自动变速器 — 齿轮变速器
自动变速器行星齿轮机构---第三章
2. 功率流分析 规则： （1）一端所受转矩方向与其转速方向相同 （M、n或-M、-n），功 率为正，输入端 （2）一端所受转矩方 向与其转速方向相反 （M、-n或-M、n）， 功率为负，输出端 转速(+,-)
三、传动效率 相对功率法： 根据行星排各构件的相对转速、转矩和传递 功率计算。 两点假设： 1. 只计算和相对运动有关的齿轮啮合损失， 其它不计； 2. 相对运动的齿轮啮合损失与定轴传动相同， 外啮合效率0.97，内啮合效率0.98。
2. 档位情况
选档杆 位置 换档执行元件 C1 1 D 2 3 2 L R 1 2 1 倒档 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ C2 B1 B2 B3 F1 F2 ○ 发动机 制动
档位
P
N
驻车档
空档
○
3. 各档动力传动路线：
1) D1档：C1、F2
主动太阳轮
从动行星架
行星小齿轮
主动齿圈
• 8) 如果所有元件无约束，则动力无法传动 • 空档
太阳轮
行星架
行星小齿轮
主动齿圈
二、车辆传动用行星齿轮机构 1. 单星行星排：一个行星轮同时内外啮合 普通式行星排 复式双联行星排
2. 双星行星排： 两个行星轮 普通式 长短行星轮式 3. 圆锥行星齿轮 行星排 行星架输入动 力，太阳轮输出 对称结构 非对称结构
z
w 3 1 2
实现一个档要结合2-1个
操纵件
如有2个操纵件
可得
C 2
1 z
个档
2. 行星机构速度关系式（数学分析法） 给整个行星机构加反向转速nj，对绝对座标： 行星架转速＝ nj－ nj＝0 太阳轮转速＝ nt－ nj 齿圈转速＝ nq－nj，按定轴传动处理
机械传动系统之典型齿轮变速器
在风力发电领域的应用
风力发电机的传动系统需要能够 将风能转化为电能，并且需要能
够在不同的风速下稳定运行。
齿轮变速器在风力发电领域中主 要用于调整风力发电机的转速和
转矩，从而实现高效发电。
常见的风力发电机齿轮变速器包 括行星齿轮变速器和平行轴齿轮
变速器等。
在船舶工业中的应用
船舶需要在各种复杂的水域环境下稳 定航行，因此需要可靠的传动系统。
齿轮变速器的种类
手动齿轮变速器
通过手动操作换挡杆来选择不同的齿 轮组合。
自动齿轮变速器
根据车速和发动机负荷自动选择合适 的齿轮组合。
齿轮变速器的工作原理
通过不同齿数的齿轮组合，实现传动比的改变。
当输入轴转速发生变化时，输出轴转速也随之变 化。
通过改变齿轮的组合，可以实现输出轴的正反转 。
02
齿轮变速器的结构
更换滤清器
根据需要更换变速器滤清器，以防 止杂质进入变速器内部。
故障诊断与排除
听诊
通过听变速器运转声音判断是否存在异常，如异 响、杂音等。
观察
观察变速器外观及油位变化，判断是否存在漏油 、油温过高等问题。
测试
使用专业检测工具对变速器进行性能测试，确定 故障部位及原因。
维修与更换
1 2
维修
对变速器进行拆解检查，修复损坏的零件，重新 组装并调整。
机械传动系统之典型齿轮变 速器
目录
• 齿轮变速器概述 • 齿轮变速器的结构 • 齿轮变速器的设计 • 齿轮变速器的应用 • 齿轮变速器的维护与保养
01
齿轮变速器概述
定义与功能
定义
齿轮变速器是一种通过改变齿轮 的传动比来改变输出轴转速的机 械装置。
第三章 齿轮变速机构与第四章
制动带
（2）带式制动器的工作过程
制动状态
当来自控制阀的液压油液压缸时活塞向内移动，推杆随 之向内移动，将制动带压紧在制动鼓上，于是制动鼓被固定住 而不能旋转。此时,制动器处于制动状态。
不制动状态
当液压控制系统将作用在液压缸内的液压油的压力解除 后活塞在回位弹簧作用力的作用下向外移动，推杆回缩，制 动带被放松，制动鼓可以转动，从而使制动器由制动状态变 成释放状态。
（1）内圈固定、外圈顺时针方向通过 （2）内圈固定、外圈逆时针方向锁止 （3）外圈固定、内圈顺时针方向锁止 （4）外圈固定、内圈逆时针方向通过 （5）内圈固定、外圈顺时针方向锁止 （6）内圈固定、外圈逆时针方向通过 （7）外圈固定、内圈顺时针方向通过 （8）外圈固定、内圈逆时针方向锁止
直接离合器毂不在该组件中，却在前进 离合器组件中，它和前进离合器鼓为一 体，在前进离合器鼓的左侧。
1离合器鼓；2活塞；3O型圈；4回位弹簧；5卡环；6推力垫； 7钢片；8摩擦片；9法兰；10卡环 记：C2又称倒档及高档离 合器，C2钢片和前后太阳轮相连，摩擦片连接输入轴，C2动 作时连接输入轴及前后太阳轮。
要注意的是，在超速制动器组件内并没有超速 制动器鼓和超速制动毂。超速制动器鼓是自动 变速器壳体而超速制动毂是超速离合器鼓的外 表面。
B0钢片和自动箱外壳相连，摩擦片和太阳轮相连，太 阳轮上还有O/D轴转速的信号齿，B0动作时固定O/D太 阳轮
2、倒档及高档离合器分解图 下图为直接离合器的分解图。在直接离 合器内主要安装了直接离合器活塞、摩 擦片等。
19-输入轴；20-超速单向离合器；21-超速输入轴
超速行星排组件图为超速行星排组件的另部 件分解图。它和A43D既相似又有不同之处。 相似之处是：超速行星架（轮）、超速离合 器毂、超速输入轴为一体，超速单向离合器 仍安装于超速离合器毂内，超速离合器鼓和 超速太阳轮也为一体。不同之处是：A340E 超速离合器鼓的外花键表面就是超速制动器 的制动毂，所以A340E的离合器鼓是三件 （离合器鼓、制动毂、太阳轮）一体。
汽车自动变速器原理与维修辛普森式行星齿轮变速机构
D位2档的传动原理
辛普森式三档行星齿轮变速机构
同理，可推出2档的传动比为与前进1档时一样，单 向离合器F1只能锁住前后太阳轮组件不作逆时针方向转 动。当松开发动机油门时，汽车即作滑行行驶，如正处 于下坡，则无法利用发动机的低转速进行减速制动。
④手动2档(2位2档) 为了利用发动机制动，可将变速器操纵手柄从
“D”位移至“2”位。自动变速器在手动2位的2档时处 于能产生发动机制动作用的状态(如图)。
2位2档的传动原理
辛普森式三档行星齿轮变速机构
发动机的制动作用是由2档强制制动器B2来实现的。 当操纵手柄位于“2”位，而行星齿轮变速器处于2档时 ，前进离合器C1和制动器B2同时工作。动力从发动机传 往驱动轮时，行星齿轮机构各元件的工作状态及传动比 与前进1档时相同。而当节气门松开，发动机处于怠速 而汽车进行滑行时，汽车驱动轮通过变速器输出轴驱动 行星齿轮机构，因前后太阳轮组件始终被B2固定，行星 齿轮变速器输入轴被反向驱动，以原来的转速旋转，变 矩器涡轮转速高于泵轮的转速，成为汽车驱动轮通过变 矩器逆向驱动发动机曲轴的工况，因此可利用发动机制 动。
辛普森式三档行星齿轮变速机构
⑤前进3档(D位3档) 前进档离合器C1和倒档及高档离合器C2同时结合，前
排齿圈与太阳轮组件转速相同，前行星排被连接成一个整 体同速旋转，从行星架输出动力至输出轴。后行星架虽然 与输出轴同速，但只是作空转。此时，行星齿轮变速器的 传动比i=1，即为直接档(如图)。
D位3档的传动原理
档位与执行元件关系（见下表）。
四档辛普森式行星齿轮变速器传动简图
1-输入轴 2-超速行星排 3-中间轴 4-前行星排 5-后行星排 6-输出轴
C0 -直接离合器 C1- 前进离合器 C2 –倒档及高档离合器 B0 – 超速制动 B1 – 2档单向离合器 B2 – 2档强制制动器 B3 – 抵档及倒档制动器 F0- 直接单向离合器 F1 – 2档单向离合器 F2- 抵档单向离合器
自动变速器行星齿轮机构的工作原理
自动变速器行星齿轮机构是一种用于实现自动换挡的机构，其基本原理是利用行星齿轮机构来改变动力传递的方向和比值，从而根据行驶工况自动变换不同的传动比。
具体来说，自动变速器的行星齿轮机构主要由太阳轮、齿圈、行星架和行星齿轮等元件组成。
在行驶过程中，变速器会根据发动机负荷、车速和制动器使用情况等因素，自动切换不同的传动比，以满足动力传递、油耗和换挡平顺性等方面的需求。
在行星齿轮机构中，太阳轮、齿圈、行星架和行星齿轮等元件可以围绕各自的轴线旋转。
当某个元件受到驱动力时，它会与周围的元件产生一定的相对运动，从而改变传动比。
具体而言，当输入轴转动时，太阳轮、行星架和齿圈等元件也会随之转动，但它们的转速和方向会根据行星齿轮机构的不同而有所差异。
通过控制太阳轮、行星架和齿圈等元件之间的传动比和转速，自动变速器可以实现不同的换挡动作。
总之，行星齿轮机构通过控制动力传递的方向和比值，实现了自动变速器的换挡功能。
它是一种非常重要的机械结构，对于提高汽车的动力性和经济性、改善行驶平顺性和降低噪声等方面具有重要的作用。
第二章传动系统(第4节)自动变速器
图2- 1 1 8 滚柱式单向离合器示意图
图2- 1 1 9 楔块式单向离合器示意图
知识链接:行星齿轮的传动方式
这里，我们来研究一下行星齿轮的传动方式与挡位的关系， 行星齿轮机构按不同的组合形式可有8种传动方式，详见表21。
表2 - 1
方案
1
单排 单级 行星齿 轮 传动方 式
主动 件
太阳 齿轮 从动 件 锁定 件 内齿 圈 太阳 齿轮 备注 适用
拉威挪式行星齿轮机构是一种复合式行星齿轮机构。 它由一个单行星轮式行星排和一个双行星轮式行星排组合 而成：后太阳轮和长行星轮、行星架、齿圈共同组成一个 单行星轮式行星排；前太阳轮、短行星排、长行星轮、行 星架和齿圈共同组成一个双行星轮式行星排。两个行星排 共用一个齿圈和一个行星架。因此它只有4个独立元件， 即前太阳轮、后太阳轮、行星架、齿圈。可以组成有3个 前进挡或4个前进挡的行星齿轮机构。拉威挪式行星齿轮 结构如图2-111。
制 动 器
常见的制动器有带式制动器和片式制动器两种，其作用是：
将行星排中太阳轮、行星齿轮、行星架三个基本元件之
一加以固定，使之不能旋转，产生不同的传动方向或速比。
带式制动器
带式制动器，又称制动带，主要由制动带、制动毂、液压
缸及活塞等组成。如图2-113所示。
制动带
转鼓
壳体
活塞
当 控制油压加在活塞上 时，活塞向左移，压 缩回位弹簧，推杆推动制动带的一端，由于制动带 的另一端固定在变速器壳体上，制动带的直径变 小，箍紧在转鼓上。 当 活塞缸中没有控制油 压时，活塞和推杆在 回位弹簧的作用下被推回，制动带松开。
1．行星齿变速器
行星齿轮
齿圈 行星齿轮架 太阳轮
图2 - 1 0 6 行星齿轮变速器
简述变速器的种类
简述变速器的种类变速器是汽车传动系统中的重要组成部分，负责调节引擎输出扭矩和车轮转速之间的匹配关系，以实现车辆在不同驾驶条件下的高效运行。
根据结构和工作原理的不同，变速器可以分为以下几种类型。
一、手动变速器手动变速器是传统而常见的一种类型。
它由多个齿轮组成，通过换挡杆手动选择不同的齿轮比来调节引擎输出扭矩和车轮转速之间的匹配关系。
手动变速器具有结构简单、可靠性高的特点，同时也要求驾驶员具有较高的换挡技巧，因此在现代自动挡技术的发展下，手动变速器的市场份额逐渐减少。
二、自动变速器自动变速器是一种能够根据驾驶条件自动调节齿轮比的变速器。
它通过液力变矩器或多片湿式离合器来实现齿轮换挡和传动输出的连接与断开。
自动变速器的最大优势在于驾驶便利，驾驶员只需将变速杆选择驾驶模式，剩下的换挡工作将由变速器自动完成。
现代自动变速器技术日趋成熟，已经实现了快速、平稳的换挡操作，大大提升了驾驶的舒适性和操控性能。
三、手自一体变速器手自一体变速器是手动变速器和自动变速器的结合体。
它在传统手动变速器的基础上增加了电动换挡机构，实现了自动换挡的功能。
驾驶员可以选择自动模式，由变速器自动完成换挡操作，也可以选择手动模式，通过拨片或换挡杆手动进行换挡。
手自一体变速器综合了手动变速器的操控乐趣和自动变速器的便利性，成为了现代汽车市场上一种受欢迎的变速器类型。
四、CVT变速器CVT（Continuously Variable Transmission）变速器采用钢带或链条连接两个不同尺寸的变径轮来实现无级变速。
它没有固定的齿轮比，可以实现连续平滑的变速过程。
CVT变速器具有换挡平稳、动力输出连续可调的特点，使得驾驶过程更加舒适。
然而，CVT变速器的可靠性和耐久性目前还存在一定的挑战，因此在一些高性能车型上还较少使用。
五、双离合器变速器双离合器变速器是一种结合手动变速器和自动变速器优点的变速器类型。
它采用了两个离合器和两个独立的齿轮轴，实现了换挡时的无间断动力输出。
自动变速器各部件的结构及工作原理
因涡流的产生，液体冲向涡轮使两轮间产生牵连运动，涡轮产生绕轴旋转 的扭矩。可见，圆循环内的液体绕轴旋转形成“环流”。
上述两种油流的合成，形成一条首尾相接的螺旋流。只有当涡轮的扭矩 大于汽车的行驶阻力矩时，汽车才能行驶。
说明：在液力偶合器中，泵轮和涡轮间有较大的转速差时，将产生阻碍 油液循环流动的紊流。为有效地引导泵轮与涡轮之间油液的流动，减少 因无规则的紊流而产生的传动过程能量损失，通常在液力偶合器中，加 入剖分式导环。
（1）内啮合式齿轮油泵
1）组成:主动齿轮(外齿齿轮)、从动齿轮(内齿齿轮)、月牙形隔 板、泵 壳、泵盖等。 2）月牙形隔板将主动齿轮与从动齿轮隔开，主、从动齿轮靠紧 月牙形隔板，且三者间有微小问隙。月牙形隔板将主、从动齿 轮之间空出来的容积分割成二部分。
3）工作原理：
主动齿轮带动从动齿轮旋转，在齿轮脱离啮合的一端，容积不断 增大，成为低压吸油腔，把油吸入；在齿轮开始啮合的一端，容积不 断减小，成为高压油腔，把油压出。
✓转子上有均匀分布的径 向狭槽，矩形叶片安装在 槽内，并可在槽内滑动。
✓定子和转子的两端装有 配油盘，盘上开有吸油窗 口和排油窗口，分别与进 出油口相通。
叶片泵
（4）控制机构
1）压力控制阀(压力阀/压力调节阀)
✓作用:用来控制油路中液流压力的。在液压系统中可 起到安全保护、保持系统压力和调节系统压力等。在 自动变速器中压力控制阀用于对油压进行调节和控制 ，以适应工作的需求。 ✓依靠液体压力和弹簧力平衡的原理来实现压力控制 的，常分为球阀、活塞阀和滑阀三种。
(2)转子式油泵
1)组成:内转子、外转子(比内转子多一个齿)、泵壳、泵盖等
2)原理:发动机旋转时，变距器驱动油泵转子朝相同的方向旋转 。转子转动，工作腔的容积发生变化：容积由小变大，形成局 部真空，将液压油从进油口吸入；容积由大变小，形成局部高 压，将液压油从出油口排出
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【课题】汽车传动系
【教学内容】高等教育出版社第二版第一章第四节齿轮变速器第19、20课时
【教学目标】
知识目标：理解自动变速器齿轮变速机构的工作原理。
能力目标：掌握自动变速器换档执行元件的原理和结构。
情感目标：培养学生严谨学习态度。
【教学重点】自动变速器换档执行元件的原理和结构。
【教学难点】自动变速器齿轮变速机构的工作原理。
【教学准备】多媒体PPT，自动变速器动画，行星齿轮实物。
【教法学法】演示教学法，讲授法，合作学习法。
【教学过程】
1.新课导入
通过播放和演示齿轮的传递路线，以实物演示运转情况。
2.新课进程
一、齿轮变速器 = 齿轮传动机构 + 换档执行机构
齿轮传动机构：获得各档动力传递形式：固定轴式（如：本田雅阁）行星齿轮式（如丰田.奥迪等绝大多数AT）。
换档执行机构：改变齿轮机构中各元件的状态，获得档位之间的变化。
形式：离合器制动器
单向离合器。
二、齿轮传动机构
1.单套行星齿轮组
（1）组成：太阳轮（斜齿，圆柱形，外齿轮）齿圈（斜齿，圆环形，内齿轮）行星齿轮架（带有若干个行星齿轮）。
（2）特点：三元件同轴，行星齿轮既有公转又有自转，采用斜齿常啮合，结构紧凑，改变各元件的运动状态，可获得多个传动比。
（3）原理：太阳轮、内齿圈和行星架交替作为主动或被动或固定不动，可获得6种不同变速等级和两种倒档。
如果将太阳轮、内齿圈和行星架均抱死即为第七种——直接传动（速比1∶1）。
1档：太阳轮驱动，内齿圈抱死，行星架输出。
行星轮沿着内齿圈滚动，也可以沿着太阳轮外齿圈滚动。
2档：太阳轮抱死，内齿圈驱动，行星架输出。
3档：行星轮抱死，太阳轮，内齿圈，行星架同步转动。
倒档：太阳轮驱动,内齿圈输出,行星架抱死。
（4）传动比：行星轮支架从动：i=(Z1+Z0)/Z1，行星轮支架主动：i=Z2/(Z2+Z0)，行星轮支架固定：i=Z2/Z1。
三、典型自动变速器
1.拉维奈行星齿轮机构
特点：共用一个齿圈，两个不同直径的太阳轮，两套行星齿轮（3~5个短行星齿轮，3~5长个行星齿轮）。
2.辛普森行星齿轮机构(三档)
特点：共用太阳轮，两个齿圈，两个行星轮支架（6个相同的行星齿轮）。
四、换档执行元件
1.离合器 C
（1）作用：传递.连接。
（2）类型：湿式多片式离合器。
（3）结构：主动部分：离合器鼓.钢片等，从动部分：离合器毂.摩擦片等，压紧机构：油缸.
活塞等，分离机构：回位弹簧等。
2.制动器 B
（1）作用：将行星齿轮机构中的某元件固定，将其它执行元件的某部分固定。
（2）类型：湿式多片式（与离合器相同）带式。
（3）带式结构：旋转元件：制动鼓，固定元件：制动带，促动装置：油缸.活塞。
3 .单向离合器 F
（1）作用：单向连接或单向制动。
（2）特点：只要改变传递方向就可以改变单向离合器的工作状态，不需要液压控制装置的控制。
但有方向性，不能装反。
（3）类型：滚柱斜槽式.楔块式.棘轮棘爪。
3.课堂小结：1、齿轮传动机构的组成，特点，原理。
2、齿轮传动机构各档位的传动比及传动路线。
3、典型自动变速器。
4、换档执行元件。
4.知识验收：齿轮传动机构的由哪几部分组成？有何特点，其工作原理是什么？
5.作业布置：换档执行元件有那些？它们的功能是什么？
【课后反思】本次利用多媒体PPT和相关的动画进行演示，在知识的突破上取得了明显的效果，学
生的参与度也很高，课堂氛围好。
【安全与法治教育】。