论自动变速器档位动力传递的规律

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  行星齿轮机构各档位的动力传递是十分晦涩的知识点。笔者查阅大量参考书籍,并结合自己十几年的教学经验,对此进行了总结。
  
  一、齿轮基础
  
  1. 转速与传动比
  转速为单位时间内齿轮或轴的旋转速度,用r/min表示。
  传动比D=从动齿轮齿数/主动齿轮齿数
  =主动齿轮转速/从动齿轮转速(式1)
  由式1可知,齿轮齿数与其转速成反比。简记为:大轮带小轮,输出高速(实现高速档);小轮带大轮,输出低速(实现低速档)。
  2. 旋转方向
  外啮合方式:两个外齿轮互相啮合进行旋转,转向相反,见图1a。
  内啮合方式:一外齿轮和一内齿轮互相啮合进行旋转,转向相同,见图1b。
  
  行星齿轮机构传动比的计算不像两个相互啮合的齿轮那样简单。与传动比有关的是行星架、齿圈、太阳轮的齿数。其中,行星架的齿数是人们为方便计算而假想的,可用式3计算:
  Z3=Z1+Z2 (式3)
  式中,Z3、Z1、Z2分别为行星架、太阳轮、齿圈齿数。其关系:
  Z3>Z2>Z1 (式4)
  为简化传动比的计算方法以及分析各齿轮的转向,可将式4等效成图3所示的齿数关系。太阳轮和齿圈外啮合,行星架和太阳轮、齿圈为内啮合。当固定或锁止其中的某一元件时,相当于去掉该元件(图中以虚线标出,以下相同)。
  
  换档执行机构包括三个离合器、四个制动器和三个单向离合器,具体作用见表1。
  
  1.假设输入轴顺时针旋转
  (1)当变速杆置于P或N时,C0工作,超速行星排的行星架和太阳轮联成一体旋转,由单排行星轮的运动规律可知,超速行星排处于直接档,输入轴的转矩毫无变化地经齿圈传至中间轴,但由于C1 、C2都不工作,前、后行星排空档,转矩无法传递到输出轴上。P和N档的区别在于:N档时,输出轴可以朝任一方向自由旋转,此时车辆可以被推动或牵引。P档时,通过一个机械棘爪与输出轴外齿圏的一个卡块结合,将输出轴锁定在变速箱上。另外,P档时B3 已工作,目的是避免从P档挂入R档,C2、B3同时工作容易不同步,造成换档冲击。
  (2)当变速杆置于R时,具有发动机制动。
  输入轴顺时针in C0、F0 工作,超速行星排为直接档,动力按1:1顺时针中间轴C2 工作,公共太阳轮顺时针转 B 3工作,制动后排行星架,后行星排的Z 1 、 Z2外啮合后排齿圈逆时针转 输出轴逆时针out。
  发动机制动:R档时,若驾驶员抬起油门踏板,则发动机进入怠速工况,汽车在原来的惯性下仍以较高的车速行驶,但此时,驱动轮通过变速器输出轴反向拖动发动机运转,制动汽车。一般下坡时,发动机制动才有意义,档位越低,制动的作用越强烈。其动力传递路线与上述R档路线相反,转向相反。其动力传递路线如下:
  输出轴顺时针in 后排齿圈顺时针转B 3工作,制动后排行星架,后行星排的 Z 1 、 Z2外啮合,公共太阳轮逆时针转中间轴C0、F0 工作,超速行星排为直接档,动力按1:1顺时针 输入轴逆时针out
  (3)当变速杆置于D位1档时,因 2位1档、L位1档各换档元件与D位1档的工作状况相同,动力传递相同,区别只是由于B3、F2的工作,使得2位1档、L位1档具有发动机制动,而D位1档则没有。故合并在一起介绍。
  输入轴顺时针inC0、F0 工作,超速行星排为直接档,动力按1:1顺时针中间轴C1工作,将动力传至前排齿圈,顺时针转。因汽车尚未起步,输出轴与车轮未转动,前排行星架相当于被固定,则前行星排的Z 1 、Z2外啮合,从而得知公共太阳轮逆时针转 F2 工作,锁止后排行星架,从而推知后排齿圈顺时针转输出轴顺时针out
  发动机制动:2位1档、L位1档时,具有发动机制动。其动力传递路线与上述D位1档路线相反,转向相反,读者自行分析。
  (4)当变速杆置于D位2档时,因 2位2档、L位2档各换档元件与D位2档的工作状况相同,动力传递相同,区别只是由于B1的工作,使得2位2档、L位2档具有发动机制动,而D位2档则没有,故合并在一起介绍。
  输入轴顺时针in C0、F0工作,超速行星排为直接档,动力按1:1顺时针转 中间轴C1 工作,前排齿圈顺时针转,由于B2、F1工作,锁止了公共太阳轮,从而推知前排齿圈顺时针转输出轴顺时针out
  发动机制动请读者自行分析。
  (5)当变速杆置于D位3档时,因 2位3档各换档元件与D位3档的工作状况相同,动力传递相同,都具有发动机制动,故合并在一起介绍。
  输入轴顺时针in C0、F0 工作,超速行星排为直接档,动力按1:1顺时针转中间轴
  C1、C2 工作,前行星排为直接档,从而推知前排行星架顺时针转 输出轴顺时针out
  发动机制动请读者自行分析。
  (6)当变速杆置于O/D档时,具有发动机制动。
  输入轴顺时针in B0工作,制动超速行星排的太阳轮,则其行星架和齿圈内啮合,一同顺时针转 中间轴 C1、C2 工作,前行星排为直接档,从而推知前排行星架顺时针转 输出轴顺时针out
  发动机制动请读者自行分析。
  2.通过上述分析,可以得出以下几个规律
  (1)D位的1、2、3档,2位的1、2、3档以及L位的1、2档所对应的相同档位的传递路线都相同,区别为是否具有发动机制动。
  (2)换档执行元件的设立并非都为实现换档功能,有时是为换档质量的要求。例如,单向离合器F0就是为了改善3档升4档时的平顺性而设的。又如,B1的工作使得2位2档和L位2档具有发动机制动的辅助功能。故称B1为2档滑行制动器。
  (3)判断某档位是否有发动机制动,就看该档能否从输出轴反向拖动输入轴。一般某档位的动力传递路线上若有单向离合器工作,则该档位就没有发动机制动。因为单向离合器已锁止某些齿轮逆转,无法实现反向拖动。
  (4)不同型号的自动变速器,内部结构的变化往往超出初学者的想象。目前,各大厂家生产的100多种自动变速器,其内部结构的变化也是一般人都很难掌握的。只有加快对换档元件工作表的了解速度,才会很快了解其内部结构及部件的分工。例如,在图6的工作表中,若B0有故障则无O/D档,若C0有故障则只有O/D档,若F0有故障则3档升O/D档有冲击,若C1有故障则所有前进档全无,但倒档没有影响等。
  综上所述,分析各位的动力传递路线十分简单,只要查看该类型变速器各换档元件的工作表,看在某一档位上,哪几个换档元件工作,固定或锁止了哪些齿轮,再依据单排行星齿轮的三种齿轮的关系(图3),判断是内啮合还是外啮合,从而推断出在传递路线中各齿轮的转向。只有熟练分析各位动力传递路线,才能在维修自动变速器缺失某个档位的故障时,有的放矢地分析某个档位的动力传递,从而确诊出是哪个执行元件的故障。
  (作者单位:广西南宁市民族技校)
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