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(1)行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

太陽(yáng)輪、齒圈和行星架的轉(zhuǎn)速分別為n1、n2和n3，齒數(shù)分別為Z1、Z2和Z3。齒圈和太陽(yáng)齒輪的齒數(shù)比。根據(jù)能量守恒定律，根據(jù)作用在機(jī)構(gòu)各元件上的力矩和結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以導(dǎo)出代表單排行星齒輪機(jī)構(gòu)一般運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特征方程。(n1n2-(1) n3=0且zzz2=z3

(2)行星齒輪機(jī)構(gòu)的各種運(yùn)動(dòng)分析；

從上式可以看出，單級(jí)齒輪機(jī)構(gòu)有兩個(gè)自由度，所以三個(gè)基本部件中的兩個(gè)，太陽(yáng)輪、齒圈和行星架分別作為主動(dòng)部分和從動(dòng)部分。

即使一個(gè)元素的旋轉(zhuǎn)速度為0，另一個(gè)元素也是固定的，或者它的運(yùn)動(dòng)受到限制(即它的元素)。

零件的轉(zhuǎn)速是一定值)，機(jī)構(gòu)只有一個(gè)自由度，整個(gè)輪系以一定的傳動(dòng)比傳遞動(dòng)力。下面討論他們各自的情況。

當(dāng)n3=n1或n2=n3時(shí)，同時(shí)得到n1=n2=n3。因此，如果三個(gè)元件中的任何兩個(gè)一起旋轉(zhuǎn)，第三個(gè)元件的轉(zhuǎn)速必須等于兩者的轉(zhuǎn)速。即行星輪系直接驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)比I=1；

也就是說(shuō)，如果所有的機(jī)器都不受約束，可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，那么行星齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)作用就消失了，相當(dāng)于空擋。

單列太陽(yáng)齒輪機(jī)構(gòu)的特征方程

；

行星機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征方程如下。

M11 M22 M33=0

N1N2-(1) n3=0

2.單級(jí)齒輪機(jī)構(gòu)的工作原理。

1)太陽(yáng)齒輪1是驅(qū)動(dòng)部分，行星架3是從動(dòng)部分，齒圈2是固定的。

i13=n1/n3=1=1 z2/z1

)2)齒圈2是主動(dòng)部分，行星架3是從動(dòng)部分，太陽(yáng)輪1是固定的。

i23=n2/n3=(1 ) /=1 z1/z2

)3)太陽(yáng)輪1是主動(dòng)部分，齒圈2是從動(dòng)部分，行星架3是固定部分。

i12=n1/n2=-=-z2/z1

4)當(dāng)太陽(yáng)輪和齒圈成為一體時(shí)，n1=n2。

n1=n2=n3

綜上所述，單級(jí)齒輪機(jī)構(gòu)可以獲得四種不同的傳動(dòng)比。

辛普森行星齒輪變速器的工作原理

當(dāng)行星齒輪變速器處于駐車檔和空擋以外的任意檔位時(shí)，五個(gè)換檔變速器中有兩個(gè)處于工作狀態(tài)，即接合、制動(dòng)或鎖止，另外三個(gè)處于非工作狀態(tài)，即分離、釋放或自由。處于工作狀態(tài)的兩個(gè)換檔驅(qū)動(dòng)器中至少有一個(gè)是連接輸入軸和行星齒輪系的離合器C1或C2。

當(dāng)變速箱處于一個(gè)前進(jìn)檔時(shí)，離合器C1接合。此時(shí)，輸入軸與行星齒輪機(jī)構(gòu)的齒圈嚙合，使齒圈成為主動(dòng)齒輪，因此離合器C1也稱為前進(jìn)離合器。倒車時(shí)，離合器C2接合，C1分離。此時(shí)，輸入軸與行星齒輪機(jī)構(gòu)的前、后太陽(yáng)齒輪組件嚙合，前、后太陽(yáng)齒輪組件用作驅(qū)動(dòng)部件。

此外，由于離合器C2也連接在第三檔，離合器C2也被稱為高速倒檔離合器。制動(dòng)B2僅在第二速度下起作用，這被稱為雙速制動(dòng)。

制動(dòng)B3在第一檔和倒檔都工作，這稱為低速和倒檔制動(dòng)器?？梢钥闯?，換擋驅(qū)動(dòng)器的組合決定了行星齒輪變速器的換擋位置。本文分析了辛普森三速行星齒輪變速器各級(jí)的動(dòng)力傳遞。

1)第一檔

當(dāng)換檔桿置于“D”位置時(shí)，前進(jìn)離合器C1和單向離合器F1在車速低且節(jié)氣門開度大時(shí)起作用，即需要大的加速力。來(lái)自變矩器的發(fā)動(dòng)機(jī)功率通過輸入軸和前進(jìn)檔離合器C1傳遞到后齒圈，因此后齒圈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。在后行星架中，后行星架通過輸出軸0與驅(qū)動(dòng)輪連接，因此在自動(dòng)啟動(dòng)中以一檔行駛時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)前的轉(zhuǎn)速也較低，因此后行星架由后齒圈驅(qū)動(dòng)在前行星架中順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，與輸出軸連接的前齒圈的轉(zhuǎn)速較低，因此當(dāng)前行星架12通過太陽(yáng)齒輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，在前行星架上產(chǎn)生逆時(shí)針扭矩。單向離合器F1相對(duì)于前行星逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，當(dāng)?shù)谝粰n前進(jìn)時(shí)，輸入軸的扭矩通過前行星機(jī)構(gòu)和后行星機(jī)構(gòu)傳遞到輸出軸。這樣，施加到行星齒輪機(jī)構(gòu)的負(fù)載被分成兩部分，以避免對(duì)齒輪施加過大的力。

其傳播途徑如下

前和后行星齒輪系的齒圈和太陽(yáng)輪的傳動(dòng)比分別設(shè)定為1和2；前和后太陽(yáng)齒輪組件、前齒圈和后支架組件以及前支架的轉(zhuǎn)速分別設(shè)定為n1、n2和n3；并且后齒圈的轉(zhuǎn)速被設(shè)定為“N2”。從單行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性方程出發(fā)，可以分別得到前后行星輪系的運(yùn)動(dòng)特性方程。

前排：n11n 2-(11)n3=0；后方：n12 N2

-(1 ^ 2)N2=0

；因?yàn)榍靶行羌苻D(zhuǎn)速n3=0，所以將其代入公式(1))；

當(dāng)n1 1n2=0代入式(2)時(shí)，精加工后第一檔傳動(dòng)比為i1=n2)。

/N2；

=(112 ) /

2

；

當(dāng)汽車以1檔行駛時(shí)，如果駕駛員突然松開油門踏板，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將立即降至怠速。此時(shí)汽車由于慣性以原來(lái)的速度運(yùn)動(dòng)，但與驅(qū)動(dòng)輪相連的自動(dòng)變速器輸出軸的轉(zhuǎn)速不會(huì)馬上降低，而是行星齒輪變速器反方向運(yùn)動(dòng)。

行星齒輪機(jī)構(gòu)的后行星架和前齒圈總成為主動(dòng)件，后齒圈為從動(dòng)件。當(dāng)后行星架順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，后齒圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的速度降低，后行星齒輪在順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使前、后太陽(yáng)齒輪總成高速順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，前太陽(yáng)齒輪和前磷齒輪

單向離合器F1只能阻止前行星架反轉(zhuǎn)，所以前行星架順時(shí)針自由轉(zhuǎn)動(dòng)。在這種情況下，辛普森行星齒輪機(jī)構(gòu)的四個(gè)獨(dú)立元件中有兩個(gè)處于自由狀態(tài)，失去了行星齒輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力傳遞功能，與驅(qū)動(dòng)輪相連的輸出軸的反向驅(qū)動(dòng)力沒有通過行星齒輪變速器傳遞給變速器輸入軸。在這種情況下，汽車相當(dāng)于空擋滑行，有利于提高汽車在一般使用條件下的乘坐舒適性和油耗，但發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速阻力不能用于汽車陡坡時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)來(lái)使汽車減速。即使是配備自動(dòng)變速器的汽車，為了實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)，前進(jìn)一檔也必須有兩種不同的選擇狀態(tài)：發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)和無(wú)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)。這兩種狀態(tài)的選擇通常是通過改變自動(dòng)變速器變速桿的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)換檔桿處于D檔時(shí)，自動(dòng)變速器的一檔處于不能產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)功能的狀態(tài)；當(dāng)換檔桿處于L位置或1位置時(shí)，自動(dòng)變速器的1檔處于能夠產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)的狀態(tài)。

2)帶發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)功能的1檔

一檔帶發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)功能是通過低速和反向制動(dòng)B3實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)換檔桿處于L位置或1位置且行星齒輪變速箱處于1位置時(shí)，前進(jìn)檔離合器C1和低速檔和倒檔制動(dòng)器B3同時(shí)作用。此時(shí)，行星齒輪變速器的動(dòng)作狀態(tài)與d檔第一檔相同。但是，由于低速和倒車制動(dòng)器B3的制動(dòng)狀態(tài)，無(wú)論是踩下加速踏板加速還是松開加速踏板滑行，前行星架都是固定的。所以當(dāng)汽車滑行，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速但車速較高時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪通過汽車的慣性，通過變速器輸出軸帶動(dòng)行星齒輪變速器轉(zhuǎn)動(dòng)。行星齒輪變速器輸入軸以原轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，與行星齒輪變速器輸入軸連接的液力變矩器渦輪的轉(zhuǎn)速高于與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸連接的液力變矩器的轉(zhuǎn)速，來(lái)自汽車驅(qū)動(dòng)輪的反向驅(qū)動(dòng)力通過液力變矩器作用在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上。同樣，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速阻力通過變速器和行星齒輪變速器作用于驅(qū)動(dòng)輪，使驅(qū)動(dòng)輪速度降低，汽車減速，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)。

3)二檔

當(dāng)汽車在一檔行駛，車速達(dá)到一定速度時(shí)，在1-2檔換檔閥的作用下，二檔制動(dòng)器B2動(dòng)作，同時(shí)前進(jìn)檔離合器C1繼續(xù)動(dòng)作，使行星齒輪變速器處于二檔。此時(shí)，輸入軸通過前進(jìn)離合器C1與后齒圈連接，并且前、后太陽(yáng)輪組件由2速制動(dòng)器B2制動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過變矩器和行星齒輪箱的輸入軸傳遞到后齒圈，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。因?yàn)楹筇?yáng)輪轉(zhuǎn)速為0，在后齒圈的帶動(dòng)下，后行星輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，另一側(cè)順時(shí)針公轉(zhuǎn)，后行星架和輸出軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。此時(shí)前行星處于自由狀態(tài)，前行星通過前齒圈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使前行星順時(shí)針空轉(zhuǎn)。所以二檔發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力全部通過后行星齒輪傳遞到輸出軸。

雙速傳動(dòng)前后行星系統(tǒng)工作原理示意圖：

輸入軸前進(jìn)離合器C1后齒圈后行星架(B2保持太陽(yáng)輪不動(dòng))輸出軸后行星架運(yùn)動(dòng)特性方程(n1 2 n2))))))))

-(1 ^ 2)N2=0；

另外，n1=0；因此，第二檔傳動(dòng)比：I2=N2/N2

；=(1 2 ) /2;

在上述二檔狀態(tài)下，汽車滑行時(shí)驅(qū)動(dòng)輪反方向的驅(qū)動(dòng)力通過行星齒輪變速器傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)，即具有發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)功能。

4)三檔

當(dāng)車速?gòu)亩n連續(xù)上升到一定速度時(shí)，在2-3檔換檔閥的作用下，高速和倒檔離合器C2接合。

接合，前進(jìn)檔離合器C1同時(shí)繼續(xù)接合，將輸入軸、后齒圈和前后太陽(yáng)輪總成連接成一個(gè)整體，行星齒輪箱升至三檔。此時(shí)，由于后行星組上有兩個(gè)相互連接的基本元件，后行星組固定連接成整體旋轉(zhuǎn)，輸入軸的動(dòng)力通過后行星組直接傳遞給輸出軸，其傳動(dòng)比i3=1，即直接驅(qū)動(dòng)。此時(shí)，前行星架由前齒圈驅(qū)動(dòng)，順時(shí)針空轉(zhuǎn)。

第三檔的傳動(dòng)路線是：

輸入軸的前進(jìn)離合器C1和高速離合器C2將輸出軸鎖定在前后行星上；

在三檔狀態(tài)下，汽車滑行時(shí)，行星齒輪變速器具有反向動(dòng)力傳遞的能力，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)。

5)反轉(zhuǎn)

在倒檔時(shí)，高速和倒檔離合器C2工作，連接輸入軸和前后太陽(yáng)齒輪總成，同時(shí)，制動(dòng)器B3產(chǎn)生制動(dòng)，固定前行星架。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過輸入軸傳遞到前后太陽(yáng)齒輪總成，使前后太陽(yáng)齒輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。因?yàn)榍靶行驱X輪架不固定，在前行星齒輪架中，前行星齒輪架旋轉(zhuǎn)

倒檔的動(dòng)力從前行星齒輪傳遞到輸出軸。根據(jù)單排齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性方程，n11n2-(11) n3=0為n3=0。

倒檔速度比

；我

r

=-

一個(gè)

；

倒檔傳動(dòng)比；iR=-1；