汽车行星齿轮式变速器特点研究

汽车行星齿轮式变速器特点研究

郭文灿

广东南方职业学院 529000

摘要： 变速器是汽车传动系统的主要部件之一，特别是今年大部分小车均采用自动变速，本文将对广泛使用的行星齿轮式自动变速器做一专业的论述。

关键词：行星齿轮结构；自动变速原理

汽车自动变速器的传动类型

自动变速器简称ＡＴ，目前自动变速器的自动换挡等过程都是由自动变速器的电子控制单元控制的， 因此自动变速器又可简称为ＥＡＴ、ＥＣＡＴ、ＥＣＴ 等。自动变速器按控制方式不同可分为液控自动变速器、电控自动变速器， 目前生产的自动变速器几乎都是电液控自动变速器。自动变速器按传动形式的不同又可分为行星齿轮自动变速器和非行星齿轮自动变速器，目前行星齿轮自动变速器应用最广泛。

行星齿轮自动变速器的基本组成和工作原理

图1.自动变速器刨视图 图2. .电控自动变速器的组成和控制原理

基本组成：液控自动变速器主要由液力变矩器、冷却滤油装置、行星齿轮变速系统、液压控制系统和电子控制系统等。

工作原理：如图2所示，电控自动变速器是通过各种传感器， 将发动机的转速、节气门开度、车速、发动机水温、自动变速器液压油温度等参数信号输入电控单元ＥＣＵ， ＥＣＵ 根据这些信号， 按照设定的换挡规律， 向换挡电磁阀、油压电磁阀等发出动作控制信号， 换挡电磁阀和油压电磁阀再将ＥＣＵ 的动作控制信号转变为液压控制信号， 阀板中的各控制阀根据这些液压控制信号，控制换挡执行元件的动作，从而实现自动换挡过程。

图3 单排行星齿轮结构示意图 图4 单排行星齿轮机构的动力传动方式

行星齿轮结构工作原理：

行星齿轮式自动变速器的主要机械部件是行星齿轮装置，行星齿轮式变速器是如何变档的呢，这要从单排行星齿轮结构原理谈起。如图3所示，单排行星齿轮机构主要由一个太阳轮1、一个带有几个行星齿轮4的行星架3和一个齿圈2组成。

齿圈有内齿， 其余齿轮均为外齿轮。太阳轮位于机构的中心， 行星轮与太阳轮外啮合而与齿圈内啮合。行星轮有4 个， 通过滚针轴承安装在行星齿轮轴上， 行星齿轮轴对称、均匀地安装在行星架上。行星齿轮机构工作时， 行星轮除了绕自身轴线自转外， 同时还绕着太阳轮公转， 行星架也绕太阳轮旋转

单排行星齿轮机构的运动规律，根据能量守恒定律， 由作用在单排行星齿轮机构各元件上的力矩和结构参数， 可以得出表示单排行星齿轮机构运动规律的特性方程：

n1+αn2=(1+α)n3 （α=z2/z1）

由于一个方程有三个变量， 如果将太阳轮、齿圈和行星架中某个元件作为主动（输入）部分， 让另一个元件作为从动（输出） 部分，因此为了得到确定的运动， 必须对太阳轮、齿圈和行星架三者中某个元件的运动进行约束和限制，可以得到不同的动力传动方式，如图4所示。图中箭头表示旋转方向，黑色箭头为主动件，白色箭头为从动件。可以得出结论：

（1）箭头方向一致的旋转方向一致，箭头方向相反的旋转方向相反；（2）如果太阳轮、齿圈和行星架三个元件没有任何约束， 则各元件的运动是不确定的，此时为空挡；（3）当传动比大于１， 故说明其为减速传动， 可以作为降速挡（4）当传动比小于１， 故说明其为增速传动， 可以作为超速挡。（5）当传动比等于１， 这种传动方式用于变速器的直接挡传动。（6）当传动比为负值， 故说明主、从动件的旋转方向相反， 又由于传动比大于1， 故说明为降速传动， 可以作为倒挡。

多组行星齿轮传动原理：

目前汽车上采用的是二组或三组行星齿轮式自动变速器，如图5所示为三组式行星齿轮式自动变速器，B₀、B_1、 B₂和B₃是制动器，F₀、F₁和F₂是离合器，14是输入轴，12是过渡轴，8是输出轴，第一组行星轮由太阳轮13、行星轮2和齿圈3组成，、第二组行星轮由太阳轮10、行星轮2和齿圈3组成，第三组行星轮由太阳轮10、行星轮7和齿圈9组成，第二和第三组行星轮共用太阳轮10。

其传动路线是从14输入，在各个离合器和制动器的互相配合下，经过3级行星齿轮组之间的转换，从8输出。不同的运动状态组合可得到4 种前进挡，其功用如下：（1）在液力变矩器的基础上再将转矩增大２～４ 倍， 以提高汽车的行驶适应能力。（2）实现倒挡传动。完全满足了汽车启动、行驶和停车过程换挡的需要， 提高了可靠性和平顺性

图5 自动变速器传动示意图

歇后语

本文通过对行星齿轮结构的组成和旋转方向的详细论述，阐述了行星齿轮式自动变速器的组成和工作原理。

参考文献：

[1]周延昌. 机械设计基础. 东北师范大学. 2018年

[2]朱军等. 汽车底盘构造与拆装. 北京出版社. 2020年

作者简介：郭文灿（1955.10—），男，汉，河南洛阳市孟津区人，本科，机电高级工程师，研究方向：汽车专业。