對辛普森式自動變速器的研究

河南機電高等?？茖W校畢業(yè)論文論文題目：對辛普森式自動變速器的研究系部汽車工程系專業(yè)汽車檢測與維修班級學生姓名學號指導教師2013年10月22日摘要行星齒輪機構速比大、體積小、操縱容易、同時獲得空檔和倒檔,加大變速器的變矩范圍,可以實現(xiàn)變速和動力傳動,因此在AT上被廣泛的應用。但是由于液力變矩器的使用,效率不夠高是AT的致命弱點,其效率明顯低于手動變速器。它的效率等于液力變矩器的效率和行星齒輪機構效率的乘積。為了盡量提高液力自動變速器的傳動效率,提高其動力性,本文主要以液力變速器的行星齒輪機構為研究對象,對其傳動原理、傳動方案、傳動效率進行分析研究,并對行星齒輪機構傳動部分設計研究。具體研究內(nèi)容如下:1)根據(jù)常用行星齒輪變速機構的機構特點,以自動變速器雙行星排式4檔辛普森式自動變速器作為研究對象。并分析了它在各個檔位時的動力傳遞路線。2)根據(jù)自動變速器中行星齒輪機構的變速特性,以2K-H型行星齒輪機構為研究對象,分析其不同的傳動方案,對不同的傳動比、不同的制動力矩以及傳動效率進行分析研究。3)為了提高液力自動變速器的動力性能,著重對液力自動變速器中行星齒輪機構作為研究對象,對其行星機構中齒輪的嚙合傳動效率進行分析研究,推導了各自的計算公式,對變速器行星機構的升速、減速的傳動效率進行分析研究。關鍵詞：自動變速器行星齒輪機構傳動原理傳動方案優(yōu)化設計

目錄摘要2緒論4第一章自動變速器的概況61.1自動變速器的發(fā)展概況61.2自動變速器的類型及組成61.3自動變速器的優(yōu)缺點7第二章辛普森式自動變速器的結(jié)構與原理82.1液力變矩器92.2行星齒輪變速器的工作原理分析152.3行星齒輪中的換檔執(zhí)行元件的結(jié)構及工作原理202.4辛普森式行星齒輪機構的特點22第三章辛普森式自動變速器的故障及原因223.1換檔執(zhí)行元件故障223.2自動變速器油故障223.3動力不足故障23結(jié)論25致謝26參考文獻27緒論自動變速器的發(fā)展歷程1908年,福特T型車最早采用一種兩個速比的自動變速器。其構造是采用多組齒輪,并且分成中央齒輪和周邊齒輪,最外邊則是一個轉(zhuǎn)輪,隨著中央齒輪從發(fā)動機引入的扭矩不同,齒輪組相機行事,從而得到高低不一的轉(zhuǎn)速,包括倒車檔的反向旋轉(zhuǎn)。從那以后,自動變速器的構造原理并無大的改變,但材料技術的進步與潤滑油性能的提高,使這種變速器的速比更為豐富。美國在第二次世界大戰(zhàn)之前就生產(chǎn)過一種3個速比的自動變速器,只要把變速桿推至D的位置上,便可由油門踏板隨意地改變車速。傳統(tǒng)的離合器由一個渦輪轉(zhuǎn)換器所取代。后來,又有人發(fā)明了渦流轉(zhuǎn)換器的鎖止機構,消除了加速時打滑的感覺,從而大大地降低了油耗。轉(zhuǎn)輪式自動變速器存在一個缺點,即起步加速時令人有一種車輪打滑的感覺,于是駕車人會猛加油門,但車速又并不隨即增高。駕車者根本無需扳動手柄,便可以輕松自如地改變車速。隨著發(fā)動機燃油噴射與點火裝置的不斷完善,自動變速器也有新的花樣,如設置了“運動式”或“雪地行駛”等不同的操控方式,有的在儀表盤上設有一個印有S字母的按鈕,可以在加速時變得格外迅捷;或者印有雪花圖案代表雪地行駛的按鈕,可避免在起步時打滑。更有甚者,新一代“隨機應變式”變速器還可以順應駕車者不同的習慣、相應的反應、使駕駛變得更加得心應手。近年,保時捷公司又發(fā)明了一種“手控/自動變速器”,憑靠一組復雜的電子裝置,可以使駕車者在自動與手動變速之間任意選擇。例如,在市內(nèi)行駛時,由于需要頻繁地變換速度,使用自動變速器便顯得非常方便;而一旦來到高速公路或其它開闊的地方,則又可將自動變速的功能關掉,轉(zhuǎn)為由手控制,以此來領略駕車中的多種樂趣。這一點已逐漸成為高檔車的特性?，F(xiàn)在轎車的自動變速器在現(xiàn)代轎車上,常見的是采用電控的液力自動變速器,主要是由自動離合器和自動變速器兩大部分組成。它能夠根據(jù)油門的開度和車速的變化,自動地進行換檔。與無級變速器相比,液力自動變速器最大的不同是在結(jié)構上,它是由液壓控制的齒輪變速系統(tǒng)構成。因此,液力自動變速器并不是真正的無級變速,還是有檔位的。其所能實現(xiàn)的是在兩檔之間的無級變速。而無級變速器則是兩組變速輪盤和一條傳動帶組成的,因此,其比傳統(tǒng)自動變速器結(jié)構簡單,體積更小。另外,它可以自由改變傳動比,從而實現(xiàn)全程無級變速,使汽車的車速變化平穩(wěn),沒有傳統(tǒng)變速器換檔時那種“頓”的感覺。自動變速器多檔化雖能擴大自動變速的范圍,但它并非安全迅速,只在有級變速與無級變速之間,理想的無級變速器是在整個傳動范圍內(nèi)能連續(xù)的、無檔比的切換變速比,使變速器始終按最佳換檔規(guī)律自動變速。無級化是對自動變速器的理想追求?，F(xiàn)代無級變速器傳動效率提高,油門反應快、油耗低,隨著汽車技術的進步,已經(jīng)越來越不滿足于液力自動變速器,希望徹底改進無級變速器,從而實現(xiàn)汽車從有級變速階段向無級變速階段的飛躍。福特、菲亞特、奧迪等企業(yè)紛紛推出了能夠匹配大排量發(fā)動機的無級變速器。目前國內(nèi)的自動檔基本上全是液力自動變速器,只有奧迪采用了無級變速器。奧迪無級/手動一體式變速器,其就在原有的無級變速器基礎上,進行多項技術上的創(chuàng)新、改進和提高。無級變速裝備有自動控制裝置,行車中可根據(jù)車速自動調(diào)整檔位,無需人工操作,省去許多換檔及踏踩離合的工作。4.自動變速器的分類一般車用變速器可分為手動變速器和自動變速器兩大類。目前汽車上常用的自動變速器的類型有:液力自動變速器、液壓傳動自動變速器、電力傳動自動變速器、有級式機械自動變速器和無級式機械自動變速器等。自動變速器按照汽車驅(qū)動方式的不同,可分為后驅(qū)動自動變速器和前驅(qū)動自動變速器即自動驅(qū)動橋。后驅(qū)動自動變速器的變矩器和齒輪變速器的輸入軸及輸出軸在同一軸線上,發(fā)動機的動力經(jīng)變矩器、變速器、傳動軸、后驅(qū)動橋的主減速器、差速器和半軸傳給左右兩個后輪。前驅(qū)動自動變速器在自動變速器的殼體內(nèi)還裝有主減速器和差速器?？v置發(fā)動機前驅(qū)動變速器的結(jié)構和布置與后驅(qū)動自動變速器基本相同;橫置發(fā)動機前驅(qū)動變速器由于汽車橫向尺寸的限制,要求有較小的軸向尺寸,通常將輸入軸和輸出軸設計成兩個軸線的方式,變矩器和齒輪變速器輸入軸布置在上方,輸出軸布置在下方,減少了變速器總體的軸向尺寸,但增加了它的高度。無級變速器是自動變速器的一種手動變速器,結(jié)構簡單、準確有效,但是,也存在操縱復雜、長期使用容易疲勞,換檔時沖擊較大等不足之處。自動檔(又稱無級變速)裝備有自動控制裝置,行車中可根據(jù)車速自動調(diào)整檔位,無需人工操作,省去了許多換檔及踏踩離合的工作。無級變速器可以從一種扭矩(或轉(zhuǎn)速)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N扭矩(或轉(zhuǎn)速),在變化過程中不是一級一級(或一檔一檔)地躍變,而是穩(wěn)定、緩和地漸變。第一章自動變速器的概況1.1自動變速器的發(fā)展狀況汽車變速器的主要任務是傳遞動力，并在動力的傳遞過程中改變傳動比，以調(diào)節(jié)或變換發(fā)動機的特性，同時通過變速來適應不同的駕駛要求。手動變速器必須根據(jù)汽車運行條件的變化，由駕駛員隨時變換擋位，要求駕駛員能對離合器踏板、油門踏板及變速操縱桿進行準確地協(xié)調(diào)配合，從而保證汽車具有良好的動力性和經(jīng)濟性，因此手動機械變速器換擋頻繁、勞動強度大、會分散駕駛員的注意力，增加了不安全因素。自動變速器能根據(jù)路面狀況自動變速、變矩，具有更好的駕駛性能、行駛性能、安全性能及排放性能。歐美在20世紀4。年代就開始研制自動變速器，特別是20世紀90年代初，大量的電子技術應用使得自動變速器得到了飛速發(fā)展。20世紀90年代在美國的新車型上已把自動變速器作為標準配置，其裝車率已經(jīng)超過90%，日本也達到73腸，歐洲為30%?，F(xiàn)在我國生產(chǎn)的轎車和豪華大客車安裝自動變速器也已呈普及之勢，由于我國對自動變速器的研究工作起源于20世紀80年代，同時還受到多方面條件的制約，因此目前主要依賴進口，2002年進口就已達3.07億美元。近年來隨著政府和企業(yè)對自動變速器的重視程度提高和支持力度的加大，我國相關單位在自動變速器研發(fā)上取得了可喜的進展，本文將對其進行綜述并對下一步的研究工作進行展望。1.2自動變速器的類型及組成汽車自動變速器常見的有四種型式：分別是液力自動變速器(AT)、機械無級自動變速器(CVT)、電控機械自動變速器(AMT)、雙離合器自動變速器（DualClutchTransmission--DCT）。目前轎車普遍使用的是AT，AT幾乎成為自動變速器的代名詞。AT是由液力變扭器、行星齒輪和液壓操縱系統(tǒng)組成，通過液力傳遞和齒輪組合的方式來達到變速變矩。其中液力變扭器是AT最重要的部件，它由泵輪、渦輪和導輪等構件組成，兼有傳遞扭矩和離合的作用。1.3自動變速器的優(yōu)缺點汽車自動變速器常見的有三種型式，分別是液力自動變速器（簡稱AT）、機械無級自動變速器（簡稱CVT)、電控機械自動變速器（簡稱AMT）。目前轎車普遍使用的是AT，AT幾乎成為自動變速器的代名詞。本文先著重介紹AT。AT自動變速器結(jié)構與手動變速器相比，液力自動變速器（AT）在結(jié)構和使用上有很大的不同。手動變速器主要由齒輪和軸組成，通過不同的齒輪組合產(chǎn)生變速變矩；而AT是由液力變扭器、行星齒輪和液壓操縱系統(tǒng)組成，通過液力傳遞和齒輪組合的方式來達到變速變矩。其中液力變扭器是AT最具特點的部件，它由泵輪、渦輪和導輪等構件組成，直接輸入發(fā)動機動力傳遞扭矩和離合作用。原理：泵輪和渦輪是一對工作組合，它們就好似相對放置的兩臺風扇，一臺風扇吹出的風力會帶動另一臺風扇的葉片旋轉(zhuǎn)，風力成了動能傳遞的媒介，如果用液體代替空氣成為傳遞動能的媒介，泵輪就會通過液體帶動渦輪旋轉(zhuǎn)，再在泵輪和渦輪之間加上導輪，通過反作用力使泵輪和渦輪之間實現(xiàn)轉(zhuǎn)速差就可以實現(xiàn)變速變矩了。由于液力變矩器自動變速變矩范圍不夠大，因此在渦輪后面再串聯(lián)幾排行星齒輪提高效率，液壓操縱系統(tǒng)會隨發(fā)動機工作變化自行操縱行星齒輪，從而實現(xiàn)自動變速變矩。輔助機構自動換檔不能滿足行駛上的多種需要，例如停泊、后退等，所以還設有干預裝置即手動撥桿，標志P(停泊）、R(后檔)、N(空檔)、D(前進),另在前進檔中還設有"2"和"1"的附加檔位,用以起步或上斜坡之用。由于將其變速區(qū)域分成若干個變速比區(qū)段，只有在規(guī)定的變速區(qū)段內(nèi)才是無級的，因此AT實際上是一種介于有級和無級之間的自動變速器。AT不用離合器換檔，檔位少變化大，連接平穩(wěn)，因此操作容易，既給開車人帶來方便，也給坐車人帶來舒適。但缺點也多，一是對速度變化反應較慢，沒有手動變速器靈敏，因此許多玩車人士喜歡開手動波車；二是費油不經(jīng)濟，傳動效率低變矩范圍有限，近年引入電子控制技術改善了這方面的問題；三是機構復雜，修理困難。在液力變扭器內(nèi)高速循環(huán)流動的液壓油會產(chǎn)生高溫，所以要用指定的耐高溫液壓油。第二章辛普森式自動變速器的結(jié)構與原理圖1辛普森式變速器2.1液力變矩器液力變矩器的組成：常見的兩級三元件綜合式液力變矩器由泵輪總成、渦輪總成、導輪總成、閉鎖離合器總成和后蓋組成，導輪通過單向離合器與變速箱殼體固定連接。泵輪與后蓋焊接成一個整體里面充滿了傳動油，并與發(fā)動機連接，起主動作用。渦輪與變速箱輸入軸連接，起動力輸出作用。變矩器工作時，泵輪在發(fā)動機帶動下將傳動油沖入渦輪，從而帶動渦輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了動力由發(fā)動機向傳動系統(tǒng)的傳遞。導輪總成中，如果單向離合器工作，液力變矩器則起變矩器作用，從而增加扭矩的輸出；如果單向離合器不工作（導輪反轉(zhuǎn)），此時變矩器起到了偶合器的作用。功用：液力變矩器位于發(fā)動機和機械變速器之間，以自動變速器油（ATF）為工作介質(zhì)，主要完成以下功用：(1)傳遞轉(zhuǎn)矩。發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩通過液力變矩器的主動元件，再通過ATF傳給液力變矩器的從動元件，最后傳給變速器。(2)無級變速。根據(jù)工況的不同，液力變矩器可以在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的無級變化。(3)自動離合。液力變矩器由于采用ATF傳遞動力，當踩下制動踏板時，發(fā)動機也不會熄火，此時相當于離合器分離；當抬起制動踏板時，汽車可以起步，此時相當于離合器接合。(4)驅(qū)動油泵。ATF在工作的時候需要油泵提供一定的壓力，而油泵一般是由液力變矩器殼體驅(qū)動的。同時由于采用ATF傳遞動力，液力變矩器的動力傳遞柔和，且能防止傳動系過載。2．組成如圖4－6所示，液力變矩器通常由泵輪、渦輪和導輪三個元件組成，稱為三元件液力變矩器。也有的采用兩個導輪，則稱為四元件液力變矩器。2.2行星齒輪變速器的工作原理分析辛普森式行星齒輪變速器是由辛普森式行星齒輪機構和相應的換檔執(zhí)行元件組成的，目前大部分轎車自動變速器都采用這種行星齒輪變速器。辛普森行星齒輪機構是一種十分著名的雙排行星齒輪機構，根據(jù)這兩排在變速器中的位置，分別稱之為前行星齒輪機構和后行星齒輪機構，這兩組齒輪機構由共用的太陽輪相連接。前后行星輪機構有兩種連接方式，一種是前行星齒輪機構的齒圈和后行星齒輪機構的行星架相連，稱為前齒圈和后行星架組件，輸出軸通常與前齒圈和后行星架組件連接。另一種是前行星齒輪機構的行星架和后行星齒輪機構的齒圈相連，稱為前行星架和后齒圈組件，輸出軸通常與前行星架和后齒圈組件連接。經(jīng)過上述組合，該機構成為一種具有四個獨立元件的行星齒輪機構。根據(jù)前進檔的檔數(shù)不同，可將辛普森式行星齒輪變速器分為三速和四速兩種。在辛普森式行星齒輪機構中設置了二個離合器、二個制動器和一個單向離合器，共有五個換檔執(zhí)行元件，即可使之成為一個具有三個前進檔和一個倒檔的行星齒輪變速器，各換檔執(zhí)行元件的功能見下表。來自輸入軸的動力由前進離合器C1輸入到后齒圈或由高、倒檔離合器C2傳至前后太陽輪組件，不同工況下，各換檔元件起作用，使動力經(jīng)前齒圈和后行星架輸出至輸出軸。辛普森式三速行星齒輪變速器換檔執(zhí)行元件功能表換檔執(zhí)行元件功能前進離合器C1用來連接輸入軸和后齒圈高、倒檔離合器C2用來連接輸入軸和前后太陽輪組件2檔制動器B2用來制動前后太陽輪組件低、倒檔制動器B3用來制動前行星架單向離合器F1防止前行星架逆轉(zhuǎn)表2-1

辛普森式三速行星齒輪變速器的工作規(guī)律選檔桿檔位離合器制動器單向離合器C1C2B2B3F1

D1檔○

○2檔○

○

3檔○○

R倒檔

○

○

SL或211檔○

○

2檔○

○

表2-2注：○-接合、制動或鎖止；

由表2-2可知:當行星齒輪變速器處于停車檔和空檔之外的任何一個檔位時，五個換檔執(zhí)行元件中都有兩個處于工作狀態(tài)，即接合、制動或鎖止狀態(tài)，其余三個不工作，即分離、釋放或自由狀態(tài)。處于工作狀態(tài)的兩個換檔執(zhí)行元件中至少有一個是離合器C1或C2，以便使輸入軸和行星排連接。當變速器處于任一前進檔時，離合器C1都處于接合狀態(tài)，此時輸入軸與行星齒輪機構的后齒圈接合，使后齒圈成為主動件，因此，離合器C1也稱前進離合器。倒檔時，離合器C2接合，C1分離，此時輸入軸與行星齒輪機構的前后太陽輪組件接合，使前后太陽輪組件成為主動件。另外，離合器C2在三檔時也接合，因此離合器C2也稱高、倒檔離合器。制動器B2僅在二檔時才工作，稱為二檔制動器。制動器B3在一檔和倒檔時都工作，稱為低、倒檔制動器。由此可知，換檔執(zhí)行元件的不同組合決定了行星齒輪變速器所處的檔位。下面分析辛普森式三速行星齒輪變速器各檔的動力傳遞情況。1）一檔當將選檔桿置于“D”位，此時車速較低而節(jié)氣門閥開度較大，也就是需要較大加速力時，前進離合器C1和單向離合器F1起作用。來自液力變扭器的發(fā)動機動力經(jīng)輸入軸、前進離合器C1傳給后齒圈，使后齒圈朝順時針方向轉(zhuǎn)動。在后行星排中，由于后行星架經(jīng)輸出軸0和驅(qū)動輪相連，在汽車起步之前其轉(zhuǎn)速為，汽車起步后以一檔行駛時，其轉(zhuǎn)速也很低，因此后行星輪在后齒圈的驅(qū)動下一方面朝順時針方向作公轉(zhuǎn)，帶動后行星架朝順時針方向轉(zhuǎn)動，另一方面作順時針方向的自轉(zhuǎn)，并帶動前后太陽輪組件朝逆時針方向轉(zhuǎn)動。在前行星排中，由于和輸出軸連接的前齒圈轉(zhuǎn)速很低，當前行星輪12在太陽輪的驅(qū)動下朝順時針方向作自轉(zhuǎn)時，對前行星架產(chǎn)生一個逆時針方向的力矩，而單向離合器F1對前行架在逆時針方面有鎖止作用，此時，相當于前行星架被固定，使前齒圈在后行星輪的驅(qū)動下朝順時針方向轉(zhuǎn)動。因此，在前進一檔時，輸入軸的轉(zhuǎn)矩，即通過前行星排機構，又通過后行星排機構傳到功率輸出軸。這樣行星輪機構所承受的負載分為兩部分，防止齒輪受力過大。其傳動路線如下：

圖2-1

設前、后行星排齒圈和太陽輪的齒數(shù)之比分別為α1、α2，前后太陽輪組件、前齒圈和后行星架組件、前行星架的轉(zhuǎn)速分別為n1、n2、n3，后齒圈的轉(zhuǎn)速為n2’。根據(jù)單排行星齒輪機構的運動特性方程，可以分別得出前、后行星排的運動特性方程。前排：n1+α1n2-(1＋α1)n3＝0后排:n1+α2n2’-(1＋α2)n2＝0由于前行星架的轉(zhuǎn)速n3＝0，代入(1)式得：n1＋α1n2＝0代入(2)式，整理后可以得到一檔的傳動比為：i1＝n2’/n2＝（1+α1+α2）/α2當汽車在一檔行駛時，若駕駛員突然松開油門踏板，發(fā)動機轉(zhuǎn)速立即降至怠速。此時汽車在慣性的作用下，仍以原來的車速前進，而與驅(qū)動輪連接的自動變速器輸出軸的轉(zhuǎn)速并未立即下降，反向帶動行星齒輪變速器運轉(zhuǎn)。行星齒輪機構的后行星架和前齒圈組件成為主動件，后齒圈則成為從動件。當后行星架朝順時針轉(zhuǎn)動，后齒圈朝順時針轉(zhuǎn)動的速度較低，后行星輪在向順時針方向公轉(zhuǎn)的同時也朝逆時針方向作自轉(zhuǎn)，從而帶動前后太陽輪組件以較高轉(zhuǎn)速向順時針方向轉(zhuǎn)動，導致前太陽輪和前齒圈同時以較高的轉(zhuǎn)速朝順時針方向帶動前行星輪轉(zhuǎn)動，使前行星輪在自轉(zhuǎn)的同時對前行星架產(chǎn)生一個順時針方向的力矩。由于單向離合器F1只能防止前行星架的逆轉(zhuǎn)，因此，前行星架順時針自由轉(zhuǎn)動。在這種情況下，辛普森式行星齒輪機構的四個獨立元件中有兩個處于自由狀態(tài)，使行星齒輪機構失去傳遞動力的作用，與驅(qū)動輪連接的輸出軸的反向驅(qū)動力無法經(jīng)過行星齒輪變速器傳給變速器輸入軸，此時汽車相當于作空檔滑行，這種情況在一般使用條件下有利于提高汽車的乘坐舒適性和燃油經(jīng)濟性，但在汽車下陡坡時卻無法利用發(fā)動機的怠速運轉(zhuǎn)阻力來實現(xiàn)發(fā)動機制動，讓汽車減速。為了使裝用自動變速器的汽車也能實現(xiàn)發(fā)動機制動，必須讓它在前進一檔有兩種不同的選擇狀態(tài)，即有發(fā)動機制動和無發(fā)動機制動兩種，這兩種狀態(tài)的選擇通常是改變自動變速器選檔桿的位置來實現(xiàn)。當選檔桿位于D位時，自動變速器的一檔處于不能產(chǎn)生發(fā)動機制動作用的狀態(tài)；當選檔桿位于L位或1位時，自動變速器的一檔處于能產(chǎn)生發(fā)動機制動作用的狀態(tài)。2）有發(fā)動機制動作用的一檔具有發(fā)動機制動作用的一檔是通過低、倒檔制動器B3來實現(xiàn)的。當選檔桿位于L位或1位時，若行星齒輪變速器處于一檔，前進離合器C1和低、倒檔制動器B3同時起作用，此時行星齒輪變速器的工作狀態(tài)和D位一檔相同，但由于低、倒檔制動器B3處于制動狀態(tài)，無論是踩下油門踏板加速，還是松開油門踏板滑行，前行星架都是固定不動的，因此行星齒輪變速器的傳動比也都是固定不變的。當汽車滑行，發(fā)動機處于怠速工況而車速仍較高時，驅(qū)動輪在汽車慣性的作用下通過變速器輸出軸帶動行星齒輪變速器運轉(zhuǎn)，驅(qū)動行星齒輪變速器輸入軸以原來的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，導致與行星齒輪變速器輸入軸連接的變扭器渦輪轉(zhuǎn)速高于與發(fā)動機曲軸連接的變扭器泵輪的轉(zhuǎn)速，來自汽車驅(qū)動車輪的反向驅(qū)動力通過變扭器作用于發(fā)動機曲軸。同樣，發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)的牽制阻力通過變速器和行星齒輪變速器作用于驅(qū)動輪，使驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速下降，汽車隨之減速，實現(xiàn)了發(fā)動機制動。3）二檔汽車以一檔行駛，當車速達到一定速度時，由于1-2換檔閥的作用，使二檔制動器B2起作用，前進離合器C1同時繼續(xù)起作用，行星齒輪變速器處于二檔。此時輸入軸仍經(jīng)前進離合器C1和后齒圈連接，同時前后太陽輪組件被二檔制動器B2制動。發(fā)動機動力經(jīng)液力變扭器和行星齒輪變速器輸入軸傳給后齒圈，使之順時針方向轉(zhuǎn)動，由于后太陽輪轉(zhuǎn)速為0，因此后行星輪在后齒圈的驅(qū)動下一方面朝順時針方向自轉(zhuǎn)，另一方面朝順時針方向公轉(zhuǎn)，同時帶動后行星架及輸出軸順轉(zhuǎn)。此時前行星排處于自由狀態(tài)，前行星輪在前齒圈的驅(qū)動下朝順時針方向一邊自轉(zhuǎn)一邊公轉(zhuǎn)，帶動前行星架朝順時針方向空轉(zhuǎn)。因此二檔時發(fā)動機的動力是全部經(jīng)后行星排傳至輸出軸的。二檔時前、后行星排工作原理示意圖二檔的傳遞路線為:輸入軸→前進離合器C1→后齒圈→后行星輪→后行星架（B2使太陽輪固定不動）→輸出軸后行星排的運動特性方程：n1＋α2n2’－(1＋α2)n2＝0又n1＝0故二檔傳動比：i2＝n2/n2’=（1＋α2）/α2在上述二檔狀態(tài)下，汽車滑行時驅(qū)動輪的反向驅(qū)動力可經(jīng)過行星齒輪變速器傳至發(fā)動機，即具有發(fā)動機制動作用。４）三檔當車速從二檔繼續(xù)上升到一定的車速時，由于2-3檔換檔閥的作用，使高、倒檔離合器C2接合，前進離合器C1同時繼續(xù)接合，把輸入軸與后齒圈和前后太陽輪組件連接為一個整體，行星齒輪變速器升入三檔，由于此時后行星排中有兩個基本元件相互連接，從而使后行星排固定地連成一體而旋轉(zhuǎn)，輸入軸的動力通過后行星排直接傳給輸出軸，其傳動比i3=1，即為直接檔傳動。此時前行星輪在前齒圈的驅(qū)動下帶動前行星架朝順時針方向空轉(zhuǎn)。三檔的傳遞路線為:輸入軸→前進離合器C1和高、倒檔離合器C2→前后行星排鎖在一起→輸出軸在三檔狀態(tài)下，汽車滑行時，行星齒輪變速器具有反向傳遞動力的能力，能實現(xiàn)發(fā)動機制動。５）倒檔當位于倒檔時，高、倒檔離合器Ｃ2起作用，使輸入軸和前后太陽輪組件連接，同時制動器Ｂ3產(chǎn)生制動，將前行星架固定，此時發(fā)動機動力經(jīng)輸入軸傳給前后太陽輪組件，使前后太陽輪順時針方向轉(zhuǎn)動。由于前行星架固定不動，因此在前行星排中，前行星輪在前后太陽輪組件的驅(qū)動下朝逆時針自轉(zhuǎn)，并帶動前齒圈朝逆時針方向轉(zhuǎn)動，輸出軸即朝逆時針方向轉(zhuǎn)動，從而改變了動力的傳動方向，實現(xiàn)了倒檔。此時，后行星排中由于后齒圈可以自由轉(zhuǎn)動，因此后行星排處于自由狀態(tài)，后齒圈在后行星輪的帶動下朝逆時針方向自由轉(zhuǎn)動。其傳動路線是:輸入軸→離合器C2→前后太陽輪組件→前行星輪（制動器Ｂ3起作用，前行星架固定）→前齒圈→輸出軸倒檔時的動力是由前行星排傳給輸出軸的，根據(jù)單排行星齒輪機構的運動特性方程，可知：n1+α1n2-(1+α1)n3=0由于n3=0倒檔傳動比iＲ＝－α12.3行星齒輪中的換檔執(zhí)行元件的結(jié)構及工作原理行星齒輪變速器的換檔執(zhí)行元件包括離合器、制動器和單向離合器。單向離合器的結(jié)構、原理同導輪單向離合器，檢查方法如圖2-2所示，要求在箭頭所示的方向自由轉(zhuǎn)動，而反方向鎖止，必要時更換或重新安裝。下面重點介紹離合器和制動器。圖2-2

單向離合器的檢查

1．離合器離合器的功用是連接軸和行星齒輪機構中的元件或是連接行星齒輪機構中的不同元件。1)結(jié)構、組成離合器主要由離合器鼓、花鍵轂、活塞、主動摩擦片、從動鋼片、回位彈簧等組成，如圖2-3所示。圖2-3

離合器零件分解圖l－卡環(huán)

2－彈簧座

3－活塞

4－O形圈

5－離合器鼓

6－回位彈簧

7－碟形彈簧

8－從動鋼片

9－主動摩擦片

10－壓盤

11－卡環(huán)離合器鼓是一個液壓缸，鼓內(nèi)有內(nèi)花鍵齒圈，內(nèi)圓軸頸上有進油孔與控制油路相通。離合器活塞為環(huán)狀，內(nèi)外圓上有密封圈，安裝在離合器鼓內(nèi)。從動鋼片和主動摩擦片交錯排列，二者統(tǒng)稱為離合器片，均使用鋼料制成，但摩擦片的兩面燒結(jié)有銅基粉末冶金的摩擦材料。為保證離合器接合柔和及散熱，離合器片浸在油液中工作，因而稱為濕式離合器。鋼片帶有外花鍵齒，與離合器鼓的內(nèi)花鍵齒圈連接，并可軸向移動，摩擦片則以內(nèi)花鍵齒與花鍵轂的外花鍵槽配合，也可作軸向移動?；ㄦI轂和離合器鼓分別以一定的方式與變速器輸入軸或行星齒輪機構的元件相連接。碟形彈簧的作用是使離合器接合柔和，防止換檔沖擊?？梢酝ㄟ^調(diào)整卡環(huán)或壓盤的厚度調(diào)整離合器的間隙。2)工作原理離合器的工作原理如圖2-4所示。圖2-4

離合器工作原理a)分離狀態(tài)

b)接合狀態(tài)1－控制油道

2－回位彈簧

3－活塞

4－離合器鼓

5－主動片

6－卡環(huán)

7－壓盤

8－從動片

9－花鍵轂

10－彈簧座當一定壓力的ATF油經(jīng)控制油道進入活塞左面的液壓缸時，液壓作用力便克服彈簧力使活塞右移，將所有離合器片壓緊，即離合器接合，與離合器主、從動部分相連的元件也被連接在一起，以相同的速度旋轉(zhuǎn)。當控制閥將作用在離合器液壓缸的油壓撤除后，離合器活塞在回位彈簧的作用下回復原位，并將缸內(nèi)的變速器油從進油孔排出，使離合器分離，離合器主從動部分可以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。為了快速泄油，保證離合器徹底分離，一般在液壓缸中都有一個單向球閥，如圖2-5所示。當ATF油被撤除時，球體在離心力的作用下離開閥座，開啟輔助泄油通道，使ATF油迅速撤離。圖2-5

帶單向安全閥的離合器a)接合時

b)分離時1－單向球閥

2－液壓缸

3－油封

4－輔助泄油通道

5－活塞3)檢修離合器總成分解后要對每個零件進行清洗和檢查，如離合器鼓、花鍵轂、離合器片、壓盤等是否磨損嚴重、變形，回位彈簧是否斷裂、彈性不足，單向球閥是否密封良好等，必要時更換零部件和總成。離合器重新裝配后要檢查離合器的間隙。間隙過大會使換檔滯后、離合器打滑；間隙過小會使得離合器分離不徹底。檢查離合器間隙一般是用厚薄規(guī)（塞尺）進行，如圖2-6所示。圖2-6

檢查離合器間隙1－離合器總成

2－厚薄規(guī)2．制動器制動器的功用是固定行星齒輪機構中的元件，防止其轉(zhuǎn)動。制動器有片式和帶式兩種形式。片式制動器與離合器的結(jié)構和原理相同，不同之處是離合器是起連接作用而傳遞動力，而片式制動器是通過連接而起制動作用。下面介紹帶式制動器。1)結(jié)構、組成帶式制動器由制動帶和控制油缸組成，如圖2-7所示為帶式制動器的零件分解圖。制動帶是內(nèi)表面帶有鍍層的開口式環(huán)形鋼帶。制動帶的一端支承在與變速器殼體固連的支座上，另一端與控制油缸的活塞桿相連。圖2-7

帶式制動器的零件分解圖1－卡環(huán)

2－活塞定位架

3－活塞

4－止推墊圈

5－墊圈

6－鎖緊螺母

7－調(diào)整螺釘

8－制動帶

9－活塞桿

10－回位彈簧

11－O形圈

2)工作原理制動器的工作原理如圖2-8所示，制動帶開口處的一端通過支柱支承于固定在變速器殼體的調(diào)整螺釘上，另一端支承于油缸活塞桿端部，活塞在回位彈簧和左腔油壓作用下位于右極限位置，此時，制動帶和制動鼓之間存在一定間隙。制動時，壓力油進入活塞右腔，克服左腔油壓和回位彈簧的作用力推動活塞左移，制動帶以固定支座為支點收緊。在制動力矩的作用下，制動鼓停止旋轉(zhuǎn)，行星齒輪機構某元件被鎖止。隨著油壓撤除，活塞逐漸回位，制動解除。圖2-8制動器的工作原理1－調(diào)整螺釘（固定支承端）

2－制動帶

3－制動鼓

4－油缸蓋

5－活塞

6－回位彈簧

7－支柱3)檢修檢查制動帶是否破裂、過熱、不均勻磨損、表面剝落等情況，如果有任何一種，制動帶都應更換。檢查制動鼓表面是否有污點、劃傷、磨光、變形等缺陷。制動器裝配后要調(diào)整工作間隙，原因與離合器間隙的調(diào)整是一樣的。方法是：將調(diào)整螺釘上的鎖緊螺母擰松并退回大約五圈，然后用扭力扳手按規(guī)定轉(zhuǎn)矩將調(diào)整螺釘擰緊，再按維修手冊的要求將調(diào)整螺釘退回一定圈數(shù)，最后用鎖緊螺母緊固。2.4辛普森式行星齒輪機構的特點辛普森式行星齒輪機構有兩個單級行星排，這兩個行星排的元件卻有兩個太陽輪、兩個行星架和兩個齒圈。但是這兩個行星排的太陽輪是公共的，也就是說兩個行星排共用一個太陽輪；第二個特點是一個行星排的齒圈和另一個行星排的行星架連接，成為一個共同旋轉(zhuǎn)的組件，稱為前齒圈后行星架組件，這個組件被被用于輸出。1－公共太陽輪；2－前排行星架；3－后排齒圈；4－前齒圈后行星架組件（用作輸出）；辛普森式行星齒輪機構可這實現(xiàn)三個前進檔和一個倒檔，現(xiàn)采用豐田A340E自動變速器的結(jié)構分析辛普森式行星齒輪機構需要的執(zhí)行元件（離合器、制動器和單向離合器）換檔過程：有兩個離合器C1和C2，離合器C1連接的輸入與后排齒圈，離合器C2連接輸入與公共太陽輪。注意制動器B2和單向離合器F2，這兩個執(zhí)行元件均負責前排行星架，制動器B2制動前排行星架，而單向離合器F2可以單向的制動前排行星架，即只允許前排行星架單向旋轉(zhuǎn)。制動器B3、B1和單向離合器F1負責制動公共電太陽輪。制動器B3雙向的制動公共太陽輪，而制動器B1制動的是單向離合器F1，而單向離合器F1只能單向的制動太陽輪，即當制動器B1制動后，F(xiàn)1單向鎖止公共太陽輪。第三章辛普森式自動變速器的故障及原因自動變速器由于結(jié)構類型較多，而且較為復雜，除了機械系統(tǒng)之外，還有十分復雜的液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，因此產(chǎn)生故障的原因是多方面的，其中掌握每一個變速器的每一個檔位的傳動路線是診斷故障的主線，變速執(zhí)行元件的作用或釋放都是為傳動路線服務的。多片離合器、制動箍帶以及單向、超越式離合器都是比較容易損壞的機械部件，一旦變速執(zhí)行元件失去功能，就可能影響檔位的傳動路線。由于每一個變速器中的復合行星齒輪機構不同，因此變速執(zhí)行元件對傳動路線的影響也不同。自動變速器中的液壓系統(tǒng)主要是為變速執(zhí)行元件中的多片離合器和伺服油缸服務的，使它們作用或釋放。影響多片離合器或伺服油缸正常工作的最主要的因素是主回路油壓。而影響主回路油壓的因素很多，但關鍵是油泵的密封件磨損，調(diào)壓閥卡滯或磨損以及液壓回路的內(nèi)部泄漏等。自動變速器的電子傳感器主要收集換檔信息和改善換檔品質(zhì)，以及監(jiān)控報警信息，如果這些變速器的耳目發(fā)生損壞，則ECU無法執(zhí)行正確的程序，無法正確地處理信息。自動變速器電控系統(tǒng)的執(zhí)行元件主要指各種控制閥的電磁線圈，線圈的開路或短路以及電阻值發(fā)生變化是經(jīng)常出現(xiàn)的故障，它直接影響電磁閥的工作。總之，由于影響自動變速器故障的因素很多，在診斷過程中要比較充分地加以考慮，可以采用比較法和篩選法，逐一加以判斷。下面所列的故障及原因，具有典型性。3.1換檔執(zhí)行元件故障1．換檔過程有明顯沖擊原因：多片離合器或制動箍帶因磨損而產(chǎn)生比較大的間隙，“飛車”或“丟速”引起換檔沖擊烽擦副的表面狀態(tài)已變化；儲能器活塞卡滯，峰值油壓無法衰減；調(diào)壓閥閥體卡滯。2．液控自動變速器的換檔點不準確低檔換高檔時車速提前的原因：節(jié)氣門開度閥聯(lián)動的鋼繩索調(diào)整過松，使開度閥彈簧預緊力偏??；真空壓力調(diào)制器滑閥發(fā)卡；調(diào)速閥滑閥發(fā)卡。低檔換高檔時車速延遲的原因：主回路油壓偏高；節(jié)氣門開度閥聯(lián)動的鋼繩索調(diào)整過緊，使開度閥彈簧預緊力偏大；調(diào)速閥單向閥座泄漏；真空壓力調(diào)制器的真空管破裂或滑間發(fā)卡；換檔閥滑閥發(fā)卡。3．電控自動變速器的換檔點不準確原因：換檔規(guī)律開關選擇不正確或損壞aCU控制程序有故障；節(jié)氣門位置傳感器和車速傳感器有故障或連接導線松脫。換檔電磁閥線圈故障或滑閥發(fā)卡。4．換檔錯位或輸出軸不轉(zhuǎn)原因：手動閥位置調(diào)整不準確或滑閥磨損泄漏；換檔電磁閥線圈故障或換檔閥發(fā)卡；ECU電源處于失電狀態(tài)；主回路油壓偏低，多片離合器或制動箍帶打滑；單向或超越式離合器損壞；多片離合器活塞、伺服油缸活塞以及換檔閥發(fā)卡，使它們無法作用或釋放。3.2自動變速器油故障1．自動變速器油溫過高原因：油底殼中液面位置過低；長期處于大扭矩，大負載下工作濃車輛長期處于等待狀態(tài)時，制動踏板沒有釋放（變矩器中的液體嚴重“剪切”）；主回路油壓偏低，多片離合器、制動箍帶或變矩器鎖止離合器（TCC）處于打滑狀態(tài)；油冷卻器管路或單向閥污垢堵塞。2．主回路油壓偏低原因：液面高度偏低或濾清器堵塞；油泵磨損泄漏；液壓回路中的密封環(huán)、單向閥座?；钊约盎y磨損、發(fā)卡引起泄漏；上、下闊板連接螺栓松動；節(jié)氣門開度閥聯(lián)動鋼繩索調(diào)節(jié)過松；真空壓力調(diào)制器滑閥發(fā)卡；調(diào)壓閥滑閥發(fā)卡；預緊彈簧斷裂