第3章 行星齿轮变速器结构与工作原理

4）渐开线的形状只取决于基圆大小。
5）基圆内无渐开线。
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渐开线齿轮的力学分析：
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3.1.2 齿轮的速比与传动比
从公式可以获知，若想获得大的传动比，必须相互啮合 的齿轮所拥有的齿数相差较大，又由于相互啮合的齿轮模数 相同，所以，必然两个齿轮尺寸相关较大，这必然占据较大 的布置空间，给机械设计带来一定难度。
轮机构等速传动。
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2、离合器的组成
图3-8 自动变速器离合器
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3、离合器的工作过程
各钢片与摩擦片压紧接 合在一起时，具有共同 转速并传递相应的转矩。
芯体或壳体可以与输入轴、 输出轴、太阳轮、内齿圈、 行星架、单向离合器中任 意一个部件直接或间接相 连。
通过壳体或芯体可将输入（力矩 及转速）导入或将输出（变换后 的力矩及转速）导出，也可将行 星齿轮机构中的任两个元件连接 一起，实现直接传动。
此时，发动机的动力 经输入轴，小太阳轮、 短行星齿轮、长行星 齿轮传给内齿圈和输 出轴。
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2）D位2档传动路线
小太阳轮→短行 星齿轮→长行星 齿轮→内齿圈→ 输出轴
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3.3.3 单向离合器
内座圈与外座圈只能相对一个方向旋转 ，而反方向则锁止不能旋转。
图3-11滚柱式单向离合器 1-外座圈；2-滚子；3-弹簧；4-内座圈
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➢ 单向离合器的内外圈其中一个静止，另一个反向旋转 时，其锁止功能相当于制动器。
➢ 单向离合器有两种类型：滚柱式和楔块式
优点：传动平稳、可靠、效率高、寿命长、 结构紧凑、传动速度和功率范围广
缺点：制造、加工成本高
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3.1.1 齿轮传动的组成
组成：主动齿轮与从动齿轮 齿轮传动要求准确平稳，即要求在传
动过程中，瞬时传动比保持不变，以免 产生冲击振动和噪声。
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a) 齿轮机构实物
图3-1 齿轮传动机构
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工作过程：
1）小太阳轮输入，行星架固定
小阳轮正转
Ⅰ、短行星轮反转→ 长行星轮正转→内 齿圈正向减速
Ⅱ、短行星轮反转→ 长行星轮正转→大 太阳轮反向减速
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2）行星架输入，小太阳轮固定
行星架绕太阳轮正转→短行星轮正转→长 行星轮反转→齿圈正转
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第三章 行星齿轮变速器结构与工作原理
沈阳理工大学应用技术学院
学习目标：
掌握行星齿轮机构变速原理 掌握辛普森式自动变速器行星齿轮机构的
结构及自动换挡原理 掌握拉威娜式自动变速器行星齿轮机构的
结构及自动换挡原理 掌握自动变速器施力装置的结构及工作原
理
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3.1 齿轮传动的一般规律
齿轮传动的特点：
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与湿式多片离合器的不同点：
湿式多片离合器钢片固定在输出轴，不同之处 是制动器钢片固定在自动变速器壳体上，仅能 轴向移动而不能转动。
制动器是从上方进油，进油孔在变速器壳体上； 离合器是从中间旋转进油，进油孔在轴上。
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图3-9 片式制动器结构及工作原理
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1、拉威娜式行星齿轮机构的施力装置
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1）前进档离合器C1：驱动小太阳轮 2）直接档及倒档离合器C2：驱动大太阳轮 3）强制低档离合器C3：驱动小太阳轮 4）超速档离合器C4：驱动行星架 5）2档及4档制动器B1：固定大太阳轮 6）低速档及倒档制动器B2：固定行星架 7）低档单向离合器F1：单方向固定行星架 8）前进挡单向离合器F2：连接输入轴与小
b) 齿轮机构简化图
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图3-2 渐开线特性
图3-3 渐开线齿轮传动特性
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渐开线的性质：
1）发生线沿基圆滚过的线段长度等于基圆 上被滚过的相应弧长
2）渐开线上任意一点法线必然与基圆相切。 换言之，基圆的切线必为渐开线上某点 的法线。
3）渐开线齿廓上某点的法线与该点的速度 方向所夹的锐角称为该点的压力角。
共用太阳轮 共用太阳轮 前齿圈/太阳轮 前齿圈/太阳轮
输出端 件3 件6 件3 件6 件3 件6 件3 件6
输出元件
固定元件
前行星架及后齿圈
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
件4
后行星架
件4
后齿圈
件6
后齿圈
件6
前行星架及后齿圈 后行星架
传动比i >1 (较大)
约等1 >1 (较小) 无传动
<-1 无传动
1 1
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3.2.5 行星齿轮传动的优缺点：
星齿轮机构和多排行星齿轮机构。
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3.2.2 单排行星齿轮机构的运动规律
无任何元件固定，无固定传动比 固定某一元件，有固定传动比 固定两元件，三元件一同旋转
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3.2.3 行星齿轮机构的变速原理
图3-6 单排行星齿轮机构各种传动方案
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在单排行星齿轮机构中，行星轮只起中间轮作用， 因此单排行星齿轮机构的传动比取决于太阳轮齿数Z1和 内齿圈齿数Z2，与行星齿轮的齿数无关。 即内齿圈与太阳轮的齿数比为：
行星架公转）→内齿圈→输出轴，此变 速结果为同向减速传动。
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3）大太阳轮制动，行星架输入 传动路线： 行星架→长行星齿轮（随行星架公转）→
内齿圈→输出轴，此变速结果为同向增 速传动。
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4）行星架制动，大太阳轮输入 传动路线： 大太阳轮→长行星齿轮（仅有自转）→内
太阳轮
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2、拉威娜式自动变速器齿轮机构动力传递 路线
1）行星架制动，小太阳轮输入 传动路线： 小太阳轮→短行星齿轮→长行星齿轮（仅有
自转）→内齿圈→输出轴，此变速结果为 同向减速传动。
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2）大太阳轮制动，小太阳轮输入 传动路线： 小太阳轮→短行星齿轮→长行星齿轮（随
6）将行星架固定，以内齿圈为主动件，太阳轮 为从动件，i=﹣1/α。是3）的逆传动，可获增 速反向传动。
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表3-1 行星齿轮机构传动方案选配表
序 传动特性 方案 固定
号
主动
从动
应用
1 大减速比 (a)
齿圈
各种减速机，汽车变速器 太阳轮 行星架
等。
2 大增速比 (d)
齿圈 行星架 太阳轮
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3.3.2 制动器
自动变速器中制动器，也称换档制动器， 与汽车普通制动器作用不同，它不是用来阻止 动力输出，而是根据行星齿轮机构的特性，限 制三个基本元件之一不能转动，并与离合器相 互配合作用，实现不同的传动比。
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3.3.2 制动器
1、制动器的分类及组成 ⑴湿式多片制动器
为了解决这一难题，采用行星齿轮机构，唯一的缺点是 增加了工装匹配难度。
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3.1.3 齿轮的传动规律
渐开线齿轮传动的可分性：渐开线 齿轮的传动比不受实际中心距的影响。
迄今为止可分性是渐开线齿轮所独 有的特性，这对渐开线齿轮的加工、安 装和使用维护都是十分有利的。
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α=Z2/Z1 因 Z2>Z1 所以 α>1,则行星齿轮机构的一般运动规律可 表达为：
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1）将内齿圈固定，以太阳轮为主动件，行星架为从动件， 传动比为1+α。即可获得减速传动，且α>2.
2)将太阳轮固定，以行星架为主动件，内齿圈为从动件， i=α/(1+α).即可获得增速传动，0.5<i<1。
3.2 行星齿轮机构的结构与传动原 理
3.2.1 行星齿轮机构的组成
图3-5 单排行星齿轮机构 1-太阳轮；2-行星轮；3-齿圈；4-太阳轮输入轴；5-行星轮轴；6-行星架；7-行星架输出轴
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行星齿轮机构的分类： 按行星架上所安装的行星齿轮的组数
不同，分为单行星排和双行星排； 按行星齿轮组数不同，分为单排行
图3-7 多排行星齿轮机构 1-前齿圈；2-前行星轮；3-前行星架和后齿圈组件；4 -前后太阳轮组件；5-后行星轮；6-后行星架
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表3-2 双排行星齿轮机构传动方案特性表
序号 输入端
1
件1
2
件1
3
件1
4
件1
5
件4
6
件4
7 件1及件4
8 件1及件4
输入元件 前齿圈 前齿圈 前齿圈 前齿圈
滚柱式
楔块式
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楔块式单向离合器的锁止方向取决于楔块 的安装方向
图3-12 楔块式单向离合器 1-外座圈；2-卡块；3-弹簧；4-内座圈
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单向离合器的工作性能对变速器的换档品质有很大 影响。自动变速器通过行星齿轮系统执行机构的工作实 现换档，执行机构的灵敏性直接影响换档的平顺性。单 向离合器具有灵敏度高的优点，可瞬间锁止（或解除锁 止），从而大大提高了换档时机的准确性。另外，单向 离合器不需要附加的液压或机械操纵装置，结构简单， 不易发生故障。
3）小太阳轮与行星架固定，一同输入。
两个元件固定在一起，由于行星轮不能自转，输 入与输出同步
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拉威娜式自动变速器的结构特点
行星架、小行星轮、 大行星轮均可作为输 入；齿圈作为输出
图3-14 拉威娜式自动变速器行星齿轮机构