右面的行星齿轮排P1、P2和换
16、档执行元件为典型辛普森式行星齿轮结构,构成自动变速器的1、2、3档。该自动变速器总的传动比为两个行星齿轮组的传动比的乘积,即i=i0i1。该自动变速器换档执行元件动作规律见表2-2。,图2-9 带超速档的辛普森式行星齿轮传动结构 C0超速离合器 C1前/倒档离合器 C2直接档离合器 B0超速档制动器 B12档滑行制动器 B22档制动器 B3低/倒档制动器 OC单向离合器 P行星齿轮排,表2-2 四档辛普森自动变速器换档执行元件动作规律,超速档变速机构由行星齿轮机构P0和换档执行元件离合器C0、制动器B0和单向离合器F0组成。由于只有直接传动和超速传动两个传动比,所以被称为超速档。设置超速档的目
17、的是扩大辛普森式行星齿轮机构的传动比。由于超速档时的传动比小于1,使用超速档可以在车辆轻载高速行驶时,降低发动机的转速,以满足汽车动力性和经济性的要求。超速档变速机构的功用是在汽车中低速行驶时,通过直接档传动将动力直接传递到辛普森式行星齿轮,由其实现1、2、3档的自动变速。当辛普森式行星齿轮处于直接档时,可以通过改变超速档机构的传动比,使变速器整体获得小于1的传动比。 综上分析,自动变速器在超速档以外档位时,超速档以传动比为1的直接档工作,换档由辛普森式行星齿轮组独立实现。,任务二 认识拉维娜式行星齿轮变速机构 拉维娜(Ravigneaux)式行星齿轮变速器与辛普森式齐名,并广泛用于各国汽车的
18、自动变速器上。拉维娜式行星齿轮结构由一个单行星轮排与一个双行星轮排组合而成,两个行星排共用一个行星架和一个齿圈。与辛普森式行星齿轮结构相比,拉维娜式行星齿轮结构较复杂。但该结构可以在不同换档执行元件设计的前提下获得汽车需要的3个或4个前进档,因此其结构更为紧凑。在汽车自动变速器应用结构中同样占据重要地位。 一、拉维娜式行星齿轮变速机构的结构 拉维娜式行星齿轮变速机构为复合行星齿轮变速机构,如图2-10所示。该结构由左右两组行星排组成。左侧行星排由大太阳轮S1、长行星轮PL、行星架PC和一个齿圈I组成。右侧行星排由小太阳轮S2、短行星轮PS、长行星轮PL、行星架PC和齿圈I组成。左侧为单行星齿轮
19、结构,右侧为双行星齿轮结构。其中,太阳轮S1、S2为动力输入件,齿圈I为动力输出件。长行星轮PL与齿圈I为左右行星排共用件。,拉维娜式行星齿轮机构具有结构紧凑、尺寸小、传动比变化范围大、灵活多变等特点。通过控制不同的元件可以组成具有3个前进档或4个前进档的行星齿轮变速器。图2-11所示为3档拉维娜式行星齿轮变速器结构,此结构中设置了两个离合器、两个制动器和一个单向离合器,组成3个前进档、1个倒档的自动变速器。,图2-10 拉维娜式行星齿轮结构S1、S2太阳轮 I行星齿圈PC行星架 PL长行星轮 PS短行星轮,离合器、制动器和单向离合器组成自动变速器的换档机构,通过离合器、制动器对行星齿轮结构元
20、件进行动力输入或制动控制,实现变速器的传动比变换。换档执行元件的名称通常是根据其工作的档位命名的。如图2-11中的离合器C1用于连接输入轴和小太阳轮S2,它在所有前进档中都处于接合状态,故称为前进离合器。离合器C2用于连接输入轴和大太阳轮S1,它被用于倒档和3档(直接档),故称为倒档及直接档离合器。制动器B1用于固定前太阳轮,它在2档时工作,故称为2档制动器。制动器B2用于固定行星架,它在倒档或自动变速器操纵手柄位于前进低档时工作,故称为低档及倒档制动器。单向超越离合器OC在逆时针方向对行星架有锁止作用,它只在1档时工作,故称为1档单向超越离合器。各换档执行元件在不同档位的动作规律见表2-3。
21、,图2-11 3档拉维娜式行星齿轮变速器结构及结构简图 C1、C2离合器 B1、B2制动器 OC单向离合器,拉维娜式行星齿轮机构由单行星齿轮排和双行星齿轮排复合而成,根据机构转速特性方程可获得联立方程: nL1+nL2-(1+)nL3=0(左) nR1-nR2-(1-)nR3=0(右) 根据给定的条件,并利用结构运动条件,可联立求解方程,计算传动比。,二、典型拉维娜式行星齿轮变速机构传动分析 图2-12所示为大众01M自动变速器机械结构组成图和结构示意图。该结构行星齿轮部分为典型拉维娜结构。其换档结构增加了离合器C3和制动器B2,使发动机动力可以由行星架输入,形成超速档,所以该结构能够实现4个
22、前进档。表2-4为换档元件动作规律。,图2-12 大众01M自动变速器机械结构组成图和结构示意图,表2-4 换档元件动作规律,变速器各档传动比与动力传递路线如下: (1)N位(空档) 各执行元件均不工作,前后行星排所有元件均不受约束,变速机构无法传递动力。 (2)D位1档 前进离合器C1处于接合状态,使小太阳轮与输入轴连成一体而成为输入元件。单向离合器OC将行星架锁止,使其无法沿逆时针方向转动;小太阳轮顺时针方向转动,使短行星轮按逆时针方向自转,长行星轮沿顺时针方向自转,从而带动齿圈和输出轴沿顺时针方向转动而输出动力,如图2-13所示。此时长行星轮还带动大太阳轮沿逆时针方向空转。动力传递路线为
23、:输入轴前进离合器C1小太阳轮短行星轮长行星轮齿圈输出轴。 由传动路线可知,1档时只有右侧双行星齿轮排参与传动,其右行星排运动特征方程为 nR1-nR2-(1-)nR3=0 因输入件为S2,输出件为I,行星架PC被制动,其转速nR3为零,则传动比i1= 1 2 =,图2-13 D位1档传动路线,(3)D位2档 由换档元件工作规律表可知,2档时直接档离合器C1将动力经小太阳轮S2输入行星轮系;制动器B1将大太阳轮S1制动。其动力传递路线为:离合器C1小太阳轮S2短行星齿轮PS长行星齿轮PL围绕固定的大太阳轮S1转动并驱动齿圈I输出动力,如图2-14所示。 在此档位小太阳轮S2被离合器C1驱动,大
24、太阳轮S1被制动器B1制动,由于条件涉及左右行星轮排,求解需要借助联立方程。 已知:nL1=0,nR1=n输入。由结构条件可知nL2=nR2,nL3=nR3。 则传动比 i2= 1 2 = + 1+,图2-14 D位2档传递路线,(4)D位3档 由换档规律表可知,离合器C1、C3动作,将发动机动力传动至右太阳轮和行星架,使行星轮系两个元件的转速相同,所以齿圈I以同样转速对外输出动力。传动路线和齿轮旋转方向如图2-15 所示。传动比可由左行星运动特征方程计算得 nL1+nL2-(1+)nL3=0(左) 已知nL1=nL2 则传动比 i3= L1 L3 =1 为直接传动且旋向相同。,图2-15 D
25、位3档传动路线,(5)D位4档 由换档规律表可知,此时离合器C3接合驱动行星架转动,制动器B1将左侧太阳轮制动,长行星轮在行星架作用下围绕该太阳轮滚动,同时驱动齿圈转动输出动力。传动路线和齿轮旋向如图2-16 所示。 传动比可由左侧行星排运动特征方程计算: nL1+nL2-(1+)nL3=0 由于nL1=0 则nL2-(1+)nL3=0 有i4= 3 2 = 1+ 由于传动比小于1,形成超速档传动。,图2-16 D位4档传动路线,(6)倒档 由换档规律表可知,倒档时C2接合传动、B2动作对行星架制动。动力经倒档离合器C2、长行星齿轮、齿圈I对输出轴输出,如图2-17所示。 传动比可由左侧行星排
26、运动方程计算得 nL1+nL2-(1+)nL3=0 已知nL3=0,得 nL1+nL2=0, iR= 1 2 =-,图2-17 倒档传动路线,(7)D位1档与低速1档的区别 由换档规律表可知,同为前进1档,D位1档时只有单向离合器工作,其结果是行星架在受到图2-18所示旋向时可自由转动。行星轮系失去一个控制条件,汽车惯性力无法传递到发动机。,图2-18 D位1档时单向离合器OC不能锁止行星架,在低速1档时,制动器B2动作,取代了单向离合器OC的功能,将行星架双向锁止,如图2-19所示,使汽车惯性力可以由后向前传递。 由此可知,由于制动器B2替代了单向离合器OC对行星架的制动作用,汽车高速行驶中
27、,发动机转为怠速时,变速器输出轴在汽车惯性力作用下高速转动,齿圈驱动行星轮转动。行星架欲 随之转动,但受到制动器B2限制不能转动,所以反驱动力通过右太阳轮和离合器C1传递到发动机,借助发动机怠速时做功产生对汽车的制动作用。,图2-19 低速1档时制动器B2锁止行星架,任务三 认识CR-CR行星齿轮机构与传动原理 CR-CR行星齿轮结构是一种被普遍应用的4档自动变速机械传动机构。这种行星齿轮结构在国内较多轿车上采用。如索纳塔、奥兰德、马自达、富康等各轿车都有采用其基本结构的自动变速器,但进行了独立的细节设计,并在计算机控制和液压系统上采取完全的独立设计。 一、CR-CR行星齿轮的结构特点 CR-
28、CR行星齿轮由两个单行星齿轮排组成,结构特点是:两个行星排各自的齿圈与另一个的行星架为刚性构件,两个太阳轮独立驱动,行星架为传动输出端。结构示意与结构简图如图2-20所示。由于两个行星排的轮系可以独立设计传动比,所以具有传动效率高、构件转速较低和可获得大传动比的特点。,我国一汽轿车公司2002年引进日本马自达6轿车生产装配技术,其电子控制液力传动的自动变速器FN4A-EL的机械机构即是在此基础结构上改进而成的。主要是通过减少零部件数量来降低重量和减小结构尺寸,提高了可靠性并降低了噪声。该变速器采用电子控制的线性压力控制电磁阀进行压力调节,利用占空比信号控制换档电磁阀的动作过程,使用离心平衡式离
29、合器部件,这些措施极大地改善了换档性能和品质。 马自达6的自动变速器除保留传统的自动变速操作外,还增加了手动换档操作的选择,驾驶人可根据个人喜好选择换档行驶。 马自达6的自动变速器换档规律见表2-5。,图2-20 CR-CR变速驱动桥结构示意与结构简图,表2-5 马自达6的自动变速器换档规律,二、M6自动变速器各档传动路线分析 (1)D1档 前进档离合器C1和单向离合器OC作用,发动机动力经由液力变矩器,通过C1传到右排行星轮P2,单向离合器OC将右行星齿圈固定,动力由右行星架传到终减速齿轮输出。参与档位元件和传递路线如图2-21所示。 此时,单向离合器OC只对齿圈单方向转动起固定作用。由于太
30、阳轮的动力有使行星架向此方向转动趋势,单向离合器阻止了齿圈的旋转,构成行星齿轮传动的条件,动力才能够从行星架输出。一旦变速器输出轴转速高于驱动转速(进入汽车滑行状态),形成行星架驱动。齿圈欲反向转动,在此转向上单向离合器没有制动作用,故而不满足行星轮系传动条件,所以反向驱动中断传递,形成空档滑行。,图2-21 CR-CR行星齿轮变速器D1档换档动作元件与传递路线,(2) D2档 前进档离合器C1和2/4档制动器B2起作用,发动机动力经由液力变矩器,通过C1传到右行星轮排P2,同时制动器B2动作后对P1的太阳轮制动,此时动力由行星排P2的太阳轮传到行星架输出动力。参与档位元件和传递路线如图2-2
31、2所示。 此时,P2的齿圈也被驱动旋转,由于P2齿圈与P1行星架为一体,形成对行星排P1的驱动,而制动器B2制动了P1的太阳轮,其结构满足了P1的驱动条件,形成由齿圈输出动力。P1齿圈又与P2行星架为一体,故而对终减速齿轮输出。,图2-22 CR-CR行星齿轮变速器D2档换档动作元件与传递路线,(3) D3档 前进档离合器C1和活塞释放侧3/4档离合器C2接合,B2制动器活塞释放侧释放油路提供油压进入活塞右侧,使其失去制动作用。发动机动力由液力变矩器,经P2太阳轮和P1的行星架共同驱动终减速齿轮输出动力。参与本档位的元件和动力传递路线如图2-23 所示。 图2-24所示为制动器B2制动伺服液压
32、缸结构。其工作原理是:进行制动时,液压油经制动油路6进入活塞左侧,活塞右移并形成制动压紧力。当变速器换入3档时,制动油路保持油压,由释放油路提供油压进入活塞右侧;由于活塞右侧回位弹簧与油压产生的合力大于活塞左侧液压作用力,促使活塞左移释放制动带。,图2-23 CR-CR行星齿轮变速器D3档换档动作元件与传递路线,图2-24 制动器B2制动伺服液压缸结构,(4) D4档 前进档离合器C1泄压释放,3/4档离合器C2保持接合,B2制动器释放油路泄压使制动器恢复制动作用。发动机动力经由液力变矩器,通过C2传到行星排P1的行星架上,制动器B2将太阳轮制动,满足行星齿轮传动条件,动力经P1齿圈和P2行星
33、架对终减速齿轮输出。参与本档位元件和传递路线如图2-25所示。,图2-25 CR-CR行星齿轮变速器D4档换档动作元件与传递路线,(5) R档 选择倒档时,离合器C3与制动器B1动作,如图2-26所示。发动机动力经由液力变矩器、离合器C3传递至P1太阳轮,由于制动器B1将P1行星架制动,所以太阳轮驱动行星轮,在齿圈上形成反向旋转,并从终减速器齿轮输出动力。,图2-26 CR-CR行星齿轮变速器R档换档动作元件与传动路线,前面分析了几种基本行星齿轮的传动结构和换档机构,这些基本机构的特点都是采用双排行星齿轮,结构紧凑,但只能实现前进四个档或三个档。 为追求更好的燃料经济性,行星齿轮变速器向多档发
34、展。基本行星齿轮结构不能满足多档要求,为此,现在轿车自动变速器多采用具有更多传动比的行星齿轮变速器,但其基本结构都是从前面介绍的三个基本结构上发展起来的。图2-27所示为改进的CR-CR结构所实现的五档自动变速器。,任务四 认识由基本行星齿轮组演变的多速自动变速器机构,图2-27 CR-CR五速行星齿轮变速器传动结构简图和换档规律表 PC行星架 CLC液力变矩器锁止离合器 P行星排 OC单向离合器 C离合器 B制动器 I齿圈 S太阳轮,一、由CR-CR结构构成的五速行星齿轮变速器结构 如图2-27所示结构构成的五速行星齿轮变速器是在CR-CR结构上再增加一个行星排,以获得五个传动比。变速器换档
35、元件、换档规律及各档传动比如图2-27所示。由结构简图可以看出: 1)前两排行星齿轮组为CR-CR结构,后排行星齿轮为简单行星齿轮结构。 2)行星齿轮组P3的太阳轮和齿圈为该变速器的动力输入端,行星架为变速器动力输出端。 3)为获得合适的传动比,可以通过调整各排行星齿轮的太阳轮直径,使每个行星排的结构参数不同,所以可获得更为灵活的传动比。 由换档执行元件动作规律表可以看到,在1档时,换档动作元件有离合器C1和单向离合器OC,且同时作用于最右面的行星齿轮P3,如图2-27所示。离合器C1将发动机动力传递给太阳轮S3;单向离合器OC则将右行星组P3的齿圈制动,满足行星齿轮工作条件,只用右行星组即实
36、现1档传动。,在5档时,同时动作的换档元件为四个,离合器C1、C3、制动器B3和单向离合器OC工作,如图2-28所示。由图2-28可以看出,三个行星齿轮太阳轮同为发动机转速,而齿圈I1、I3和行星架PC2被制动,从而分别满足各行星组控制条件,根据威尔逊齿轮分析可知,这样大大提高了液压系统复杂程度和电子控制系统的难度。,图2-28 5档时动作元件及传动路线,二、七速自动变速器结构 图2-29所示为奔驰七速自动变速器简化结构。该自动变速器有七个前进档和两个传动比不同的倒档,具有质量轻、燃油经济性好的优点。它由两组复合行星齿轮机构构成,左侧为拉维娜式行星齿轮机构P1;右侧由两个独立的简单行星齿轮机构
37、P2和P3构成。,图2-29 七速自动变速器简化结构 P1拉维娜式行星齿轮组 P2中间行星齿轮组 P3右行星齿轮组 K离合器 B制动器,行星齿轮机构P1是一个改进的拉维娜式行星齿轮机构(见图2-30),其变化是将其中的一个太阳轮换为内齿圈,由变速器的输入轴直接驱动,构成该机构的动力输入端,而行星架是动力输出端。 该变速器内部有7组换档执行元件,其中包括3组离合器和4组制动器。各档位传动比及不同档位时各执行元件的状态见表2-6。,图2-30 改进的拉维娜式行星齿轮机构,表2-6 自动变速器的基本参数表,1.1档动力传递路线 1档动力传递路线如图2-31所示,各行星齿轮机构的状态分别说明如下: (
38、1)左侧行星齿轮机构P1 1档时,制动器B3工作,固定P1的大齿圈,则行星架为同向减速输出。 (2)右侧行星齿轮机构P3 P1的行星架与行星齿轮机构P3的齿圈相连,是P3的动力输入端;制动器B2和离合器K3工作,固定P2和P3的太阳轮,则P3的行星架同向减速旋转,将动力传递给中间行星机构P2的齿圈。 (3)中间行星齿轮机构P2 中间行星齿轮P2的齿圈是动力输入端;由于制动器B2工作,固定P2的太阳轮,则P2行星架同向减速旋转,是动力输出端。 由以上分析可知,1档时,三个行星齿轮机构都在执行减速运动,传动比最大。,图2-31 1档动力传递路线,2.3档动力传递路线 3档动力传递路线如图2-32所
39、示,各行星齿轮机构的工作状态如下: (1)前行星齿轮机构P1 3档时,离合器K1工作,将行星齿轮机构P1的太阳轮和大齿圈连接为一体,则整个前行星齿轮机构以一个整体旋转,其传动比是1,动力由行星架同向等速输出至后行星齿轮机构P3的齿圈。 (2) 右行星齿轮机构P2和P3。此时,由于离合器K3和制动器B2保持1档时的工作状态,后面两个行星齿轮组的两个太阳轮转速仍然为零,故其传动比不变。 由以上分析可知,3档时,左行星齿轮机构输出转速为发动机输入转速,右行星齿轮机构P3和P2的状态为减速运动。此时的传动比=ip1ip23=ip23,则传动比有所下降。,图2-32 3档动力传递路线,3. 5档动力传递
40、路线 5档动力传递路线如图2-33所示,各行星齿轮机构的工作状态如下: (1)左行星齿轮机构P1 5档时,离合器K1工作,左排行星齿轮机构P1的工作状态与3档时相同,其传动比是1,动力由行星架输出至右排行星齿轮机构齿圈。 (2)右行星齿轮机构P2和P3 由于离合器K2工作,输入轴直接驱动行星齿轮机构P2的齿圈;而行星齿轮机构P3的齿圈由P1驱动,构成右行星齿轮的两个输入端;同时离合器K3工作,将P2和P3的太阳轮刚性结合,使其转速相同。此时,右行星齿轮机构的传动比也为1。 由以上分析可知,5档时,三个行星齿轮机构均为直接传动,总的传动比为1,即5档是直接档。,图2-33 5档动力传递路线,4.
41、 7档动力传递路线 7档动力传递路线如图2-34所示,现将各行星齿轮机构的工作状态分别说明如下:(1)左行星齿轮机构P1 此时左行星齿轮机构P1的工作条件与1档时相同,则行星架为同向减速输出。 (2)右行星齿轮机构P2和P3 由于K2工作,一路动力驱动P2的齿圈,另一路动力经左行星齿轮机构P1减速后驱动P3的齿圈,则右行星齿轮机构输入两个不同转速。K3工作将P2和P3的太阳轮刚性结合且使其转速相同。利用运动方程联立求解,可获得高于6档的升速运动。,图2-34 7档动力传递路线,5. R1档动力传递路线 R1档动力传递路线如图2-35所示,现将各行星齿轮机构的状态分别说明如下: (1)左行星齿轮
42、机构P1 与1档时相同,则行星架为同向减速输出,将动力传递给右行星齿轮机构P3的齿圈。 (2)右行星齿轮机构 右行星齿轮机构P3的齿圈顺时针减速旋转;制动器BR工作,固定P3的行星架和P2的齿圈,则P3的太阳轮反向减速旋转。离合器K3工作使P3太阳轮和P2太阳轮刚性连接,P2的太阳轮也共同减速旋转,则P2行星架相对于中间太阳轮是同向减速旋转,相对于输入轴作反向减速旋转运动。 由以上分析可知,R1档时,左行星齿轮机构和右行星齿轮机构均为减速运动,总的传动比是经三级减速后的反向运动。,图2-35 R1档动力传递路线,6. R2档动力传递路线 R2档动力传递路线如图2-36所示,现将各行星齿轮机构的
43、状态分别说明如下: (1)左行星齿轮机构P3 此时,制动器B1工作,固定P1的太阳轮,则行星架为反向减速输出,将动力传递给后行星齿轮机构的齿圈。由运动方程分析可知,R2档时行星架输出转速要比R1档时高,其传动比相对R1档时为小。,图2-36 R2档动力传递路线,(2)右行星齿轮机构P2和P3 此时的右行星齿轮机构P2和P3各部件的状态和传动比与R1档时相同,故前后行星齿轮机构的传动比相乘,可获得总传动比要比R1档小的倒档。 图2-37所示为以拉维娜结构为基础设计的六速自动变速器结构简图。读者可以根据传动结构简图和执行元件动作规律表2-7画出各档位的传动路线,并进行传动比计算。,图2-37 六速液力机械自动变速传动结构简图,表2-7 6档自动变速器换档执行元件动作规律,注:为执行元件动作,*为只在低速档位才动作。,
