郭能强

行星齿轮机构各档位的动力传递是十分晦涩的知识点。笔者查阅大量参考书籍，并结合自己十几年的教学经验，对此进行了总结。

一、齿轮基础

1. 转速与传动比

转速为单位时间内齿轮或轴的旋转速度，用r/min表示。

传动比D=从动齿轮齿数／主动齿轮齿数

＝主动齿轮转速/从动齿轮转速（式1）

由式1可知，齿轮齿数与其转速成反比。简记为：大轮带小轮，输出高速（实现高速档）；小轮带大轮，输出低速（实现低速档）。

2. 旋转方向

外啮合方式：两个外齿轮互相啮合进行旋转，转向相反，见图1a。

内啮合方式：一外齿轮和一内齿轮互相啮合进行旋转，转向相同，见图1b。

3. 中间齿轮

中间齿轮也称过渡齿轮或惰轮，是在主动和从动齿轮之间加入另一齿轮，与主、从动齿轮啮合。如图1c所示，惰轮只是改变主、从动齿轮的旋转方向，丝毫不影响传动比。在行星齿轮机构中，行星齿轮就等同于惰轮。

转矩

转矩也称扭矩。齿轮的转速改变，转矩也改变。假设主动齿轮转速和转矩分别为N1和T1，从动齿轮转速和转矩为N2和T2，它们之间的关系如下：

N1/N2＝D＝T2/T1（式2）

由式2公可知，齿轮转速与转矩成反比。简记为：减速增扭。

二、单排行星齿轮机构的运动规律

1. 基本结构

单排行星齿轮机构主要由一个太阳轮、一个带有3～6个行星齿轮的行星架和一个齿圈组成如图2所示。太阳轮位于机构中心，为外齿轮；行星齿轮位于太阳轮和齿圈之间，为外齿轮，等同惰轮；齿圈位于机构最外面，为内齿轮。

行星齿轮机构传动比的计算不像两个相互啮合的齿轮那样简单。与传动比有关的是行星架、齿圈、太阳轮的齿数。其中，行星架的齿数是人们为方便计算而假想的，可用式3计算：

Z3＝Z1＋Z2 （式3）

式中，Z3、Z1、Z2分别为行星架、太阳轮、齿圈齿数。其关系：

Z3＞Z2＞Z1 （式4）

为简化传动比的计算方法以及分析各齿轮的转向，可将式4等效成图3所示的齿数关系。太阳轮和齿圈外啮合，行星架和太阳轮、齿圈为内啮合。当固定或锁止其中的某一元件时，相当于去掉该元件（图中以虚线标出，以下相同）。

2.动力传递规律

设Z1＝12，Z2＝24，则Z3＝Z1＋Z2＝12＋24＝36。

（1）要获得低速档，就要小轮带大轮。即

固定Z2，Z1Z3，传动比D＝Z3/Z1＝36/12＝3＞1

或

固定Z1，Z2 Z3，传动比D＝Z3/Z2＝36/24＝1.5＞1

（2）要获得高速档，就要大轮带小轮。即

固定Z2，Z3Z1，传动比D＝Z1/Z3＝12/36＝0.33 ＜1

或

固定Z1，Z3Z2，传动比D＝Z2/Z3＝24/36＝0.67 ＜1（3）任意固定两个元件,则三者作为一个整体旋转。此时传动比D＝1，即直接档。

（4）要获得倒档，就是要求外啮合方式。即

固定Z3，Z1 Z2，传动比D＝Z2/Z1＝24/12＝2 ＞1

减速增扭，符合倒档操作安全。或

固定 Z3，Z2 Z1，传动比D＝Z1/Z2＝12/24＝0.5 ＜1

升速减扭，不符合倒档操作安全，不采用。

（5）放松所有元件，则每个元件都自由的运转，此即是空档。

三、典型行星齿轮机构档档位动力传递分析

图4为四档辛普森行星齿轮机构的结构简图。

换档执行机构包括三个离合器、四个制动器和三个单向离合器，具体作用见表1。

1.假设输入轴顺时针旋转

（1）当变速杆置于P或N时，C0工作，超速行星排的行星架和太阳轮联成一体旋转，由单排行星轮的运动规律可知，超速行星排处于直接档，输入轴的转矩毫无变化地经齿圈传至中间轴，但由于C1 、C2都不工作，前、后行星排空档，转矩无法传递到输出轴上。P和N档的区别在于：N档时，输出轴可以朝任一方向自由旋转，此时车辆可以被推动或牵引。P档时，通过一个机械棘爪与输出轴外齿圏的一个卡块结合，将输出轴锁定在变速箱上。另外，P档时B3 已工作，目的是避免从P档挂入R档，C2、B3同时工作容易不同步，造成换档冲击。

（2）当变速杆置于R时，具有发动机制动。

输入轴顺时针in C0、F0 工作，超速行星排为直接档，动力按1：1顺时针中间轴C2 工作，公共太阳轮顺时针转 B 3工作，制动后排行星架，后行星排的Z 1 、 Z2外啮合后排齿圈逆时针转 输出轴逆时针out。

发动机制动：R档时，若驾驶员抬起油门踏板，则发动机进入怠速工况，汽车在原来的惯性下仍以较高的车速行驶，但此时，驱动轮通过变速器输出轴反向拖动发动机运转，制动汽车。一般下坡时，发动机制动才有意义，档位越低，制动的作用越强烈。其动力传递路线与上述R档路线相反，转向相反。其动力传递路线如下：

输出轴顺时针in 后排齿圈顺时针转B 3工作，制动后排行星架，后行星排的 Z 1 、 Z2外啮合，公共太阳轮逆时针转中间轴C0、F0 工作，超速行星排为直接档，动力按1：1顺时针 输入轴逆时针out

（3）当变速杆置于D位1档时，因 2位1档、L位1档各换档元件与D位1档的工作状况相同，动力传递相同，区别只是由于B3、F2的工作，使得2位1档、L位1档具有发动机制动，而D位1档则没有。故合并在一起介绍。

输入轴顺时针inC0、F0 工作，超速行星排为直接档，动力按1：1顺时针中间轴C1工作，将动力传至前排齿圈，顺时针转。因汽车尚未起步，输出轴与车轮未转动，前排行星架相当于被固定，则前行星排的Z 1 、Z2外啮合，从而得知公共太阳轮逆时针转 F2 工作，锁止后排行星架，从而推知后排齿圈顺时针转输出轴顺时针out

发动机制动：2位1档、L位1档时，具有发动机制动。其动力传递路线与上述D位1档路线相反，转向相反，读者自行分析。

（4）当变速杆置于D位2档时，因 2位2档、L位2档各换档元件与D位2档的工作状况相同，动力传递相同，区别只是由于B1的工作，使得2位2档、L位2档具有发动机制动，而D位2档则没有，故合并在一起介绍。

输入轴顺时针in C0、F0工作，超速行星排为直接档，动力按1：1顺时针转 中间轴C1 工作，前排齿圈顺时针转，由于B2、F1工作，锁止了公共太阳轮，从而推知前排齿圈顺时针转输出轴顺时针out

发动机制动请读者自行分析。

（5）当变速杆置于D位3档时，因 2位3档各换档元件与D位3档的工作状况相同，动力传递相同，都具有发动机制动，故合并在一起介绍。

输入轴顺时针in C0、F0 工作，超速行星排为直接档，动力按1：1顺时针转中间轴

C1、C2 工作，前行星排为直接档，从而推知前排行星架顺时针转 输出轴顺时针out

发动机制动请读者自行分析。

（6）当变速杆置于O/D档时，具有发动机制动。

输入轴顺时针in B0工作，制动超速行星排的太阳轮，则其行星架和齿圈内啮合，一同顺时针转 中间轴 C1、C2 工作，前行星排为直接档，从而推知前排行星架顺时针转 输出轴顺时针out

发动机制动请读者自行分析。

2.通过上述分析，可以得出以下几个规律

（1）D位的1、2、3档，2位的1、2、3档以及L位的1、2档所对应的相同档位的传递路线都相同，区别为是否具有发动机制动。

（2）换档执行元件的设立并非都为实现换档功能，有时是为换档质量的要求。例如，单向离合器F0就是为了改善3档升4档时的平顺性而设的。又如，B1的工作使得2位2档和L位2档具有发动机制动的辅助功能。故称B1为2档滑行制动器。

（3）判断某档位是否有发动机制动，就看该档能否从输出轴反向拖动输入轴。一般某档位的动力传递路线上若有单向离合器工作，则该档位就没有发动机制动。因为单向离合器已锁止某些齿轮逆转，无法实现反向拖动。

（4）不同型号的自动变速器，内部结构的变化往往超出初学者的想象。目前，各大厂家生产的100多种自动变速器，其内部结构的变化也是一般人都很难掌握的。只有加快对换档元件工作表的了解速度，才会很快了解其内部结构及部件的分工。例如，在图6的工作表中，若B0有故障则无O/D档，若C0有故障则只有O/D档，若F0有故障则3档升O/D档有冲击，若C1有故障则所有前进档全无，但倒档没有影响等。

综上所述，分析各位的动力传递路线十分简单，只要查看该类型变速器各换档元件的工作表，看在某一档位上，哪几个换档元件工作，固定或锁止了哪些齿轮，再依据单排行星齿轮的三种齿轮的关系（图3），判断是内啮合还是外啮合，从而推断出在传递路线中各齿轮的转向。只有熟练分析各位动力传递路线，才能在维修自动变速器缺失某个档位的故障时，有的放矢地分析某个档位的动力传递，从而确诊出是哪个执行元件的故障。

（作者单位：广西南宁市民族技校）