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汽车自动变速器结构分析及其传动比计算

发布时间:

第 27 卷 第 2 期 2009年 4 月

青 海 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) Journal of Q inghai Unive rsity(Nature Science)

Vol127 No12 Apr12009

汽车自动变速器结构分析及其传动比计算 赵建宁
(青海交通职业技术学院汽车工程系 ,青海 西宁 810003 )

摘要 :随着汽车技术的迅速发展 , 自动变速器在汽车上得到广泛的应用 ,使汽车从总体结构 、 工 作原理 、 使用维修等方面发生了一定的变化 。为此 , 在对自动变速器的结构进行分析的基础 上 ,探讨自动变速器各档位传动路线及传动比 ,为从事汽车设计 , 机械设计的人员提供一定的 理论依据 , 以适应汽车技术发展的需要 。 关键词 :自动变速器 ;结构 ;档位 ; 传动比 中图分类号 : U46312    文献标识码 : B    文章编号 : 1006 - 8996 ( 2009 ) 02 - 0079 - 04 自动变速器由于具有自动变速 ,连续变转矩 , 换档时不中断动力传递等特点 ,并且具有操作轻便 ,换 档*稳 ,过载保护 , 减轻驾驶员劳动强度 , 提高汽车行驶的机动性 、 安全性和越野性以及提高燃油经济 性 , 减少排气污染等优点 。因此 ,现在越来越多的汽车都装有自动变速器 , 所以掌握有关自动变速器的 结构与各档位 传动比 , 了解各档 位的动 力传动情况 就显得 非常必要 。本文以 丰田凌 志 LS400 轿车 A341E 自动变速器为例 ,分析自动变速器结构与各档位传动路线及传动比 。

1

A341E 自动变速器机械传动系统
A341E自动变速器前部采用一超速单排行星齿轮机构 ,后部采用辛普森式齿轮机构 ,即由超速行星

排、 前行星排 、 后行星排三组单排行星齿轮机构组成 , 前行星排和后行星排共用一个太阳齿轮 , 即前后太 阳齿轮 ( Z11 ) 。超速行星排 : 超速太阳齿轮 ( Z 超速齿圈 ( Z02 ) 、 超速行星架 ( Z 01 ) 、 03 ) ; 前行星排 : 前后太 阳齿轮 ( Z11 ) 、 前齿圈 ( Z12 ) 、 前行星架 ( Z 后齿 圈 ( Z22 ) 、 后行星架 13 ) ; 后行 星排 : 前后太阳齿轮 ( Z 11 ) 、 (Z ) ( ) ( ) 中间输 入轴 、 输 出轴 , 以及 超速 O /D 档 直接离合器 C0 、 前进 档离合器 23 。此外还有输入轴 、 ( C1 ) 、 直接档离合器 ( C2 ) 、 超速 ( O /D ) 档制动器 (B 0 ) 、 2 档滑行制动器 ( B1 ) 、 2 档制动器 ( B 2 ) 、 1 档和倒 档制动器 (B 3 ) 、 超速 (O /D) 档单向离合器 (F0 ) 、 1 号单向离合器 ( F1 ) 、 2 号单向离合器 ( F2 ) 等 。输入轴 穿过中空的超速太阳齿轮与超速行星架连在一起 ;中间输入轴一端与超速齿圈连接 , 另外一端则与前进 档离合器 ( C1 ) 壳体连接 ;输出轴前端穿过中空的前后太阳齿轮与前行星架连接 , 后端则与后齿圈连接 。 如图 1所示
[1]



图1

A341E 自动变速器机械传动系统示意

收稿日期 : 2008 - 12 - 22 作者简介 : 赵建宁 ( 1969 —) ,男 ,陕西潼关人 ,讲师 。

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青海大学学报

第 27 卷

  A341E自动变速器机械传动系统工作原理 , 见图 2。

图2

A341E 自动变速器机械传动系统工作原理图
[2]

A341E自动变速器中三组单排行星齿轮机构各元件齿数见表 1 倒档换档执行元件工作状况见表 2[ 3 ] 。 表 1  单排行星齿轮机构各元件齿数
单排行星齿轮机构 元件名称 太阳齿轮 超速行星排 行星齿轮 齿圈 太阳齿轮 前行星排 行星齿轮 齿圈 太阳齿轮 后行星排 行星齿轮 齿圈 齿数 (个 )
33 23 79 42 19 79 42 19 79

; A341E 自动变速器各前进档与

      表 2
档位
D-1 D-2 D-3 D-4 2- 1 2- 2 2- 3 L- 1 L- 2 R C0 C1

档位换档执行元件工作状况
C2 B0 B1 B2 B3 F0 F1 F2

接合 接合 接合 接合 接合 接合 接合 接合 接合

接合 接合 接合 接合 接合 接合 接合 接合 接合 接合 制动 制动 制动 接合 制动 制动 制动 制动 接合 接合 制动 制动 制动 制动

锁止 锁止 锁止 锁止 锁止 锁止 锁止 锁止 锁止 锁止 锁止 锁止

锁止

 

锁止

锁止

2  单排行星齿轮机构运动规律特性方程式
单排行星齿轮机构运动规律特性方程式为 : n 1 + an 2 - (1 + a ) n3 = 0 其中 , n1 : 太阳齿轮转速 ; n2 : 齿圈转速 ; n3 : 行星架转速 ; a: 为齿圈齿数 Z2 与太阳齿轮齿数 Z1 之比 , 即 a=
z 2 z 1

3
311

A341E 自动变速器各档位传动路线及传动比
D - 1 档位

31111 动力传动路线 当汽车以 D - 1档位行驶时 ,其动力传动路线如下 : 动力 → 输入轴 → Z Z 中间输入轴 →C1 03 、 01 →Z 02 → → Z12 → 一路 Z 输出轴 ; → 另一路 Z11 → 后行星齿轮 →Z22 → 输出轴 13 →
[4]



31112   档位传动比 由于在 D - 1 档位动力既通过前行星排 , 又通过后行星排传动到输出轴 , 故 D - 1 档位传动比是前 齿圈与前行星架之比 ,以及前后太阳齿轮与后齿圈之比。 设前齿圈齿数与前太阳齿轮齿数之比为 a1 , 后齿圈齿数与后太阳齿轮齿数之比为 a 2 。由表 1 已知

第 2期 各元件齿数 , 则 : a1 = a2 =

赵建宁 :汽车自动变速器结构分析及其传动比计算 79 = 1188 42

81

设前后太阳齿轮 、 前齿圈 、 后齿圈 、 前行星架 、 后行星架的转速分别为 n11 、 n12、 n22 、 n13 、 n23 则 , 后行星排运动规律特性方程式 : n11 + a2 n22 - ( 1 + a2 ) n23 = 0 前行星排运动规律特性方程式 : n11 + a1 n12 - ( 1 + a1 ) n 13 = 0 因为 2 号单向离合器 ( F2 ) 锁止后行星架 , 这样 , n23 = 0 故由式 ( 1 ) 得前后太阳齿轮转速 : n11 = - a 2 n22 将 n11 = - a2 n22代入式 ( 2) 得 : - a2 n22 + a1 n 12 - ( 1 + a1 ) n22 = 0 又因为前行星架与后齿圈都和输出轴连接 , 故 n 13 = n22 因此式 ( 3 ) 可写成 : a1 n12 = a 2 n13 + ( 1 + a 1 ) n13 已知 a1 = a2 = 1188, 故 D - 1档位传动比 : iD1 = 312 D - 2 档位
n12 n13 a 2 + ( 1 + a1 ) a1

( 1) ( 2)

( 3)

=

=1+

1
a1

+

a2 a1

= 2. 53

31211 动力传动路线 当汽车以 D - 2档位行驶时 ,其动力传动路线如下 : 动力 → 输入轴 → Z Z 中间输入轴 →C1 03 、 01 →Z 02 → → Z12 →Z13 → 输出轴 。 31212 档位传动比 由于在 D - 2 档位动力通过前行星排传动到输出轴 , 故 D - 2 档位传动比是前齿圈与前行星架之 比 。因为 2 档制动器 ( B2 ) 制动和 1 号单向离合器 ( F1 ) 锁止 ,使前后太阳齿轮固定 , 这样 , n11 = 0, 因此式
( 2 )可写成 : a1 n12 - ( 1 + a1 ) n 13 = 0 n 12 n 13

已知 a1 = 1 188, 故 D - 2档位传动比 : i D2 = 313 D - 3 档位 31311 动力传动路线

=

1 + a1
a1

= 1 + 1 = 1. 53
a1

当汽车以 D - 3 档位行驶时 , 其动力传动路线如下 : 动力 →输入轴 → Z Z01 →Z02 → 中间输入轴 → 03 、 C1 、 C2 →Z12 、 Z11 → Z 输出轴 。 13 → 31312 档位传动比 由于在 D - 3 档位动力通过前行星排传动到输出轴 , 故 D - 3 档位传动比是前齿圈与前行星架之 比 。因为前进档离合器 (C1 ) 和直接档离合器 ( C2 ) 都接合使前齿圈和前后太阳齿轮同时转动 , 故 n 11 =
n 12

因此式 ( 2 ) 可写成 : n12 + a1 n 12 - ( 1 + a1 ) n13 = 0 n12 1 + a1 故 D - 3档位传动比 : iD3 = = =1 n13 1 + a1 314 D - 4 档位 31411 动力传动路线 当汽车以 D - 4 档位行驶时 ,其动力传动路线如下 : 动力 → 输入轴 → Z03 → Z 中间输入轴 →C1 、 C2 02 → → Z12、 Z11 →Z13 → 输出轴 。 31412   档位传动比 由于在 D - 4 档位动力通过超速行星排变速后传动到后部 ,故 D - 4 档位传动比是超速行星架与超 速齿圈之比 。 设超速齿圈齿数与超速太阳齿轮齿数之比为 a0 , 由表 1已知各元件齿数 , 则 : a0 = 设超速太阳齿轮 、 超速齿圈 、 超速行星架的转速分别为 n01 、 n02 、 n0 3 则 , 超速行星排运动规律特性方程式 : 79 = 2139 33

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n01 + a0 n02 - ( 1 + a0 ) 03 = 0

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( 4)

因为 O /D 档制动器 ( B0 )制动 , 使超速太阳齿轮固定 , 这样 , n01 = 0 因此式 ( 4 ) 可写成 : a0 n02 - ( 1 + a0 ) 03 = 0 已知 a0 = 2 139, 故 D - 4档位传动比 : i D4 = 315 R 档位 (倒档 ) 31511 动力传动路线 汽车倒档行驶时 ,其动力传动路线如下 :动力 → 输入轴 → Z03 、 Z01 → Z02 → 中间输入轴 →C2 → Z11 → 后 行星齿轮 → Z22 → 输出轴 。 31512 档位传动比 由于在 R 档位动力通过后行星排传动到输出轴 ,故 R 档位传动比是前后太阳齿轮与后齿圈之比 。 因为倒档制动器 ( B3 )制动 ,使后行星架固定 , 这样 , n23 = 0 因此式 ( 1 ) 可写成 : n11 + a2 n 22 = 0 已知 a2 = 1 188, 故 R 档位传动比 : iR =
n11 n22 n 03 n 02

=

a0

1 + a0

= 0 1705

= - a 2 = - 1 188

其中 a2 前的“ - ” 为动力传动的方向与前进档位相反 。 316   其他档位 2 - 1 档位传动路线与 D - 1 档位完全相同 , 其传动比为 2153; 2 - 2 档位传动路线与 D - 2 档位基本相同 , 区别在 2 - 2 档位时 , 1 档制动器 (B 1 ) 和 2 档制动器 (B 2 ) 制动 , 1 号单向离合器 ( F1 ) 锁止固定前后太阳齿轮 , 这样既保证 2 档的传动路线 , 又保证在下坡时 对发动机起制动作用 。其传动比仍为 1153; 2 - 3 档位传动路线与 D - 3 档位完全相同 , 其传动比为 1; L - l档位传动路线与 D - 1 档位基本相同 ,其区别是在 L - 1档位时 ,倒档制动器 (B 3 )制动 , 2 号单 向离合器 ( F2 ) 锁止固定后行星架 ,这样既保证按 1 档传动路线传动 , 又保证下坡时对发动机起制动作 用 。其传动比仍为 2 153; L - 2 档位传动路线与 2 - 2档位完全相同 ,其传动比为 1153

4  结论
A341E自动变速器中 D - 4档位传动比过小 , 这样汽车在 D - 4 档位行驶时的转矩过小 , 克服外界 阻力的能力低 。通过对 D - 4档位动力传动路线及传动比的分析 , 要提高 D - 4 档位传动比 , 可以通过 对超速行星排的结构设计及结构优化来实现 。 自动变速器通过改变传动比 , 扩大汽车驱动力和速度的变化范围 , 以适应汽车经常变化的行驶条 件 ; 与发动机配合工作 , 保证汽车有良好的动力性能和经济性能 。 参考文献 :
[ 1 ] 邹长庚 ,顾金亭 ,马伯夷 1现代汽车电子控制系统构造原理与故障诊断 [M ] 1北京 :北京理工大学出版社 , 1998. [ 2 ] 刘希恭 1 凌志 LS400 轿车维修手册 [M ] 1沈阳 : 辽宁科学技术出版社 , 2000. [ 3 ] 徐生明 1 现代汽车典型电控系统结构原理与故障诊断 [M ] 1 西安 :西安电子科技大学出版社 , 2006. [ 4 ] 张月相 ,荆永勤 ,黄兴华 ,等 1自动变速器系统的原理与检修 [M ] 1哈尔滨 :黑龙江科学技术出版社 , 1997.

(责任编辑

李渝珍 )




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