辛普森行星齿轮变速装置结构与工作原理

1、单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置1项目（四）辛普森行星齿轮变速装置结构与工作原理项目（四）辛普森行星齿轮变速装置结构与工作原理1.辛普森式行星齿轮变速装置（辛普森式行星齿轮变速装置（A43D）结构与表示方法）结构与表示方法A43D自动变速器行星齿轮变速装置总体结构如下图所示。自动变速器行星齿轮变速装置总体结构如下图所示。第一排亦称超速行星排。输入轴与超速行星排的行星架相连，第一排亦称超速行星排。输入轴与超速行星排的行星架相连，超速行星排的齿圈与中间轴相连，中间轴通过离合器超速行星排的齿圈与中间轴相连，中间轴通过离合器C1或或C2与二、三行星排相连。二、三行星排共用一个太阳轮（或不

2、与二、三行星排相连。二、三行星排共用一个太阳轮（或不共用一个太阳轮），二行星排的齿圈与三行星排的行星架相共用一个太阳轮），二行星排的齿圈与三行星排的行星架相连并与输出轴相连。连并与输出轴相连。单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置2A43D自动变速器行星齿轮变速装置总体结构 单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置3辛普森式行星齿轮变速装置（辛普森式行星齿轮变速装置（A43D）结构简图表示方法）结构简图表示方法B0C0F0C1B1B2F2F1B3C2N图图3-403-40辛普森式三行星排自动变速器行星齿轮变速装置结构简图辛普森式三行星排自动变速器行星齿轮变速装置结构简图单元三单元

3、三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置4表3-3三行星排辛普森式行星齿轮变速装置换档执行元件工作表档位档位档位档位离合器离合器制动器制动器单向离合器单向离合器C C0 0C C1 1C C2 2B B0 0B B1 1B B2 2B B3 3F F0 0F F1 1 F F2 2P P驻车驻车R R倒档倒档N N空档空档D D1 12 23 3O/DO/D2 2或或S S1 12 23 3L L1 12 2单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置5（1）R档（倒档）传动分析、转矩传动路线和传动比计算档（倒档）传动分析、转矩传动路线和传动比计算倒档时倒档时C0、C2、F0工作，同时制动器工作

4、，同时制动器B3也工作。也工作。 图3-42a倒档时行星齿轮变速装置传动分析简图（C0、C2、F0、B3工作）2.辛普森式行星齿轮变速装置（辛普森式行星齿轮变速装置（A43D）传动分析、转）传动分析、转 矩传动路线和传动比计算矩传动路线和传动比计算单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置6B0C0F0C1B1B2F2F1B3C2R图图3-42b3-42b倒档时行星齿轮变速装置传动结构简图倒档时行星齿轮变速装置传动结构简图单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置7图图3-42c3-42c倒档时行星齿轮变速装置传动仿真图倒档时行星齿轮变速装置传动仿真图单元三单元三 行星齿轮变速装置行星

5、齿轮变速装置81）R档转矩传动分析档转矩传动分析从表从表3-3中可知，中可知，R档时档时C0、C2、F0、B3工作。如图工作。如图3-42所示，所示， C0与与F0工作后，使超速行星排太阳轮与行星架相连，齿圈不连自连，工作后，使超速行星排太阳轮与行星架相连，齿圈不连自连，超速行星排变为一个刚体，其传动比为超速行星排变为一个刚体，其传动比为1。又因。又因C2离合器工作，把离合器工作，把共用太阳轮与超速行星排的齿圈相连，所以二、三行星排的太阳轮共用太阳轮与超速行星排的齿圈相连，所以二、三行星排的太阳轮便在超速行星排齿圈带动下顺时针旋转，而此时第二排行星架被便在超速行星排齿圈带动下顺时针旋转，而此时

6、第二排行星架被B3制动，所以在共用太阳轮主动顺时针旋转时，其轮齿必给第二排行制动，所以在共用太阳轮主动顺时针旋转时，其轮齿必给第二排行星轮一个作用力，二排行星轮必在行星架上逆时针自转（两齿轮外星轮一个作用力，二排行星轮必在行星架上逆时针自转（两齿轮外啮合），二排行星轮逆时针自转时，必给二排齿圈轮齿一个作用力，啮合），二排行星轮逆时针自转时，必给二排齿圈轮齿一个作用力，二排齿圈必逆时针旋转（两齿轮内啮合）而输出倒档。二排齿圈必逆时针旋转（两齿轮内啮合）而输出倒档。在第三排，共用太阳轮主动顺时针旋转，而行星架被动逆时针旋转在第三排，共用太阳轮主动顺时针旋转，而行星架被动逆时针旋转（两齿轮外啮合），

7、但因太阳轮转速高于行星架的转速，所以行星（两齿轮外啮合），但因太阳轮转速高于行星架的转速，所以行星轮高转速逆时针旋转，使第三排齿圈也高转速空转，但对第二排输轮高转速逆时针旋转，使第三排齿圈也高转速空转，但对第二排输出不干涉。出不干涉。单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置93）R档传动比计算档传动比计算从图从图3-43的传动过程可知，在的传动过程可知，在R档时动力是直接由第二排传出，用第二行档时动力是直接由第二排传出，用第二行星排运动方程计算传动比即可。第二行星排运动方程为星排运动方程计算传动比即可。第二行星排运动方程为 n1+a.n2(1+a)n3=0 上式中，上式中，n1、n2、n

8、3分别为第二排太阳轮、齿圈和行星架转速。分别为第二排太阳轮、齿圈和行星架转速。a= Z2齿圈齿数齿圈齿数/Z1太阳轮齿数太阳轮齿数1。将将n3=0代入上式中，得代入上式中，得: n1+a.n2 =0 n1=-an2 n1/n2=-a1即主动轴转数大于输出轴转速，是减速传动，式中的即主动轴转数大于输出轴转速，是减速传动，式中的“”号表示主被动号表示主被动旋转方向相反。旋转方向相反。用运动方程计算用运动方程计算R档传动比档传动比2）R档（倒档）转矩传动路线：档（倒档）转矩传动路线： 超速行星排行星架超速行星排行星架超速行星排行星轮超速行星排行星轮超速行星排齿圈超速行星排齿圈中间中间轴轴C2共用太阳

9、轮共用太阳轮前行星排行星轮前行星排行星轮前行星排齿圈（后行星架）前行星排齿圈（后行星架）输出轴。输出轴。单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置10用矢量图计算倒档传动比和传动方向用矢量图计算倒档传动比和传动方向 S3C3CSaR1R1R1R1R1R1RC1C1C1C1C1C1S1S1S1S1S1S1R3R3R3R3R3R3R3R3R3C3C3C3C3C3C3C3S3S3S3S3S3S3C3S3S3S2S2S2S2S2S2S2S2S2R2R2R2R2S2R2R2R2R2R2C2C2C2C2C2C2C2C2C2C2R211 1111 11 11 11 11 11 11 11 11 11 1

10、1 11 11 11 11 11 11 11 11 11 1n1n32 22 22 22 22 22 22 22 22 23 33 33 33 33 33 33 33 31 11 11 11 1n1 1n1 1n1 1n3 1n2 1n1 3n1 2n1 3n1 3n1 3n1 3n1 3n1 3n1 2n1 2n1 2n1 2n1 2n1 2n1 2n2 3 3n2 3 3n2 3 3n2 2 2n2 2 2n2 3 3n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 3n3 3n2 2 2n2 2 2n2 1 1n3 1n2 2 2n2 3n2 1n3 1n2 3 3n

11、3 3n3 3n2 3n2 1n2 1n3 1n3 3n2 2 2n2 2 2S2R2C21 12 2n1 2n2 2 2S3C3CSaR1R1R1R1R1R1RC1C1C1C1C1C1S1S1S1S1S1S1R3R3R3R3R3R3R3R3R3C3C3C3C3C3C3C3S3S3S3S3S3S3C3S3S3S2S2S2S2S2S2S2S2S2R2R2R2R2S2R2R2R2R2R2C2C2C2C2C2C2C2C2C2C2R211 1111 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 1n1n32 22 22 22 22 2

12、2 22 22 22 23 33 33 33 33 33 33 33 31 11 11 11 1n1 1n1 1n1 1n3 1n2 1n1 3n1 2n1 3n1 3n1 3n1 3n1 3n1 3n1 2n1 2n1 2n1 2n1 2n1 2n1 2n2 3 3n2 3 3n2 3 3n2 2 2n2 2 2n2 3 3n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 3n3 3n2 2 2n2 2 2n2 1 1n3 1n2 2 2n2 3n2 1n3 1n2 3 3n3 3n3 3n2 3n2 1n2 1n3 1n3 3n2 2 2n2 2 2第1排矢量图 第2排

13、矢量图 第3排矢量图图图343 343 倒档时行星齿轮机构运动矢量图倒档时行星齿轮机构运动矢量图单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置112）用矢量图法计算）用矢量图法计算R档传动比和传动方向档传动比和传动方向R档时第一行星排运动矢量图如图档时第一行星排运动矢量图如图3-43中第中第1排矢量图所示。排矢量图所示。1n3=1n2=1n1R档时第二行星排运动矢量图如图档时第二行星排运动矢量图如图3-43中第中第2排矢量图所示。因离合器排矢量图所示。因离合器C2工工作，把共用太阳轮与第一行星排的齿圈连成一体，因此作，把共用太阳轮与第一行星排的齿圈连成一体，因此1n2=2n1。此时第二行星排行

14、星架被制动器此时第二行星排行星架被制动器B3制动，制动， 2n3=0。过。过S2向右水平画出向右水平画出2n1（2n1=1n2）。连接）。连接2n1端点与端点与C2点线段的延长线与过点线段的延长线与过R2水平线相交所确定水平线相交所确定的矢量线的矢量线2n2即为倒档输出的转速和方向。即为倒档输出的转速和方向。根据相似三角形，根据相似三角形，2n1/-2n2=2。2n1/2n2=-2。即。即R档传动比档传动比i=2n1/2n2=-2 输入与输出减速反向。第二行星排的传动比即为此变速器的输入与输出减速反向。第二行星排的传动比即为此变速器的R档传动比。档传动比。此时第三行星排行星架与第二行星排齿圈相

15、连，即此时第三行星排行星架与第二行星排齿圈相连，即2n2=3n3；第三行星排与；第三行星排与第二行星排共用一个太阳轮，即第二行星排共用一个太阳轮，即3n1=2n1=1n2。过过S3向右水平画出矢量向右水平画出矢量3n1（3n1=2n1=1n2）。过）。过C3点向左水平画出矢量点向左水平画出矢量3n3（3n3=2n2），连接矢量），连接矢量3n1与与3n3端点，其延长线与过端点，其延长线与过R3的水平线相交所确的水平线相交所确定的矢量定的矢量3n2即为第三行星排齿圈的转速和转动方向。矢量即为第三行星排齿圈的转速和转动方向。矢量3n2与矢量与矢量2n2、3n3没有干涉。没有干涉。单元三单元三 行星

16、齿轮变速装置行星齿轮变速装置12（2）D1档传动分析、转矩传动路线和传动比计算档传动分析、转矩传动路线和传动比计算 图图3-44a D3-44a D位位D D1 1档齿轮变速装置转矩传动示意图（档齿轮变速装置转矩传动示意图（C C0 0、C C1 1、F F0 0、F F2 2工作）工作） 单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置13B0C0F0C1B1B2F2F1B3C21 图图3-44b D3-44b D1 1档行星齿轮变速装置转矩传动结构简图档行星齿轮变速装置转矩传动结构简图 单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置14 图图3-44c D3-44c D1 1档行星齿轮变速装

17、置转矩传动仿真图档行星齿轮变速装置转矩传动仿真图 单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置15 从表从表3-33-3可知，可知，D D1 1档时档时C C0 0、C C1 1、F F0 0、F F2 2工作。其具体传动情况如图工作。其具体传动情况如图3-443-44所示。当所示。当C C0 0与与F F0 0工作后，可把超速行星排内的行星架与太阳轮连成一体，整个行星排成一刚体工作后，可把超速行星排内的行星架与太阳轮连成一体，整个行星排成一刚体（原理如前所述），（原理如前所述），D D1 1档时，使超速行星排内的齿圈以档时，使超速行星排内的齿圈以1111的传动比把涡轮的转矩传的传动比把涡轮

18、的转矩传递给离合器递给离合器C C1 1的鼓与毂。的鼓与毂。 从图从图3-443-44又知，当离合器又知，当离合器C C1 1工作后，又把超速行星排齿圈与第三排齿圈连成一工作后，又把超速行星排齿圈与第三排齿圈连成一体，于是第三排齿圈便随之顺转。当第三排齿圈顺转后，齿圈必给第三排行星轮一个体，于是第三排齿圈便随之顺转。当第三排齿圈顺转后，齿圈必给第三排行星轮一个作用力，行星轮顺时针旋转（两齿轮内啮合），因作用力，行星轮顺时针旋转（两齿轮内啮合），因D D1 1档开始时第三排行星架与输出轴档开始时第三排行星架与输出轴相连，使行星架制动，所以第三排行星轮齿又给共用太阳轮轮齿一个作用力，使太阳相连，使

19、行星架制动，所以第三排行星轮齿又给共用太阳轮轮齿一个作用力，使太阳轮逆时针旋转的力传递给第二排行星轮轮齿一个作用力，使第二排行星轮必顺时针旋轮逆时针旋转的力传递给第二排行星轮轮齿一个作用力，使第二排行星轮必顺时针旋转（两齿轮外啮合），第二排行星轮顺时针旋转必受第二排齿圈（输出轴）一个反作转（两齿轮外啮合），第二排行星轮顺时针旋转必受第二排齿圈（输出轴）一个反作用力，故第二排行星轮在作用力与反作用力的作用下，要带着行星架逆时针旋转。由用力，故第二排行星轮在作用力与反作用力的作用下，要带着行星架逆时针旋转。由于行星架逆时针旋转被单向离合器于行星架逆时针旋转被单向离合器F F2 2锁止，使第二排行星

20、架制动。这样，第二排行星锁止，使第二排行星架制动。这样，第二排行星轮便在第二排太阳轮的驱动下，在行星架上顺时针自转，行星轮便给第二排齿圈一个轮便在第二排太阳轮的驱动下，在行星架上顺时针自转，行星轮便给第二排齿圈一个推力，因前齿圈与后行星架一体，于是前圈后架和输出轴一齐顺时针旋转而输出推力，因前齿圈与后行星架一体，于是前圈后架和输出轴一齐顺时针旋转而输出D D1 1档。档。1）D1档转矩传动分析档转矩传动分析单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置162）D1档起步转矩传动路线：档起步转矩传动路线： 超速行星排行星架超速行星排行星架超速行星排行星轮超速行星排行星轮超速行星排齿圈超速行星排齿

21、圈中间轴中间轴C1第三行星排齿圈第三行星排齿圈第三行星排行星轮第三行星排行星轮共用太阳轮共用太阳轮第二行星排第二行星排行星轮行星轮前圈后架前圈后架输出轴输出轴3）用运动方程计算）用运动方程计算D1档传动比档传动比 根据根据D1档转矩传动分析，动力是从第三排行星排传至第二排行星档转矩传动分析，动力是从第三排行星排传至第二排行星排，经第二排行星排将转矩输出，因此其传动比应从第二、三行星排的排，经第二排行星排将转矩输出，因此其传动比应从第二、三行星排的运动方程的联立中求得，即：运动方程的联立中求得，即：3n1+3. 3n2(1+3). 3n3 =0 (1)2n1+2. 2n2(1+2). 2n3=0

22、 (2) 即传动比即传动比i=3n2/2n2=（1+23）/31由此可知，由此可知，D1档输入与输出同向减速增矩。档输入与输出同向减速增矩。单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置17S3C3CSaR1R1R1R1R1R1RC1C1C1C1C1C1S1S1S1S1S1S1R3R3R3R3R3R3R3R3R3C3C3C3C3C3C3C3S3S3S3S3S3S3C3S3S3S2S2S2S2S2S2S2S2S2R2R2R2R2S2R2R2R2R2R2C2C2C2C2C2C2C2C2C2C2R211 1111 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 1

23、1 11 11 11 11 1n1n32 22 22 22 22 22 22 22 22 23 33 33 33 33 33 33 33 31 11 11 11 1n1 1n1 1n1 1n3 1n2 1n1 3n1 2n1 3n1 3n1 3n1 3n1 3n1 3n1 2n1 2n1 2n1 2n1 2n1 2n1 2n2 3 3n2 3 3n2 3 3n2 2 2n2 2 2n2 3 3n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 3n3 3n2 2 2n2 2 2n2 1 1n3 1n2 2 2n2 3n2 1n3 1n2 3 3n3 3n3 3n2 3n2 1

24、n2 1n3 1n3 3n2 2 2n2 2 2R3R3C3C3S3S3S2S2R2R2C2C21 11 11 11 12 22 23 33 3n1 3n1 2n2 3 3n2 3 3n3 2n3 3n3 3n2 2 2n2 2 2R3R3C3C3S3S3S2S2R2R2C2C21 11 11 11 12 22 23 33 3n1 3n1 2n2 3 3n2 3 3n3 2n3 3n3 3n2 2 2n2 2 2用矢量图法计算用矢量图法计算D D1 1档传动比和传动方向档传动比和传动方向图图3-463-46为为D D1 1档时档时3 3排行星齿轮机构运动矢量图。根据相似三排行星齿轮机构运动矢量

25、图。根据相似三角形，传动比角形，传动比i=i=3 3n n2 2/ /2 2n n2 2= =（1+21+23 3）/3 31 1，由此可知，由此可知，D D1 1档输档输入与输出同向减速增矩。入与输出同向减速增矩。 第第1 1排矢量图排矢量图 第第2 2排矢量图排矢量图 第第3 3排矢量图排矢量图 图图3-46 D3-46 D1 1档时行星齿轮机构运动矢量图档时行星齿轮机构运动矢量图单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置18（3）D1档汽车滑行时传动原理（知识拓展内容）档汽车滑行时传动原理（知识拓展内容）图图3-45a D3-45a D1 1档汽车滑行转矩传动示意图（档汽车滑行转矩传

26、动示意图（C C0 0、C C1 1、F F0 0 工作工作F F2 2解锁解锁）单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置19B0C0F0C1B1B2F2F1B3C2图图3-45b D3-45b D1 1档滑行时行星齿轮变速装置转矩传动结构简图档滑行时行星齿轮变速装置转矩传动结构简图单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置20图图3-45c D3-45c D1 1档滑行时行星齿轮变速装置转矩传动仿真图档滑行时行星齿轮变速装置转矩传动仿真图单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置21 当抬起加速踏板，汽车在当抬起加速踏板，汽车在D1档滑行时，由于单向离合档滑行时，由于单向离合器

27、器F2的解锁，使双行星排各组件均无制动，使输出轴与涡的解锁，使双行星排各组件均无制动，使输出轴与涡轮脱离连接，涡轮对汽车滑行无制动作用，即发动机对汽轮脱离连接，涡轮对汽车滑行无制动作用，即发动机对汽车滑行无制动作用。车滑行无制动作用。单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置22（4）L1档传动分析、转矩传动路线和传动比计算档传动分析、转矩传动路线和传动比计算图3-46a L1档汽车加速、滑行行星齿轮变速装置转矩传动原理示意图(C0、C1、F0、B3工作)（1）L1档汽车加速与滑行转矩传动分析档汽车加速与滑行转矩传动分析单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置23B0C0F0C1B1

28、B2F2F1B3C2图3-46b L1档汽车加速、滑行行星齿轮变速装置转矩传动结构简图单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置24 图3-46c L1档汽车加速、滑行行星齿轮机构转矩传动仿真图 因因L1档时无论是汽车加速还是滑行，前排行星架始终处于制档时无论是汽车加速还是滑行，前排行星架始终处于制动状态，因此，输出轴始终与发动机相连，至使动状态，因此，输出轴始终与发动机相连，至使L1档汽车滑行时，档汽车滑行时，发动机对汽车滑行产生制动作用。发动机对汽车滑行产生制动作用。L1档适用于适用于繁华街道、档适用于适用于繁华街道、冰雪路面及下陡坡时使用。冰雪路面及下陡坡时使用。 单元三单元三 行星

29、齿轮变速装置行星齿轮变速装置25（2）L1档汽车加速、滑行转矩传动路线：档汽车加速、滑行转矩传动路线： 超速行星排行星架超速行星排行星架超速行星排行星轮超速行星排行星轮超速行星排齿圈超速行星排齿圈中间轴中间轴C1后行星排齿圈后行星排齿圈后行星排行星轮后行星排行星轮共用太阳轮共用太阳轮前行星排行星轮前行星排行星轮前圈后架前圈后架输出轴输出轴 可见可见L1档与档与D1档汽车加速转矩传动路线相同。其传动比必档汽车加速转矩传动路线相同。其传动比必然相同。然相同。单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置264、D2档传动原理、转矩传动路线和传动比计算档传动原理、转矩传动路线和传动比计算D2档时除档

30、时除C0、C1、F0，仍工作外，制动器，仍工作外，制动器B2也投入工作。也投入工作。 图图3-47a D3-47a D2 2档转矩传动原理示意图（档转矩传动原理示意图（C0C0、C1C1、F0F0、F1F1、B2B2工作）工作） 单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置27B0C0F0C1B1B2F2F1B3C2图图3-47b D23-47b D2档行星齿轮变速装置转矩传动结构简图档行星齿轮变速装置转矩传动结构简图单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置28图图3-47c D3-47c D2 2档行星齿轮变速装置传动仿真图档行星齿轮变速装置传动仿真图单元三单元三 行星齿轮变速装置行

31、星齿轮变速装置29 从表从表3-3可知，可知，D2档时除档时除C0、C1、F0，仍工作外，制动器，仍工作外，制动器B2也投入也投入工作。如图工作。如图3-47所示，所示，C0与与F0工作后，便将超速行星排的太阳轮与行工作后，便将超速行星排的太阳轮与行星架连成一体，使整个超速行星排连成一个刚体（原理如前所述）。这星架连成一体，使整个超速行星排连成一个刚体（原理如前所述）。这样，超速行星排的齿圈便将涡轮的转速以样，超速行星排的齿圈便将涡轮的转速以1 1的速比传给离合器的速比传给离合器C1的的鼓与毂。鼓与毂。 因因C1离合器工作，便将超速行星排的齿圈转矩传递给第三行星排齿离合器工作，便将超速行星排的

32、齿圈转矩传递给第三行星排齿圈，使第三行星排齿圈主动顺时针旋转，其齿圈轮齿必给第三行星排行圈，使第三行星排齿圈主动顺时针旋转，其齿圈轮齿必给第三行星排行星轮轮齿一个推力，使第三行星排行星轮顺时针旋转（两齿轮内合），星轮轮齿一个推力，使第三行星排行星轮顺时针旋转（两齿轮内合），第三行星排行星轮齿顺时针旋转时又必给太阳轮齿一个作用力，使太阳第三行星排行星轮齿顺时针旋转时又必给太阳轮齿一个作用力，使太阳轮必逆时针旋转（两齿轮外啮合），但太阳轮逆时针旋转必使轮必逆时针旋转（两齿轮外啮合），但太阳轮逆时针旋转必使F1锁止，锁止，此时此时B2已工作，共用太阳轮便被制动。由于太阳轮被制动，即第三行已工作，共用

33、太阳轮便被制动。由于太阳轮被制动，即第三行星排齿圈主动顺时针旋转，行星轮顺时针旋转（两齿轮内啮合），因太星排齿圈主动顺时针旋转，行星轮顺时针旋转（两齿轮内啮合），因太阳轮制动，所以行星轮顺时针旋转时必受太阳轮齿一个反作用力，使第阳轮制动，所以行星轮顺时针旋转时必受太阳轮齿一个反作用力，使第三行星排行星轮在作用力与反作力合力的作用下带着前圈后架顺时针旋三行星排行星轮在作用力与反作力合力的作用下带着前圈后架顺时针旋转而输出转而输出D2档。档。（1）D2档转矩传动分析档转矩传动分析单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置30（3）D2档传动比计算档传动比计算1）用行星排的运动方程计算）用行星排

34、的运动方程计算D2档传动比档传动比 从从D2档汽车加速时传动原理可知，此时第二行星排档汽车加速时传动原理可知，此时第二行星排空转，转矩是从第三行星排输出的。空转，转矩是从第三行星排输出的。 可用第三行星排行星齿轮机构运动方程计算出可用第三行星排行星齿轮机构运动方程计算出D2档传档传动比。此时，第三行星排齿圈输入，太阳轮制动，行星动比。此时，第三行星排齿圈输入，太阳轮制动，行星架输出。架输出。 超速行星排行星架超速行星排行星架超速行星排行星轮超速行星排行星轮超速行星排齿超速行星排齿圈圈中间轴中间轴C1后行星排齿圈后行星排齿圈后行星排行星轮后行星排行星轮后行后行星架（前行星排齿圈）星架（前行星排齿

35、圈）输出轴。输出轴。（2）D2档汽车加速转矩传动路线：档汽车加速转矩传动路线：单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置31第三排行星齿轮机构运动方程中：第三排行星齿轮机构运动方程中：3n1+3. 3n2(1+3). 3n3 =0 （1）上式中，上式中， 3n1、3n2、3n3 分别为第三行星排太阳轮转速、齿圈转速和行星架转分别为第三行星排太阳轮转速、齿圈转速和行星架转速。速。3为第三排的齿圈齿数与太阳轮齿数之比。即为第三排的齿圈齿数与太阳轮齿数之比。即3= Z齿圈齿圈/ Z太阳轮太阳轮 1（一般为一般为2点几），点几）， 3 = 3 （第二、三排行星齿轮共用一个太阳轮）。（第二、三排行星

36、齿轮共用一个太阳轮）。D2档时，档时，B2工作，太阳轮制动，工作，太阳轮制动， 3n1=0。将将3n1=0代入式（代入式（1）得）得: 3. 3n2(1+3). 3n3 =03. 3n2 =(1+3). 3n3 3n2 /3n3 = (1+3)/ 3 1 即传动比即传动比i= 3n2 /3n3 = (1+3)/ 3 1 即即D2档时输入与输出同向减速增矩。档时输入与输出同向减速增矩。单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置322）用矢量图法计算）用矢量图法计算D2档传动比和传动方向档传动比和传动方向S3C3CSaR1R1R1R1R1R1RC1C1C1C1C1C1S1S1S1S1S1S1R

37、3R3R3R3R3R3R3R3R3C3C3C3C3C3C3C3S3S3S3S3S3S3C3S3S3S2S2S2S2S2S2S2S2S2R2R2R2R2S2R2R2R2R2R2C2C2C2C2C2C2C2C2C2C2R211 1111 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 1n1n32 22 22 22 22 22 22 22 22 23 33 33 33 33 33 33 33 31 11 11 11 1n1 1n1 1n1 1n3 1n2 1n1 3n1 2n1 3n1 3n1 3n1 3n1 3n1 3n1 2n1

38、 2n1 2n1 2n1 2n1 2n1 2n2 3 3n2 3 3n2 3 3n2 2 2n2 2 2n2 3 3n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 3n3 3n2 2 2n2 2 2n2 1 1n3 1n2 2 2n2 3n2 1n3 1n2 3 3n3 3n3 3n2 3n2 1n2 1n3 1n3 3n2 2 2n2 2 2R3R3C3C3S3S3S2S2R2R2C2C21 11 11 11 12 22 23 33 3n1 3n1 2n2 3 3n2 3 3n3 2n3 3n3 3n2 2 2n2 2 2R3R3C3C3S3S3S2S2R2R2C2C2

39、1 11 11 11 12 22 23 33 3n1 3n1 2n2 3 3n2 3 3n3 2n3 3n3 3n2 2 2n2 2 2第第1 1排矢量图排矢量图 第第2 2排矢量图排矢量图 第第3 3排矢量排矢量图图图图3-48 D3-48 D2 2档时行星齿轮机构运动矢量图档时行星齿轮机构运动矢量图根据相似三角形原理在第根据相似三角形原理在第3排矢量图中排矢量图中 3n2/3n3=（1+3）/31从第从第3排矢量图中可以看出在排矢量图中可以看出在D2档时传动比档时传动比i= 3n2/3n31为同向减速传动。为同向减速传动。单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置33（4）D2档汽车滑

40、行时转矩传动分析（知识拓展内容）档汽车滑行时转矩传动分析（知识拓展内容）图图3-49a D3-49a D2 2档滑行时转矩传动示意图（档滑行时转矩传动示意图（C0C0、C1C1工作）工作）单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置34B0C0F0C1B1B2F2F1B3C2图图3-49b D3-49b D2 2档滑行时行星齿轮变速装置传动结构简图档滑行时行星齿轮变速装置传动结构简图单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置35图3-49c D2档滑行时行星齿轮机构传动仿真图 单向离合器单向离合器F1F1可确保汽车在可确保汽车在D D2 2档时，汽车可自由滑行，发动机档时，汽车可自由滑行

41、，发动机对滑行无制动作用。除此之外，对滑行无制动作用。除此之外，F1F1还可确保还可确保D D2 2与与D D3 3档切换时无冲档切换时无冲击，详见击，详见D D3 3档传动原理。档传动原理。单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置365、D3档转矩传动分析、转矩传动路线和传动比计算档转矩传动分析、转矩传动路线和传动比计算 D3档时，除单向离合器档时，除单向离合器F0及离合器及离合器C0、C1工作外，工作外，离合器离合器C2也投入工作。也投入工作。 图图3-50a D33-50a D3档转矩传动示意图（档转矩传动示意图（F0F0、C0C0、C1 C1 、C2C2工作）工作）单元三单元三

42、行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置37（1）D3档转矩传动分析档转矩传动分析 D3档汽车加速传动情况如图档汽车加速传动情况如图3-50所示。根据表所示。根据表3-3可知，可知， D3档时，除单向离合器档时，除单向离合器F0及离合器及离合器C0、C1工作外，离合器工作外，离合器C2也投入工作。从图也投入工作。从图3-43可知，可知， D3档时，档时，C0与与F0工作时，把超速行星排的太阳轮与行星架连成一体，整个超速行星排成一个刚体（原工作时，把超速行星排的太阳轮与行星架连成一体，整个超速行星排成一个刚体（原理如前所述），一同随涡轮顺时针旋转。理如前所述），一同随涡轮顺时针旋转。 又因离合器又因离合

43、器C1工作，第三行星排齿圈也随涡轮同转速顺时针转。离合器工作，第三行星排齿圈也随涡轮同转速顺时针转。离合器C2又把第又把第三行星排太阳轮与超速行星排齿圈连成一体，使第三行星排行星轮及架不连自连，整三行星排太阳轮与超速行星排齿圈连成一体，使第三行星排行星轮及架不连自连，整个第三行星排成一刚体一同顺时针旋转。因第二行星排齿圈与第三行星排行星架连成个第三行星排成一刚体一同顺时针旋转。因第二行星排齿圈与第三行星排行星架连成一体，第二、三行星排共用一个太阳轮，所以第二行星排齿圈与太阳轮连成一体，则一体，第二、三行星排共用一个太阳轮，所以第二行星排齿圈与太阳轮连成一体，则行星架及行星轮便不连自连。使第二、

44、三行星排成一刚体，组件间无任何相对运动，行星架及行星轮便不连自连。使第二、三行星排成一刚体，组件间无任何相对运动，随超速行星排齿圈一同顺时针旋转，成直接档。随超速行星排齿圈一同顺时针旋转，成直接档。单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置38B0C0F0C1B1B2F2F1B3C2图图3-50b D3-50b D3 3档行星齿轮变速装置传动结构简图档行星齿轮变速装置传动结构简图单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置39图图3-50c D3-50c D3 3档行星齿轮变速装置传动仿真图档行星齿轮变速装置传动仿真图单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置40（2）D3档转矩传动

45、路线：档转矩传动路线： 超速行星排行星架超速行星排行星架超速行星排行星轮超速行星排行星轮超速行星排齿圈超速行星排齿圈中间轴中间轴C1第三行星排齿圈第三行星排齿圈第三排行星架第三排行星架输出轴。输出轴。单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置41（3）D3档传动比计算档传动比计算1）用运动方程计算）用运动方程计算D3档传动比档传动比 从从D3档汽车加速时传动原理可知档汽车加速时传动原理可知D3档时，第一、二、档时，第一、二、三行星排均为刚体由第一排行星架输入，第二排齿圈与三行星排均为刚体由第一排行星架输入，第二排齿圈与第三排行星架输出。此时，在三个行星排行星齿轮机构第三排行星架输出。此时，

46、在三个行星排行星齿轮机构运动方程中：运动方程中： 1n1+11n2(1+1). 1n3=0 (1) 2n1+22n2(1+2). 2n3=0 (2) 3n1+33n2(1+3). 3n3=0 (3)因为因为1n1=1n2=1n3=2n1=2n2=2n3= 3n1=3n2=3n3所以所以D3档传动比档传动比i=1n3/3n3=1即输入轴与输出轴传动比为即输入轴与输出轴传动比为1（D3档是直接挡）。档是直接挡）。单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置422）用矢量图计算）用矢量图计算D3档传动比和传动方向档传动比和传动方向S3C3CSaR1R1R1R1R1R1RC1C1C1C1C1C1S1

47、S1S1S1S1S1R3R3R3R3R3R3R3R3R3C3C3C3C3C3C3C3S3S3S3S3S3S3C3S3S3S2S2S2S2S2S2S2S2S2R2R2R2R2S2R2R2R2R2R2C2C2C2C2C2C2C2C2C2C2R211 1111 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 1n1n32 22 22 22 22 22 22 22 22 23 33 33 33 33 33 33 33 31 11 11 11 1n1 1n1 1n1 1n3 1n2 1n1 3n1 2n1 3n1 3n1 3n1 3n1

48、3n1 3n1 2n1 2n1 2n1 2n1 2n1 2n1 2n2 3 3n2 3 3n2 3 3n2 2 2n2 2 2n2 3 3n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 3n3 3n2 2 2n2 2 2n2 1 1n3 1n2 2 2n2 3n2 1n3 1n2 3 3n3 3n3 3n2 3n2 1n2 1n3 1n3 3n2 2 2n2 2 2S3C3CSaR1R1R1R1R1R1RC1C1C1C1C1C1S1S1S1S1S1S1R3R3R3R3R3R3R3R3R3C3C3C3C3C3C3C3S3S3S3S3S3S3C3S3S3S2S2S2S2S2S

49、2S2S2S2R2R2R2R2S2R2R2R2R2R2C2C2C2C2C2C2C2C2C2C2R211 1111 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 1n1n32 22 22 22 22 22 22 22 22 23 33 33 33 33 33 33 33 31 11 11 11 1n1 1n1 1n1 1n3 1n2 1n1 3n1 2n1 3n1 3n1 3n1 3n1 3n1 3n1 2n1 2n1 2n1 2n1 2n1 2n1 2n2 3 3n2 3 3n2 3 3n2 2 2n2 2 2n2 3 3n3

50、 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 3n3 3n2 2 2n2 2 2n2 1 1n3 1n2 2 2n2 3n2 1n3 1n2 3 3n3 3n3 3n2 3n2 1n2 1n3 1n3 3n2 2 2n2 2 2S3C3CSaR1R1R1R1R1R1RC1C1C1C1C1C1S1S1S1S1S1S1R3R3R3R3R3R3R3R3R3C3C3C3C3C3C3C3S3S3S3S3S3S3C3S3S3S2S2S2S2S2S2S2S2S2R2R2R2R2S2R2R2R2R2R2C2C2C2C2C2C2C2C2C2C2R211 1111 11 11 11 11 11

51、 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 1n1n32 22 22 22 22 22 22 22 22 23 33 33 33 33 33 33 33 31 11 11 11 1n1 1n1 1n1 1n3 1n2 1n1 3n1 2n1 3n1 3n1 3n1 3n1 3n1 3n1 2n1 2n1 2n1 2n1 2n1 2n1 2n2 3 3n2 3 3n2 3 3n2 2 2n2 2 2n2 3 3n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 3n3 3n2 2 2n2 2 2n2 1 1n3 1n2 2 2n2 3n

52、2 1n3 1n2 3 3n3 3n3 3n2 3n2 1n2 1n3 1n3 3n2 2 2n2 2 2第第1排矢量图排矢量图 第第2排矢量图排矢量图 第第3排矢量图排矢量图 图图3-51 D3-51 D3 3档时行星齿轮机构运动矢量图档时行星齿轮机构运动矢量图在第在第3排矢量图中排矢量图中 3n2/3n3=1 即即D3档时传动比档时传动比 3n2/3n3=1 为同向同速传动。为同向同速传动。单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置43（4）D3档汽车滑行时传动原理（知识拓展内容）档汽车滑行时传动原理（知识拓展内容） 在抬起加速踏板、汽车滑行时，由于在抬起加速踏板、汽车滑行时，由于C0

53、及及C1、C2仍工作，仍工作，所以仍然把超速行星排和双行星排前齿圈连成一个刚体，因此，所以仍然把超速行星排和双行星排前齿圈连成一个刚体，因此，当汽车以惯性在抬加速踏板瞬间滑行时，双行星排后排行星架当汽车以惯性在抬加速踏板瞬间滑行时，双行星排后排行星架以原转速顺时针转，因后行星架带动已成刚体以原转速顺时针转，因后行星架带动已成刚体3个行星排一同顺个行星排一同顺时针旋转，使发动机对滑行产生制动作用。时针旋转，使发动机对滑行产生制动作用。单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置445、 D4档（超速挡）传动原理、转矩传动路线和传动比计算档（超速挡）传动原理、转矩传动路线和传动比计算 D4档时，

54、档时，C1、C2、F0仍工作外，离合器仍工作外，离合器C0换成换成B0将超速行星将超速行星排内的太阳轮制动，制动器排内的太阳轮制动，制动器B2工作，但工作，但F1解锁，解锁，B2不起作用。不起作用。 图图3-52a D3-52a D4 4档转矩传动分析示意图（档转矩传动分析示意图（C1C1、C2C2、F0 F0 、B0B0工作）工作）单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置45 从表从表3-3可知可知D4档时，档时，C1、C2、F0仍工作外，离合器仍工作外，离合器C0换成换成B0将超速行星将超速行星排内的太阳轮制动，制动器排内的太阳轮制动，制动器B2工作，但工作，但F1解锁，解锁，B2不

55、起作用。不起作用。 D4档汽车加速时的传动如图档汽车加速时的传动如图3-52所示。汽车由所示。汽车由D3档升入档升入D4档车速时，离合档车速时，离合器器C0切换成制动器切换成制动器B0工作，但此时离合器工作，但此时离合器C1与离合器与离合器C2仍然工作。仍如仍然工作。仍如D3档把第二、三行星排连成一体并与超速行星排内的齿圈连成一体，成直接传档把第二、三行星排连成一体并与超速行星排内的齿圈连成一体，成直接传动，按传动比动，按传动比1：1顺时旋转。顺时旋转。 在超速行星排内，此时在超速行星排内，此时B0已将太阳轮制动，这样，当行星架在涡轮拖动下已将太阳轮制动，这样，当行星架在涡轮拖动下主动顺转时，

56、其行星轮齿必受制动的太阳轮齿一个的作用力，于是行星轮即主动顺转时，其行星轮齿必受制动的太阳轮齿一个的作用力，于是行星轮即随行星架以涡轮速度绕太阳轮公转外，还顺时针自转，行星轮公转加顺时针随行星架以涡轮速度绕太阳轮公转外，还顺时针自转，行星轮公转加顺时针自转，其轮齿必给齿圈轮齿一个作用力，超速行星排齿圈便顺时针超速旋转自转，其轮齿必给齿圈轮齿一个作用力，超速行星排齿圈便顺时针超速旋转输出。输出。（1）D4档（超速档）转矩传动分析档（超速档）转矩传动分析单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置46B0C0F0C1B1B2F2F1B3C2图图3-52b D3-52b D4 4档行星齿轮变速装置

57、传动结构简图档行星齿轮变速装置传动结构简图单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置47图图3-52c D3-52c D4 4档行星齿轮变速装置传动仿真图档行星齿轮变速装置传动仿真图单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置48（2）D4档（超速档）传动路线：档（超速档）传动路线： 超速行星排行星架超速行星排行星架超速行星排行星轮超速行星排行星轮超速行星排齿圈超速行星排齿圈中间轴中间轴C1第三行星排齿圈第三行星排齿圈第二行星架第二行星架输出轴。输出轴。单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速装置49（3）D4档传动比计算档传动比计算超速行星排中齿轮机构运动方程为：超速行星排中齿轮机构

58、运动方程为： n1+a.n2(1+a).n3=0 (1)上式中，上式中，n1是太阳轮的转速，是太阳轮的转速，n2是齿圈的转速，是齿圈的转速，n3是行星架转速，是行星架转速，a= Z2（齿圈齿数）（齿圈齿数）/Z1（太阳轮齿数）（太阳轮齿数）1。D4档时，档时，B0将太阳轮制动将太阳轮制动 n1=0，将将n1=0代入式（代入式（1）得）得: a.n2(1+a)n3=0 a.n2=(1+a)n3n3/n2=a/(1+a)1即主动轴的转速小于输出轴的转速即主动轴的转速小于输出轴的转速,是超速档。是超速档。1）用运动方程计算）用运动方程计算D4档传动比档传动比单元三单元三 行星齿轮变速装置行星齿轮变速

59、装置502）用矢量图计算）用矢量图计算D4档传动比和传动方向档传动比和传动方向S3C3CSaR1R1R1R1R1R1RC1C1C1C1C1C1S1S1S1S1S1S1R3R3R3R3R3R3R3R3R3C3C3C3C3C3C3C3S3S3S3S3S3S3C3S3S3S2S2S2S2S2S2S2S2S2R2R2R2R2S2R2R2R2R2R2C2C2C2C2C2C2C2C2C2C2R211 1111 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 1n1n32 22 22 22 22 22 22 22 22 23 33 33 33

60、 33 33 33 33 31 11 11 11 1n1 1n1 1n1 1n3 1n2 1n1 3n1 2n1 3n1 3n1 3n1 3n1 3n1 3n1 2n1 2n1 2n1 2n1 2n1 2n1 2n2 3 3n2 3 3n2 3 3n2 2 2n2 2 2n2 3 3n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 2n3 3n3 3n2 2 2n2 2 2n2 1 1n3 1n2 2 2n2 3n2 1n3 1n2 3 3n3 3n3 3n2 3n2 1n2 1n3 1n3 3n2 2 2n2 2 2S3C3CSaR1R1R1R1R1R1RC1C1C1C1C1C1