案例四项目三汽车自动变速器行星齿轮机构学习教案.pptx

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1、会计学 1案例四项目三汽车自动变速器行星齿轮机构第一页，编辑于星期日：十六点 二十四分。教学目标第1页/共48页第二页，编辑于星期日：十六点 二十四分。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次课主要介绍的内容有：行星齿轮机构 基础原理 简单行星齿轮组工作原理第2页/共48页第三页，编辑于星期日：十六点 二十四分。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

2、轮机构基础原理第3页/共48页第四页，编辑于星期日：十六点 二十四分。n n 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、行星齿轮组成第4页/共48页第五页，编辑于星期日：十六点 二十四分。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 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，即既有自转又有公转。其固定轴线旋转，

3、即既有自转又有公转。太阳轮行星架行星小齿轮齿圈三、齿轮基础原理第5页/共48页第六页，编辑于星期日：十六点 二十四分。1）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。第6页/共48页第七页，编辑于星期日：十六点 二十四分。(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)一个外齿轮和一个内齿轮相互啮合第7页/共48页第八页，编辑于星期日：十六点 二十四分。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

4、，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，从动齿轮旋转1/2圈。从动齿轮齿数主动齿轮齿数传动比=2)转速和传动比第8页/共48页第九页，编辑于星期日：十六点 二十四分。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，对传动比的比 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 值没有影响插一张图，中间那个小齿轮就是中间齿轮第9页/共48页第十页，编辑于星期日：十六点 二十四分。4)4)转速和扭矩 转速和扭矩n n 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

5、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。n n 它反映在汽车性能上，包括加速度、爬坡能力以及悬挂等。n n 最大扭矩转速就是指发动机输出最大扭矩时的转速n n 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。第10页/共48页第十一页，编辑于星期日：十六点 二十四分。简单行星齿轮组工作原理 单排行星齿轮机构的工作情况 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

6、 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 不转动第11页/共48页第十二页，编辑于星期日：十六点 二十四分。令太阳轮齿数为Z1，齿圈齿数为Z2。设=Z2/Z1；则有公式:n 1+n 2-(1+)n 3=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齿圈n2太阳轮n1 行星架n3第12页/共48页第十三页，编辑于星期日：十六

7、点 二十四分。1 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 n2太阳轮 n1 行星架 n3第13页/共48页第十四页，编辑于星期日：十六点 二十四分。制动n1输入n2输出n32、减速：条件：主动件-齿圈，被动件-行星架，固定件-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。第14页/共48页第十五页，编辑于星期日：十六点 二十四分。减速反向：条件：主动件-太阳轮，被动件-齿圈，固定件-行星架。n1+n2-(1+)

8、n3=0（n3=0）传动比=n1/n2=-制动n3输入n1输出n2第15页/共48页第十六页，编辑于星期日：十六点 二十四分。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。n1+n2-(1+)n3=0n3=n1或n3=n2或n1=n2任意固定两个件。刚性联接3n1n23 3、直接传动、直接传动第16页/共48页第十七页，编辑于星期日：十六点 二十四分。制动n1 输入n3输出n2增速转动：条件：主动件-行星架，被动件-齿圈，固定件-太阳轮。n1+n2-(1+)n3=0（n1=0）传动比：n3/n2=/（1+）行星架绕太阳轮公转，行星架转一圈，齿圈转一圈多。

9、4 4、增速传动、增速传动第17页/共48页第十八页，编辑于星期日：十六点 二十四分。制动n2输入n3输出n1增速转动：条件：主动件-行星架，被动件-太阳轮，固定件-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。第18页/共48页第十九页，编辑于星期日：十六点 二十四分。增速反向传动 条件：主动件-齿圈，被动件-太阳轮，固定件-行星架。n1+n2-(1+)n3=0（n3=0）传动比=n2/n1=-1/制动n3输出n1输入n2主动件被动件第19页/共48页第二十页，编辑于星期日：十六点 二十四分。n n 高挡

10、（超速挡）太阳轮不动，行星架主动，齿圈被动。n n（1）太阳轮制动，齿圈主动，行星架从动，则n10，n n 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，超速档主动件被动件第20页/共48页第二十一页，编辑于星期日：十六点 二十四分。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次课主

11、要介绍的内容有：离合器工作原理 制动器工作原理第21页/共48页第二十二页，编辑于星期日：十六点 二十四分。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。离合器工作原理第22页/共48页第二十三页，编辑于星期日：十六点 二十四分。(1)(1)作用 作用 自动变速器中的湿

12、式多片离合 自动变速器中的湿式多片离合器是用来连接输入轴或输出轴 器是用来连接输入轴或输出轴和某个基本元件，或将行星齿 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 轮机构中某两个基本元件连接在一起实现转矩的传递。在一起实现转矩的传递。离合器离合器片第23页/共48页第二十四页，编辑于星期日：十六点 二十四分。n n(2)(2)离合器构造：离合器构造：n n 一般为多片摩擦式，是液压控制的执行元件。一般为多片摩擦式，是液压控制的执行元件。n n 基本组成 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 离合器鼓、离合器活塞、回位弹簧、离合器片（钢片、摩擦片）

13、、花键毂 n n 摩擦片 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 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。或合成纤维层。n n 从动钢片 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。与转动鼓的内花键连接也可轴向移动，可输出扭矩。n n 活塞 活塞为环状，另外活塞上有密封圈、回位弹簧。为环状，另外活塞上有密封圈、回位弹簧。第24页/共48页第二十五页，编辑于星期日：十六点 二十四分。(3)离合器工作原理第25页/共48页第二十六页，编辑于星期日：十六点 二十四分。（4 4）安全阀的功用）安全阀的功用 n n

14、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 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，保证液压缸的密封。液压缸的密封。n n 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 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。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。第26页/共48页第二十七页，编辑于星期日：十六点 二十四分。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

15、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）。第27页/共48页第二十八页，编辑于星期日：十六点 二十四分。(3)(3)单向离合器工作原理 单向离合器工作原理第28页/共48页第二十九页，编辑于星期日：十六点 二十四分。第29页/共48页第三十页，编辑于星期日：十六点 二十四分。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。制动器工作原理第30页/共48页第三十一页，编辑于星期日：十六点 二十四分。（1 1）片式制动器）片式制动器 n n 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

16、制动器从动片的外圆花犍：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。齿轮机构改组换档。n n 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。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。第31页/共48页第三十二页，编辑于星期日：十六点 二十四分。片式制动器工作过程 片式制动器工作过程第32页/共48页第三十三页，编辑于星期日：十六点 二十四分。湿式多片式离合器与制动器有哪些异同？l结构相近：

17、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第33页/共48页第三十四页，编辑于星期日：十六点 二十四分。（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。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。第34页/共48页第三十五页，编辑于星期日：十六点 二十四分。带式制动器组成：带式制动器由制动鼓、制动

18、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，制动带放松，解除对制动鼓的制动。第35页/共48页第三十六页，编辑于星期日：十六点 二十四分。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

19、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次课主要介绍的内容有：辛普森式行星齿轮机构 拉维奈尔赫式 行星齿轮机构第36页/共48页第三十七页，编辑于星期日：十六点 二十四分。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，在他毕生从事汽车，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机构而闻名于世，该行星变 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

20、齿轮。将两行星排巧妙连接，则档位数变得更多（可 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、传动效率高、工艺性好、制造费用低、换档平稳、操 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 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 为“辛普森齿轮机构 辛普森齿轮机构。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 辛普森齿轮机构的问世，立即被

21、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。辛普森式行星齿轮机构第37页/共48页第三十八页，编辑于星期日：十六点 二十四分。1、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1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)、前行星架与后圈相连作为输出；第38页/共48页第三十九页，编辑于星期日：

22、十六点 二十四分。第39页/共48页第四十页，编辑于星期日：十六点 二十四分。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第40页/共48页第四十一页，编辑于星期日：十六点 二十四分。C0：超速

23、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）；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、2 2 工作；F2：阻止前行架逆时针转动，在D1时工作。3、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。第41页/共48页第四十二页，编

24、辑于星期日：十六点 二十四分。4、丰田自动变速器行星齿轮变速器换档执行元件 超速挡行星架前行星架后行星架中间轴输入轴输出轴超速挡太阳轮超速挡齿圈前行星齿圈太阳轮后行星齿圈B 0：超速挡制动器 F 0：超速挡单向离合器 C 0：超速挡离合器 B 1：挡滑行制动器 F 1：挡单向离合器 C 1：前进挡离合器 B 2：挡制动器 F 2：低挡单向离合器 C 2：高挡及倒挡离合器B 3：低挡及倒挡制动器第42页/共48页第四十三页，编辑于星期日：十六点 二十四分。n n 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

25、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 行星齿轮机构 第43页/共48页第四十四页，编辑于星期日：十六点 二十四分。n n 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，

26、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。第44页/共48页第四十五页，编辑于星期日：十六点 二十四分。1、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，行星架共用。2、运动方程F前排：F后排：3、优点：尺寸小，传动比范围大，两排可以实现四档。第45页/共48页第四十六页，编辑于星期日：十六点 二十四分。4 4、变速器原理 变速器原理B 2 2、4档制动器：制动大太阳轮K 2 倒档离合器：连接涡轮轴与大太阳轮K 1 前进离合器：连接涡轮轴与小太阳轮F 0 单向离合器：限制行星架逆时针方向转动K 3 高档离合器：连接泵轮轴与 行星架B 1 低、倒档制动器：制动行星架涡轮轴泵轮轴第46页/共48页第四十七页，编辑于星期日：十六点 二十四分。第47页/共48页第四十八页，编辑于星期日：十六点 二十四分。