刘志忠：自动变速器辛普森速比分析

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1、自动变速器辛普森行星齿轮典型结构速比分析刘志忠（河北交通职业技术学院汽车工程系）【摘要】汽车自动变速器行星齿轮的基本结构之一为辛普森(Simpson)结构。TOYOTAA40DE自动变速器行星齿轮机构，齿轮机构由共太阳轮式辛普森齿系和超速行星排组成，可实现4个前进速比。TOYOTAU340自动变速器行星齿轮机构为独立太阳轮式，可实现4个前进速比。汽车自动变速器行星齿轮的基本结构之一为辛普森(Simpson)结构。辛普森齿轮传动机构的结构特点：将两个行星排中一个行星排的齿圈与另一个行星排的行星架连结，具体结构有两种，分

2、别为：共太阳轮式和独立太阳轮式。自动变速器通过换挡执行元件：制动器、离合器、单向轮的动作，实现行星齿轮机构的速比变换。制动器、离合器是液压执行元件。单向轮是机械动作元件，采用滚柱式、楔块式等结构，工作中有单向锁止和单向自由两种状态，称为单向制动器或单向离合器。1.辛普森共太阳轮式齿轮传动速比分析1.1辛普森共太阳轮式齿轮传动基本结构如图—1所示，为TOYOTAA40DE自动变速器行星齿轮机构，齿轮机构由共太阳轮式辛普森齿系和超速行星排组成，可实现4个前进速比。图—1TOYOTAA40DE自动变速器行星齿轮机构N01为

3、超速太阳轮的转速，Z01为超速太阳轮的齿数（33），N02为超速齿圈的转速，Z02为超速齿圈的齿数（73），N03为超速行星架的转速，Z03为超速行星架的齿数，Z03=Z01+Z02；N11为前太阳轮的转速，Z11为前太阳轮的齿数（33），N12为前齿圈的转速，Z12为前齿圈的齿数（73），N13为前行星架的转速，Z13为前行星架的齿数，Z13=Z11+Z12。传动规律为：N11+α前•N12=（1+α前）N13α前=Z12/Z11(=2.212)N21为后太阳轮的转速，Z21为后太阳轮的齿数（33），N22为后齿圈

4、的转速，Z22为后齿圈的齿数（73），N23为后行星架的转速，Z23为后行星架的齿数，Z23=Z21+Z22。传动规律为：N21+α后•N22=（1+α后）N23α后=Z22/Z21(=2.212)表-1为各档的换挡执行元件动作表。表-1TOYOTAA40DE各档制动器、离合器、单向轮动作表B0C0F0C1C2B1B2F1B3F2备注RAOAAED1AOAO2AOAAO3AOAAAE4AAAAE21AOAO2AOAAAOELAOAAOEA—接合，O—单向接合，E—发动机制动C0：在超速行星排的齿圈与太阳轮之间接合或分

5、离；B0：制动超速行星排的太阳轮；F0：为单向离合器，在超速行星排的行星架与太阳轮之间接合或分离。当太阳轮相对行星架转速较高时，单向离合器F0锁止，使太阳轮与行星架同步转动，相反，当太阳轮相对行星架转速较低时，单向离合器F0自由，使太阳轮与行星架各自独立转动；C1：接合、分离超速行星排齿圈到后行星齿圈之间的动力传递；C2：接合、分离超速行星排齿圈到后太阳轮之间的动力传递；B1：制动辛普森式行星排的太阳轮；B2：制动F1；F1：为单向制动器，在B2作用时，阻止辛普森式行星排的太阳轮逆向发动机曲轴转动；F2：为单向制动器

6、，阻止前行星排的行星架逆向发动机曲轴转动；B3：制动辛普森式行星排的前行星架。1.21档传动速比分析1.2.1自动变速器操纵杆在D、2位，速比为1档（1）换挡执行元件动作C0接合，C1接合，F2逆向发动机曲轴转动单向制动。（2）动力传动分析汽车正常行驶时，动力传递：发动机曲轴→变扭器输出→超速行星排的行星架→超速行星排的齿圈→C1→后齿圈→后行星架→变速器输出轴；同时，后行星轮→前（后）太阳轮→F2：逆向发动机曲轴转动单向制动前行星架→前齿圈→变速器输出轴。汽车滑行时，动力传递：车轮转动→主减速器→变速器输出轴→前齿

7、圈与后行星架→F2（顺发动机曲轴转动单向自由转动），动力传递终止，故没有发动机制动效果。（3）速比分析由于C0接合，所以超速行星排为一体同步传动，速比为1。辛普森式行星排的传动规律为：N11+α前•N12=（1+α前）N13α前=Z12/Z11N21+α后•N22=（1+α后）N23α后=Z22/Z21其中：N13=0；N11=N21；N12=N23；Z11=Z211档速比：i1=N22/N23=1+1/α后+α前/α后（=2.452）1.2.2自动变速器操纵杆在L位，速比为1档（1）换挡执行元件动作C0接合，C1接

8、合，B3制动。（2）动力传动分析汽车正常行驶时，动力传递：发动机曲轴→变扭器输出→超速行星排的行星架→超速行星排的齿圈→C1→后齿圈→后行星架→变速器输出轴；同时，后行星轮→前（后）太阳轮→B3：制动前行星架→前齿圈→变速器输出轴。汽车滑行时，动力传递：车轮转动→主减速器→变速器输出轴→前齿圈→B3：制动前行星架→前（后）太阳轮→后行星轮→后齿