自动变速器的基本结构

1、1第三章第三章 自动变速器的基本结构自动变速器的基本结构3-13-1概述概述 自动变速器是汽车上一个高科技的机电一体化产品。自动变速器是汽车上一个高科技的机电一体化产品。随着电子技术、计算机技术、液压控制技术的综合发随着电子技术、计算机技术、液压控制技术的综合发展，汽车自动变速器的控制技术也由全液压式（展，汽车自动变速器的控制技术也由全液压式（AT）发展到电控式（发展到电控式（ECT）。新型的电控式自动变速器已）。新型的电控式自动变速器已应用智能电脑和脉宽调制式的电液比例压力阀，大大应用智能电脑和脉宽调制式的电液比例压力阀，大大地改善了自动变速器的性能。而且，在引擎控制计算地改善了自动变速器的

2、性能。而且，在引擎控制计算机和自动变速器控制计算机之间进行通讯和联合控制，机和自动变速器控制计算机之间进行通讯和联合控制，使整车的控制性能大为提高使整车的控制性能大为提高。与此同时，自动变速器与此同时，自动变速器在内燃机车、工程机械、船舶等方面也得到了广泛地在内燃机车、工程机械、船舶等方面也得到了广泛地应用。它的优越性主要体现在以下几个方面：应用。它的优越性主要体现在以下几个方面：21.1.操作简单、省力，提高了运行安全性操作简单、省力，提高了运行安全性和乘做地平稳性和乘做地平稳性 安装了自动变速器的汽车取消了离合器踏安装了自动变速器的汽车取消了离合器踏板。在变速过程中，通过变速杆（或称选档杆

3、）板。在变速过程中，通过变速杆（或称选档杆）选择了换档范围以后，在一般情况下，就不在选择了换档范围以后，在一般情况下，就不在需要任何换档动作需要任何换档动作。 手动换档：手动换档：驾驶员根据路况，操纵换档杆，驾驶员根据路况，操纵换档杆，通过滑移齿轮达到换档目的。通过滑移齿轮达到换档目的。 自动换档自动换档：电脑或自动控制系统，接受各：电脑或自动控制系统，接受各种传感器的数值，根据预先设定的程序，当达种传感器的数值，根据预先设定的程序，当达到换档条件时，电脑板自动发出控制指令，使，到换档条件时，电脑板自动发出控制指令，使，自动变速器换档自动变速器换档32.延长了机件寿命延长了机件寿命 自动变速器

4、采用的液力变矩器可以吸自动变速器采用的液力变矩器可以吸收和消除传动装置的动载荷。收和消除传动装置的动载荷。 由于自动变速器的自动换档避免了由于自动变速器的自动换档避免了换档时产生的冲击与动载，因此，一般换档时产生的冲击与动载，因此，一般可使传动零件的使用寿命延长可使传动零件的使用寿命延长2-32-3倍。倍。 据统计，在恶劣条件下，装自动变据统计，在恶劣条件下，装自动变速器汽车的传动轴上，其最大扭矩振幅速器汽车的传动轴上，其最大扭矩振幅只相当于手动机械变速器的只相当于手动机械变速器的20-4020-40。因。因此，也使发动机的使用寿命提高了此，也使发动机的使用寿命提高了0.5-0.5-2.02.

5、0倍。倍。43. 3. 提高了汽车的动力性提高了汽车的动力性 自动变速器中的液力变矩器由于它本自动变速器中的液力变矩器由于它本身所具有的性能和它自身能自动连续地身所具有的性能和它自身能自动连续地变速，从而提高了汽车起动的加速性。变速，从而提高了汽车起动的加速性。 由于自动变速器在换档过程中传动由于自动变速器在换档过程中传动系统传递的动力不中断，而且没有手动系统传递的动力不中断，而且没有手动换档过程中减少供油的操作，再加上自换档过程中减少供油的操作，再加上自动换档在时机的控制上能保证发动机功动换档在时机的控制上能保证发动机功率得以充分利用，所以，自动换档可以率得以充分利用，所以，自动换档可以得到

6、很好地加速性，而且提高了平均速得到很好地加速性，而且提高了平均速度。度。53-23-2 自动变速器的基本结构自动变速器的基本结构和工作原理和工作原理 一、自动变速器的分类一、自动变速器的分类 不同的汽车厂家在不同的车型上，装不同的汽车厂家在不同的车型上，装有不同型号的自动变速器，在这些型号有不同型号的自动变速器，在这些型号各异的自动变速器中，根据不同的角度，各异的自动变速器中，根据不同的角度，可 以 对 它 们 进 行 不 同 的 分 类 。可 以 对 它 们 进 行 不 同 的 分 类 。61 1按汽车的驱动方式分类按汽车的驱动方式分类 汽车本身的驱动方式有前驱动和后驱动两种，汽车本身的驱动

7、方式有前驱动和后驱动两种，装置在这两种汽车上的自动变速器在结构上也装置在这两种汽车上的自动变速器在结构上也就有很大地不同而分为前驱动自动变速器和后就有很大地不同而分为前驱动自动变速器和后驱动自动变速器，如图驱动自动变速器，如图3-13-1所示即为前、后驱动所示即为前、后驱动地自动变速器地基本形式示意图。地自动变速器地基本形式示意图。 2. 2. 按控制方式分类按控制方式分类 自动变速器根据其控制方式分类有全液压（自动变速器根据其控制方式分类有全液压（ATAT）式和电控式（式和电控式（ECTECT）两种。值得注意地是，这两）两种。值得注意地是，这两种都有一套原理基本相同的液压控制系统种都有一套原

8、理基本相同的液压控制系统。7图图3-1 前后驱动自动变速器前后驱动自动变速器8图图3-2 全液压式和电控式系统全液压式和电控式系统9二、自动变速器的基本组成二、自动变速器的基本组成1. 液力变矩器液力变矩器 液力变矩器一般多为三元件综合式。液力变矩器一般多为三元件综合式。它的主要作用是把发动机输出的扭矩和它的主要作用是把发动机输出的扭矩和转速柔性地传递给自动变速器的变速机转速柔性地传递给自动变速器的变速机构构。102.变速机构变速机构在自动变速器中紧接在液力变矩器之在自动变速器中紧接在液力变矩器之后的便是变速机构。它由行星轮系和后的便是变速机构。它由行星轮系和换档执行机构组成。换档执行机构组成

9、。 3. 控制机构控制机构自动变速器的控制机构是一个复杂的自动变速器的控制机构是一个复杂的液压（或电液）控制系统，它是整个液压（或电液）控制系统，它是整个自动变速器的心脏。自动变速器的心脏。11三、三、自动变速器的工作过程自动变速器的工作过程 1. 动力传递过程动力传递过程 2. 控制过程控制过程 全液压式控制方式全液压式控制方式 电液式控制方式电液式控制方式12发发动动机机行星行星齿轮齿轮机构机构变变矩矩器器变速变速扭矩扭矩转速转速变扭变扭变速、变向变速、变向变扭变扭图图3-3 动力传递过程动力传递过程13速控阀速控阀选档杆选档杆控制系统控制系统节气门阀节气门阀油门油门发动机发动机变矩器变矩

10、器变速机构变速机构油门踏板油门踏板图图3-4全液压式控制流程全液压式控制流程14节气门开度节气门开度车车 速速水水 温温模式选择模式选择选档杆位置开关选档杆位置开关变速杆位置变速杆位置微型计算机微型计算机液液 压压 控控 制制 系系 统统S S1 1S S2 2S S3 3变速器锁止变速器锁止超速档超速档变速变速图图3-5 电控式原理电控式原理153-3 3-3 液力变矩器的基本原理液力变矩器的基本原理简介简介 液力变矩器是一种液力传动装置，它液力变矩器是一种液力传动装置，它以液体为工作介质来进行能量转换。它以液体为工作介质来进行能量转换。它的能量输入部件称为泵轮，以的能量输入部件称为泵轮，以

11、“B”B”表示；表示；它和发动机的输出轴相连，并将发动机它和发动机的输出轴相连，并将发动机输出的机械能转换为工作介质的动能。输出的机械能转换为工作介质的动能。能量输出部件为涡轮，以能量输出部件为涡轮，以“T”T”表示；它表示；它将液体的动能又还原为机械能输出。将液体的动能又还原为机械能输出。16一、液力偶合器的工作原理一、液力偶合器的工作原理 如图如图3-63-6所示为液力偶合器原理图。所示为液力偶合器原理图。泵轮泵轮2 2固定在发动机曲轴上，为能量固定在发动机曲轴上，为能量输入端，涡轮输入端，涡轮4 4固定在输出轴固定在输出轴5 5上，上，为输出端。泵轮和涡轮之间有为输出端。泵轮和涡轮之间有

12、2-4mm2-4mm的间隙，整个偶合器充满了液体工的间隙，整个偶合器充满了液体工作介质。作介质。171-发动机曲轴，2-泵轮，3-偶合器壳体，4-涡轮，5-偶合器输出轴图图3-6 液力耦合器液力耦合器181.泵轮的运动泵轮的运动 发动机启动后，曲轴发动机启动后，曲轴1旋转并带动泵轮旋转并带动泵轮2同步同步旋转。充满在泵轮叶片间的工作液体随着泵轮旋转。充满在泵轮叶片间的工作液体随着泵轮同步旋转，这是工作液体绕传动轴的同步旋转，这是工作液体绕传动轴的牵连运动牵连运动。 在离心惯性力的作用下，工作液体在绕传动在离心惯性力的作用下，工作液体在绕传动轴坐牵连运动的同时，它沿叶片间的通道从内轴坐牵连运动的

13、同时，它沿叶片间的通道从内缘向外缘流动，这是流体和叶片间的缘向外缘流动，这是流体和叶片间的相对运动相对运动，并于泵轮的外缘流入涡轮。并于泵轮的外缘流入涡轮。192. 涡轮的运动涡轮的运动 工作液体流入涡轮后，把从泵轮处工作液体流入涡轮后，把从泵轮处获得的能量（动量）传递给涡轮，使涡获得的能量（动量）传递给涡轮，使涡轮旋转。从涡轮外缘（涡轮入口）流入轮旋转。从涡轮外缘（涡轮入口）流入的液体，既随涡轮旋转作牵连运动，又的液体，既随涡轮旋转作牵连运动，又从外缘向内缘（涡轮出口）流动，这是从外缘向内缘（涡轮出口）流动，这是涡轮叶片和流体的相对运动，最后，流涡轮叶片和流体的相对运动，最后，流体经涡轮内缘

14、又流回泵轮。体经涡轮内缘又流回泵轮。20二、液力偶合器和液力变矩器二、液力偶合器和液力变矩器 的能量转换原理的能量转换原理 1. 1. 液力偶合器的能量转换液力偶合器的能量转换 流体在偶合器（变矩器）内的循环流动是一个相当复流体在偶合器（变矩器）内的循环流动是一个相当复杂的三维流动，流体与工作叶片间的相互作用也相当杂的三维流动，流体与工作叶片间的相互作用也相当复杂。因此，分析这类问题时，在流体力学方面作了复杂。因此，分析这类问题时，在流体力学方面作了一系列假定后，一般用一元流束理论来描述。对于专一系列假定后，一般用一元流束理论来描述。对于专业性较强的一些描述方式和术语，由于篇幅有限，不业性较强

15、的一些描述方式和术语，由于篇幅有限，不作介绍，请读者参考有关著作。作介绍，请读者参考有关著作。21 转换计算（见公式转换计算（见公式3-1） 当发动机转速（即为泵轮转速）不变时，上述效率公当发动机转速（即为泵轮转速）不变时，上述效率公式（式（3-23-2）中的分母是一个常数；随着涡轮转速的升高，）中的分母是一个常数；随着涡轮转速的升高，传动比变大，效率也高。反之，随着涡轮转速的降低，传动比变大，效率也高。反之，随着涡轮转速的降低，偶合器的效率也随之下降。需要指出的是，从理论上偶合器的效率也随之下降。需要指出的是，从理论上讲，当讲，当n n1 1=n=n2 2时时i=0i=0，效率最高。这只有在

16、涡轮轴上没有，效率最高。这只有在涡轮轴上没有负载时才可能出现。而实际是，负载时才可能出现。而实际是，当当n n1 1=n=n2 2，偶合器的泵，偶合器的泵轮和涡轮之间没有速度差；泵轮里的液体随泵轮作旋轮和涡轮之间没有速度差；泵轮里的液体随泵轮作旋转运动产生的离心惯性力和涡轮里的液体随涡轮运动转运动产生的离心惯性力和涡轮里的液体随涡轮运动产生的离心惯性力大小相等而方向相反；偶合器内的产生的离心惯性力大小相等而方向相反；偶合器内的液体不流动，也没有环流，偶合器也就失去了能量传液体不流动，也没有环流，偶合器也就失去了能量传递的作用。递的作用。22耦耦合合器器的的传传动动比比耦耦合合器器的的效效率率：

17、则则液液力力耦耦合合器器的的效效率率为为，则则：，输输出出扭扭矩矩为为入入扭扭矩矩为为根根据据动动量量矩矩定定理理，设设输输: i:2313121200)(i)(nnnMnMMMMMiioi公式公式3-1、3-2232. 2. 变矩器的能量传递原理变矩器的能量传递原理（见图（见图3-73-7） 液力变矩器与液力偶合器在结构上的最大区别就是液力变矩器与液力偶合器在结构上的最大区别就是液力变矩器比液力偶合器多加装了一个固定的流体导液力变矩器比液力偶合器多加装了一个固定的流体导向装置向装置导轮。图导轮。图3-73-7所示为最简单的液力变矩器的所示为最简单的液力变矩器的结构简图。它由泵轮结构简图。它由

18、泵轮1 1、涡轮、涡轮2 2和导轮和导轮3 3等三个基本元件等三个基本元件组成。组成。 当泵轮当泵轮1 1由发动机驱动旋转时，工作液体泵轮的外由发动机驱动旋转时，工作液体泵轮的外端出口端出口b b 甩出（甩出（R R2 2即表示泵轮叶片出口在中间旋转曲即表示泵轮叶片出口在中间旋转曲面上的半径）而进入涡轮，然后自涡轮的面上的半径）而进入涡轮，然后自涡轮的C C端（端（R R3 3表示表示涡轮叶片出口在中间旋转曲面的半径）流出而进入导涡轮叶片出口在中间旋转曲面的半径）流出而进入导轮，再经导轮轮，再经导轮a a端流入泵轮而形成环流。端流入泵轮而形成环流。241-泵轮，2-涡轮，3-导轮图图3-7 变

19、矩器结构图变矩器结构图25图图3-8 叶栅展开图叶栅展开图26 叶珊展开图（图叶珊展开图（图3-8） 力矩计计算（公式力矩计计算（公式3-4） 把变矩器的公式（把变矩器的公式（3-83-8）和偶合器的）和偶合器的公式（公式（3-113-11）进行比较，我们可以看出，）进行比较，我们可以看出，变矩器涡轮轴上的输出力矩和泵轮轴上变矩器涡轮轴上的输出力矩和泵轮轴上的力矩并不是偶合器中的等量关系，而的力矩并不是偶合器中的等量关系，而是多了一个导轮对流体的作用力矩是多了一个导轮对流体的作用力矩M M3 3。这是导轮在变矩器中对变扭所起的关键这是导轮在变矩器中对变扭所起的关键作用。作用。27）（或或程程为

20、为：可可得得到到耦耦合合器器的的力力矩矩方方如如果果删删去去导导轮轮力力矩矩，则则即即：把把以以上上三三式式相相加加：导导轮轮对对流流体体的的作作用用力力矩矩为为：涡涡轮轮对对流流体体的的作作用用力力矩矩为为：泵泵轮轮对对流流体体的的作作用用力力矩矩得得如如下下等等式式：的的进进口口速速度度。所所以以，可可口口速速度度即即导导轮轮的的进进口口速速度度，涡涡轮轮的的出出泵泵轮轮的的出出口口速速度度即即涡涡轮轮：涡涡轮轮出出口口处处的的绝绝对对速速度度，相相对对速速度度为为为为涡涡轮轮出出口口处处的的牵牵连连速速度度），相相对对速速度度为为为为泵泵轮轮出出口口处处的的牵牵连连速速度度：泵泵轮轮出出

21、口口处处的的绝绝对对速速度度11308373063534321212313213112321322112211212122222232222221222MMMMMMMMMMRvRvMRvRvMRvRvMvvvvvvWuvWRuuWuvWuu)()()()(Q)()(Q)()(Q)(R(DDTTBBBDDTTBTTTTTTBBBBBB公式公式3-428 变矩原理（见图变矩原理（见图3-9） 涡轮转速为零或较低（相当于起步或重载低速涡轮转速为零或较低（相当于起步或重载低速时），涡轮出口的绝对速度（即导轮的进口速时），涡轮出口的绝对速度（即导轮的进口速度）和导轮的出口速度相反，涡轮轴上的输出度）和导

22、轮的出口速度相反，涡轮轴上的输出力矩大于泵轮轴上的力矩。力矩大于泵轮轴上的力矩。 当涡轮转速逐渐升高，即涡轮的牵连速度逐渐当涡轮转速逐渐升高，即涡轮的牵连速度逐渐增加时，涡轮出口绝对速度逐渐减小，方向逐增加时，涡轮出口绝对速度逐渐减小，方向逐渐改变；当涡轮的转速增加到一定程度以后渐改变；当涡轮的转速增加到一定程度以后（导轮进出口绝对速度的方向相同），流体作（导轮进出口绝对速度的方向相同），流体作用于涡轮的力矩（涡轮的输出力矩）小于泵轮用于涡轮的力矩（涡轮的输出力矩）小于泵轮作用于流体的作用力矩（泵轮的输入力矩）。作用于流体的作用力矩（泵轮的输入力矩）。29 A A 起步时起步时B B 车速较高

23、时车速较高时1 1 由泵轮冲向涡轮的液流方向；由泵轮冲向涡轮的液流方向；2 2 由涡轮冲向导轮的液流方向；由涡轮冲向导轮的液流方向；3 3。由导轮。由导轮冲向泵轮的液流方向。冲向泵轮的液流方向。图3-9导轮流体方向的变化图303 3单向离合器和锁止离合器的应用单向离合器和锁止离合器的应用 涡轮转速升高以后，由涡轮流出流体的涡轮转速升高以后，由涡轮流出流体的绝对速度的方向改变，使这些流体冲击绝对速度的方向改变，使这些流体冲击导轮叶片的背部而引起了导轮流进泵轮导轮叶片的背部而引起了导轮流进泵轮的流体的方向改变而使流体对泵轮产生的流体的方向改变而使流体对泵轮产生了一个阻滞泵轮运动的力矩。要改变这了一

24、个阻滞泵轮运动的力矩。要改变这种状况，关键是改变导轮流出流体绝对种状况，关键是改变导轮流出流体绝对速度方向的改变速度方向的改变。31单向离合器的作用单向离合器的作用 当涡轮的转速不高，导轮力矩当涡轮的转速不高，导轮力矩M30时，由于涡时，由于涡轮出口流体力图使导轮反转（指和泵轮转向相轮出口流体力图使导轮反转（指和泵轮转向相反），此时单向离合器反向锁止，导轮被固定反），此时单向离合器反向锁止，导轮被固定不动。最终使涡轮的输出力矩大于泵轮力矩。不动。最终使涡轮的输出力矩大于泵轮力矩。 当涡轮转速再升高，涡轮出口流体开始冲击导当涡轮转速再升高，涡轮出口流体开始冲击导轮叶片背部，导轮力矩轮叶片背部，导

25、轮力矩M30时，导轮旋转，时，导轮旋转，导轮出口流体的绝对速度改变，使导轮输出力导轮出口流体的绝对速度改变，使导轮输出力矩保持在矩保持在M3=0状态（即偶合状态）。状态（即偶合状态）。32锁止离合器的作用锁止离合器的作用 当涡轮转速达到一定值以后，它就只能当涡轮转速达到一定值以后，它就只能工作在耦合器的工作状态，成为一个耦工作在耦合器的工作状态，成为一个耦合器。当汽车处于高速轻载时，其效率合器。当汽车处于高速轻载时，其效率必然很低。当汽车高速轻载时，把变矩必然很低。当汽车高速轻载时，把变矩器的泵轮和涡轮直接锁止在一起形成机器的泵轮和涡轮直接锁止在一起形成机械传动，充分发挥机械传动效率高的特械传

26、动，充分发挥机械传动效率高的特点，汽车在良好路面行驶时，通过锁止点，汽车在良好路面行驶时，通过锁止装置把泵轮和涡轮锁止在一起，使汽车装置把泵轮和涡轮锁止在一起，使汽车高速行驶时的效率大为提高。高速行驶时的效率大为提高。333-4 3-4 自动变速器的变速机构自动变速器的变速机构 手动变速器一般用外啮合普通齿轮变手动变速器一般用外啮合普通齿轮变速机构，而自动变速器一般用内啮合的速机构，而自动变速器一般用内啮合的行星齿轮机构。行星齿轮机构。 和普通手动变速器相比，在传递同样和普通手动变速器相比，在传递同样功率的条件下，内啮合行星齿轮机构可功率的条件下，内啮合行星齿轮机构可以大大减小变速机构的尺寸和

27、重量；并以大大减小变速机构的尺寸和重量；并可以实现同向、同轴减速传动。可以实现同向、同轴减速传动。 此外，由于采用内啮合传动，变速过此外，由于采用内啮合传动，变速过程中动力不间断，加速性好，工作可靠。程中动力不间断，加速性好，工作可靠。34一、一、行星齿轮机构的基本结构和行星齿轮机构的基本结构和 工作原理工作原理 行星齿轮机构按照齿轮排数不同。可行星齿轮机构按照齿轮排数不同。可以分为单排和多排行星齿轮机构。以分为单排和多排行星齿轮机构。 多排行星齿轮机构一般由几个单排多排行星齿轮机构一般由几个单排行星齿轮机构组成。行星齿轮机构组成。 在自动变速器中一般应用在自动变速器中一般应用2-32-3个单

28、排个单排行星齿轮机构组成一个多排行星齿轮机行星齿轮机构组成一个多排行星齿轮机构。构。 但单排行星齿轮机构是分析多排行星但单排行星齿轮机构是分析多排行星齿轮机构的基础。齿轮机构的基础。351 1单排行星齿轮机构和它的传动原单排行星齿轮机构和它的传动原 理（见图理（见图3-103-10） 如图如图3-103-10所示为一个单排行星齿轮机所示为一个单排行星齿轮机构的基本结构简图。构的基本结构简图。 从图中可以看出，一个单排行星齿从图中可以看出，一个单排行星齿轮机构由太阳轮轮机构由太阳轮1 1、行星齿轮和行星齿轮、行星齿轮和行星齿轮架架2 2及环齿圈及环齿圈3 3组成。组成。 由于行星齿轮和行星架是一

29、个整体由于行星齿轮和行星架是一个整体（以下简称行星架），所以，在一个行（以下简称行星架），所以，在一个行星排中只有三个基本元件：太阳轮、行星排中只有三个基本元件：太阳轮、行星架和环齿圈。星架和环齿圈。361 13 32 21 1 太阳轮太阳轮 2 2 行星齿轮和行星齿轮架，行星齿轮和行星齿轮架，3 3 环齿圈环齿圈图图3-10 行星齿轮机构简图行星齿轮机构简图372. 单排行星齿轮机构的组合方式单排行星齿轮机构的组合方式 由于单排行星轮机构有两个自由度，因此，由于单排行星轮机构有两个自由度，因此，它没有固定的传动比，不能直接用于变速传动，它没有固定的传动比，不能直接用于变速传动，也就不能传递功

30、率。也就不能传递功率。 所以，行星排在传递功率时，三元件中的所以，行星排在传递功率时，三元件中的一个必须被锁止，使其它二个元件中的一个为一个必须被锁止，使其它二个元件中的一个为主动件，另一个为从动件。主动件，另一个为从动件。通过这两个元件才通过这两个元件才可能传递功率，也才有固定的传动比。可能传递功率，也才有固定的传动比。 一个行星排可以得到八种不同的组合方式。一个行星排可以得到八种不同的组合方式。383 . 传动比的基本计算传动比的基本计算 行星排在运转时行星排在运转时 ，由于行星轮存在，由于行星轮存在自转和公转两种运动状态，因此其传动自转和公转两种运动状态，因此其传动比的计算方法和定轴式齿

31、轮传动机构的比的计算方法和定轴式齿轮传动机构的计算方法稍有不同。一种是根据定轴式计算方法稍有不同。一种是根据定轴式齿轮传动计算传动比的模式来计算，当齿轮传动计算传动比的模式来计算，当行星架作为主动件或从动件时，赋予行行星架作为主动件或从动件时，赋予行星架一个当量齿数，就可以直接计算传星架一个当量齿数，就可以直接计算传动比；动比；另一种计算方法是根据单排行星另一种计算方法是根据单排行星轮的运动特性方程来进行计算。两者殊轮的运动特性方程来进行计算。两者殊途同归。途同归。39直接计算直接计算 环齿圈锁止或制动环齿圈锁止或制动太阳轮制动太阳轮制动 行星架制动行星架制动根据运动特性方程的计算直接计算根据

32、运动特性方程的计算直接计算40）（从动件转速主动件转速主动件齿数从动件齿数传动比153)i (公式3-1541143056241332245617080561431568013080241333248021122211.B.A.B.A.B.AZZiZZiZZiZZiZZiZZifeCdCCCbCa：环齿圈为主动件：太阳轮为主动件：行星架制动：行星架为主动件：环齿圈为主动件：太阳轮制动：行星架为主动件：太阳轮为主动件：环齿圈锁止或制动直直 接接 计计 算算 示示 例例Z Z1 1=24=24Z Z2 2=56=56Z ZC C=Z=Z1 1+Z+Z2 2=80=8042从动件转速主动件转速传动比

33、：式中：运动方程式为：，行星架的转速为转速为，环齿圈的齿数为，转速为设太阳轮的齿数为i)()(,nnZ,nZZnnn12321322111631Z公式公式3-16 运动特性方程运动特性方程434. 辛普森行星排辛普森行星排1 1的结构及传动规律的结构及传动规律 如图如图3-113-11所示为一个辛普森（所示为一个辛普森（SimpsonSimpson）式）式双排行星齿轮机构的简图。它是由两个内啮合双排行星齿轮机构的简图。它是由两个内啮合单排行星齿轮机构组合而成。单排行星齿轮机构组合而成。 从图中可以看出，两个行星排共用一个太从图中可以看出，两个行星排共用一个太阳轮。称前后太阳轮组件阳轮。称前后太

34、阳轮组件1 1；前行星架和后环；前行星架和后环齿圈固连为一体，称前行星架和后环齿圈组件齿圈固连为一体，称前行星架和后环齿圈组件3 3；这个组件和输出轴；这个组件和输出轴5 5连接在一起。连接在一起。 经过这样的组合，本来两个行星排的六个经过这样的组合，本来两个行星排的六个基本元件就变成一个只有四个独立元件的行星基本元件就变成一个只有四个独立元件的行星齿轮机构。齿轮机构。441-前后太阳轮组件，前后太阳轮组件，2-前环齿圈，前环齿圈，3-前行星架后环齿圈组件，前行星架后环齿圈组件，4-后后行星架，行星架，5-输出轴输出轴图图3-11双排行星齿轮机构简图双排行星齿轮机构简图共用太阳轮共用太阳轮前环

35、齿圈前环齿圈前行星架后前行星架后环齿圈组件环齿圈组件后行星架后行星架输出轴输出轴455.5.辛普森行星排辛普森行星排2 2的结构及传动规律的结构及传动规律 图图3-123-12所示为辛普森行星排的一种应所示为辛普森行星排的一种应用形式（例如用形式（例如A340EA340E自动变速器）。自动变速器）。 它也是一种辛普森双排行星齿轮机它也是一种辛普森双排行星齿轮机构，并且两个行星排也是共用一个太阳构，并且两个行星排也是共用一个太阳轮。轮。 由于安装形式翻转了由于安装形式翻转了180180度，它不是度，它不是如图如图3-113-11所示的由前行星架和后环齿圈所示的由前行星架和后环齿圈组成一个组件，而

36、是由前环齿圈和后行组成一个组件，而是由前环齿圈和后行星架组成一个组件。星架组成一个组件。461-前后太阳轮，前后太阳轮，2-前行星架，前行星架，3-前环齿圈后行星架组件，前环齿圈后行星架组件，4-后环后环齿圈，齿圈，5-输出轴输出轴图图3-12 辛普森行星排辛普森行星排2 2的结构的结构及传动规律及传动规律47二、变速机构中换档执行机构二、变速机构中换档执行机构 内啮合式的行星齿轮机构，不管是辛内啮合式的行星齿轮机构，不管是辛普森式的行星排或是拉维奈尔赫式的行普森式的行星排或是拉维奈尔赫式的行星排，通过对行星排基本独立元件采取星排，通过对行星排基本独立元件采取不同的约束，就可以改变传动关系而得

37、不同的约束，就可以改变传动关系而得到不同的传动比，使自动变速器得到不到不同的传动比，使自动变速器得到不同的档位。同的档位。 对行星排各基本独立元件进行约束对行星排各基本独立元件进行约束的机构，就是换档执行机构。的机构，就是换档执行机构。换档执行换档执行机构由离合器、制动器和单向离合器组机构由离合器、制动器和单向离合器组成成。48 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 921 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 1021 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 101-1-超越离合器超越离合器C0，2-超速制动器超速制动器

38、B0，3-二档滑行制动器二档滑行制动器B1，4-直接离合器直接离合器C2，5-前进离合前进离合器器C1，6-二档制动器二档制动器B2，7-一、倒档制动器一、倒档制动器B3，8-后行星架，后行星架，9-后环齿圈，后环齿圈，10-输出轴，输出轴，11-太阳轮，太阳轮，12-第二单向离合器，第二单向离合器，13-第一单向离合器，第一单向离合器，14-前环齿圈，前环齿圈，15-前行星架，前行星架，16-超速超速环齿圈，环齿圈，17-超速行星架，超速行星架，18-超速太阳轮，超速太阳轮，19-输入轴，输入轴，20-超速单向离合器，超速单向离合器，21-超速输入超速输入轴轴图图3-15 自动变速器结构简图

39、自动变速器结构简图491离合器离合器 离合器是换档执行机构中进行连接的主要离合器是换档执行机构中进行连接的主要元件。元件。 离合器连接输入轴与行星齿轮机构，把液离合器连接输入轴与行星齿轮机构，把液力变矩器输出的动力传递给行星齿轮机构；力变矩器输出的动力传递给行星齿轮机构； 或把行星排的某两个元件连接在一起，使或把行星排的某两个元件连接在一起，使之成为一个整体。之成为一个整体。 直接离合器直接离合器 直接离合器直接离合器4把输入轴把输入轴19的输出动力传递的输出动力传递至双行星排的共用太阳轮。至双行星排的共用太阳轮。50 1 2 3 4 5 6 8 9 10 71 1 直接离合器鼓，直接离合器鼓

40、，2 2 活塞，活塞，3 O3 O型圈，型圈，4 4 回位弹簧，回位弹簧，5 5 卡簧，卡簧，6 6 离合器离合器推力垫，推力垫，7 7 摩擦片，摩擦片，8 8 钢片，钢片，9 9 法兰，法兰，10 10 卡簧卡簧图图3-16直接离合器分解图直接离合器分解图51 前进离合器前进离合器 前进离合器前进离合器C C1 1则是输入轴和前环齿则是输入轴和前环齿圈之间的连接件。圈之间的连接件。 直接离合器和前进离合器都是把动直接离合器和前进离合器都是把动力由输入轴传递至行星排，而在超越离力由输入轴传递至行星排，而在超越离合器合器C C0 0则是可以实现行星排中两个独立则是可以实现行星排中两个独立元件之间

41、的连接。元件之间的连接。 在超速行星排中，如果超越离合器啮在超速行星排中，如果超越离合器啮合，则把超速行星架和超速太阳轮连接合，则把超速行星架和超速太阳轮连接为一体。使超速行星排形成直接传动。为一体。使超速行星排形成直接传动。52图图3-17 前进离合器分解图前进离合器分解图 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141 卡圈，卡圈，2 滚针轴承，滚针轴承，3 前进离合器鼓，前进离合器鼓，4 O型圈，型圈，5 活塞，活塞，6 O型圈，型圈，7 回位弹簧，回位弹簧，8 卡簧，卡簧，9 座圈滚道，座圈滚道，10 滚针轴承，滚针轴承，11 缓冲板，缓冲板，12 钢片，钢片，13 摩擦片

42、，摩擦片，14 卡簧卡簧532单向离合器单向离合器 单向离合器又称自由轮离合器，在液单向离合器又称自由轮离合器，在液力变矩器和行星排中均有应用。力变矩器和行星排中均有应用。 在行星排中，它用来锁止某一个元件在行星排中，它用来锁止某一个元件的某种转向。它同时还具有固连作用，当的某种转向。它同时还具有固连作用，当与之相连元件的受力方向与锁止方向相同与之相连元件的受力方向与锁止方向相同时，该元件在即被固连；当受力方向与锁时，该元件在即被固连；当受力方向与锁止方向相反时，该元件即被释放。止方向相反时，该元件即被释放。 单向离合器的锁止和释放完全由与之相单向离合器的锁止和释放完全由与之相连元件的受力方向

43、来控制。常见的单向离连元件的受力方向来控制。常见的单向离合器有滚柱式和楔块式两种。合器有滚柱式和楔块式两种。54 滚柱式单向离合器滚柱式单向离合器 滚柱式单向离合器一般由内环、外环、滚柱式单向离合器一般由内环、外环、滚柱和保持弹簧组成。内环通过内花键的滚柱和保持弹簧组成。内环通过内花键的形式和行星排的某个元件相连；外环通过形式和行星排的某个元件相连；外环通过外花键的形式与行星排的另一个元件或变外花键的形式与行星排的另一个元件或变速器壳体相连。速器壳体相连。 总归，单向离合器的内环和外环，一总归，单向离合器的内环和外环，一个连接旋转件而另一个连接固定件，滚柱个连接旋转件而另一个连接固定件，滚柱弹

44、簧安装在外环（或内环）弹簧安装在外环（或内环） 的斜槽内，的斜槽内，弹簧的弹力将滚柱推向较窄的一端。弹簧的弹力将滚柱推向较窄的一端。55a:自由状态自由状态 b:锁紧状态锁紧状态1 1 外环，外环，2 2 内环，内环，3 3 滚柱，滚柱，4 4 弹簧弹簧图图3-18 滚柱式单向离合器滚柱式单向离合器56 楔块式单向离合器楔块式单向离合器 图图3-193-19所示为楔块式单向离合器的所示为楔块式单向离合器的结构原理简图。它的基本结构和滚柱式结构原理简图。它的基本结构和滚柱式单向离合器的相同，它们的主要区别在单向离合器的相同，它们的主要区别在于锁紧元件由滚柱变为楔块。所以，在于锁紧元件由滚柱变为楔

45、块。所以，在内外环上没有斜槽；楔块也不象滚柱单内外环上没有斜槽；楔块也不象滚柱单个安装在斜槽中，而是由保持弹簧（有个安装在斜槽中，而是由保持弹簧（有轴承保持架的功能）把所有楔块连为一轴承保持架的功能）把所有楔块连为一体，安装于内外环之间。体，安装于内外环之间。57图图3-19 楔块式单向离合器简图楔块式单向离合器简图A:自由状态自由状态B:锁紧状态锁紧状态583制动器制动器 自动变速器中的制动器是用来固定行自动变速器中的制动器是用来固定行星排中的某个基本元件。星排中的某个基本元件。 通过制动器的结合，把行星排中的某通过制动器的结合，把行星排中的某个元件和变速器壳体连接起来，使之不个元件和变速器

46、壳体连接起来，使之不能转动。能转动。 自动变速器中的制动器有两种，一种自动变速器中的制动器有两种，一种是片式制动器；一种是带式制动器。带是片式制动器；一种是带式制动器。带式制动器又称制动带。式制动器又称制动带。59 片式制动器片式制动器 如图如图3-203-20所示为一片式制动器的结所示为一片式制动器的结构分解图。片式制动器主要由制动鼓、构分解图。片式制动器主要由制动鼓、制动片（钢片和摩擦片）、制动毂、回制动片（钢片和摩擦片）、制动毂、回位弹簧及弹簧座等组成。位弹簧及弹簧座等组成。 和片式离合器不同的是，片式制动和片式离合器不同的是，片式制动器的制动鼓不是一个独立元件，而是固器的制动鼓不是一个

47、独立元件，而是固定在变速器壳体或本身就跟变速器壳体定在变速器壳体或本身就跟变速器壳体是一体制作出来的。是一体制作出来的。60 1 2 3 4678910115121 卡簧，卡簧，2 法兰，法兰，3 摩察片，摩察片，4活塞套筒，活塞套筒，5 钢片，钢片，6 推力垫，推力垫，7 卡簧，卡簧，8 弹弹簧座，簧座，9 回位弹簧，回位弹簧，10 活塞，活塞，11 O型圈，型圈，12 制动毂制动毂 图图3-20 二档制动器分解图二档制动器分解图61 带式制动器带式制动器 带式制动器的主要零件为制动鼓、制动带、带式制动器的主要零件为制动鼓、制动带、油缸、活塞弹簧等。油缸、活塞弹簧等。 制动鼓与行星排的某一元

48、件连接（多为与制动鼓与行星排的某一元件连接（多为与行星排元件相连的离合器的外圆柱面），并随行星排元件相连的离合器的外圆柱面），并随该元件旋转；制动带的内表面有一层摩擦系数该元件旋转；制动带的内表面有一层摩擦系数较高的摩擦衬片。较高的摩擦衬片。 制动带的一端用销子或调整螺钉与变速器制动带的一端用销子或调整螺钉与变速器壳体上的制动带支架相连，另一端与油缸活塞壳体上的制动带支架相连，另一端与油缸活塞上的推杆相连；油缸的缸体和变速器壳体是一上的推杆相连；油缸的缸体和变速器壳体是一体的。体的。62 4 5 6 7 8 9 10 11 121 2 31 E E型环，型环，2 2 锁杆，锁杆，3 3 制动带

49、，制动带，4 4 弹簧，弹簧，5 5 活塞杆，活塞杆，6 6 挡圈，挡圈，7 7 弹簧，弹簧，8 8 密封油密封油环，环，9 9 活塞，活塞，10 E10 E型环，型环，11 11 活塞，活塞，12 12 卡环，卡环，13 O13 O型圈型圈13图图3-21 带式制动器带式制动器633-5 自动变速器机械部分的自动变速器机械部分的 常见组合及传动原理常见组合及传动原理 自动变速器的机械部分指变矩器、行星自动变速器的机械部分指变矩器、行星排和换档执行机构（离合器、制动器等）及排和换档执行机构（离合器、制动器等）及输入输出轴等机械另部件。输入输出轴等机械另部件。 虽然自动变速器的型号很多，但就机械

50、虽然自动变速器的型号很多，但就机械部分而言，其基本方式却是为数不多的几种，部分而言，其基本方式却是为数不多的几种，就行星排而言，基本是辛普森行星齿轮机构就行星排而言，基本是辛普森行星齿轮机构和拉维奈尔赫行星齿轮机构。和拉维奈尔赫行星齿轮机构。64一、前环齿圈固连后行星架形式一、前环齿圈固连后行星架形式 的辛普森行星齿的辛普森行星齿 轮机构轮机构 这一类型在六十年代末七十年代初以前这一类型在六十年代末七十年代初以前环齿圈后行星架组件、共用太阳轮、前行星环齿圈后行星架组件、共用太阳轮、前行星架和后环齿圈组成辛普森双排行星齿轮机构。架和后环齿圈组成辛普森双排行星齿轮机构。前接液力变矩器就形成了一个具

51、有三个前进前接液力变矩器就形成了一个具有三个前进档和一个倒档的自动变速器的机械部分。再档和一个倒档的自动变速器的机械部分。再增加一个超速行星排及相应的执行元件，形增加一个超速行星排及相应的执行元件，形成了八十年代至九十年代常用的自动变速器，成了八十年代至九十年代常用的自动变速器，如丰田公司的如丰田公司的A40D-A43DA40D-A43D等等。651基本结构形式基本结构形式 如图如图3-223-22所示为日本丰田所示为日本丰田A43DA43D自动变自动变速器机械部分的结构简图。速器机械部分的结构简图。 它是在辛普森双排行星轮系的基础它是在辛普森双排行星轮系的基础上，在液力变矩器和双排行星轮系之

52、间上，在液力变矩器和双排行星轮系之间加入了一个行星排（超速行星排）而成。加入了一个行星排（超速行星排）而成。双排行星轮系用来产生三个前进档（双排行星轮系用来产生三个前进档（1-31-3档）和一个倒档；超速行星排产生一个档）和一个倒档；超速行星排产生一个超速档（俗称超速档（俗称O/DO/D档）。档）。66 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1121 20 19 18 17 16 15 14 13 12 1-O/D制动器制动器B0，2-O/D直接离合器直接离合器C0，3-O/D行星架，行星架，4-O/D环齿环齿圈，圈，5-前进离合器前进离合器C1，6-直接离合器直接离合器C2，7-第一制动

53、器第一制动器B1，8-第二第二制动器制动器B2，9-第三制动器第三制动器B3，10-前环齿圈后行星架组件，前环齿圈后行星架组件，11-后环后环齿圈，齿圈，12-输出轴，输出轴，13-共用太阳轮，共用太阳轮，14-前行星架，前行星架，15-第二单向离第二单向离合器合器F2，16-第一单向离合器第一单向离合器F1，17-中间轴，中间轴，18-输入轴，输入轴，19-O/D太阳轮，太阳轮，20-O/D单向离合器，单向离合器，21-O/D输入轴。输入轴。图图3-22 A43D变速机构示意图变速机构示意图67 O/D直接离合器直接离合器C C0 0 C C0 0连接超速行星排中的超速太阳轮连接超速行星排中

54、的超速太阳轮1919和超速行和超速行星架星架3 3。 当当C C0 0啮合时，超速太阳轮啮合时，超速太阳轮1919和超速行星架和超速行星架3 3连为一体，整个超速行星排以直接档（传动比连为一体，整个超速行星排以直接档（传动比为为1 1）传动方式把液力变矩器的动力传递至后续）传动方式把液力变矩器的动力传递至后续的双排行星齿轮机构。的双排行星齿轮机构。 在自动变速器以倒档和在自动变速器以倒档和1-31-3档运行时，超速档运行时，超速离合器离合器C C0 0是结合的，只有在超速档（是结合的，只有在超速档（O/DO/D档）时档）时才脱开啮合。才脱开啮合。68 前进离合器前进离合器C1 当前进离合器当前

55、进离合器5 5啮合时，前进离合器啮合时，前进离合器5 5就把超速行星排的输出经输入轴就把超速行星排的输出经输入轴1818和中和中间轴间轴1717传递至辛普森双排行星齿轮机构。传递至辛普森双排行星齿轮机构。传动路线见下图传动路线见下图：超 速超 速环 齿环 齿圈圈4 4输输入入轴轴1818前进前进离合离合器器5中中间间轴轴17后后环环齿齿圈圈69 后离合器后离合器C2（又称直接档离合器）（又称直接档离合器） 后离合器后离合器6 6把超速行星排的输出连接到双排行星齿把超速行星排的输出连接到双排行星齿轮机构的共用太阳轮轮机构的共用太阳轮1313。前进离合器。前进离合器5 5的离合器鼓连接的离合器鼓连

56、接着后离合器着后离合器6 6的离合器毂，后离合器的离合器鼓又和共的离合器毂，后离合器的离合器鼓又和共用太阳轮用太阳轮1313的一端用内外花键连接。所以当后离合器的一端用内外花键连接。所以当后离合器啮合时，超速行星排的输出经输入轴啮合时，超速行星排的输出经输入轴1818、前进离合器、前进离合器的离合器鼓、后离合器传递至共用太阳轮的离合器鼓、后离合器传递至共用太阳轮1313。其传递。其传递路线为：路线为：超 速超 速环 齿环 齿圈圈4输输入入轴轴18前进前进离合离合器鼓器鼓后离后离合器合器6共 用共 用太 阳太 阳轮轮131370 超速制动器超速制动器B0 超速制动器超速制动器B B0 0用来固定

57、超速太阳轮。用来固定超速太阳轮。超速制动器超速制动器B B0 0的制动鼓和变速器壳体是的制动鼓和变速器壳体是一体的，其制动毂和超速太阳轮相连。一体的，其制动毂和超速太阳轮相连。 当超速制动器啮合时，超速太阳轮当超速制动器啮合时，超速太阳轮被制动。超速行星架被制动。超速行星架3 3和超速输入轴和超速输入轴2121相相连，所以是主动件，则环齿圈是从动件，连，所以是主动件，则环齿圈是从动件，此时行星排得到最小的传动比，即是一此时行星排得到最小的传动比，即是一种增速减扭的传动方式（种增速减扭的传动方式（O/DO/D档）。档）。71第一制动器第一制动器B1 第一制动器第一制动器7 7的制动鼓和变速器壳体

58、的制动鼓和变速器壳体为一体，制动毂和双排行星轮的共用太为一体，制动毂和双排行星轮的共用太阳轮阳轮1313相连。相连。 当它动作时，就使共用太阳轮当它动作时，就使共用太阳轮1313被被制动。在低速前进档需要利用发动机制制动。在低速前进档需要利用发动机制动时，第一制动器动时，第一制动器B B0 0动作（详见后述）。动作（详见后述）。72第二制动器第二制动器B2 第二制动器第二制动器8 8的制动鼓在变速器壳体上，制的制动鼓在变速器壳体上，制动毂和第一单向离合器动毂和第一单向离合器1515的外环相连，而第一的外环相连，而第一单向离合器的内环和共用太阳轮单向离合器的内环和共用太阳轮1313相连。相连。

59、它和第一单向离合器它和第一单向离合器1515联合使用对共用太联合使用对共用太阳轮进行控制。当第二制动器结合时，第一单阳轮进行控制。当第二制动器结合时，第一单向离合器的外环被固定不动，则使第一单向离向离合器的外环被固定不动，则使第一单向离合器内环所连接的共用太阳轮不能逆时针旋转，合器内环所连接的共用太阳轮不能逆时针旋转，共用太阳轮逆时针方向收到锁止共用太阳轮逆时针方向收到锁止。73 第三制动器第三制动器B3 第三制动器的制动鼓在变速器壳体上，第三制动器的制动鼓在变速器壳体上，而制动毂和第二单向离合器的外环相连。而制动毂和第二单向离合器的外环相连。它主要用于低速一档利用发动机制动时，它主要用于低速

60、一档利用发动机制动时，制动前行星架。（详见后述）。制动前行星架。（详见后述）。74 超速单向离合器超速单向离合器F0（O/D单向离合器）单向离合器） 超速单向离合器在超速太阳轮和超速行星超速单向离合器在超速太阳轮和超速行星架之间配合超速离合器架之间配合超速离合器C C0 0对超速太阳轮的转向对超速太阳轮的转向进行辅助控制。进行辅助控制。 当自动变速器由三档升为四档时，能改善当自动变速器由三档升为四档时，能改善换档的平顺性。换档的平顺性。 在超速离合器并列的位置上布置了超速单在超速离合器并列的位置上布置了超速单向离合器向离合器F F0 0，它能有效地防止在超速离合器，它能有效地防止在超速离合器C