汽车运用与维修项目三辛普森齿轮机构的检修

1、 项目三项目三 齿轮变速传动系统的检修齿轮变速传动系统的检修 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 教学目标 1掌握行星齿轮机构的组成和基本工作原理。 2掌握辛普森式齿轮机构的结构特点和原理。 3掌握CR-CR齿轮机构的结构特点和原理。 4掌握换挡元件的结构和原理。 5能分析四挡、五档辛普森式及CR-CR齿轮机构的传动关系。 6能初步拆装、检修辛普森式齿轮机构。 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 任务导入 自动变速器中典型的齿轮机构：辛普森式、CR-CR式、拉维娜式和平行轴式。采用平行轴式齿轮机构的变速器由于尺寸较大，只有少数车采用，如本田车系。目前绝大

2、多数汽车自动变速器采用的是行星齿轮机构，如丰田、大众、奥迪、宝马等系列。若丰田A341或U341自动变速器制动器、离合器、单项离合器或齿轮机构发生故障，就必须拆装自动变速器。 任务分析 辛普森齿轮机构的结构特点是前后两排齿轮机构共用一个太阳轮，并前行星架与后齿圈共用或前齿圈与后行星架共用。中间的换挡元件提供了齿轮机构确定运动条件，要检查更换换挡元件和齿轮机构就需拆装自动变速器。自动变速器拆装非常复杂，技术要求高，所以就必须进行相关知识和技能的学习训练。 教学时数 8学时 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 表 教学设计表 教学设计 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿

3、轮机构的检修 一、齿轮变速传动系统 在自动变速器中，齿轮变速传动系统包括一套齿轮机构和一组换挡元件。齿轮机构又分两种形式，即平行轴式齿轮变速机构和行星齿轮机构。 1平行轴式齿轮变速机构（普通齿轮变速机构） （1）基本变速机构的组成。包括普通齿轮和平行轴。 （2）变速原理。变速传动原理和手动变速器一样，但换挡控制原理与行星齿轮变速传动系统相同。 2行星齿轮机构 （1）单一行星排的组成 三个基本件分别为太阳轮、齿圈和装有行星 齿轮的行星轮架。行星齿轮机构的三个基本 件既可作为输入件，也可作为输出件。1太阳轮；2齿圈；3行星轮架；4行星齿轮图 基本行星齿轮机构 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普

4、森齿轮机构的检修 （2）行星齿轮机构的传动方式。为分析运动规律，设太阳轮、齿圈和行星轮架的转速分别为n1、n2和n3，齿数分别为z1、z2和z3，齿圈与太阳轮的齿数比为a。根据能量守恒定律，由作用在该机构各元件上的力矩和结构参数，可导出表示单排行星齿轮机构一般运动规律的特性方程式。 n1an2(1a)n30 （3）行星齿轮机构传动比的计算 行星齿轮机构的传动比可由特性方程直接计算而得。对于单排行星齿轮机构，通过解方程求解；对于多排行星齿轮机构，则通过解方程组求解，但必须借助基本件固定、连接等条件。 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 （4）行星齿轮机构的优点 所有行星齿轮均

5、参与工作，都承受载荷，行星齿轮工作更安静，强度更大。 行星齿轮工作时，齿轮间产生的作用力由齿轮系统内部承受，不传递到变速器壳体，变速器可以设计得更薄、更轻。 行星齿轮机构采用内啮合与外啮合相结合的方式，与单一的外啮合相比，减小了变速器尺寸。 行星齿轮系统的齿轮处于常啮合状态，不存在挂挡时的齿轮冲击，工作平稳，寿命长。 （5）双行星排。双行星排由两排行星齿轮机构组成，可实现更多、更合理的动力传动方式。下图所示为典型的双排行星齿轮机构。 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 3换挡元件 （1）多片摩擦离合器。 作用 由液压操纵系统控制，将变速器的输入轴和行星排的某个基本元件连接，

6、或将行星排的某两个基本元件连接在一起，也可将某个基本件固定，从而提供确定运动的条件。 组成 自动变速器中的多片摩擦离合器几乎都是湿式的，它由离合器鼓、活塞、回位弹簧、钢片、摩擦片、离合器毂等组成， 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 （2）制动器。 作用 由液压操纵系统控制，用于固定行星齿轮机构中的基本元件，阻止其旋转， 提供行星齿轮机构确定运动的条件。 分类 制动器分为片式制动器及带式制动器。 片式制动器 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 带式制动器。 a组成。带式制动器由制动带、伺服装置（液压油缸、液压活塞、弹簧及操纵杆等）组成。 b分类。按变形能

7、力分刚性制动带（厚）和挠性制动带；按结构分单边式、双边式；按制动器伺服装置作用方式分直接作用式（如图（a）所示）和间接作用式（如图（b），（c）所示）；按油缸形式分单作用式（单油腔，如图3.7所示）、双作用式（双油腔，A腔供油制动，B腔供油放松，如图3.8所示）及有控制油腔的双作用式（A、B、C三腔，C为控制腔，C腔供油放松，断油制动）。 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 （3）单向离合器。 作用 单方向接合回转传递动力；反向时分离，空转不传递动力。 类型 单向离合器分滚柱式、楔块式及棘爪式（很少采用）。 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 二、辛普森

8、式行星齿轮变速传动系统 1. 双排三挡辛普森行星齿轮系统 最初的辛普森行星齿轮系统是三速行星齿轮系统，能提供三个前进挡和一个倒挡。日产3N71B自动变速器所用的就是辛普森行星齿轮系统。 结构特点：前后两排行星齿轮机构共用一个太阳轮。 换挡元件的组成：前进挡离合器（C2）、直接挡离合器（C1）、单向离合器（F）、二挡制动器（B1）和倒挡制动器（B2）。 换挡元件状态表：各挡时换挡元件的工作状态如表所示。由表可知：每个挡位都由换挡元件的组合状态所决定，并且要注意分析各挡位下换挡元件状态规律。 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的

9、检修 2. 三排四挡辛普森行星齿轮系统 A341自动变速器是典型的三排四挡辛普森行星齿轮系统，在LS400、皇冠3.0、克莱斯勒等后轴驱动的轿车中使用。 结构特点：三排行星齿轮机构，第一排为超速排，第二、三排公用一个太阳轮。 换挡元件的组成：3个离合器、4个制动器和3个单向离合器。 换挡元件状态表：各挡时换挡元件的工作状态如表所示。 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 各挡动力传递路线：确定各挡动力传动路线要做到如下三步。一是根据特性方程组成的方程组确定各排行星齿轮机构是否具有确定运动的条件；二是分析动力传动路线；三是通过元件旋向判断前进挡或倒挡。 aD位1挡。当自动变速器

10、处于D位1挡行驶时，其动力传递路线如图3.13所示。 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 液力变矩器（顺时针转动）O/D超速输入轴（顺）超速行星架（顺）此时由于C0接合，F0锁定，使得超速太阳轮与行星架成为一体，刚性旋转，超速齿圈以相同转速转动（顺）中间输入轴（顺）C1接合前行星齿圈（顺）分两路 由于行驶阻力，前齿圈转速低， 前行星轮前后太阳轮（逆） 动力传递到前行星轮公转（顺）前行星架（顺） 后行星轮自转（顺）后齿圈（顺） 输出轴。 由于前行星轮顺时针方向的自转，欲带动前、后太阳轮逆时针方向转动，使后行星齿轮有向顺时针自转的趋势，同时也有向逆时针公转的趋势；但由于F2单向

11、离合器的作用，行星架无法向逆时针方向转动。最后的结果是后行星架被固定，后行星轮顺时针自转将动力传递给后齿圈输出。 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 三、CR-CR（改进的辛普森）式齿轮变速传动系统 CR-CR结构是指将2组单行星排的行星架C(planet carrier)和齿圈R(gear ring)分别组配的变速器，该行星机构只具有4个独立元件，即前太阳轮、后太阳轮、前行星架和后齿圈组件、前齿圈和后行星架组件。其特点是变速比大、效率高、元件轴转速低。 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 丰田U341 E型自动变速器是采用了CR-CR式行星齿轮机构，其

12、规格表3所示。 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 丰田U341E型自动变速器行星齿轮变速机构主要部件的功能和规格如左表所示，各换挡执行元件工作情况右表所示。 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 1) 1挡动力传递原理. 这里以换挡手柄处于“D”、“3”和“2”位置变速器工作在1挡时来分析，此时工作的换挡执行元件有C l, F2，如图所示。动力传递发生在前行星排，动力由输入轴Cl前太阳轮前行星轮前行星架中间主、从动齿轮输出。此时，后排行星齿轮组处于空转状态。 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 2) 2挡动力传动原理 这里以换挡手柄处

13、于“D”和“3”位置变速器工作在2挡时来分析，此时工作的换挡执行元件有C1, B2, Fl，如图3.24所示。动力传递发生在前、后两个行星排，动力传递路线为: 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 任务实施 一、拆卸丰田U341 E型自动变速器 拆卸步骤70步 二 、装配U341E型自动变速器 装配71步 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 教学测评 1. 理论测评 自动变速器中的齿轮机构有哪几种形式？ 典型辛普森和CR-CR行星齿轮机构各有何结构特点？ 换挡元件有哪几种？ 叙述4挡辛普森和4挡CR-CR的动力传递路线。 叙述4挡辛普森和4挡CR-CR式自

14、动变速器的拆装步骤。 2. 任务测评 参见表4-2。 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 教学小结 1. 齿轮变速器传动系统由齿轮机构和一组换挡元件组成。 2. 辛普森式行星齿轮机构的结构特点是前后两排行星齿轮机构共用一个太阳轮，并且前架后圈或前圈后架相连。 3. CR-CR式行星齿轮机构的结构特点是前架与后圈相连，并且前圈与后架相连。 4. 行星齿轮机构有确定运动的条件是：固定一个基本件或连接两个基本件。 5. 换挡元件有3种，即：多片离合器、制动器和单向离合器。换挡元件为行星齿轮机构提供确定运动的条件，也就是提供换挡条件，改变换挡元件的结合状态，就可实现换挡。 6. 利

15、用机械原理和经验方法分析自动变速器齿轮机构的动力传递路线；利用解方程组的方法计算各挡传动比。 7. 自动变速器的拆装必须严格执行工艺要求（U341E变速器拆卸70步、装合71步），使用专用工具和设备。 8. 拆卸后，所有的密封圈、密封垫需要更换，安装前，所有的轴承和摩擦片需要润滑 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 （4）行星齿轮机构的优点 所有行星齿轮均参与工作，都承受载荷，行星齿轮工作更安静，强度更大。 行星齿轮工作时，齿轮间产生的作用力由齿轮系统内部承受，不传递到变速器壳体，变速器可以设计得更薄、更轻。 行星齿轮机构采用内啮合与外啮合相结合的方式，与单一的外啮合相比，

16、减小了变速器尺寸。 行星齿轮系统的齿轮处于常啮合状态，不存在挂挡时的齿轮冲击，工作平稳，寿命长。 （5）双行星排。双行星排由两排行星齿轮机构组成，可实现更多、更合理的动力传动方式。下图所示为典型的双排行星齿轮机构。 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 （2）制动器。 作用 由液压操纵系统控制，用于固定行星齿轮机构中的基本元件，阻止其旋转， 提供行星齿轮机构确定运动的条件。 分类 制动器分为片式制动器及带式制动器。 片式制动器 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 （3）单向离合器。 作用 单方向接合回转传递动力；反向时分离，空转不传递动力。 类型 单向离合

17、器分滚柱式、楔块式及棘爪式（很少采用）。 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 2. 三排四挡辛普森行星齿轮系统 A341自动变速器是典型的三排四挡辛普森行星齿轮系统，在LS400、皇冠3.0、克莱斯勒等后轴驱动的轿车中使用。 结构特点：三排行星齿轮机构，第一排为超速排，第二、三排公用一个太阳轮。 换挡元件的组成：3个离合器、4个制动器和3个单向离合器。 换挡元件状态表：各挡时换挡元件的工作状态如表所示。 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 液力变矩器（顺时针转动）O/D超速输入轴（顺）超速行星架（顺）此时由于C0接合，F0锁定，使得超速太阳轮与行星架成为

18、一体，刚性旋转，超速齿圈以相同转速转动（顺）中间输入轴（顺）C1接合前行星齿圈（顺）分两路 由于行驶阻力，前齿圈转速低， 前行星轮前后太阳轮（逆） 动力传递到前行星轮公转（顺）前行星架（顺） 后行星轮自转（顺）后齿圈（顺） 输出轴。 由于前行星轮顺时针方向的自转，欲带动前、后太阳轮逆时针方向转动，使后行星齿轮有向顺时针自转的趋势，同时也有向逆时针公转的趋势；但由于F2单向离合器的作用，行星架无法向逆时针方向转动。最后的结果是后行星架被固定，后行星轮顺时针自转将动力传递给后齿圈输出。 任务一任务一 辛普森齿轮机构的检修辛普森齿轮机构的检修 教学小结 1. 齿轮变速器传动系统由齿轮机构和一组换挡元件组成。 2. 辛普森式行星齿轮机构的结构特点是前后两排行星齿轮机构共用一个太阳轮，并且前架后圈或前圈后架相连。 3. CR-CR式行星齿轮