自動變速箱裡的行星齒輪組結構(一)——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。


單排以及辛普森行星齒輪結構


目前業內公認的自動變速箱Automatic Transmission的典型機械結構就是液力變矩器Torque convertor 和行星齒輪組的經典組合。經過多年的技術進步，行星齒輪組的設計演化出來許多經典結構，下面給大家作一個梳理。
                                         


1、從最簡單的單排行齒輪組說起
話說從前有三個好基友 - 太陽輪，行星架和齒圈（通常行星輪的公轉由行星架決定，自轉也是由其它件的旋轉決定的，所以它不單獨列為好基友之一）。 大家都知道，好基友在一起永遠可以擦出火花來到，他們在一起就組成最簡單的單排行星齒輪組。

 


其實他們之間的火花很多，有很多的排列組合。簡單的說，單排行星齒輪組就可以實現倒擋、增速、減速和空擋等情況。見下表。

 


從上表可以看出，空擋就是所有東西空轉，沒有件被固定，動力可以從任何一個件輸入，但是無法從任何一個件輸出動力，說白了，就是讓你有勁無地使。同理，鎖住任意兩個件，第三件也就綁在一起了。

順便說一句，從理論出發的話，三基友組合可以實現兩增，兩減，一直接擋的5速比組合，可惜，僅僅靠三基友速比是無法完美的實現合理的5個速比，另外，固定某個件以及動力輸入、輸出是需要離合器、制動器等擋位執行器來配合，限於物理局限、尺寸限制，這也是無法實現的。For sure, 我們需要更巧妙的設計，於是。。。


2、新普森（Simpson）行星齒輪機構
辛普森這個名字是翻開任何一本介紹汽車自動變速箱都無法迴避的名字。先八卦一下這個仁兄。首先，這哥們已經於1963年死於癌症了，他的一生大部分時間在福特工作，據說，亨利-福特經常親自和他一起工作，這哥們絞盡腦汁研究行星齒輪機構，終其一生共獲得41個專利，靠專利轉讓費就掙了幾百萬美元哦，乖乖，上世紀五六十年代的幾百萬美金啊。可見他的發明是很猛的，成就是很大的。以至於在2007年，SAE 弄出來一個以他的名字命名的鐵姆肯/霍華德-辛普森汽車變速器和傳動系統創新獎來表彰在汽車變速箱和動力傳動系統的創新。

說回到他的成名作- 辛普森 (Simpson) 行星齒輪機構，他當年設計的時候是這樣的，由一個共用的太陽輪連接使用串聯兩個相同的行星齒輪組組成一個三速自動變速器。共用的太陽輪以及相同的行星齒輪組意味著更少了零部件數量，極大的降低了生產成本以及節省了寶貴的變速箱空間。這種結構於1950年獲得專利，在當時就被被俗稱為「辛普森行星齒輪機構。」 緊接著，福特在1953年購買了專利授權，卻沒有很快投入批產。反而，克萊斯勒於1955年也購買了專利授權，很快就批產其三速自動Torque flite。見下圖。 緊接著，通用、福特甚至遠在歐洲的奔馳都被授權生產這種結構的自動變速箱。應該說辛普森機構統治了70年代以前的自動變速箱結構，並一直可以在現代變速箱看到其變種。



由於真正的辛普森發明的結構實在太老了，我們現在能看到常見結構都是改良版的，主要是將辛普森行星齒輪機構中之帶式制動器用片式制動器代替，並增加一個單向離合器 ( 自由輪機構 )F ，使得從換檔平穩性得以改善。下面介紹一個最簡單的三速辛普森行星齒輪機構變速箱。其中，B開頭是Brake，也就是制動器，都是和殼體相連的，起到固定某個件的作用，C開頭是clutch，就是離合器，起到動力從一個件傳遞到另一個件的作用。

該機構兩組行星排共用1個太陽輪，其輸出軸從太陽輪的內孔中自由穿過。因其前行星架已成為輸出元件，其動力輸入元件只限於齒圈和太陽輪，只能有2個驅動自由度。它共計使用了2個離合器(C1、C2)、2個制動器(B1、B2)、1個單向離合器(F)來實現三個速比。現在眼光看，性價比不高哦。



下表1是擋位如何通過離合器以及制動器的共同作用來實現的，值得一提的是D1擋，C2接合，前齒圈是動力輸入，其驅動前行星輪順時針轉動，太陽輪只能逆時針轉動，它又使後行星輪順時針轉動，因後行星架被單向離合器F鎖止，只能順時針轉動，不能逆時針轉動，形成支撐，齒圈被後行星齒輪驅動順時針轉動。 


辛普森結構就到這裡了。欲知後事，請看自動變速箱裡的行星齒輪組結構之 下）拉威挪式行星齒輪機構（Ravigneaux）和萊氏行星齒輪機構（Le Pelletier）。


版權聲明：本文為IND4汽車人版權所有，未經網站官方許可嚴禁轉載

歡迎大力分享轉發至朋友圈！、


推薦課程：



講師：吳工

哈爾濱工業大學學士，華中科技大學動力機械及工程碩士，在內燃機行業大型國企和外資企業工作21年，熟悉發動機總體設計和開發。

戳閱讀原文，下載APP，在課程版塊篩選「動力總成」即可學習該課程

PC端登錄www.ind4.net觀看效果更佳

相關焦點

  • 自動變速箱裡的行星齒輪組結構(二)——來自yzy的分享
    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。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。
  • 自動變速箱行星齒輪組裝置的結構及運行原理
    在自動變速箱的汽車中，行星齒輪裝置操縱減速、倒車、直接連接和加速。行星齒輪裝置由行星齒輪，離合器和制動器組成。
  • 行星齒輪組
    >大家好，除了傘形齒輪差速器外，還有一種是行星齒輪組系統。行星齒輪組結構簡單，功能強大，廣泛的應用在差速器，自動變速器中，很多人對於它的結構又不好理解，本期我們通過簡單的行星齒輪組向大家全面地展示其結構和功能。
  • 自動變速箱中行星齒輪機構的傳動比如何計算?
    在液力機械變速箱中，它的齒輪變速機構是行星齒輪式的。行星排傳動比計算與普通的齒輪系是不同的，下面我就把行星齒輪機構不同傳動方式下的傳動比計算分別分析一下。行星齒輪機構由太陽輪（中心輪）、行星齒輪、行星齒輪架（行星架）、齒圈等組成，為軸轉式齒輪系統，與定軸式齒輪系統一樣，也可以實現變速與變矩。
  • 自動變速器的優點,變速箱各種類型的優點
    一、AT—液力自動變速器AT就是用一個液力變矩器代替傳統的手動變速箱中的乾式離合器來將發動機的動力傳給行星齒輪機構，通過電控系統來實現自動換擋，同時AT變速箱並非擋位越多越好，由於其行星齒輪機構的結構十分複雜，多加入一個擋位，其結構複雜程度、變速箱體積、研發製造成本都將有很大的提高。
  • 傳動解讀之行星齒輪組
    自傳+公轉的變速機構　　其實我們展示一下行星齒輪組的結構大家就明白了，它的結構就和太陽系一樣，中間有太陽，旁邊是幾大行星，行星自己旋轉同時繞著太陽公轉，由於齒數的原因，會產生變速作用，達到變速/減速的目的。實際上，出於天文/曆法的需要，行星齒輪也最早出現在天文儀器和鐘錶上，所以歷史已經非常悠久。
  • 九九歸一是為極 實拍ZF9速自動變速箱
    【太平洋汽車網 技術頻道】JEEP自由光作為第一款搭載九速自動變速箱的車型而備受關注，此次廣州車展自然也不會缺席。隨著汽車技術的日新月異，自動變速箱的檔位數也越做越多。當然，更多的檔位數的目的也是為了更好的匹配發動機的動力，保證動力輸出的平順性。常言道九為極，下面一起來看看這臺做到「極致」的自動變速箱。
  • 傳統自動變速箱其實一點都不「傳統」
    這就是雙離合變速箱實現的原理，卻不是傳統自動變速箱的。摩擦片增多，摩擦面積增大，可以讓動力更加平順，而且創馳藍天變速箱擴大了鎖止離合器的鎖止範圍，讓液力變矩器不需要傳遞非常大的扭矩，這也就是說馬自達的穿馳藍天變速箱多數情況都可以實現硬連接，從而帶來了不一樣的駕乘感受。鬼斧神功般的行星齒輪手動變速箱上的檔位設計在自動變速箱上就顯得太過直接而且達不到「自動」的要求。
  • 自動變速箱中的AK47,本田用了四十多年!
    邏輯思維不好，都能看得懂傳統自動變速箱的結構非常複雜，想要看懂它的原理，邏輯思維稍微差一點都沒戲！它的核心部件主要包括液力變矩器、行星齒輪組、離合器等等，採用同軸結構，行星齒輪一環套一環，通過離合器實現不同的行星齒輪組合，實行傳動齒比的切換，達到換擋的目的。
  • 為什麼說行星齒輪組是混合動力系統中的「神器」?
    始於第一代普銳斯的行星齒輪組有哪些「神奇」的地方？行星齒輪結構其實在汽車領域的應用已經很久了，市面上大部分自動變速箱都是使用若干組行星齒輪，再配合液力變矩器來達到變速的功能。而世界上第一款在商業上獲得成功的混合動力汽車——1999年推出的豐田普銳斯一代，也是採用的這種結構。
  • 腦洞大開的發明——傳動解讀之行星齒輪組篇
    傳動行星齒輪組不但廣泛應用於自動變速器，也在其他傳動機構裡面得到廣泛應用。 啥叫行星齒輪組？自傳+公轉的變速機構其實我們展示一下行星齒輪組的結構大家就明白了，它的結構就和太陽系一樣，中間有太陽，旁邊是幾大行星，行星自己旋轉同時繞著太陽公轉，由於齒數的原因，會產生變速作用，達到變速/減速的目的。實際上，出於天文/曆法的需要，行星齒輪也最早出現在天文儀器和鐘錶上，所以歷史已經非常悠久。
  • 一臺變速箱毀所有?變速箱為什麼要背這個鍋?
    行星齒輪是一種相當有意思的發明，它有非常好的變速特性，經常作為核心部件被用於汽車的自動變速箱。行星齒輪組有四個核心部件：太陽齒輪、行星齒輪、齒輪換和行星齒輪架。行星齒輪組可以改變力的方向、速度。為了達成輸出不同的速度，必須要在不同的組件上輸入速度，事實上這在真實的機械結構上是很困難的。在自動變速箱上，為了變速要把三個行星齒輪組同軸序列安裝在一起。
  • 腦洞大開的發明 傳動解讀之行星齒輪組篇
    話說上期技術講堂我們說完了變速器裡面的液力變矩器（點擊閱讀：液力變矩器解讀），然而還有一樣部件，不但廣泛應用於自動變速器，也在其他傳動機構裡面得到廣泛應用，這就是行星齒輪組。網易汽車2月5日報導 話說上期技術講堂我們說完了變速器裡面的液力變矩器（點擊閱讀：液力變矩器解讀），然而還有一樣部件，不但廣泛應用於自動變速器，也在其他傳動機構裡面得到廣泛應用，這就是行星齒輪組。
  • 本田家的cvt變速箱有起步齒輪嗎?還是純cvt結構?
    本公司的 CVT齒輪箱沒有起動齒輪，相似於別的品牌的 CVT結構道理。本田是典範的工科男，具備必然的研發立異才氣，好比 AT變速箱期間，朋友們都在搞行星輪系。辣麼本田呢？被專利劫制後，硬生生偏巧搞出平行軸齒輪變速，硬是本人造出了主動變速器，寬泛用於自家車型。即使在油電混動體系的後期，也是云云，行星排能源分流專利被豐田所控制。而本田硬著頭皮接納了 IMMD混動體系，用一個聚散器取代了行星齒輪的能源分流體系。非常后豐田和豐田不相上下，乃至豐田也認可本田混動體系的油耗有所低落。
  • 自動變速箱能不能空擋滑行?空擋滑行是否能夠省油?
    我們不妨從自動變速箱的結構、工作原理等方面來分析一下自動變速箱空擋滑行時，內部的運行狀態是怎樣的，然後我們再來討論空擋滑行對變速箱是否有損害、是否應該空擋滑行以及是否節油的問題。由於自動變速箱可以分為液力機械變速箱（AT）、無級變速箱（CVT）、雙離合變速箱（DCT）以及機械自動變速箱（AMT），我們分別來討論它們在空擋滑行時內部的運行狀態。
  • Taycan探秘3 前級變速箱和後級兩檔變速箱
    備註：動力總成這塊是以摘錄為主，把保時捷的設計中的一些考慮和一些我們之前不清楚的細節介紹清楚，僅供參考 01 第一部分 前橋變速箱 前橋變速箱由三個總成所組成，軸向排列分別為輸入級行星齒輪組、負載級行星齒輪組和直齒輪差速器
  • 自動變速箱的種類(AT、CVT、AMT、DCT)、哪種最省油,你買對了麼
    傳統的液力自動變速器採用了液力變矩器(或液力耦合器、多片離合器等)，可以緩衝發動機的動力衝擊，搭配行星齒輪的機械組合，性能穩定。能夠承受的扭矩也很高。連坦克也有採用AT變速箱的型號。舒適性一般，由於AT變速箱依舊採用了固定的齒輪組，使得換擋時車輛會發生頓挫和噪音。雖然隨著技術的發展，換擋衝擊得到極大優化，但是AT變速箱依舊不是很平順。
  • 行星齒輪減速器 由行星輪、太陽輪和齒圈組成
    引言：本文主要介紹的是行星齒輪減速器，同行星齒輪減速機。不過，在了解行星齒輪減速器之前，我們有必要先了解一下行星減速器和行星齒輪箱。行星齒輪箱即行星減速箱又叫齒輪箱，其結構是多個行星齒輪圍繞一個太陽輪轉動的機構，也是將傳動速比降低，同時又將電機扭力成比例強大的機構。在了解了行星減速器和行星齒輪箱的結構和原理之後，我們再一起來看看行星齒輪減速器的相關內容。
  • 機械結構設計行星齒輪式動力換擋變速箱設計
    機械結構設計行星齒輪式動力換擋變速箱設計隨著國民經濟的持續發展，機械工業也在不斷地發展著，各種設備都在不斷地發展，創新著。本文介紹了行星齒輪式動力換擋變速箱的結構組成、工作原理以及主要零部件的設計中所必須的理論計算和相關強度校驗，以及對其結構進行創新設計，該變速箱的優點是傳動鏈短、效率高、易加工、使用和維護都很方便，較適合在惡劣的環境下工作，最主要的是其傳動效率很高。
  • 腦洞大開的發明——行星齒輪組
    行星齒輪除了能像定軸齒輪那樣圍繞著自己的轉動軸（B-B）轉動之外，它們的轉動軸還隨著藍色的支架（稱為行星架）繞其它齒輪的軸線（A-A）轉動。