自动变速器研究

自动变速器学习和维修探讨

摘 要：根据当今汽车应用自动变速器越来越广泛和自动变速器学习和维修困难的特点。本文

介绍了在没有技术资料前提下，怎样分析计算传动比和确定自动变速器档位，解决了自动变速器学习和维修中识别档位困难问题。

关键词：自动变速器 传动比 分析 计算 档位

Abstract: According to the increasingly wide range of today's automotive applications

automatic transmission and automatic transmission learning and

maintenance difficulties. This article describes the premise of technical information and how to calculate the transmission ratio and automatic transmission gear is determined to solve the difficult problems of the

automatic transmission in learning and maintenance of identification stalls.

Keywords: automatic transmission ratio analysis calculated stalls

引言

随着汽车工业的不断发展，汽车变速器的发展至今，经过了手动机械变速器（简称MT）、自动变速器（AT）、手-自一体变速器（AMT）、无级变速器（CVT）和双离合器自动变速器四个阶段。

根据目前保有汽车市场统计，20%左右的轿车装配自动变速器，而且逐年递增。因此对自动变速器维修人员的数量和技术要求越来越高。

然而，自动变速器的变速传动部分是变速器中最复杂部分，与手动机械变速器不同。手动变速器的变速系统主要由普通齿轮组成轮系，其动力传动路线和档位容易分析判断；而自动变速器除本田式变速器采用普通齿轮轮系外，其它自动变速器（如丰田A341E、通用4T65E、雷克萨斯LS460/AA80E、大众途锐09D等）的变速系统均由行星齿轮周转轮系组成。周转轮系的动力传动路线、档位分析和计算与手动变速器普通齿轮轮系完全不同，因此不能按照普通齿轮轮系的方法分析自动变速器档位和传递路线。现在很多学习维修自动变速器人员受到手动变速器的影响，用分析手动变速器的方法学习自动变速器，这样造成学习维修自动变速器过程中不能清楚分辨档位，给学习自动变速器不能做到深入研究，在维修中盲目更换零件，给车主造成经济负担。

针对目前在自动变速器维修人员培训中，发现普遍存在不能正确分析和识别自动变速器档位的问题。本人在长期从事自动变速器的教学和研究中，总结出在没有技术资料情况下如何分析、计算、确定行星齿轮自动变速器的传动比的方法。以供自动变速器爱好者和维修人员参考。

到目前为止，现代绝大多数轿车自动变速器采用行星齿轮变速机构，而且基本由辛普森式行星齿轮变速机构或拉维奈尔赫（Ravigneaux）式行星齿轮变速机构组成，较复杂的自动变速器的变速系统均由它们演变而成，因此只要掌握这两种机构的动力传递路线分析和传动比的计算，其它再复杂的自动变速器也能做到正确分辨档位。

对于行星齿轮机构而言，因行星轮既有自转又有公转，因此行星齿轮机构传动比的计算不能简单地套用定轴轮系传动比的计算方法，要用周转轮系的方法进行分析计算。

下面介绍由辛普森式行星齿轮变速机构组成的自动变速器，并对该变速器进行动力传递路线分析、传动比计算和档位确定如下： (拉维奈尔赫式行星齿轮变速机构组成的自动变速器不在另述)

一、

辛普森式行星齿轮变速机构

辛普森式行星齿轮变速系统应用非常广泛，它的结构特点是：有前、后两个行星齿轮排，它共用一个太阳轮。图1所示是辛普森式双排行星齿轮机构与一个单排行星齿轮机构组合而成的四速自动变速器的行星齿轮变速系统。

1

图1 辛普森式行星齿轮变速系统简图

二、 动力传递路线分析

丰田A341E自动变速器的变速机构为辛普森式行星齿轮变速机构。因此，以丰田A341E自动变速器为例，对自动变速器动力传递路线分析与档位确定分析如下：

如图2所示，为丰田A341E自动变速器实物零件位置关系

图2 丰田A341E自动变速器实物零件位置关系图

根据丰田A341E自动变速器结构，绘出传动简图，如图3所示。

图3 丰田A341E自动变速器传动简图

1.各行星排动力传递与传动比计算如下： 1） Ⅰ号行星排存在的传动路线分析：

动力由发动机→液力变矩器泵轮→涡轮→Ⅰ号行星排的行星架，输出传递路线：

2

1B0制动器工作（制动） ○，Ⅰ号行星排齿圈输出，此时的传动比为：

iI32?nI3nI2?aIaI?1

注：（式中：iI32—Ⅰ号行星排行星架输入、齿圈输出传动比 nI3—为Ⅰ号行星排行星架转速 nI2—Ⅰ号行星排齿圈转速 aI—为Ⅰ号行星排齿圈和太阳轮齿数比），以下各种符合的含义均同，不在另外注释。

2C0离合器工作（接合） ○，Ⅰ号行星排齿圈输出:

此时的传动比计算： iI(13)2?1 2） Ⅱ号行星排存在的传动路线分析：

(1)C1离合器工作（接合）：动力由Ⅰ号行星排齿圈输入→C1离合器→Ⅱ号行星排齿圈→

1 B2制动器不工作和F1单向离合器不锁止太阳轮反转。○Ⅱ号行星排的行星架未输出由Ⅱ

号行星排太阳轮继续传递至Ⅲ号行星排太阳轮→行星架→Ⅲ号行星排齿圈和Ⅱ号行星排的行星架共同输出：

该传动路线存在的前提条件：F2单向离合器锁止Ⅲ号行星排行星架顺转。此时传动比计算由运动方程：

nII1?aIInII2?(1?aII)nII3?0 ……………………………..(1)

nIII1?aIIInIII2?0 …………………………………………...(2) nII1?nIII1 ……………………………………………………(3) nII3?nIII2 …………………………………………………...(4)

由式（1）、（2）、（3）、（4）解得传动比：

iII23?2由Ⅱ号行星排的行星架输出： ○

nII2nII3?1?1?aIIIaII

该传动路线存在的前提条件：B2制动器工作（制动）和F1单向离合器锁止太阳轮反转。此时传动比计算： iII23?nII2nII3?1?1aII

(2) C1、C2离合器同时工作（接合）：动力由Ⅰ号行星排齿圈输入→C1、C2离合器→Ⅱ号行星排齿圈和太阳轮→Ⅱ号行星排的行星架输出:

由于Ⅱ号行星排太阳轮和齿圈共同（等速）输入，行星排三构件（太阳轮、齿圈和行星架）间不发生相对运动，此时传动比计算：

iII(

21)3?1

3

3）Ⅲ号行星排存在的传动路线分析：

C2离合器工作（接合）：动力由Ⅰ号行星排齿圈输入→C2离合器→公用太阳轮→B3制动器工作（制动）→Ⅲ号行星排齿圈输出:

此时传动比计算： iIII12?nIII1nIII2??aIII

2．组合行星排动力传动路线分析与传动比计算

传动路线A．Ⅰ号行星排（C0离合器工作）动力传递→Ⅱ号行星排（C1离合器工作、B2制动器不工作、F1单向离合器不工作、F2单向离合器锁止Ⅲ号行星排的行星架反转）→Ⅱ号行星排的行星架和Ⅲ号行星排齿圈共同输出：

传动比计算： iI(13II)?i3I?i)2?1?(1?(13II231?aIIIaII )传动路线B. Ⅰ号行星排（C0离合器工作）动力传递→Ⅱ号行星排（C1离合器工作、B2制动器工作、F1单向离合器锁止太阳轮反转）→Ⅱ号行星排的行星架输出：

传动比计算： iI(13I)I?i3I?i(13)?1?(1?2II231aII )

传动路线C．Ⅰ号行星排（C0离合器工作）动力传递→Ⅱ号行星排（C1离合器工作、C2离合器工作）→Ⅱ号行星排的行星架输出：

传动比为： iI(13I)I?i3I(13)2II?i?1?1?1 (12)3传动路线D．Ⅰ号行星排（B0制动器工作）动力传递→Ⅱ号行星排（C1离合器工作、C2离合器工作）→Ⅱ号行星排的行星架输出：

传动比计算： iI3II3?iI?i32IIaIaI ??1?(12)3aI?1aI?1传动路线E．Ⅰ号行星排（C0离合器工作）动力传递→Ⅱ号行星排（C2离合器工作）→Ⅱ、Ⅲ号行星排公用太阳轮→Ⅲ号行星排（B3制动器工作）齿圈输出：

传动比计算： iI(1三、

档位确定

3I)II2?iI(13)2III?i?112?(?a)III??a

III 从以上组合行星排传动路线和传动比计算结果分析：

传动比: 路线A＞路线B＞路线C＞路线D,且路线A、B传动比＞1为正值；说明输入与输出方向相同为前进减速档；路线A为一档传动路线、路线B为二档传动路线；路线C传动比=1为三档（直接档）、路线D传动比＜1为四档（超速档）；路线E传动比为负值，说明输入与输出相反为倒档传动。

四、结论：

从以上分析总结，丰田A341E自动变速器档位和执行器工作如下。

传动路线A为1档传动路线，执行器工作情况：C0、C1离合器工作，F2单向离合器工作锁

4

止Ⅲ号行星排的行星架反转。

传动路线B为2档传动路线，执行器工作情况：C0、C1离合器工作，B2制动器工作，F1单向离合器工作锁止太阳轮反转。

传动路线C为3档传动路线，执行器工作情况：C0、C1、C2离合器工作。

传动路线D为4档传动路线，执行器工作情况：C1、C2离合器工作，B0制动器工作。 传动路线E为倒档传动路线，执行器工作情况：C0、C2离合器工作，B3制动器工作。 下表1为丰田A341E自动变速器档位和换挡执行元件工作情况表：

通过以上分析得出的丰田A341E自动变速器档位和执行器工作情况，与表1提供的技术资料（变速杆置于D位时）丰田A341E自动变速器档位和换挡执行元件工作情况表基本一致，不同点是表中变速器在1、2、3档时单向离合器F0工作，而在以上分析中F0在1、2、3档时没有工作，实际上不难看出当C0工作时把Ⅰ号行星排的太阳轮和行星架连接为整体，所以F0工作与否不在影响动力传递，只是增加C0的传递扭矩。

因此，上述分析方法正确的，只要掌握上述分析方法，复杂的辛普森式行星齿轮变速机构的自动变速器档位和传动比计算困难问题就可以解决，学习维修自动变速器就不再困难了。

参考文献：

[1] 《汽车自动变速器构造与维修》 吴玉基 主编 人民交通出版社

[2] 《动变速器维修 》 中国机动车辆安全鉴定检测中心编译 群众出版社 [3] 《汽车自动变速器原理与检修》 刘胜利、刘成 主编 中国劳动社会保障出版社 [4] 《汽车自动变速器原理与检修一体化教程》 王正旭 编著 机械工业出版社 [5] 《汽车自动变速器维修图解》 李全 肖文光 主编 广东科技出版社 [6] 《汽车自动变速器系统检测与维修》 黄林彬 江华 主编 人民交通出版社

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