自動變速箱裡的行星齒輪組結構(二)——來自yzy的分享

2021-01-19 IND4汽車人

yzy：IND4汽車人資深註冊用戶。吉林工業大學汽車運用專業畢業，從事汽車行業16年。從畢業啟開始在汽車動力系統從事設計及應用工作，目前在某大型外資企業負責動力系統研發項目。專注於汽車發動機、傳動系統的開發，應用和試驗等領域。

 

拉威挪式和萊氏行星齒輪機構


書接上回【自動變速箱裡的行星齒輪組結構（一）】，話說辛普森齒輪組可以用2個離合器、2個制動器和1個單向離合器實現了3個前進擋和1個R擋。其實換擋執行元件數量不算少，但在液壓控制和電子技術不甚發達的過去，辛普森結構還是勝在結構較簡單，能在技術相對簡陋的條件下實現，因此在很長一段時間內大行其道。


3.拉威挪 (Ravigneaux) 行星齒輪機構

但是，技術進步是無止境的。幾乎在辛普森先生的同時代。有一位拉維挪先生就另闢蹊徑發明了所謂的拉威挪式齒輪結構（Ravigneaux 有時又音譯為拉維奈爾赫），這位仁兄為人十分低調，生平不詳，我無法在各種文獻中找到他的生平，所有關於拉威挪齒輪結構文檔都只提到了他於1949年在法國申請的專利，不遲於1953年，在美國也同樣申請成功專利。在很長時間內，拉威挪行星齒輪機構可以說與辛普森齒輪機構齊名。辛普森行星齒輪結構是兩排行星齒輪公用一個太陽輪，而拉威挪是共用1個公用行星架和1個公用齒圈組成，然後1個大太陽輪、1個小太陽輪、3個短行星輪、1個輸入軸。大小太陽輪前後排列，同軸心傳動；長行星齒輪分別與大太陽輪和齒圈嚙合；短行星齒輪則分別與小太陽輪和長行星齒輪嚙合。看起來是這樣的：

 

                                             

 

它的精妙之處在於共用了齒圈和齒輪架，減少了零件個數，齒圈和齒輪架組合在一起像一個鳥籠把所有的其它部件都囊括進去了，結構可以更緊湊了。另外，小行星齒輪是通過長行星齒輪再和齒圈配合的，也是神來之筆。

 

齒圈為輸出元件，輸入軸和大、小太陽輪以及行星齒輪架成為驅動元件，具有3個驅動自由度，它能組成4個前進擋和1個倒擋。下圖即為某5速自動變速箱使用拉威挪的例子。

 

另外，大眾早期匹配的01M就是典型的拉威挪式齒輪組。它的示意圖如下圖所示。由3個離合器(C1、C2、C3)、2個制動器(B1、B2)、1個單向離合器(F)，完成「四前一倒」的擋位改組。其中B1在倒擋時或手選L時接合，用以將行星架固定。至於，各個擋位是怎麼用執行機構組合來實現的，這裡就不一一贅述了。

 

4.  萊式（Leplletier）行星齒輪組說起 

自動變速箱的世界就這樣被單排行星齒輪組、辛普森行星齒輪組以及拉威挪行星齒輪組慢慢悠悠的統治著，隨著液壓控制以及電子技術的進步，如果人們需要更多速比的時候，大家就用上面三種形式排列組合。終於到了1989年，一位全名為皮埃爾·萊佩萊捷（Pierre Leplletier）的猛人橫空出世了。他出生於1928年，他的整個職業生涯都在法國的Ferodo（現在的法雷奧）工作。在59歲時，他提前退休。於1992年，提交了一個新的自動變速器的行星齒輪結構的專利，可以使用區區5個離合器，把一個拉威挪行星齒輪結構和一個單排行星齒輪結構完美的組合在一起，實現了6個前進速比（美國專利號：US 5106352 A）。然後他把該專利賣給德國自動變速器製造商ZF公司。以該專利為藍本，ZF公司經過了的10個年頭開發，於2001年向市場發布了新一代自動變速器ZF 6HP26。


 

仔細分析一下，6速萊式行星齒輪結構是沒有直接檔，結構上也沒有採用單向離合器， 從而簡化了系統零部件的數量，仍以ZF為例， 與它上一代5速5HP24相比，採用萊式行星齒輪結構的6HP26的零件數量從666減少到470，減少了29％，長度從697mm減少到653mm，減少了44毫米，減少了12％。其仍保留拉威挪結構扭矩容量較大的特點。 但對控制手段，軟硬體要求極高。這也是為什麼ZF到了2001年才成功將萊式行星齒輪結構批產推向市場。

其專利已於2010年12月過期，現在市場上大多數新一代變速箱都或多或少的受到萊式結構的影響。最後以某款6擋自動變速箱的結構圖和擋位控制邏輯圖作為萊式行星齒輪結構的結尾。見下圖。


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