湯厚義

通過執(zhí)教自動(dòng)變速器多年發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對自動(dòng)變速器（無論是拉維娜式還是辛普森式）行星齒輪機(jī)構(gòu)在D1檔動(dòng)力傳遞路線上理解很差，多數(shù)學(xué)生不能掌握“動(dòng)力是如何傳遞的”、“車輛時(shí)如何起步的”，教材分析也是很籠統(tǒng)（多數(shù)教材都一樣），給教師授課和學(xué)生學(xué)習(xí)帶來了很大的壓力。

“鎖止”力單排行星齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比一、提出問題

教材分析（以人民交通出版社2004年出版的《汽車底盤構(gòu)造與維修》P69圖1（雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)）為例，其他教材編寫都類似，沒有在本質(zhì)上說明清楚）。

D位1檔：前進(jìn)離合器C1工作，輸入軸與前排齒圈連接，單向離合器F2鎖止；后排行星架被鎖止，動(dòng)力分成兩路傳遞（D1檔超速排行星齒輪傳動(dòng)比為1，我們不做討論，主要研究雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)）

教材分析“在D位1檔：前進(jìn)離合器C1結(jié)合，輸入軸與前排內(nèi)齒圈連接，單向離合器F2鎖止，后排行星架被鎖止，動(dòng)力分成兩路（如下所示）。前排內(nèi)齒圈驅(qū)動(dòng)前排行星齒輪既順時(shí)針公轉(zhuǎn)，又順時(shí)針自轉(zhuǎn)。前排行星齒輪的順時(shí)針公轉(zhuǎn)推動(dòng)前排行星架做順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)力傳至輸出軸；同時(shí)，前排行星齒輪的順時(shí)針自轉(zhuǎn)帶動(dòng)前后太陽輪組，做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，由于單向離合器已經(jīng)將后排行星架鎖止，后排太陽輪帶動(dòng)后排行星齒輪做順時(shí)針自轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)后排內(nèi)齒圈做順時(shí)針自轉(zhuǎn)，將動(dòng)力傳至輸出軸”。

路線一：前排內(nèi)齒圈→前排行星齒輪→前排行星架→輸出軸

路線二：前排內(nèi)齒圈→前排行星齒輪→太陽輪→后排 行星輪→后內(nèi)齒圈→輸出軸

分析單向離合器F2單向鎖止，怎么會(huì)造成后排行星架鎖止（靜止）？理論教師分析到此，很難把道理分析清楚，盡管自己知道其中的含義；學(xué)生則百思不得其解，主要集中在“后排行星架的狀態(tài)”上，是“靜止”還是“運(yùn)動(dòng)”？于是對D1檔起步原理一知半解；此外，前后排行星齒輪共同輸出動(dòng)力會(huì)不會(huì)由于傳動(dòng)比大小不一樣發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉？這些問題教材沒有詳細(xì)分析，給理論教師授課和學(xué)生學(xué)習(xí)帶來了很大的障礙。

二、問題分析

1.單排行星齒輪機(jī)構(gòu)原理分析

單排行星齒輪機(jī)構(gòu)有兩個(gè)自由度，無法得到固定的傳動(dòng)比，只有將三個(gè)元件中任意一個(gè)元件鎖止，另外兩個(gè)元件一個(gè)作為主動(dòng)元件、一個(gè)作為從動(dòng)元件，才能構(gòu)成一定的傳動(dòng)比。

如右圖2所示：齒圈鎖止，太陽輪主動(dòng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)（驅(qū)動(dòng)力無限大），行星架懸空，判斷行星架狀況？

i=（n1/n3）= （1+ α）=（Z1+Z2）/Z1>1，為低速檔行星架將會(huì)減速順時(shí)針空轉(zhuǎn)。這是純理論分析，在實(shí)際過程中，齒圈鎖止是通過制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)的，制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)力并不是無限大，制動(dòng)力本身也有大小的。此外”鎖止”在變速器中，一切阻力都可以產(chǎn)生“鎖止”。但是“鎖止”力是有大小的。上面這個(gè)例子，大家注意到行星架順時(shí)針減速空轉(zhuǎn)；試想一下如果此時(shí)給行星架施加一個(gè)無限大的“鎖止”力，這時(shí)又會(huì)出現(xiàn)什么情況？很顯然，對齒圈“鎖止”的制動(dòng)器會(huì)”打滑”，也就是說齒圈旋轉(zhuǎn)起來了（變成太陽輪輸入元件，行星架成為固定元件）。換句話說在實(shí)踐中，制動(dòng)器沒有絕對的 “鎖止”，制動(dòng)器產(chǎn)生的“鎖止”力是有大小的。

2.是否會(huì)運(yùn)動(dòng)干涉

這里我片面的定義了給一個(gè)專有名詞“運(yùn)動(dòng)干涉”，通過“雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)”輸入和輸出計(jì)算出一個(gè)合理的傳動(dòng)比，就不會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉；如果計(jì)算不出傳動(dòng)比，就說明有運(yùn)動(dòng)干涉（或者無數(shù)個(gè)解等其他情況），單排行星齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性方程：n1+ αn2=（1+ α）n3，其中α=Z2/Z1

前排和后排行星齒輪機(jī)構(gòu)都適合這個(gè)運(yùn)動(dòng)特性方程；并且在D1檔情況下能計(jì)算出一個(gè)合理的傳動(dòng)比就表示不會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。

三、解決問題

1.A340E行星齒輪機(jī)構(gòu)D1擋分析

（1）車輛起步之前，停在路面上，由于車輛自身重力和地面摩擦力產(chǎn)生”制動(dòng)力”，通過車輪和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)對變速器輸出軸產(chǎn)生”鎖止”（盡管路面的反作用力很小，但是確實(shí)存在）。對照圖1前排行星架和后排齒圈在車輛起步的瞬間有”被鎖止”作用。

（2）由于C1工作將動(dòng)力傳給前齒圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，造成前行星齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，由于前排行星架在起步瞬間被 “鎖止”，會(huì)造成前后排太陽輪有逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)趨勢。

（3）后排太陽輪有逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢，由于后齒圈在路面的“反力”作用下起步瞬間被“制動(dòng)”（靜止），所以行星架有被逆時(shí)針扭轉(zhuǎn)趨勢，但是由于單向離合器F2的存在阻止了它逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)保持靜止，所以齒圈就順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。（由于單向離合器產(chǎn)生的“制動(dòng)力”比路面的 “反作用力”小得多）所以輸出軸也會(huì)克服路面阻力，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，車輛起步。

實(shí)際上各種不同的辛普森式行星齒輪變速機(jī)構(gòu)和拉維挪式齒輪變速機(jī)構(gòu)在D1檔起步時(shí)，都是由于地面的反作用力的存在而使三個(gè)元件中的一個(gè)元件保持初步鎖止的，以此類推都會(huì)迎刃而解。

2.是否會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉

設(shè)定輸入轉(zhuǎn)速為n入，輸出轉(zhuǎn)速為n出，也就是前齒圈轉(zhuǎn)速為n入，后齒圈的轉(zhuǎn)速為n出。前后排齒數(shù)完全相同，太陽輪的齒數(shù)Z1=32，c齒圈齒數(shù)z2=75，單排行星齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性方程：n1+ αn2=（1+ α）n3），其中α=Z2/Z1（n1：太陽輪轉(zhuǎn)速，n2：齒圈轉(zhuǎn)速，n3：行星架轉(zhuǎn)速α：=Z2/Z1>1Z2 ：齒圈齒數(shù)Z1 ：太陽輪齒數(shù)）

對于前排： n太+75/32 *n入=（1+75/32） *n出

對于后排：n太+75/32 *n出=（1+75/32） *0

由以上兩個(gè)公式計(jì)算：n入/ n出=2.427，這僅僅是行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比，自動(dòng)變速器中變矩器在車輛起步的時(shí)候變矩比最大值一般為2.5左右，計(jì)算起步瞬間總傳動(dòng)比i=2.5*2.427=6，和普通手動(dòng)轎車一檔傳動(dòng)比近似，因此不會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔振民.汽車底盤構(gòu)造和維修.人民交通出版社.

[2]平云光.汽車底盤構(gòu)造和維修.人民交通出版社.

[3]李春明.現(xiàn)代汽車底盤技術(shù).北京理工大學(xué)出版社.

[4]豐田汽車維修手冊.