自動變速器（A340E）一檔起步分析

湯厚義

通過執(zhí)教自動變速器多年發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對自動變速器（無論是拉維娜式還是辛普森式）行星齒輪機構(gòu)在D1檔動力傳遞路線上理解很差，多數(shù)學(xué)生不能掌握“動力是如何傳遞的”、“車輛時如何起步的”，教材分析也是很籠統(tǒng)（多數(shù)教材都一樣），給教師授課和學(xué)生學(xué)習(xí)帶來了很大的壓力。

“鎖止”力單排行星齒輪機構(gòu)傳動比一、提出問題

教材分析（以人民交通出版社2004年出版的《汽車底盤構(gòu)造與維修》P69圖1（雙排行星齒輪機構(gòu)）為例，其他教材編寫都類似，沒有在本質(zhì)上說明清楚）。

D位1檔：前進離合器C1工作，輸入軸與前排齒圈連接，單向離合器F2鎖止；后排行星架被鎖止，動力分成兩路傳遞（D1檔超速排行星齒輪傳動比為1，我們不做討論，主要研究雙排行星齒輪機構(gòu)）

教材分析“在D位1檔：前進離合器C1結(jié)合，輸入軸與前排內(nèi)齒圈連接，單向離合器F2鎖止，后排行星架被鎖止，動力分成兩路（如下所示）。前排內(nèi)齒圈驅(qū)動前排行星齒輪既順時針公轉(zhuǎn)，又順時針自轉(zhuǎn)。前排行星齒輪的順時針公轉(zhuǎn)推動前排行星架做順時針旋轉(zhuǎn)，將動力傳至輸出軸；同時，前排行星齒輪的順時針自轉(zhuǎn)帶動前后太陽輪組，做逆時針轉(zhuǎn)動，由于單向離合器已經(jīng)將后排行星架鎖止，后排太陽輪帶動后排行星齒輪做順時針自轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動后排內(nèi)齒圈做順時針自轉(zhuǎn)，將動力傳至輸出軸”。

路線一：前排內(nèi)齒圈→前排行星齒輪→前排行星架→輸出軸

路線二：前排內(nèi)齒圈→前排行星齒輪→太陽輪→后排 行星輪→后內(nèi)齒圈→輸出軸

分析單向離合器F2單向鎖止，怎么會造成后排行星架鎖止（靜止）？理論教師分析到此，很難把道理分析清楚，盡管自己知道其中的含義；學(xué)生則百思不得其解，主要集中在“后排行星架的狀態(tài)”上，是“靜止”還是“運動”？于是對D1檔起步原理一知半解；此外，前后排行星齒輪共同輸出動力會不會由于傳動比大小不一樣發(fā)生運動干涉？這些問題教材沒有詳細分析，給理論教師授課和學(xué)生學(xué)習(xí)帶來了很大的障礙。

二、問題分析

1.單排行星齒輪機構(gòu)原理分析

單排行星齒輪機構(gòu)有兩個自由度，無法得到固定的傳動比，只有將三個元件中任意一個元件鎖止，另外兩個元件一個作為主動元件、一個作為從動元件，才能構(gòu)成一定的傳動比。

如右圖2所示：齒圈鎖止，太陽輪主動順時針旋轉(zhuǎn)（驅(qū)動力無限大），行星架懸空，判斷行星架狀況？

i=（n1/n3）= （1+ α）=（Z1+Z2）/Z1>1，為低速檔行星架將會減速順時針空轉(zhuǎn)。這是純理論分析，在實際過程中，齒圈鎖止是通過制動器實現(xiàn)的，制動器產(chǎn)生的制動力并不是無限大，制動力本身也有大小的。此外”鎖止”在變速器中，一切阻力都可以產(chǎn)生“鎖止”。但是“鎖止”力是有大小的。上面這個例子，大家注意到行星架順時針減速空轉(zhuǎn)；試想一下如果此時給行星架施加一個無限大的“鎖止”力，這時又會出現(xiàn)什么情況？很顯然，對齒圈“鎖止”的制動器會”打滑”，也就是說齒圈旋轉(zhuǎn)起來了（變成太陽輪輸入元件，行星架成為固定元件）。換句話說在實踐中，制動器沒有絕對的 “鎖止”，制動器產(chǎn)生的“鎖止”力是有大小的。

2.是否會運動干涉

這里我片面的定義了給一個專有名詞“運動干涉”，通過“雙排行星齒輪機構(gòu)”輸入和輸出計算出一個合理的傳動比，就不會產(chǎn)生運動干涉；如果計算不出傳動比，就說明有運動干涉（或者無數(shù)個解等其他情況），單排行星齒輪機構(gòu)運動特性方程：n1+ αn2=（1+ α）n3，其中α=Z2/Z1

前排和后排行星齒輪機構(gòu)都適合這個運動特性方程；并且在D1檔情況下能計算出一個合理的傳動比就表示不會產(chǎn)生運動干涉。

三、解決問題

1.A340E行星齒輪機構(gòu)D1擋分析

（1）車輛起步之前，停在路面上，由于車輛自身重力和地面摩擦力產(chǎn)生”制動力”，通過車輪和傳動機構(gòu)對變速器輸出軸產(chǎn)生”鎖止”（盡管路面的反作用力很小，但是確實存在）。對照圖1前排行星架和后排齒圈在車輛起步的瞬間有”被鎖止”作用。

（2）由于C1工作將動力傳給前齒圈順時針轉(zhuǎn)動，造成前行星齒輪順時針轉(zhuǎn)動，由于前排行星架在起步瞬間被 “鎖止”，會造成前后排太陽輪有逆時針旋轉(zhuǎn)趨勢。

（3）后排太陽輪有逆時針轉(zhuǎn)動趨勢，由于后齒圈在路面的“反力”作用下起步瞬間被“制動”（靜止），所以行星架有被逆時針扭轉(zhuǎn)趨勢，但是由于單向離合器F2的存在阻止了它逆時針轉(zhuǎn)動保持靜止，所以齒圈就順時針轉(zhuǎn)動。（由于單向離合器產(chǎn)生的“制動力”比路面的 “反作用力”小得多）所以輸出軸也會克服路面阻力，順時針轉(zhuǎn)動，車輛起步。

實際上各種不同的辛普森式行星齒輪變速機構(gòu)和拉維挪式齒輪變速機構(gòu)在D1檔起步時，都是由于地面的反作用力的存在而使三個元件中的一個元件保持初步鎖止的，以此類推都會迎刃而解。

2.是否會產(chǎn)生運動干涉

設(shè)定輸入轉(zhuǎn)速為n入，輸出轉(zhuǎn)速為n出，也就是前齒圈轉(zhuǎn)速為n入，后齒圈的轉(zhuǎn)速為n出。前后排齒數(shù)完全相同，太陽輪的齒數(shù)Z1=32，c齒圈齒數(shù)z2=75，單排行星齒輪機構(gòu)運動特性方程：n1+ αn2=（1+ α）n3），其中α=Z2/Z1（n1：太陽輪轉(zhuǎn)速，n2：齒圈轉(zhuǎn)速，n3：行星架轉(zhuǎn)速α：=Z2/Z1>1Z2 ：齒圈齒數(shù)Z1 ：太陽輪齒數(shù)）

對于前排： n太+75/32 *n入=（1+75/32） *n出

對于后排：n太+75/32 *n出=（1+75/32） *0

由以上兩個公式計算：n入/ n出=2.427，這僅僅是行星齒輪傳動機構(gòu)的傳動比，自動變速器中變矩器在車輛起步的時候變矩比最大值一般為2.5左右，計算起步瞬間總傳動比i=2.5*2.427=6，和普通手動轎車一檔傳動比近似，因此不會產(chǎn)生運動干涉。

參考文獻：

[1]崔振民.汽車底盤構(gòu)造和維修.人民交通出版社.

[2]平云光.汽車底盤構(gòu)造和維修.人民交通出版社.

[3]李春明.現(xiàn)代汽車底盤技術(shù).北京理工大學(xué)出版社.

[4]豐田汽車維修手冊.