辛普森行星齒輪傳動機構

辛普森行星齒輪變速器由辛普森行星齒輪機構和相應的換檔執(zhí)行器組成。辛普森行星齒輪機構采用雙行星排，其機構特點是前、后行星排的太陽輪連成一體，稱為太陽輪組件；前行星架和后齒圈連接成一個整體，稱為前行星架和后齒圈總成，輸出軸通常連接在這個總成上。包括辛普森三檔行星齒輪傳動機構和辛普森四檔行星齒輪傳動機構。

辛普森行星齒輪傳動機構綜述

自20世紀（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）70年代以來，辛普森行星齒輪變速器已被通用汽車、福特、克萊斯勒、豐田和日產(chǎn)等公司用于汽車的自動變速器。

辛普森行星齒輪變速器由辛普森行星齒輪機構和相應的換檔執(zhí)行器組成。辛普森行星齒輪機構采用雙行星排，其機構特點是前、后行星排的太陽輪連成一體，稱為太陽輪組件；前行星架和后齒圈連接成一個整體，稱為前行星架和后齒圈總成，輸出軸通常連接在這個總成上(如圖)。這樣，行星機構只有四個獨立的部件：前齒圈、前和后太陽輪組件、后行星架、前行星架和后齒圈組件。

1-前齒圈2-太陽齒輪總成3-行星齒輪4-后支架

5-前支架和后齒圈總成

辛普森行星齒輪機構圖

辛普森三速行星齒輪傳動機構

這是一個非常著名的行星齒輪機構，以工程師H.W .辛普森的名字命名，他是一名設計師和發(fā)明家。自20世紀（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）40年代以來，它被廣泛應用于世界各地的汽車自動變速器。其特點是由兩個齒輪參數(shù)相同的行星齒輪組成，如圖9.14所示。整個機構有相同的齒圈，六個相同的行星齒輪和一個延長的太陽輪用于兩個行星排(所以也叫普通太陽輪行星齒輪機構)。它的前行星架和后齒圈是同一個零件，并與輸出軸相連。該機構可以由三個前進檔和一個倒檔組成。

1.每個執(zhí)行器的功能

辛普森的行星齒輪機構配備了五個換檔執(zhí)行器：C1前多片離合器、C2后多片離合器、B1慢跑帶、B2后制動帶和F1。

單向離合器五個變速執(zhí)行機構的作用如下(見圖9.15)。

當C1前多片離合器動作時，渦輪輸出軸的動力連接到太陽輪。

當C2后板接合時，將渦輪輸出軸的電源連接到前面的紅色環(huán)。

當B1前制動帶動作時，固定太陽齒輪。

當B2后制動帶動作時，固定后行星架。

當F1單向離合器動作時，固定后行星架。

辛普森機構中的B1和B2實際上是制動器。有的變速器使用制動帶，有的使用多片離合器作為制動器，比如豐田的自動變速器。

表9.3反映了辛普森行星齒輪變速器變速執(zhí)行機構的工作規(guī)律。

2.潮流分析

下面是辛普森機構在各個檔位的功率流分析。

L)l檔

將預選桿置于D位置，C2后多片離合器將輸入動力傳遞給前齒圈，F(xiàn)1單向離合器將固定后行星架。由于后行星架由FI單向離合器固定，后行星齒輪機構具有一定的傳動比，是一個減速機構。另外，后行星齒輪機構通過后齒圈輸出，其輸出速度和旋轉方向應與前行星架一致，因為前行星架和后齒圈是同一個零件。根據(jù)這兩個條件，可以確定前行星架和太陽齒輪之間的速度分配。很明顯，太陽輪的速度要比以前的行星架快很多。

太陽齒輪逆時針旋轉帶動后行星齒輪順時針旋轉，行星齒輪帶動后齒圈順時針旋轉。當后齒圈順時針旋轉時，逆時針扭矩將施加到后行星架上，后行星架將由F1單向離合器固定。后行星齒輪機構的傳動比是齒輪齒數(shù)比。

(當機動車輛行駛時

作用：當驅動輪轉速超過發(fā)動機轉速時，來自驅動輪的反向動力通過后齒圈和前行星架的輸入機構，使后行星架順時針轉動，F(xiàn)1單向離合器鎖止，從而實現(xiàn)汽車滑行。當驅動輪轉速低于發(fā)動機轉速時，單向離合器再次鎖止，變速器回到行駛狀態(tài)。

為了在1檔實現(xiàn)發(fā)動機制動，預選桿必須置于L或1位置。此時后行星架由B2后制動帶固定，驅動輪傳遞的反向動力會通過變速器提高發(fā)動機轉速，從而消耗動力，迅速降低驅動輪轉速，從而實現(xiàn)發(fā)動機制動。

2)二檔

C2后多片離合器和B1前制動帶同時動作。此時，渦輪輸出軸通過C2后多片離合器與前齒圈連接，太陽輪總成通過B2后制動帶固定。

它的動力通過輸入軸傳遞到前齒圈，使其順時針旋轉。因為太陽輪是固定的，所以前行星輪由前齒圈驅動，前齒圈不僅自轉，還隨行星架公轉。行星齒輪和行星架都順時針旋轉，行星架最終帶動輸出軸順時針旋轉。二檔傳動比取決于行星架當量齒數(shù)與前齒圈齒數(shù)之比，是傳動比大于1的減速運動。第二檔傳動比只與前行星齒輪機構有關。

另外，輸出軸轉動時，會帶動后齒圈順時針轉動，后太陽輪已經(jīng)固定。此時，后行星齒輪和后行星架順時針空轉，F(xiàn)1單向離合器分離。

在辛普森機構的二檔工作狀態(tài)(預選桿在D檔)，來自驅動輪的反向傳遞動力可以直接傳遞給發(fā)動機，實現(xiàn)發(fā)動機制動。

3)三檔

C1前多片離合器和C2后多片離合器同時工作。前多片離合器C1的接合將動力傳遞到太陽齒輪，后多片離合器C2的接合將動力傳遞到前齒圈。根據(jù)行星齒輪機構的特點，任意兩個同速同向轉動的元件都是直齒輪，機構被鎖成一個整體。在第三檔狀態(tài)下，前齒圈和太陽輪具有相同的旋轉方向和速度。另外，從分析的角度來看，當來自C2后面的多片離合器的動力傳遞到前齒圈時，那么前齒圈帶動太陽輪逆時針旋轉，而來自C1前面的多片離合器的動力直接傳遞到太陽輪使其順時針旋轉。所以同一個太陽輪不可能向兩個方向轉動，只能鎖成一個整體。當整個機構順時針旋轉時，N向離合器和后行星架被釋放。第三檔是傳動比為1: 1的直接檔。

在三檔狀態(tài)下，只有發(fā)動機制動的功能，沒有汽車滑行的功能。

4)倒檔

C1前多片離合器和B2后制動帶同時動作。前多片離合器C1的接合將動力傳遞到太陽齒輪，后制動帶B2的功能固定后行星架。此時，動力通過輸入R-輸入軸傳遞到太陽齒輪，太陽齒輪順時針旋轉。因為后行星架已經(jīng)固定，后行星輪變成了過渡輪，所以后行星輪逆時針旋轉，后齒圈也逆時針旋轉。最后，后齒圈驅動輸出軸逆時針旋轉。倒檔傳動比等于后齒圈齒數(shù)與太陽輪齒數(shù)之比，是傳動比大于1的減速運動。從上面可以看出，倒檔的傳動比只與后行星齒輪機構有關。

辛普森四速行星齒輪傳動機構

辛普森四速行星齒輪變速器是在辛普森三速行星齒輪變速器的基礎上發(fā)展起來的。

這種四速變速器在不改變原辛普森三速行星齒輪t的主要結構和大部分零件的情況下，增加了單排行星齒輪機構和相應的換檔執(zhí)行器，以產(chǎn)生超速檔

，安裝在行星齒輪變速器的前端，如圖9.16所示。行星架為驅動部件，與變速器的輸入軸連接；齒圈作為被動件，與后雙排辛普森行星齒輪機構連接。行星齒輪系的運行由直接多片離合器CO控制，該離合器用于連接行星齒輪系的太陽輪和行星架，行星齒輪系的制動器BO用于固定行星齒輪系的太陽輪。根據(jù)行星齒輪變速器的換擋原理，當制動器BO松開，直接多片離合器CO接合時，超速行星齒輪處于直接傳動狀態(tài)，其傳動比為1。當超速制動器BO制動且直接離合器CO分離時，超速行星輪系處于加速傳動狀態(tài)，其傳動比小于1。

當行星齒輪變速器處于1檔、2檔、3檔或倒檔時，超速行星輪系中的超速制動器BO被釋放，直接多片離合器CO被接合，從而超速行星輪系處于傳動比為1的直接傳動狀態(tài)。雙排行星齒輪機構后半部分各換擋執(zhí)行機構的操作與原Simpson 3速行星齒輪變速器在一檔、二檔、三檔、倒檔的操作完全相同。來自變矩器的發(fā)動機動力通過超速行星齒輪直接傳遞給后半部分的雙排行星齒輪機構。此時行星齒輪變速器的傳動比完全由后半部分的雙排行星齒輪機構和相應的換擋執(zhí)行機構控制。當行星齒輪變速器處于超速檔時，后半段的雙排行星齒輪機構保持三檔工作狀態(tài)，其傳動比為2；而在超速行星輪系中，由于超速制動器BO的制動，直接多片離合器CO被釋放，使超速行星輪系處于加速傳動狀態(tài)，其傳動比小于1(這個傳動比就是超速行星輪系的傳動比)。

辛普森四速行星齒輪變速器由三個行星齒輪組成，各換檔執(zhí)行機構在不同檔位的工作情況如表9.4所示。這種四速行星齒輪變速器可以利用原辛普森三速行星齒輪變速器的大部分零件，有利于降低生產(chǎn)投資和成本。

目前大部分汽車都采用這種類型的四速自動變速器，尤其是日本豐田公司的四速自動變速器。自動變速器部分車型在原有的辛普森三速行星齒輪變速器后端加裝了超速行星齒輪，工作原理相同。

在圖9.16所示的辛普森四速傳動機構中，對原有的辛普森三速傳動機構進行了改進，增加了制動器B1和單向離合器F2。

原辛普森三檔機構的改進是基于以下兩點考慮：

從2檔換到3檔時有運動干涉；

辛普森機構的二檔有兩種狀態(tài)，汽車滑行和發(fā)動機制動。

辛普森行星齒輪機構在自動變速器中應用廣泛，日本豐田幾乎所有的自動變速器都采用這種結構，如

豐田A14OE、A240E、A24lE、A340、A350自動變速器。