第四章 自動變速箱齒輪機構

1. 第四章 自動變速箱齒輪機構 授課者： 張永瑞 副教授

2. 液壓扭力變換器雖然在一定範圍內自動無級地改變變矩比和傳動比，但由於變矩比不大（1～3範圍內） • 汽車上廣泛採用的是液壓扭力變換器和齒輪變速箱組成的液壓自動變速箱。 • 扭力變換器只有在輸出轉速接近於輸入轉速時才具有較高的傳動效率。而且它的增扭作用不夠大，只能增加2－4倍，此值還不能滿足汽車的使用要求

3. 行星排的4個基本元件 太陽輪 環齒輪 行星小齒輪 行星架 行星齒輪機構結構

4. 外嚙合式行星齒輪機構體積大，傳動效率低，故在汽車上己被淘汰 • 圖4-2 行星齒輪機構嚙合方式

5. 與單行星小齒輪機構在其它條件相同的情況下相比，環齒輪可以得到反向傳動 圖4-3 雙行星齒輪機構

6. 圖4-4 單排行星齒輪機構

7. 環齒輪齒數與太陽輪的齒數比為α • 則α= Zr / Zs = r2 / r1 • (Zs為太陽輪齒數、Zr為環齒輪齒數) • r1、r2分別為太陽輪、環齒輪的節圈半徑 • 太陽輪的力矩為Ms = Fs × r1 • 環齒輪的力矩為Mr = Fr × r2= α×Fs × r1 • 行星架上的力矩為Mc= Fc × r3 • = － (α+1)×Fs × r1

8. Ns：太陽輪轉速 • Nr：環齒輪轉速 • Nc：行星架轉速 • 傳動比 i = 輸入軸轉速/輸出軸轉速

9. 一、減速傳動 • (1)將環齒輪固定，以太陽輪為主動件，行星架為從動件 • i = Ns/Nc = 1 +α = 1 + Zr/Zs • i大於2，所以此時之傳動為減速增扭傳動。

10. (2)將太陽輪固定，以環齒輪為主動件，行星架為從動件 • 傳動比i = Nr/Nc = (1 +α)/α=(Zs + Zr)/ Zr = 1 + Zs/Zr • 1＜i＜2，所以此時之傳動為減速增扭傳動

11. (3)將行星架固定，以太陽輪為主動件，環齒輪為從動件 • i = Ns/Nr = －α= － Zr/Zs • i 值大於1，傳動為減速增扭倒檔傳動。

12. 二、加速傳動 • (1)將太陽輪固定，以行星架為主動件，環齒輪為從動件 • 傳動比i = Nc/Nr = α/(1+α)= Zr/ (Zs+Zr) • 傳動比i小於1， • 輸出軸轉速比輸入軸轉速還高是加速減扭傳動。

13. (2)將環齒輪固定，以行星架為主動件，太陽輪為從動件 • 傳動比i = Nc/Ns = 1/(1+α)= Zs/ (Zs + Zr) • 傳動比i遠小於1， • 是加速減扭傳動，相當於超速檔。

14. (3)將行星架固定，以環齒輪為主動件，太陽輪為從動件 • 傳動比 i = Nr/Ns =－1/α= －Zs/Zr • i值小於1， • 此時之傳動為加速減扭倒檔傳動。

15. 三、自由轉動 • 若行星架、環齒輪、太陽輪3個基本元件都沒有被固定 • 此時該機構失去傳動作用而處於空檔狀態。

16. 四、直接傳動 • 任意兩個基本元件互相連接起來 • 傳動比i都等於1 • 這種情況相當於直接檔。

17. 表4-1-1 單排行星齒輪機構傳動比各種可能的情況

18. 多排行星齒輪變速箱的傳動比及各構件轉速的求法 • kn1＝ －αkkn2＋ (1＋αk) kn3 • k表示每一個負載行星排 • αk為k行星排環齒輪齒數與太陽輪齒數比

19. 單排行星齒輪機構的運動關係式 • Ns +α×Nr ＝ (α+1)×Nc • 是三元一次齊次方程式，三個未知數、一個方程式 • 單排行星機構是兩個自由度機構

20. 表4-1-2 二自由度行星齒輪變速箱行星機構 • 註：’’○’’表示操縱件起作用，’’×’’表示操縱件不起作用

21. 目前，自動變速箱使用最多的是三自由度行星齒輪變速箱 • 四自由度的行星齒輪變速箱，結構複雜，故只宜用於多檔傳動(超過8檔以上)的變速箱。 • 組成三自由度的途經主要有： • 1用兩個二自由度行星機構串聯； • 2用兩個二自由度行星機構並聯； • 3在二自由度行星機構基礎上，複聯 • 主動或被動構件。

22. 表4-1-3 三自由度行星齒輪變速箱行星機構 • 註：’’○’’表示操縱件起作用，’’×’’表示操縱件不起作用

23. 第二節 行星齒輪式自動變速箱 • 行星齒輪機構大致上可以分為六類 一、 基礎行星齒輪機構 二、辛普森(Simpson)齒輪機構 三、改良型辛普森行星齒輪機構(B3為帶式制動器) 四、拉維奈爾赫（Ravigneaux）行星齒輪機構 五、改良型拉維奈爾赫行星齒輪機構 六、四前進檔行星齒輪機構

24. 一、 基礎行星齒輪機構--克萊斯勒公司 • 最簡單一種

25. 二、辛普森(Simpson)齒輪機構

26. 三、改良型辛普森行星齒輪機構(B3為帶式制動器)三、改良型辛普森行星齒輪機構(B3為帶式制動器) 二檔換三檔 ，換檔平穩 性得以改善

27. 四、拉維奈爾赫（Ravigneaux）行星齒輪機構

28. 五、改良型拉維奈爾赫行星齒輪機構 低檔換二 檔，換檔 平穩性得 以改善

29. 六、四前進檔行星齒輪機構 具有功率分 流、高速檔 鎖止、增設 超速檔

34. 不同車型自動變速箱在結構上往往有很大的差異，主要區別是在 • (1)前進檔的檔數不同 • (2)離合器、制動器及單向超速離合器的數目和佈置方式不同 • (3)所採用的行星齒輪機構類型不同。

35. 行星齒輪機構的類型主要有兩類 • 辛普森式行星齒輪機構 • 拉維奈爾赫式行星齒輪機構。

36. 一、辛普森式行星齒輪變速箱 • 它是由兩個內嚙合式單排行星齒輪機構組合而成，其結構特點是 • (1)前後兩個行星排的太陽輪連接為一個整體，稱為前後太陽輪組件 • (2)前一個行星排的行星架和後一個行星排的環齒輪連接為另一個整體，稱為前行星架和後環齒輪組件 • (3)輸出軸通常與前行星架和後環齒輪組件連接

37. 圖4-5辛普森式行星齒輪機構示意圖

38. 二、辛普森式3檔行星齒輪變速箱 • 設置5個換檔操作元件 • (2個離合器、2個制動器和1個單向超速離合器) • 即可使之成為一個具3個前進檔和1個倒檔的行星齒輪變速箱

39. C1也稱為倒檔及高檔離合器 C2也稱為前進離合器 B1 2檔制動器 B2低檔及倒檔制動器 F1低檔單向超速離合器 圖4-6 辛普森式3檔行星齒輪變速箱

40. 表4-2-1 辛普森式3檔行星齒輪變速箱排檔桿位置及操作元件工作表 註：○表示接合、制動或鎖定

41. 1輸入軸2前進離合器3倒檔及高檔離合器42檔制動器5前環齒輪6前行星小齒輪7前行星架8.輸出軸9前後太陽輪組件10後行星架11後行星小齒輪12低檔及倒檔制動器13低檔單向超速離合器14後環齒輪1輸入軸2前進離合器3倒檔及高檔離合器42檔制動器5前環齒輪6前行星小齒輪7前行星架8.輸出軸9前後太陽輪組件10後行星架11後行星小齒輪12低檔及倒檔制動器13低檔單向超速離合器14後環齒輪 圖4-7 辛普森式3檔行星齒輪變速箱1檔動力傳輸路線

42. 若駕駛員突然鬆開油門踏板，低檔單向超速離合器F1對後行星架在順時針方向無鎖定作用 圖4-8辛普森式3檔行星齒輪變速箱1檔時前後行星排的工作原理

43. 1輸入軸2前進離合器3倒檔及高檔離合器42檔制動器5前環齒輪6前行星小齒輪7前行星架8.輸出軸9前後太陽輪組件10後行星架11後行星小齒輪12低檔及倒檔制動器13低檔單項超速離合器14後環齒輪1輸入軸2前進離合器3倒檔及高檔離合器42檔制動器5前環齒輪6前行星小齒輪7前行星架8.輸出軸9前後太陽輪組件10後行星架11後行星小齒輪12低檔及倒檔制動器13低檔單項超速離合器14後環齒輪 • 圖4-9 辛普森式3檔行星齒輪變速箱2檔動力傳輸路線

44. 圖4-10 辛普森式3檔行星齒輪變速箱2檔時前後行星 排的工作原理

45. 1輸入軸2前進離合器3倒檔及高檔離合器42檔制動器5前環齒輪1輸入軸2前進離合器3倒檔及高檔離合器42檔制動器5前環齒輪 • 6前行星小齒輪7前行星架8.輸出軸9前後太陽輪組件10後行星架 • 11後行星小齒輪12低檔及倒檔制動器13低檔單向超速離合器14後環齒輪 • 圖4-11 辛普森式3檔行星齒輪變速箱3檔動力傳輸路線

46. 圖4-12 辛普森式3檔行星齒輪變速箱3檔時前後行 • 　　　星排的工作原理

47. 1輸入軸2前進離合器3倒檔及高檔離合器42檔制動器5前環齒輪1輸入軸2前進離合器3倒檔及高檔離合器42檔制動器5前環齒輪 • 6前行星小齒輪7前行星架8.輸出軸9前後太陽輪組件10後行星架 • 11後行星小齒輪12低檔及倒檔制動器13低檔單項超速離合器14後環齒輪 • 圖4-13 辛普森式3檔行星齒輪變速箱倒檔動力傳輸路線

48. 圖4-14 辛普森式3檔行星齒輪變速箱 倒檔時前後行星排工作原理

49. 三、改進後的辛普森式3檔行星齒輪變速箱 • 辛普森式3檔行星齒輪變速箱由2檔換至3檔時，一方面2檔制動器B1釋放，另一方面倒檔及高檔離合器C1接合 • 這兩個換檔操作元件的工作交替應及時準確，太快或太慢都會影響換檔品質和變速箱的使用壽命

50. 2檔換至3檔 • 制動器B1釋放後，倒檔及高檔離合器C1來不及接合，會使行星齒輪變速箱出現打滑現象，而使引擎出現空轉，並出現換檔沖擊 • 若2檔制動器B1未完全釋放，倒檔及高檔離合器C1便過早接合，則行星齒輪機構各獨立元件之間會產生運動干涉，迫使換檔操作元件打滑，加速磨擦片或制動帶的磨損。