自动变速器传动比的计算

汽车自动变速器各档传动比的计算

摘要：本文通过用机械基础知识解析汽车自动变速器各档传动比，为读者提供一种学习、钻研汽车专业知识的方法，提高学习汽车专业知识的兴趣及水平。 关键词：汽车自动变速器，行星齿轮机构，传动比

汽车自动变速器中的行星齿轮机构，通过液压控制装置，使各制动器、离合器、单向离合器等配合动作，能得到不同的传动比，许多学生觉得传动比的计算较难，不容易掌握。其实，在“汽车机械基础”这门课程中，学生们学习过“齿轮传动”和“齿轮系”两个内容，他们已经接触过“行星齿轮机构传动比计算”的相关内容，只要教师进一步引导，由浅入深，循序渐进，逐步深化分析，还是能使学生们把这部分内容消化、吸收并融会贯通的。

在“汽车机械基础”、 “机械基础”或“机械设计基础”等教科书中，常以汽车差速器作为典型的行星齿轮机构来讲解传动比问题，但是这完全是圆锥齿轮组成的行星轮系，包括两个中心轮，即半轴齿轮，一组行星轮（四个齿轮）都是圆锥齿轮，而全部由圆柱齿轮组成的行星齿轮机构，在汽车上最典型的例子就是自动变速器里的行星齿轮系了。“汽车机械基础”作为汽车专业基础课程，如结合汽车专业讲解自动变速器中的行星齿轮机构，有利于学生更好地掌握现代汽车技术，同时也能使他们的机械基础、机械原理知识得到拓展和提高，对以后学习汽车专业知识更有帮助。

我看了一些有关“汽车自动变速器”的教科书后，觉得在阐述自动变速器中行星齿轮机构的传动比方面也不够清楚、完整。现将一种典型的自动变速器行星齿轮机构传动比作一计算分析。机构简图如下：

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第Ⅰ排超速行星齿轮组 第Ⅱ、Ⅲ排行星齿轮组

图中C0,C1,C2为离合器，B0,B1,B2,B3为制动器，F0,F1,F2 为单向离合器，共有三排行星齿轮组。第1排为超速行星齿轮组。

在无超速状态时，离合器C0工作，使超速行星架与太阳轮连接，此时

nHIn1In3I，即第1排行星齿轮组的传动比inHI1，此时，第2、3排行n3I星齿轮组的工作情况如下：

一）D1档，离合器C1和单向离合器F2工作。输入轴与第3排齿圈连接，输出轴与第2排齿圈及第3排行星架连接，传动比应为iD1由于是差动行星轮系，第3排行星轮系有

n3ⅢnHⅢZ1Ⅲ ⑴

n1ⅢnHⅢZ3Ⅲn3Ⅲ。 nHⅢ第2排行星轮系有

n3ⅡnHⅡZ1Ⅱ

n1ⅡnHⅡZ3Ⅱn3ⅡZ1Ⅱ ⑵ n1ⅡZ3Ⅱ因单向离合器F2作用，nHⅡ0，故

从⑴得；n3Ⅲ＝Z1ⅢZn1Ⅲ1ⅢnHⅢnHⅢ Z3ⅢZ3Ⅲ因2、3排太阳轮为一体，且从⑵得

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n1Ⅲn1ⅡZ3ⅡZn3Ⅱ＝3ⅡnHⅢ Z1ⅡZ1Ⅱ代入⑶ n3ⅢZ1ⅢZ3ⅢZ3ⅡZ1ⅢnZHⅢZnHⅢnHⅢ

1Ⅱ3Ⅲ传动比iD1n3ⅢZ1ⅢZ3ⅡZ1Ⅲ1 nHⅢZ3ⅢZ1ⅡZ3Ⅲ如果2、3排太阳轮齿数相等，即Z1Ⅱ＝Z1Ⅲ＝Z1 则iD1Z1Z3Ⅱ1 Z3Ⅲ二）D2档，离合器C1、制动器B2和单向离合器F1工作，输入轴与第3排齿圈连接，输出轴为第3排行星架，此时太阳轮不转，即n1Ⅲ＝0

n3ⅢnHⅢZ1Ⅲ

n1ⅢnHⅢZ3Ⅲn3Ⅲ＝Z1ⅢZ1ⅢnHⅢnHⅢ＝nHⅢ1 Z3ⅢZ3Ⅲn3ⅢZ1ⅢZ3Ⅲ，其中Z1ⅢZ3Ⅲ可以看作第3排行星架的nHⅢZ3Ⅲ传动比iD2当量齿数。

三）D3档，离合器C1、C2同时工作，即n3Ⅲn1Ⅲ

n3ⅢnHⅢZ1Ⅲ n3Ⅲn1ⅢnHⅢ

n1ⅢnHⅢZ3Ⅲ传动比iD3n3Ⅲ1相当于直接档。 nHⅢ四）在超速状态，可以称为D4档，即超速档。制动器B0工作，超速太阳轮固定，

n1＝0。超速行星齿轮组，成为简单行星轮系。故有： Ⅰi3HⅠ1i3H＝1ⅠZ1ZⅠZ3ⅠⅠ ＝1Z3ⅠZ3Ⅰ 3

传动比iD4nHⅠZ3Ⅰ1＝1 n3Ⅰi3HⅠZ1ⅠZ3Ⅰ其中Z1ⅠZ3Ⅰ可看作超速行星架的当量齿数。超速档时，第2、3排行星齿轮组处于直接档。

五）倒档，离合器C2、制动器B3工作。第2排行星架固定，成为定轴轮系，输入轴接太阳轮。 传动比iRn1ⅡZ＝3Ⅱ。 n3ⅡZ1Ⅱ通过以上分析，学生们能运用机械原理知识，理解、掌握自动变速器主要各档的传动比计算。

为了提高学生学习行星齿轮机构传动比计算的兴趣，对一些基础好、学习钻研精神足的同学，我还给他们介绍了一种采用制动器控制换档的三排行星齿轮机构的变速器。结构如图：

＝80，Z2＝Z4＝Z7＝26 其中Z1＝Z‘1＝Z6＝28，Z3＝Z5＝Z3’图中第一排行星轮系中的齿圈3、第二排行星轮系中的行星架、第三排行星轮系中的齿圈3’为同一构件，第二排的齿圈5、第三排的行星架与鼓轮B为同一构件。这种行星齿轮变速器，操作简便，只要分析刹住鼓轮A、B、C时，就可以得到不同传动比。但计算有一定难度。现分析如下： （一）当刹住A时，第一排的行星架被固定。

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Z1、Z2、Z3组成定轴轮系。 传动比i1H＝Z38020 Z1287（二）当刹住B时，第二排的齿圈5被固定，Z‘1、Z4、Z5及H组成简单行星轮系。

H＝1传动比i1H＝1i15Z580271 Z1’287（三）当刹住C时，第三排的中心轮6被固定，传动通过两排行星轮系。

1）Z6、Z7、Z‘3及B（此时作第三排的行星架）组成简单行星轮系。 传动比iHBi3'B1i3B'61Z628271iH5 Z3'80202）Z1'、Z4、Z5及H组成差动行星轮系 传动比i1H'5

Zn1'nH80205

n5nHZ1'287n1'nHn5nHnHnHi1'H120 i5H17联立解得 i1Hi1'H202047i5H112011 772727可见，对各种变速器的行星齿轮机构，都能根据他们的机械结构原理，弄清齿轮传动路线，分清轮系类型，列出传动比计算式，并解出各档传动比大小，掌握这个基本思路和方法 ，学生们面对更复杂的变速器行星齿轮机构的传动比问题，也能举一反三、迎刃而解了。

汽车机械教师

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注： Z1Ⅰ—第Ⅰ排行星齿轮组（即超速档）太阳轮齿数

Z3Ⅰ—第Ⅰ排行星齿轮组（即超速档）齿圈齿数 Z1Ⅱ—第Ⅱ排行星齿轮组太阳轮齿数 Z3Ⅱ—第Ⅱ排行星齿轮组齿圈齿数 Z1Ⅲ—第Ⅲ排行星齿轮组太阳轮齿数 Z3Ⅲ—第Ⅲ排行星齿轮组齿圈齿数

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