第二章關於自動變速器的機械變速機構
中國有古諺雲：皮之不存，毛將焉附？——自動變速器若要實現自動變速，前提是必須有能夠提供不同傳動比的裝置。
液力變矩器雖然能在一定的範圍內自動地、無級地改變變矩比，但由於變矩器存在著變矩能力與效率之間的矛盾，所以單純的液力變矩器難以滿足汽車的使用要求，故在汽車上廣泛採用的是液力變矩器與機械變速器串聯組成的液力機械變速器。發動機的動力經液力變矩器傳至機械變速器，經機械式變速器後輸出至傳動軸。
常見的手動變速器採用了裝在兩根（多根）平行軸上的數對相嚙合的齒數不同的齒輪提供不同傳動比，自動變速器則廣泛採用多排行星齒輪變速機構（當然也有直接從手動變速器的基礎上演變而來的自動變速器，如本田（honda）公司的自動變速器作品——平行軸式齒輪自動變速器）提供不同的傳動比。行星齒輪變速器具有體積小、結構簡單、操作容易、變速比大等優點，故應用較為廣泛。
行星齒輪變速器由行星齒輪機構和換檔執行機構兩部分組成。前者的作用是提供車輛在不同檔位所需的傳動比和傳動方向，即構成不同的檔位，為自動換檔提供前提條件；後者的作用是實現檔位的變換。
第一節平行軸式齒輪變速機構
平行軸式齒輪變速機構是利用兩平行軸間不同齒數的齒輪嚙合，進行兩軸間動力傳遞的。這一點與傳統的手動變速器無異。
圖平行軸式齒輪變速機構
驅動齒輪小，被驅動齒**，輸入軸對輸出軸是減速增扭傳遞，即汽車變速器的低檔執行狀態。
驅動齒輪與被驅動齒輪一樣大，輸入軸對輸出軸是等速傳遞，即汽車變速器的直接檔執行狀態。
驅動齒**，被驅動齒輪小，輸入軸對輸出軸是增速減扭傳遞，即汽車變速器的超速檔運動狀態。
圖不同檔位齒輪嚙合
，而手動變速器中的齒輪與軸是通過花鍵或齒套連線的，因此手動變速器要通過齒輪在軸上的滑動或齒套嚙合來實現換檔，而自動變速器則是通過多片式離合器的接合與分離來實現換檔的。
圖平行軸式齒輪變速機構原理圖
前離合器接合，後離合器分離，為低檔。
前離合器分離，後離臺器接合，為超速檔。
第二節行星齒輪變速機構
一、行星齒輪機構的結構和型別
圖單排單級行星齒輪的結構模型與實物模型
最簡單的行星齒輪機構是由乙個太陽輪、乙個齒圈、乙個行星架和幾個行星齒輪組成的，稱為乙個行星排。太陽輪、齒圈及行星架具有乙個共同的固定軸線，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相嚙合。當行星齒輪機構運轉時，空套在行星架上的幾個行星齒輪，一方面可以繞自身的軸線旋轉，另一方面又可以隨行星架一起繞著太陽輪旋轉。
在行星排中，具有固定軸線的太陽輪、齒圈和行星架稱為行星排的三個基本元件。
行星齒輪機構可以按不同的方式進行分類：
（1）按齒輪嚙合方式不同，行星齒輪機構可以分為內嚙合式和外嚙合式兩種，內嚙合式行星齒輪機構結構緊湊、傳動效率高，故在自動變速器上廣泛應用。
圖2-25行星齒輪機構嚙合方式
a、內嚙合行星齒輪機構 b、外嚙合行星齒輪機構
1、太陽輪；2、齒圈；3、行星架；4、行星齒輪
（2）按行星齒輪的排數不同，行星齒輪機構可以分為單排和多排兩種。多排行星齒輪機構是由幾個單排單級行星齒輪機構組成的。在汽車自動變速器中通常採用由二個或三個單排單級行星齒輪機構組成的多排行星齒輪機構。
（3）按太陽輪和齒圈之間的行星齒輪組數的不同，行星齒輪結構可以分為單行星齒輪式和雙行星齒輪式。雙行星齒輪機構與單行星齒輪機構在其他條件相同的情況下相比，齒圈可以得到反向傳動。
單級行星齒輪機構雙級行星齒輪機構
二、單排單級行星齒輪機構的運動分析
（一）單排單級行星齒輪機構的運動方程
單排單級行星齒輪機構各元件間存在一定的運動規律，該規律可用乙個方程描述，下面我們推算一下該運動方程。
根據機械原理我們知道，要想使組成機構的各構件有確定的相對運動（即當機構的原動件按給定的運動規律運動時，該機構其餘構件的運動也應是完全確定的），我們必須使機構的原動件數目與機構的自由度數目相等。而對於單排單級行星齒輪機構來說，它的自由度是多少呢？
圖2-2 單排單級行星齒輪機構
1、太陽輪 2、齒圈 3、行星架 4、行星齒輪
已知平面機構自由度的計算公式
式中：f—— 自由度數目；
—— 平面機構中活動構件數目；
—— 各構件組成的低副數目；
——各構件組成的高副數目。
對於單排單級行星齒輪機構，從上圖可知行星架、太陽輪以及齒圈與外部零件組成了三個轉動副，行星架又與行星齒輪組成了乙個轉動副；相互嚙合的太陽輪、行星輪和齒圈組成了兩個高副。將已知條件代入上式可知單排單級行星齒輪機構自由度為
=單排單級行星齒輪機構有兩個自由度，因此沒有固定的傳動比，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，必須再約束乙個自由度，即必須將太陽輪、齒圈和行星架這三個基本元件中的乙個加以固定，或使其運動受到一定的約束，也可將某兩個基本元件互相連線在一起，總之使行星排變為只有乙個自由度的機構，從而才能獲得確定的傳動比。
所以下面我們分析單排單級行星機構的運動規律時，需假設約束某乙個元件。
圖3-2為單排單級行星齒輪機構的示意圖，圖上標出了行星輪所受到作用力。
圖單排行星齒輪機構及作用力
1、中心輪 2、齒圈 3、行星架 4、行星輪
作用於太陽輪1上的力矩
作用於齒圈2上的力矩
作用於行星架3上的力矩
設齒圈與太陽輪的齒數比為，則因而
又 式中：——太陽輪的節圓半徑；
——齒圈的節圓半徑；
——行星齒輪與太陽輪的中心矩；
——太陽輪的齒數；
——齒圈的齒數。
由行星輪4的受力平衡條件可得：
因此，太陽輪、齒圈和行星架上的力矩分別為：
3-1）
根據能量守恆定律，三個元件上輸入和輸出功率的代數和應等於零，即
3-2）
式中：、、分別為太陽輪、齒圈和行星架的角速度。
將式（3-1）代入式（3-2）中，即可得到表示單行星排行星齒輪機構一般運動規律的特性方程式：
若以轉速代替角速度，則上式可寫成
這便是單排單級行星齒輪的運動方程。
了解其運動方程後，我們便可以十分方便地分析不同情況下的傳動比——
（二）單排單級行星齒輪機構的變速原理
當行星齒輪機構工作時，將太陽輪、齒圈和行星架這三者任一元件作為主動件，使它與輸入軸相連；將另一組件作為被動件，與輸出軸相連；再將第三個元件加以約束制動，使它強制固定轉速為零。這樣，整個行星齒輪機構即以一定的傳動比傳遞動力。這三個基本元件都有三種可能選擇，有六種不同的組合方案，再加上直接傳動和空檔共有八種組合。
下面我們以其中三種為例，討論單排單級行星齒輪機構的運動分析方法——
例一已知：固定件——齒圈，即齒圈轉速；
主動件——太陽輪，且轉速n1已知；
，即等於齒圈齒數與太陽輪齒數之比，由於齒圈齒數是大
於太陽輪齒數的，故此值大於1；
求： 被動件——行星架的轉速n3；
圖組合方式舉例
方法一：運用運動特性方程
當齒圈被固定時， ，代入單排單級行星齒輪機構的運動特性方程得，在這種情況下其傳動比為：
上式說明，採用這種方案傳動，輸出軸的轉速只有輸入軸轉速的，是一種減速增矩的傳動，且所得的結果為正，說明是同向傳動。
方法二：向量分析法
已知太陽輪的轉速n1，已知其旋轉半徑r1,可知其線速度v1；又因太陽輪與小行星輪相嚙合，小行星輪嚙合點的線速度亦為v1；
已知齒圈固定，則小行星輪在齒圈上作純滾動，兩者的嚙合點為小行星輪的瞬時運動中心（瞬心）；
依據理論力學中的速度瞬心法，如圖中所示，可知小行星輪幾何中心的運動線速度v3（圖中虛線箭頭），此即行星架的線速度，則行星架的轉速n3= v3/r2，又由圖知v3＜v1，r2＞r1，故此傳動方式為同向減速傳動。
在採用向量分析法時應注意幾點：1、瞬心的確定；2、甲乙兩物體公共點上速度的大小和方向既表示甲的速度，又表示乙的速度；3、線速度與角速度的轉換。
例二：主動件——齒圈，固定件——太陽輪，被動件——行星架
圖組合方式舉例
方法一：運動特性方程
當太陽輪被固定, =0，則有，傳動比為：
此傳動方案也是一種減速增矩傳動，且為同向傳動，但與第一種方案相比，減速比要小，即輸出軸轉速較快。
方法二：向量分析法
圖向量分析法
分析過程如圖所示，由圖可知此方案為同向減速傳動，但得出的傳動比運算結果要小於第一種。其分析思路與第一種無異，不再贅述。
例三：主動件——齒圈，固定件——行星架，被動件——太陽輪
圖組合方式舉例
方法一：運動特性方程
當行星架被固定時，，則有，其傳動比為：
上式說明，被動件太陽輪轉動方向與齒圈相反，且是一種增速減扭傳動，即反向增速傳動。
方法二：向量分析法
分析過程如圖所示，由圖可知此方案為反向增速傳動。其分析思路與第一種無異，不再贅述。
圖向量分析法
以此類推，單行星齒輪機構能夠組成八種傳動方案，其中3種為增速減扭，3種為減速增扭，此外還有2種特殊情況——
特殊情況一：直接傳動
當太陽輪、齒圈和行星架三元件中，任何兩個元件連成一體轉動時，則第三個元件必然與前二者轉速相同，即行星齒輪機構所有元件都沒有相對的運動，形成直接傳動，此時傳動比1。這很容易用向量分析法來分析，也很容易用特性方程來說明，若，代入特性方程，則有。其餘，等情況，亦可得到相同的結論。
自動變速器
車用自動變速器的分類 1 液壓控制式自動變速器 這是一種利用車速和加速踏板踏入量之間的關係所決定的傳動比，通過油壓控制機構進行自動控制的變速器。常用的液壓控制式自動變速器一般由液力耦合器或變矩器 液壓操縱系統和行星齒輪傳動系統組成。2 電子控制式自動變速器 在電子控制式自動變速器中，由車速感測器和節...
自動變速器
1.車用自動變速器的分類 p5 液壓控制式自動變速器 電子控制式自動變速器。2.自動變速器的組成 由液力變矩器 液壓自動換檔控制系統 自動變速器電子控制裝置 tcu 行星齒輪機構 冷卻裝置和自動變速器油濾清器幾部分組成。p9 3.自動變速器的特點 優缺點 汽車自動變速器一般和變矩器一起使用，它可以根...
自動變速器考題
1 解釋豐田自動變速器型號a42dl的含義。a 代表自動變速器 4 3 4 均表示該自動變速器為後驅動車輛用，而 1 2 5 則為前驅車輛用，即內含主減速器與差速器稱為自動傳動橋。2 代表生產序號為2 d 表示該自動變速器有超速檔 l 表示該自動變速器有鎖止離合器 h 或 f 表示該自動變速器用於四...