案例四项目三：汽车自动变速器行星齿轮机构.ppt

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1、汽车自动变速器汽车自动变速器机械传动机械传动机构机构适应专业适应专业:汽车运用技术、汽车电子技术、汽车检测与维修汽车运用技术、汽车电子技术、汽车检测与维修 课时：4节汽电汽电1 12 20101，汽检，汽检1 12 20 03 3主讲人：邓家林主讲人：邓家林 教学目教学目标标 行星齿轮行星齿轮机构工作原理机构工作原理 执行元件执行元件机构机构工作工作原理原理 典型行星齿轮机构工作原理典型行星齿轮机构工作原理本本次课次课主要介绍的内容有：主要介绍的内容有：行星齿轮机构行星齿轮机构基础原理基础原理 简单行星齿轮组工作原理简单行星齿轮组工作原理 一、一、机械传动机构的机械传动机构的结构类型结构类型机

2、械传动机构执行元件离合器制动器单向离合器齿轮传动机构平行轴式传动机构行星齿轮传动机构辛普森拉威娜CR-CR其他 行星齿轮机构行星齿轮机构基础原理基础原理 行星齿轮变速器，属于一种齿轮箱，它是由行星齿圈、太阳轮、行星轮（又称卫星轮）和齿轮轮轴组成，根据齿圈、太阳轮和行星轮的运动关系，可以实现输入轴与输出轴脱离刚性传动关系、输入轴与输出轴同向或反向传动和输入与输出轴传动比变化，并在陆用、航海、航空等交通运输工具中得到广泛应用。二、二、行星齿轮行星齿轮组组成成 行星齿轮一方面可绕自己的轴线回转，另一方面又可随着行星架一起行星齿轮一方面可绕自己的轴线回转，另一方面又可随着行星架一起绕其固定轴线旋转，即

3、既有自转又有公转。绕其固定轴线旋转，即既有自转又有公转。太阳轮行星架行星小齿轮齿圈三、三、齿轮齿轮基础原理基础原理1 1）旋转方向：）旋转方向：(1)两个外齿轮互相啮合进行旋转时，它们以相反方向旋转，见图。(2)一个外齿轮和一个内齿轮相互啮合进行旋转，两个齿轮以相同方向旋转。(3)(3)两个外啮合齿轮互相啮合旋转两个外啮合齿轮互相啮合旋转 (4(4)一个外齿轮和一个内齿轮相互啮合一个外齿轮和一个内齿轮相互啮合 例如，如果两个齿轮齿数相等，传动比即为1:0。当这些齿轮其中之一旋转时，另一个齿轮即以相同转速旋转。如果主动齿轮有10个齿，而从动齿轮有20个齿，其传动比为2:1，在主动齿轮旋转1整圈时

4、，从动齿轮旋转1/2圈。从动齿轮齿数从动齿轮齿数主动齿轮齿数主动齿轮齿数传动比传动比=2)2)转速和传动比转速和传动比 3)3)中间齿轮中间齿轮 中间齿轮又称惰轮，只起到改变输出被动齿轮转动方向是作用，对传动比的中间齿轮又称惰轮，只起到改变输出被动齿轮转动方向是作用，对传动比的比值没有影响插一张图，中间那个小齿轮就是中间齿轮比值没有影响插一张图，中间那个小齿轮就是中间齿轮4)4)转速和扭矩转速和扭矩 扭矩是使物体发生转动的力。发动机的扭矩就是指发动机从曲轴端输出的力矩。在功率固定的条件下它与发动机转速成反比关系，转速越快扭矩越小，反之越大，它反映了汽车在一定范围内的负载能力。它反映在汽车性能上

5、，包括加速度、爬坡能力以及悬挂等。最大扭矩转速就是指发动机输出最大扭矩时的转速车辆行驶，发动机转速在低速时能够给出的扭矩越大，发动机此时的推动力越大。简单行星齿轮组工作原理简单行星齿轮组工作原理 单排行星齿轮机构的工作情况单排行星齿轮机构的工作情况 档位档位固定部件固定部件输入部件输入部件输出部件输出部件旋转方向旋转方向1 1降速档降速档齿圈齿圈太阳轮太阳轮行星架行星架相同方向相同方向2 2超速档超速档齿圈齿圈行星架行星架太阳轮太阳轮相同方向相同方向3 3降速档降速档太阳轮太阳轮齿圈齿圈行星架行星架相同方向相同方向4 4超速档超速档太阳轮太阳轮行星架行星架齿圈齿圈相同方向相同方向5 5倒档位倒

6、档位（降速）（降速）行星架行星架太阳轮太阳轮齿圈齿圈相反方向相反方向6 6倒档位倒档位（超速）（超速）行星架行星架齿圈齿圈太阳轮太阳轮相反方向相反方向7 7直接档直接档没有没有任意两个任意两个第三元件第三元件同向同速同向同速8 8空档位空档位没有没有不定不定不定不定不转动不转动令太阳轮齿数为Z1，齿圈齿数为Z2。设=Z2/Z1；则有公式:n n1 1+n+n2 2-(1+)n-(1+)n3 3=0=0。分别把三元件中任一元件当主动件，被动件及固定件就可以得到以下不同的传动方案：一、单排行星齿轮机构传动过程分析一、单排行星齿轮机构传动过程分析行星轮行星轮齿圈齿圈n2n2太阳轮太阳轮n1n1行星架

7、行星架n3n31 1、不传递动力、不传递动力(空档）空档）不传递动力：传动比=0 条件：三个元件自由转动n1+n2-(1+)n3=0齿圈齿圈n2n2太阳轮太阳轮n1n1行星架行星架n3n3制动制动n1n1输入输入n2n2输出输出n3n32 2、减速：、减速：条件：主动件主动件-齿圈，被动件齿圈，被动件-行星架，固定件行星架，固定件-太阳轮。太阳轮。n1+n2-(1+)n3=0 （n1=0）传动比=n2/n3=（1+）/齿圈输入，行星架自转，太阳轮因定，行星架公转，齿圈转一圈行星架达不到一圈。减速反向：减速反向：条件：主动件条件：主动件-太阳轮，被动件太阳轮，被动件-齿圈，固定件齿圈，固定件-行

8、星架。行星架。n1+n2-(1+)n3=0 （n3=0）传动比=n1/n2=-制动制动n3n3输入输入n1n1输出输出n2n2直接传动：传动比=1条件：任何两元件被刚性联接。中挡太阳轮不动，行星架被动，齿圈主动。中挡太阳轮不动，行星架被动，齿圈主动。n1+n2-(1+)n3=0n3=n1或n3=n2或n1=n2任意固定两个件。刚性联接刚性联接3 3n1n1n2n23 3、直接传动、直接传动制动制动n1n1输入输入n3n3输出输出n2n2增速转动：条件：主动件主动件-行星架，被动件行星架，被动件-齿圈，固定件齿圈，固定件-太阳轮。太阳轮。n1+n2-(1+)n3=0 （n1=0）传动比：n3/n

9、2=/（1+）行星架绕太阳轮公转，行星架转一圈，齿圈转一圈多。4 4、增速传动、增速传动制动制动n2n2输入输入n3n3输出输出n1n1增速转动：增速转动：条件：主动件主动件-行星架，被动件行星架，被动件-太阳轮，固定件太阳轮，固定件-齿圈。齿圈。n1+n2-(1+)n3=0 （n2=0）传动比=n3/n1=1/（1+）行星架绕齿圈内旋转，太阳轮转一圈，行星架会相对小的角度。增速反向传动增速反向传动 条件：主动件主动件-齿圈，被动件齿圈，被动件-太阳轮，固定件太阳轮，固定件-行星架。行星架。n1+n2-(1+)n3=0 （n3=0）传动比=n2/n1=-1/制动制动n3n3输出输出n1n1输入

10、输入n2n2主动件主动件被动件被动件高挡（超速挡）太阳轮不动，行星架主动，齿圈被动。高挡（超速挡）太阳轮不动，行星架主动，齿圈被动。（1）太阳轮制动，齿圈主动，行星架从动，则n10，故传动比i23n2/n3(1)/1 同向减速，高速档（2）太阳轮制动，行星架主动，齿圈从动，则n10，故传动比i32n3/n2/(1)1同向增速，超速档（3）齿圈制动，行星架主动，太阳轮从动，则n20，故传动比i31n3/n1 1/(1)1同向增速，超速档主动件主动件被动件被动件 行星齿轮行星齿轮机构工作原理机构工作原理 执行元件执行元件机构机构工作工作原理原理 典型行星齿轮机构工作原理典型行星齿轮机构工作原理本本

11、次课次课主要介绍的内容有：主要介绍的内容有：离合器工作离合器工作原理原理 制动器工作原理制动器工作原理行星齿轮变速器中的所有齿轮都处于常啮合状态，挡位变换必须通过以不同方式对行星 齿轮机构的基本元件进行约束(即固定或连接某些基本元件)来实现。能对这些基本元件实施 约束的机构，就是行星齿轮变速器的换挡执行机构。执行机构主要由离合器、制动器和单向离合器三种执行元件组成，离合器和制动器是以液压方式控制行星齿轮机构元件的旋转，而单向离合器则是以机械方式对行星齿轮机构的元件进行锁止。离合器工作离合器工作原理原理1.1.多片离合器多片离合器(1)(1)作用作用 自动变速器中的湿式多片离合器是用来连接输入轴

12、或输出轴和某个基本元件，或将行星齿轮机构中某两个基本元件连接在一起实现转矩的传递。离合器离合器离合器片离合器片(2)(2)离合器构造：离合器构造：一般为多片摩擦式，是液压控制的执行元件。基本组成:离合器鼓、离合器活塞、回位弹簧、离合器片（钢片、摩擦片）、花键毂 摩擦片与旋转的花键毂的齿键连接，可轴向移动，为输入端，片上有钢基粉末冶金层或合成纤维层。从动钢片与转动鼓的内花键连接也可轴向移动，可输出扭矩。活塞为环状，另外活塞上有密封圈、回位弹簧。(3)(3)离合器工作原理离合器工作原理（4）安全阀的功用）安全阀的功用 压力油进入液压缸时，钢球在油压作用下压紧在阀座上，安全阀处于关闭状态，保证液压缸

13、的密封。压力油排出时，缸体内的压力下降，安全阀在离心力作用下离开阀座处于开启状态，残留在缸内的液压油因离心力作用排出，使离合器分离彻底。2 2.单向离合器单向离合器 (1)作用：单方向固定行星齿轮机构中某个基本元件的转动。(2)常见形式：滚柱斜槽式（液力变矩器常用）和楔块式（行星齿轮变速器常用）。(3)(3)单向离合器工作原理单向离合器工作原理 制动器的功用是固定行星齿轮机构中的某个基本元件，阻止其旋转。在自动变速器中常用的制动器有湿式多片式制动器和带式制动器两种。制动器工作制动器工作原理原理（1 1）片式制动器）片式制动器 片式制动器：其结构与片式离合器相同。不同之处是制动器从动片的外圆花犍

14、齿与固定的变速器外壳连接，可轴向移动，以便接合时将主动件制动，使行星齿轮机构改组换档。能通过增减摩擦片数来满足不同排量发动机的要求，故小轿车使用很多。片式制动器工作过程片式制动器工作过程湿式多片式离合器与制动器有哪些异同？湿式多片式离合器与制动器有哪些异同？l结构相近：有带内齿的片（涂摩擦材料）和带外齿的盘。l原理相同：充油压紧，泄油放松。l功能取决于被连接构件的运动特点：连接两个可运动件离合器 连接可动件与固定件制动器（2 2）带式制动器）带式制动器 带式制动器是由围绕在制动鼓外圆周的制动带收缩或放松而产生制动效果的一种制动器。优点：结构简单易于安装，带式制动器轴向尺寸小可缩短变速器的长度。

15、缺点：使变速器壳体上产生局部的高应力区；制动带磨损后需要调整间隙；工作的平顺性差，控制油路中多配有缓冲阀。带式制动器组成带式制动器组成：带式制动器由制动鼓、制动带和伺服装置组成，如下图所示。伺服装置由液压活塞、密封圈、回位弹簧和推杆等组成。带式制动器的制动鼓与行星齿轮变速机构的某个元件相连，并随之转动或制动。制动带的一端固定在变速器壳体的支架或调整螺钉上，另一端与伺服机构的推杆连接。当制动器油道打开时，液压油便进入伺服缸施压腔内，在液压作用下，推动活塞克服回位弹簧的弹力推动推杆左移，使制动带箍紧制动鼓，摩擦力使制动鼓被制动。若伺服缸施压腔内液压油泄出，则回位弹簧推动活塞右移，使推杆回位，制动带

16、放松，解除对制动鼓的制动。行星齿轮行星齿轮机构工作原理机构工作原理 执行元件执行元件机构机构工作工作原理原理 典型行星齿轮机构工作原理典型行星齿轮机构工作原理本本次课次课主要介绍的内容有：主要介绍的内容有：辛普森辛普森式行星式行星齿轮机构齿轮机构 拉维奈尔赫式拉维奈尔赫式行星行星齿轮机构齿轮机构 辛普森齿轮机构，是美国褔特汽车公司的一位工程师辛普森齿轮机构，是美国褔特汽车公司的一位工程师 Howard Simpson Howard Simpson，在他，在他毕生从事汽车设计研究工作期间，由于设计发明了一种性能优越的特殊行星变速毕生从事汽车设计研究工作期间，由于设计发明了一种性能优越的特殊行星变

17、速机构而闻名于世，该行星变速机构的主要构件有太阳轮、行星轮和环齿轮。将两机构而闻名于世，该行星变速机构的主要构件有太阳轮、行星轮和环齿轮。将两行星排巧妙连接，则档位数变得更多（可以三进一退），而且具有结构简单紧密、行星排巧妙连接，则档位数变得更多（可以三进一退），而且具有结构简单紧密、传动效率高、工艺性好、制造费用低、换档平稳、操纵性能好等一系列优点；它传动效率高、工艺性好、制造费用低、换档平稳、操纵性能好等一系列优点；它适用于各种自动变速箱和动力换档变速箱，当时汽车界即将其定名为适用于各种自动变速箱和动力换档变速箱，当时汽车界即将其定名为“辛普森齿辛普森齿轮机构轮机构。辛普森齿轮机构的问世，

18、立即被美国褔特、通用、克莱斯勒等三家最大的汽车辛普森齿轮机构的问世，立即被美国褔特、通用、克莱斯勒等三家最大的汽车公司所采用，从公司所采用，从 70 70 年代初期开始，即一直大量生产。年代初期开始，即一直大量生产。辛普森辛普森式行星式行星齿轮机构齿轮机构1 1、行星齿轮组成、行星齿轮组成 共用一个太阳轮的两组行星齿轮、两个齿圈和两个行星架组成,是一种复合式行星齿轮机构。可以提供3个前进档和1个倒档。行星齿轮的一半或一部分被称为前行星齿轮机构，而另一部分被称为后行星齿轮机构。其结构特点是：两个行星排共用两个行星排共用1 1个太阳轮。个太阳轮。有2种类型组件：1)、前圈与后行星架相连作为输出；2

19、)、前行星架与后圈相连作为输出；2 2、各换挡执行元件的名称各换挡执行元件的名称C0一超速离合器：超速排太阳轮与行星轮C1一1号离合器：输入轴与传动轴（后齿圈）C2一2号离合器：输入轴与太阳轮组件B0一超速制动器：制动超速太阳轮B1一1号制动器：制动太阳轮B2一2号制动器：与F1配合阻止太阳轮逆时针转动B3一3号制动器：制动前排行星架F0一超速单向离合器：阻止超速行星架逆时针转动F1一1号单向离合器：与B2配合阻止太阳轮逆时针转动F2一2号单向离合器：阻止前排行星架逆时针转动C0：超速档离合器，除超速档外均工作（P、R、N、D、2、L）；C1：前进档离合器，除倒档外均工作（手柄在D、2、L位置

20、）；C2：高档、倒档离合器，D3、OD、R档工作；B0：超速档制动器，只有OD档时工作；B1：2档滑行制动器，自22档时工作；B2（F1）：2档制动器在D2、D3、OD、22均工作。B3：低、倒档制动器，在R、L档工作；F0：超速档离单向合器，防止太阳轮超过行星 架，除P、R、OD均工作；F1：与B2一起，阻止太阳轮逆时针 转，在D2、22工作；F2：阻止前行架逆时针转动，在D1时工作。3 3、执行元件认识、执行元件认识3个离合器、4个制动器和3个单项离合器共10个。4 4、丰田自动变速器行星齿轮变速器换档执行元件、丰田自动变速器行星齿轮变速器换档执行元件 超速挡行星架超速挡行星架前行星架前行

21、星架后行星架后行星架中间轴中间轴输入轴输入轴输出轴输出轴超速挡太阳轮超速挡太阳轮超速挡齿圈超速挡齿圈前行星齿圈前行星齿圈太阳轮太阳轮后行星齿圈后行星齿圈B0：超速挡制动器 F0：超速挡单向离合器 C0：超速挡离合器 B1：挡滑行制动器 F1：挡单向离合器 C1：前进挡离合器 B2：挡制动器 F2：低挡单向离合器 C2：高挡及倒挡离合器B3：低挡及倒挡制动器拉维奈尔赫式行星齿轮变速箱采用的是与辛普森式行星齿轮机构一样著名的拉维奈尔赫式行星齿轮机构，这是一种复合式行星齿轮机构，它由一个单行星轮式行星排和一个双行星轮式行星排组合而成：后太阳轮和长行星小齿轮、行星架、环齿轮共同组成一个单行星轮。现代汽

22、车自动变速器上使用的行星齿轮机构，还有一种双排行星齿轮机构双排行星齿轮机构在小太阳轮和齿圈之间有两组互相啮合的行星齿轮，其中有长行星轮和大太阳轮和齿圈啮合，短行星齿轮和小太阳轮和长行星轮啮合拉维娜式行星齿轮机构 拉维奈尔赫式拉维奈尔赫式行星行星齿轮机构齿轮机构 拉维奈尔赫式行星齿轮变速装置由两行星排组成，每级行星排也是由太阳轮、行星轮及架、齿圈三部分组成，轮与轮之间装有离合器或单向离合器，轮与壳体间有制动器，通过离合器、单向离合器和制动器，对三轮进行不同的连接或制动组合，使变速器得到各种档位的输出。1 1、结构特点、结构特点F一个单行星轮行星排，一个双行星轮行星排组成.F长行星轮共用，齿圈共用

23、，行星架共用。2 2、运动方程、运动方程F前排：F后排：3 3、优点：、优点：尺寸小，传动比范围大，两排可以实现四档。4、变速器原理变速器原理B B2 222、4 4档制动器：档制动器：制动大太阳轮制动大太阳轮K K2 2倒档离合器：连接涡倒档离合器：连接涡轮轴与大太阳轮轮轴与大太阳轮K K1 1前进离合器：前进离合器：连接涡轮轴与小太阳轮连接涡轮轴与小太阳轮F F0 0单向离合器：限制行单向离合器：限制行星架逆时针方向转动星架逆时针方向转动K K3 3高档离合器：高档离合器：连接泵轮轴与连接泵轮轴与 行星架行星架B B1 1低、倒档制动器：制低、倒档制动器：制动行星架动行星架涡轮轴涡轮轴泵轮轴泵轮轴