【检修知识】主动变速器能源通报道路剖析（一

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一、自动变速器动力传动概述
自动变速器由液压元件、传动机构、控制系统、主传动元件等组成。传动机构可分为三种:固定平行轴式、行星齿轮式和金属带式无级变速器。在国内使用的车辆中，自动变速器大多采用行星齿轮传动机构，这也是本文的重点。行星齿轮机构一般由两个或两个以上不同组合的行星齿轮组组成，其作用是通过驱动或制动不同的部件，产生不同速比的前进档、倒档和空档。

换挡执行机构的作用是约束行星齿轮机构的某些部件，包括固定并使其转速为零，或者连接某些部件使其以某一指定转速旋转。通过适当选择行星齿轮机构的约束基本元件和约束方式，可以获得不同的传动比，形成不同的档位。换档执行器包括离合器、制动器和单向离合器。离合器用于连接或驱动变速机构的输入轴(主动部件)与行星齿轮机构的一个部件(被动部件)实现动力传递。制动器的功能是固定行星齿轮机构中的基本元件。当它工作时，它将被制动元件与变速器壳体连接，使其不能转动。单向离合器具有单向锁定的特性。当被连接构件的旋转趋势使其受力方向与锁定方向一致时，该构件被固定(制动)或连接(驱动)；当力的方向与锁定方向相反时，元件被释放(断开)。可以看出，单向离合器在不同状态下的作用与离合器和制动器是一样的。
从上面的介绍可以看出，掌握不同组合的行星齿轮机构的运动规律是自动变速器故障诊断的基础。

二。单排单级行星齿轮机构
1。单排单级行星齿轮机构的传动比
最简单的行星齿轮机构由一个太阳轮、一个内齿圈和一个行星架组成，我们称之为单排单级行星齿轮，如图1所示。由于单排行星齿轮机构具有两个自由度，为了获得固定的传动比，需要制动(以固定速度旋转)或约束(以固定速度旋转)太阳轮、齿圈或行星架中的一个，以获得所需的传动比；如果其中任意两个连接成一个整体，整个行星齿轮机构以相同的速度旋转。
目前关于自动变速器的资料中，有几个计算传动比的公式:
(n1-nh)/(n3-nh)=-z3/z1公式(1)
其中:n1-太阳齿轮转速；Nh-行星架速度；齿圈的N3速度；Z1-太阳齿轮齿数；Z3-齿圈齿数
n1+αn2-(1+α)n3=0公式(2)
其中:n1-太阳轮转速；齿圈的N2速度；N3-行星架速度；α =齿圈齿数/太阳轮齿数=z2/z1
z2=z1+z3公式(3)
其中:z1-太阳轮齿数；Z2-行星架齿数的虚数；Z3-齿圈齿数
下面介绍这三个公式的原理和推导过程，也是本文后面计算不同类型自动变速器速比的基础。定轴轮系齿轮传动比的计算公式为i=(-1)m(所有从动齿轮的乘积)/(所有从动齿轮的乘积)=(-1)mzn/z1，不适用于行星齿轮机构。因为在行星齿轮机构中，星轮随着行星架的转动而公转的同时也自转，这就使得定轴轮系的传动比计算方法不再适用。我们可以用“相对速度法”或“转换机构法”来分析行星齿轮机构的传动比。这种方法的理论基础是“机构整体的绝对运动不影响其内部构件之间的相对运动”，就像手表指针的相对运动不随人的行走而变化一样。这个理论是由一位名叫威尔斯的科学家在1841年提出的。假设在整个行星轮系上加一个绕支点O转动的运动(-ω)，这个运动的角速度与行星架的角速度(ω)相同，但方向相反。这时行星架是静止的，这样星轮的几何轴就固定了，我们得到一个定轴轮系，可以用来计算。用转速n代替角速度ω，变换前后不同部件的转速见表1。
计算定轴轮系传动比的公式为:
I13h = N1H/N3h =(N1-NH)/(N3-NH)=(-1)1z2z 3/z1z 2 =-Z3/Z1公式(4)
如果α =可以看出，这三个公式实际上是同一公式的不同表述。
2。单排单级行星齿轮机构的行星架齿数虚数
在公式(4)中，假设内齿圈固定使得n3=0，公式(5)的代入导出公式(6):
N1/NH = (Z1+Z3)/Z1公式(5)
和:i1h=n1/nh=zh/z1公式(6)
联合求解公式(5)和(6)
3 .单排单级行星齿轮机构运动状态分析
(1)太阳轮固定(n1=0)，行星架驱动，齿圈输出:将n1=0代入公式(4)，其中i=nh/n3=z3/(z1+z3)，传动比小于1，即同向增长率。
(2)太阳轮固定(n1=0)，齿圈驱动，行星架输出:将n1=0代入公式(4)，其中i=n3/nh=(z1+z3)/z3，传动比大于1，即同向减速运动。
(3)齿圈固定(n3=0)，行星架驱动，太阳轮输出:将n3=0代入公式(4)，其中i=nh/n1=z1/(z1+z3)，传动比小于1，即同速增长的运动。
(4)齿圈固定(n3=0)，太阳轮驱动，行星架输出:将n3=0代入公式(4)，其中i=n1/nh=(z1+z3)/z1，传动比大于1，即同向减速运动。
(5)行星架固定(nh=0)，齿圈被驱动，太阳轮输出:将nh=0代入公式(4)，其中i=n3/n1=-z1/z3，传动比小于1且为负，即速度相反增加的运动。
(6)行星架固定(nh=0)，太阳轮驱动，齿圈输出:将nh=0代入公式(4)，其中i=n1/n3=-z3/z1，传动比大于1且为负，即反向减速运动。
单排单级行星齿轮机构在不同状态下的转速和方向汇总在表2中。

三。单排两级行星齿轮机构
1。单排两级行星齿轮机构的传动比
与单排两级行星齿轮机构相比，单排两级行星齿轮机构多了一个啮合齿轮，如图2所示。
同样，根据换算方法，对于多级啮合行星齿轮系，通过计算单排单级行星齿轮机构的传动比，我们可以推导出如下公式:
IGKH = NGH/NKH =(ng-NH)/(NK-NH)=
(-1)m(从g到k(其中m是从g到k啮合齿轮的对数)式(7)
对于单排两级行星齿轮机构，m=2，由式(1单行代入公式(8)得到公式(9):
N1/NH = (Z3-Z1)/Z1公式(9)
和:i1h=n1/nh=zh/z1公式(10)
联合求解公式(9)和(1)。可以看出，单排双级行星齿轮机构的速比计算公式和行星架的虚齿数与单排单级行星齿轮机构不同，这在本文后面不同车型自动变速器复杂行星齿轮机构的传动比计算中是非常重要的。
3。单排双级行星齿轮机构运动状态分析
对于单排双级行星齿轮机构，有Z3 > z1，(z3-z1) < Z3，但(z3-z1)的大小与z1相比是不确定的，所以在下面的旋转规律分析中，如果某些条件不具备，不列出增速或减速。
(1)太阳轮固定(n1=0)，行星架驱动，齿圈输出:将n1=0代入公式(8)，其中i=nh/n1=z1/(z1-z1)，传动比大于1且为正，即同向减速运动。
(2)太阳轮固定(n1=0)，齿圈驱动，行星架输出:将n1=0代入公式(8)，其中i=n1/nh=(z3-z1)/z3，传动比小于1且为正，即同速增长的运动。
(3)齿圈固定(n3=0)，行星架驱动，太阳轮输出:n3=0代入公式(8)，有i=nh/n1=-z1/(z3-z1)，传动比为负，但不确定是大于还是小于1，所以是反向运动。
(4)齿圈固定(n3=0)，由太阳轮驱动，行星架输出:将n3=0代入公式(8)，其中i=n1/nh=-(z3-z1)/z1，传动比为负，但不确定是大于还是小于1，所以是相反的运动。
(5)行星架固定(nh=0)，齿圈驱动，太阳轮输出:将nh=0代入公式(8)，其中i=n3/n1=z1/z3，传动比小于1且为正，即同速增长的运动。
(6)行星架固定(nh=0)，由太阳轮驱动，齿轮输出:将nh=0代入公式(8)，其中i=n1/n3=z3/z1，传动比大于1且为正，即同向减速运动。
单排两级行星齿轮机构的转速和方向如表3所示。对于单排两级行星齿轮机构，有Z3 > z1，(z3-z1) < Z3，但(z3-z1)的大小与z1相比是不确定的，所以在下表的转动规律中，如果某些条件不具备，不列出增速或减速。

四。复杂行星齿轮机构
从上面对行星齿轮机构传动比的分析可以看出，简单的行星齿轮机构不能满足汽车行驶时不同速比的要求，所以在实际应用中，往往采用多个单排行星齿轮机构，通过串联、并联或改变驱动和传动部件，组成更复杂的行星齿轮机构，以满足汽车驱动档位的需要。由两个单排单级行星齿轮机构组合而成的双排单级行星齿轮机构称为辛普森结构。一个单排单级行星齿轮机构和一个单排双级行星齿轮机构或两个单排双级行星齿轮机构以特定方式组合而成，称为拉维纳式行星齿轮机构。以上介绍的是行星齿轮机构运动规律的简单分析和传动比的计算方法，而复杂行星齿轮机构的实际应用将在各种车辆的动力传递分析中介绍。