行星齒輪變速機構辛普森行星齒輪機構的組成和工作原理

齒輪變速機構有普通齒輪變速齒輪機構和行星齒輪變速機構兩種，現在應用最廣泛的是行星齒輪變速機構。
行星齒輪變速機構由行星齒輪機構和換擋執行機構組成。

行星齒輪機構
行星齒輪機構是自動變速器的重要組成部分之一，由太陽輪、內齒圈、行星架和行星 齒輪等元件組成。
按行星齒輪機構布置不同有辛普森、拉維那和串聯式3種機構，辛普森行星齒輪機構在自動變速器中被廣泛使用。 行星齒輪變速機構是實現齒輪變速的機構

格擋傳輸比的改變是通過不同運動元件組合而實現的。 在運動，動力傳遞沒有中斷。

行星齒輪機構有幾種組合類型，其中最簡單的行星齒輪機構是由一個太陽輪、 一個齒圈、一個行星架和支承在行星架上的多個行星齒輪組成，稱為一個行星排， 如圖3 . 33所示。

行星齒輪機構中的太陽輪、齒圈及行 星架有一個共同的固定軸線，行星齒輪支 承在固定於行星架的行星齒輪軸上，並同時與太陽輪和齒圈嚙合（當行星齒輪機構運轉時，空套在行星架上的行星齒輪軸上 的幾個行星齒輪一方面可以繞著自身的軸線旋轉，另一方面又可以隨著行星架一起繞著太陽輪回轉，有“自轉”和“公 轉”兩種運動狀態。
在行星排中，具有固定軸線的太陽輪、齒圈和行星架稱行星排的3個基本元件。

由於單排行星齒輪機構有兩個自由度，因此它沒有固定的傳動比，不能直接用於變速 傳動。為了組成具有一定傳動比的傳動機構，必須將太陽輪、齒圈和行星架這3個基本元件中的一個加以固定或連接，或使其運動受到一定的約束即讓該構件以某一固定的方向旋轉，或將某兩個基本元件互相連接在一起，使行星排變為只有一個自由度的機構，獲得確定的傳動比。
行星齒輪機構的傳動如圖3 . 3 4所示。設太陽輪的齒數為Z1，齒圈齒數為Z2，太陽輪、齒圈和行星架的轉速分別為n1、n2、n3，並設齒圈與太陽輪的齒數比為a，即
a=Z2/Z1 則行星齒輪機構的一般運動式為
n1 +an2 = (1+a)n3 由上式可以看出，在太陽輪、齒圈和行星架3個基本元件中，可任選兩個分別作為主動件和從動件，而使另一個元件固定不動或使其運動受一定約束，則整個輪系即以一定的 傳動比傳遞動力。不同的連接和固定方案可得到不同的傳動比，3個基本元件的不同組合 可有6種不同的組合方案，加上直接擋傳動和空擋，共有8種組合。

辛普森行星齒輪機構
齒輪變速機構的動力傳遞以辛普森行星齒輪機構這種典型機構為例進行介紹。

辛普森行星齒輪機構一種十分著名的行星齒輪機構，以設計發明者H. W. Simpson工 程師命名，被廣泛應用於世界各國的汽車自動變速器中。

辛普森行星齒輪機構特點
辛普森行星齒輪機構特點由兩個行星排組成， 前後兩個太陽輪連為一體，前行星架和後齒圈為同一構件，並且和輸出軸連接，該機構可 組成三個前進擋和一個倒擋。
辛普森行星齒輪機構設置了5個換擋執行元件：兩個離合器、兩個制動器、一 個單向離合器，如圖3 . 3 5所示。
當高倒擋離合器C1工作時，把來自渦輪輸出軸 的動力接通至太陽輪。
當前進擋離合器 C2工作時，把來自渦輪輸出軸的動力接通至前排齒圈。
當二擋制動器B1工作時，固定太陽輪。
當一、倒擋制動器B2工作時，固定後行星架。
當單向離合器F1工作時，逆向固定後行星架。

辛普森機構中B1和B2制動器，在某些自動變速器中采用帶式制動器，也有采用摩擦片式制動器。

下面進行辛普森機構各擋位的動力傳遞分析。表3 . 1所示反映了辛普森行星齒輪機構行元件的工作規律。

1.D擋

將自動變速器操縱手柄置於D位位置，齒輪變速機構根據使用需要可以變換3個擋， 即 Dl、D2、D3 擋。

D1擋：
把操縱手柄置於D位位置，前進擋離合器C2和單向離合器F1作用，前進擋 離合器C2把輸人動力傳給前齒圈，F1單向離合器作用，使後行星架固定不動。其輸人動力經前進擋離合器C2傳給前齒圈，使其順時針旋轉，前齒圈又帶動前行星輪順時針轉動。 
由於前行星輪既可帶動前行星架順時針轉動，又可帶動太陽輪逆時針轉動，因此前齒圈的 轉速通過前行星輪被分解成兩條傳動路線，太陽輪逆時針的旋轉帶動後行星輪順時針轉 動，後行星輪再帶動後齒圈順時針轉動。由於後齒圈順時針轉動時，會給後行星架施加一 個逆時針的力矩，通過F1單向離合器將後行星架逆向固定。後排行星齒輪機構固定，後 太陽輪輸人，後齒圈輸出。前排行星齒輪機構中，前齒圈輸人，前太陽輪逆時針轉動，前 行星架輸出。通過後齒圈和前行星架經輸出軸傳出動力。

辛普森機構的D1擋具有汽車滑行功能，當驅動輪的轉速超過了發動機的轉速之後來自驅動輪的逆向動力通過後齒圈和前行星架輸人機構使後行星架順時針旋轉，脫離單向 離合器F1鎖止，實現汽車滑行。當驅動輪轉速低於發動機時，單向離合器重新鎖止，變 速器恢復驅動狀態。

D2擋：
隨著車速和節氣門開度等變化，液壓控制系統控制二擋制動器B1與前進擋離 合器C2同時作用，此時渦輪輸出軸經前進擋離合器C2和前齒圈連接，同時太陽輪組件被 二擋制動器B1固定。其動力經輸人軸傳給前齒圈，使之作順時針旋轉。由於太陽輪被固 定，因此前行星輪在前齒圈帶動下，既有“自轉”，又隨行星架“公轉”，行星輪和行星架 都是順時針轉動，行星架最後帶動輸出軸順時針旋轉。D2擋傳動比取決於行星架齒數和 前齒圈齒數之比，它是一種傳動比大於1的減速運動。D2的傳動比僅僅和前排行星齒輪 機構有關。
另外當輸出軸轉動時，同時會帶動後齒圈順時針轉動，而後太陽輪已被固定，此時後 行星輪和後行星架都順時針空轉，單向離合器F1處於釋放狀態。

辛普森機構在D2工作狀態下，來自驅動輪的逆向傳人變速器的動力可以直接傳至發 動機，實現發動機制動。

D3擋：
當車速和節氣門開度等達到一定要求，液壓控制系統控制高倒擋離合器C1與 前進擋離合器C2同時作用。高倒擋離合器C1的接合把動力傳至太陽輪，前進擋離合器 C2的接合把動力傳至前齒圈。根據上述行星齒輪機構特征，任意兩元件同速同方向旋轉 則機構鎖成一整體，即為直接擋。在D3擋狀態，前齒圈和太陽輪均有相同旋轉方向和速 度。當機構整體順時針轉動時，單向離合器和後行星架處於釋放狀態。
在D3檔狀態下，能夠實現發動機制動的功能，而不存在汽車滑行的作用。

2.S 或 2擋
把操縱手柄置於S或2擋位置，液壓控制系統控制執行元件實現2擋和1擋自動變 換。傳動比與在D位的2擋和1擋相同，不同的是在1擋時，發動機具有制動作用，沒有滑行功能。

3.L或1擋
把操縱手柄置於L或1擋位置，液壓控制系統控制不升擋，固定在1擋上，液壓控制 系統控制前進擋離合器C2和一、倒擋制動器B2同時工作。此時後行星架被一、倒擋制動 器B2固定，實現1擋傳遞。當驅動輪逆向傳人的動力通過變速器將發動機轉速提高，消 耗動力使驅動輪轉速迅速下降，實現發動機制動。

4.R擋
把操縱手柄置於R擋位置，液壓控制系統控制高倒擋離合器C1和倒擋制動器B2 同時工作，高倒擋離合器C1的接合把動力傳給太陽輪，倒擋制動器B2使後行星架固 定。此時動力經輸人軸傳給了太陽輪並使其順時針轉動。因後行星架已被固定，後行星 輪成了過渡輪，所以後行星輪是逆時針轉動，並使後齒圈也逆時針轉動，最終後齒圈帶 動輸出軸逆時針旋轉，這樣可實現倒向行駛。R擋傳動比等於後齒圈齒數和太陽輪齒數 之比，是傳動比大於1的減速運動。從上述可知，倒擋的傳動比僅僅和後排行星齒輪機 構相關。
當輸出軸逆時針轉動時，使前行星架同時也逆時針轉動，此時前排太陽輪是順時針轉 動，這兩個構件的不同方向的旋轉，使前齒圈產生逆時針方向的空轉。 

5.空擋