行星齿轮变速器

行星齿轮变速器，属于一种齿轮箱，它是由行星齿圈、太阳轮、行星轮(又称卫星轮)和齿轮轮轴组成，根据齿圈、太阳轮和行星轮的运动关系，可以实现输入轴与输出轴脱离刚性传动关系、输入轴与输出轴同向或反向传动和输入与输出轴传动比变化，并在陆用、航海、航空等交通运输工具中得到广泛应用。

Planetary Transmission

这样，行星齿轮机构就具有三个彼此可以相对旋转的运动件:太阳轮、行星架和齿圈。它可以实现四种不同组合的挡位:

①低挡太阳轮主动，行星架被动，齿圈不动。

②中挡太阳轮不动，行星架被动，齿圈主动。

③高挡(超速挡)太阳轮不动，行星架主动，齿圈被动。

④倒挡太阳轮主动，行星架不动，齿圈被动。

所有运动件都不受约束时，变速器处于空挡。

行星齿轮变速器通常由两组到三组行星齿轮机构组成，并用多片离合器控制上述运动件的组合，实现不同的挡位。

参见:液力自动变速器

行星齿轮式自动变速箱 在自动变速箱上使用的行星齿轮机构，应用较多的有辛普森( Simpson gearset )齿轮机构和拉维奈尔赫( Ravigneaux gearset )齿轮机构，此外，还有各公司自主开发的独特组合齿轮机构。这些行星齿轮机构大致上可以分为六类:

(一)、基础行星齿轮机构

基础行星齿轮机构是轿车用自动变速中最简单的一种，此种行星齿轮机构源于美国克莱斯勒公司的 Power Flite 液压自动变速箱。

(二)、辛普森 (Simpson) 齿轮机构

辛普森齿轮机构，是美国褔特汽车公司的一位工程师 Howard Simpson ，在他毕生从事汽车设计研究工作期间，由于设计发明了一种性能优越的特殊行星变速机构而闻名于世，该行星变速机构的主要构件有太阳轮、行星轮和环齿轮。将两行星排巧妙连接，则档位数变得更多(可以三进一退)，而且具有结构简单紧密、传动效率高、工艺性好、制造费用低、换档平稳、操纵性能好等一系列优点;它适用于各种自动变速箱和动力换档变速箱，当时汽车界即将其定名为"辛普森齿轮机构"。

辛普森齿轮机构的问世，立即被美国褔特、通用、克莱斯勒等三家最大的汽车公司所采用，从 70 年代初期开始，即一直大量生产。

(三)、改良型辛普森行星齿轮机构

此类主要是将辛普森行星齿轮机构中之带式制动器用片式制动器代替，并增加一个单向超速离合器 ( 自由轮机构 )F1 ，使得从二档换到三档时，换档平稳性得以改善。

(四)、拉维奈尔赫( Ravigneaux )行星齿轮机构

拉维奈尔赫行星齿轮机构，与辛普森齿轮机构齐名， 70 年代初期美国褔特汽车公司生产的 Select-Shift 自动变速箱一直采用该齿轮机构，直到 1980 年才被带超速档的四前进档自动变速箱 Auto-overdrive 所取代。

(五)、改良型拉维奈尔赫行星齿轮机构

此类主要是将拉维奈尔赫行星齿轮机构基础上增加换档自由轮机构 F1 ，使得从低档换到二档时，换档平稳性得以改善。

(六)、四前进档行星齿轮机构

此类除了增加前进档位外，有些还具有功率分流、高速档锁止、增设超速档等特点。

不同车型自动变速箱在结构上往往有很大的差异，主要区别是在: (1) 前进档的档数不同 (2) 离合器、制动器及单向超速离合器的数目和布置方式不同 (3) 所采用的行星齿轮机构类型不同。早期轿车自动变速箱常采用 2 个前进档或 3 个前进档，新型轿车自动变速箱大部分采用 4 个前进档;前进档的数目越多，行星齿轮变速箱中的离合器、制动器及单向超速离合器的数目就越多;离合器、制动器、单向超速离合器的布置方式主要取决于行星齿轮变速箱前进档的档数及所采用的行星齿轮机构的类型，对于行星齿轮机构类型相同的行星齿轮变速箱来说，其离合器、制动器及单向超速离合器的布置方式及工作过程基本上是相同的，因此，了解各种不同类型行星齿轮机构所组成的行星齿轮变速箱的结构和工作原理，是掌握各种不同车型自动变速箱结构和工作原理的关键，目前自动变速箱所采用的行星齿轮机构的类型主要有两类，即辛普森式行星齿轮机构和拉维奈尔赫式行星齿轮机构。

( 1 )辛普森式行星齿轮变速箱

辛普森式行星齿轮变速箱是由辛普森式行星齿轮机构和相对的换档操作组件组成的，目前大部分自动变速箱都采用这种行星齿轮变速箱;辛普森式行星齿轮机构是一种十分著名的双排行星齿轮机构，它是由两个内啮合式单排行星齿轮机构组合而成，其结构特点是 (1) 前后两个行星排的太阳轮连接为一个整体，称为前后太阳轮组件 (2) 前一个行星排的行星架和后一个行星排的环齿轮连接为另一个整体，称为前行星架和后环齿轮组件 (3) 输出轴通常与前行星架和后环齿轮组件连接(图 7-4 )。如此，该机构成为一这 4 个独立组件是 (1) 前环齿轮 (2) 前后太阳轮组件 (3) 后行星架 (4) 前行星架和后环齿轮组件;根据前进档的档数不同，可将辛普森式行星齿轮变速箱分为辛普森式 3 档行星齿轮变速箱和辛普森普森式 4 档行星齿轮变速箱两种。

在辛普森式行星齿轮机构中设置 5 个换档操作组件 (2 个离合器、 2 个制动器和 1 个单向超速离合器 ) ，即可使之成为一个具 3 个前进档和 1 个倒档的行星齿轮变速箱，这 5 个换档操作组件的布置如图 7-5 所示，离合器 C1 用于连接输入轴和前后太阳轮组件，离合器 C2 用于连接输入轴和前环齿轮，制动器 B1 用于固都是用于固定后行星架，制动器 B 定前后太阳轮组件，制动器 B2 和单向超速离合器 F11 和 B2 可以使用带式制动器或片式制动器。 辛普森式 3 档行星齿轮变速箱排档杆位置及操作组件工作表

这 5 个换档操作组件在各档位的工作情况见表 7-2 。由表中可知，当行星齿轮变速箱处于停车档和空档之外的任何一个档位时， 5 个换档操作组件中都有两个处于工作状态 ( 接合、制动或锁定状态 ) ，其余 3 个不工作 ( 分离、释放或自由状态 ) ;处于工作状态的两个换档操作组件中至少有一个是离合器 C1 或 C2 ，以便使输入轴与行星排连接，当变速箱处于任一前进档时，离合器 C2 都处于接合状态，此时输入轴与行星齿轮机构的前环齿轮接合，使前环齿轮成为主动件，因此，离合器 C2 也称为前进离合器 (Forward Clutch) 。倒档时，离合器 C1 接合， C2 分离，此时输入轴与行星齿轮机构的前后太阳轮组件接合，使前后太阳轮组件成为主动件，另外，离合器 C1 在 3 档 ( 直接档 ) 时也接合，因此，离合器 C1 也称为倒档及高档离合器(High Reverse Clutch) 。制动器 B1 仅在 2 档才工作，称为 2 档制动器或第二制动器 ( 2nd Brake or 2nd Clutch) 。制动器 B2 在 1 档和倒档时都有工作，因此称为低档及倒档制动器或低 / 倒档制动器 (Low Reverse Brake or Low Reverse Clutch) 。由此可知，换档操作组件的不同工作组合决定了行星齿轮变速箱的传动方向和传动比，从而决定了行星齿轮变速箱所处的档位。

早期的轿车自动变速箱多采用 3 档行星齿轮变速箱，其最高档 3 档是传动比为 1 的直接档。进入 80 年代后，随着对汽车燃油经济性的要求日趋严格，越来越多的轿车自动变速箱采用了 4 档行星齿轮变速箱。其最高档 4 档是传动比小于 1 的超速档，这种自动变速箱的优点除了能降低汽车燃油消耗外，还可以使引擎经常处于较低转速的运转工作，以减小运转噪音，延长引擎的使用寿命。

辛普森式 4 档行星齿轮变速箱是在辛普森式 3 档行星齿轮变速箱的基础上改良，它有两种类型:一种是将辛普森式 3 档行星齿轮变速箱原有的双排行星齿轮机构再增加一个单排行星齿轮机构，用 3 个行星排组成 4 档行星齿轮变速箱;另一种是将辛普森式双排行星齿轮机构进行改变，改变前后行星排各基本组件的组合方式和增加换档操作组件，使之成为带有超速档的 4 档行星齿轮变速箱。 (1)3 行星排辛普森式 4 档行星齿轮变速箱:这种 4 档行星齿轮变速箱是在不改变原辛普森式 3 档行星齿轮变速箱的主要结构和大部份零件的情况下，另外再增加一单排行星齿轮机构和对应的换档操作组件来产生超速档。这个单排行星齿轮机构称为超速行星排 (Overdrive Planet Gearset) ，它安装在行星齿轮变速箱的前端 ( 图 7-6) 。其行星架是主动件，与变速箱输入轴连接;环齿轮则作为被动件，与后面的双排行星齿轮机构接，超速行星排的工作由直接离合器 C0(Direct Clutch) 和超速制动器 B0(Overdrive Brake) 来控制，直接离合器 C0 用于将超速行星排的太阳轮和行星架连接，超速制动器 B0 用于固定超速行星排的太阳轮。根据行星齿轮变速箱的变速原理，当超速制动器 B0 放松、直接离合器 C0 接合时，超速行星排处于直接传动状态，其传动比为 1 ;当超速制动器 B0 制动、直接离合器 C0 放松时，超速行星排处于增速传动状态，其传动比小于 1 。

这种型式的 4 档行星齿轮变速箱可以使原辛普森式 3 档行星齿轮变速箱的大部分零件仍可以使用，有利于减少生产投资、降低成本，目前大部分轿车都采用这种型式的 4 档自动变速箱，有些车型的这种自动变速箱将超速行星排设置在原辛普森式 3 档行星齿轮变速箱的后端，但其工作原理是相同的。

(2) 双行星排辛普森式 4 档行星齿轮变速箱:这种 4 档行星齿轮变速箱是在原辛普森式 3 档行星齿轮变速箱中的双排行星齿轮机构增加换档操作组件的个数，让前后行星排的各个基本组件之间有更多更复杂的组合，从而使前进档形成包括超速档在内的 4 个前进档。

改进后的辛普森式行星齿轮机构除了环齿轮和后行星架仍互相连接为一体之外，前行星排和后行星排的其它基本组件全部各自独立，形成一种具有 5 个独立组件的辛普森式行星齿轮机构;在这 5 个独立组件中，后太阳轮始终和输入轴连接，输出轴则与前环齿轮和后行星架组件连接。

在这种辛普森式行星齿轮机构中只要设置 4 个离合器、 2 个制动器及 2 个单向超速离合器，就可以变成具有 4 个前进档和 1 个倒档的 4 档行星齿轮变速箱，并且在 1 档、 2 档、 3 档都有两种工作状态 ( 引擎制动或无引擎制动 ) 。这 8 个换档操作组件的排列方式如图 7-7 所示。其中离合器 C1 用于连接输入轴和前太阳轮;离合器 C2 用于连接输入轴和前行星架;离合器 C3 和单向超速离合器 F1 串联，一同用于连接前行星架和后环齿轮，单向超速离合器在逆时针方向对后环齿轮产生锁定作用;离合器 C4 也用于连接前行星架及后环齿轮，和离合器 C3 、单向超速离合器 F1 并联;制动器 B1 用于固定前太阳轮;制动器 B2 和单向超速离合器 F2 并联，一同固定前行星架，单向超速离合器 F2 在逆时针方向对前行星架产生锁定作用。

(二)拉维奈尔赫式行星齿轮变速箱

拉维奈尔赫式行星齿轮变速箱采用的是与辛普森式行星齿轮机构一样著名的拉维奈尔赫式行星齿轮机构，这是一种复合式行星齿轮机构，它由一个单行星轮式行星排和一个双行星轮式行星排组合而成:后太阳轮和长行星小齿轮、行星架、环齿轮共同组成一个单行星轮

拉维奈尔赫式行星齿轮机构

式行星排;前太阳轮、短行星小齿轮、长行星小齿轮、行星架和环齿轮共同组成一个双行星轮式行星排 ( 图 7-8) 。 2 个行星排共享一个环齿轮和一个行星架，因此它只有 4 个独立组件，即前太阳轮、后太阳轮、行星架、环齿轮。这种行星齿轮机构其有结构简单、尺寸小、传动比变化范围大、灵活多变化等特点，可以组成有 3 个前进档或 4 个前进档的行星齿轮变速箱。自 70 年代开始应用于许多轿车，特别是前轮驱动式轿车的自动变速箱，如奥迪、大庆、褔特、马自达等车型的自动变速箱。

拉维奈尔赫式3 档行星齿轮变速箱

在拉维奈尔赫式行星齿轮机构中设置 5 个换档操作组件 (2 个离合器、 2 个制动器和 1 个单向超速离合器 ) ，即可使之成为一个具有 3 个前进档和 1 个倒档的 3 档行星齿轮变速箱。

图 7-9 为拉维奈尔赫式 3 档行星齿轮变速箱的结构，图中，前太阳轮、长行星小齿轮、行星架和环齿轮组成一个单行星轮式行星排，也称为前行星排;后太阳轮、短行星小齿轮、长行星小齿轮、行星架和环齿轮组成一个双行星轮式行星排，也称为后行星排。在 5 个换档操作组件中，离合器 C1 用于连接输入轴和后太阳轮，它在所有前进档中都处于接合状态，故称为前进离合器;离合器 C2 用于连接输入轴和前太阳轮，它在倒档和 3 档 ( 直接档 ) 时接合，故称为倒档及高档离合器;制动器 B1 用于固定前太阳轮，它在 2 档时工作，故称为 2 档制动器;制动器 B2 用于固定行星架，它在倒档或自动变速箱排档杆位于前进低档时工作，故称为低档及倒档制动器。

F1 在逆时针方向对行星架有锁定作用，它只在 1 档时工作，故称为 1 档单向超速离合器。

在拉维奈尔赫式 3 档行星齿轮变速箱的输入轴和行星架之间增加一个离合器，就可以使之成为具有超速档的 4 档行星齿轮变速箱，图 7-10 为拉维奈尔赫式 4 档行星齿轮变速箱结构。与拉维奈尔赫式 3 档行星齿轮变速箱相比，它仅仅在输入轴和行星架之间增加了一个高档离合器 C4 。这种行星齿轮变速箱的工作特点是:

拉维奈尔赫式 4 档行星齿轮变速箱

1 ，在 1 档、 2 档及倒档的工作情况和拉维奈尔赫式 3 档行星齿轮变速箱完全相同。

2 ，在 3 档工作时，高档离合器 C4 和前进离合器 C1 同时工作，使后行星排有 2 个基本组件互相连接，形成直接档。

3 ， 4 档时，高档离合器 C4 和 2 档及 4 档制动器 B1 同时工作，使输入轴与行星架连接，同时前太阳轮被固定。引擎动力经高档离合器 C4 传至行星架，行星架带动长行星小齿轮朝顺时针方向一边自转一边公转，并带动环齿轮和输出轴朝顺时针方向转动，此为超速档。

变速器齿轮经常处在不断变化的转速,负荷下进行工作,齿轮齿面又受到冲

击载荷的冲击,致使齿轮(特别是齿面)产生损伤.常见损伤有:

(1)齿轮磨损 变速器齿轮在正常工作条件下,齿面呈现出均匀的磨损,要求沿齿长方向磨损不应超过原齿长的百分之30;齿厚不应超过0.40;齿轮啮合面积不低于齿面的3分之2;运转齿轮啮合间隙一般应为0.15-0.26mm,使用限度为0.80mm;接合齿轮啮合间隙应为0.10-0.15mm,使用限度为0.60mm.可用百分表或软金属倾轧法测量.如果超过间隙,应成对更换.

(2)齿轮轮齿破碎 轮齿破碎,主要是由于齿轮啮合间隙不符合要求,轮齿啮合部位不当或工作中受到较大的冲击载荷所致.若轮齿边缘有不大于2mm的微小破碎,可用油石修磨后继续使用;若超过这个范围或有3处以上微小破碎,则应成对更换.

(3)常啮合齿轮端面磨损 常啮合的斜齿端面应有.10-0.30mm的轴向间隙,以保证齿轮良好运转,若齿端磨损起槽,可磨削修复,但磨削量应不超过.50mm.

(4)常啮合齿轮轴颈,滚针轴承及座孔磨损 成啮合齿轮座孔与滚针轴承及轴颈三者配合间隙应为0.01-0.08mm,否则应予更换.

变速器壳体是变速器总成的基础件,用以保证变速器中各零件的正确位置,工作中承受一定的载荷.常见损伤有:

(1)轴承座孔的磨损 壳体的轴承座孔磨损会破坏其与轴承的装配关系,直接影响变速器输入,输出轴的相对位置.轴承与座孔的配合间隙应为0-0.03mm,最大使用极限为0.10mm.否则应更换壳体或承孔镶套修复.

(2)壳体螺纹孔的修复 注油罗塞孔,放油螺塞孔的螺纹损伤以及壳体之间连接螺栓

螺纹孔的损伤,可采取镶螺塞修复.

变速器在工作过程中,各轴承受着变化的扭转力矩,弯曲力矩作用,健齿部分还承受着挤压,冲击和滑动摩擦等载荷.各轴的常见损伤有:

(1)轴颈磨损 轴颈磨损过大,不但会使齿轮轴线偏移,而且会带来齿轮啮合间隙的改变,造成传动时发出噪声.同时也使轴颈与轴承配合关系受到破坏,运转可能引起烧蚀.因此要求滚子轴承所在过盈配合处轴颈磨损不大于0.02mm滚针轴承配合处轴颈磨损不大于0.07mm,否则景更换或镀铬修复.

(2)健齿磨损健齿磨损在受力一侧较为严重.可与花键套配合检查,当健齿磨损超过0.25或与原键槽配合见习超过0.40mm时,齿轮的接合齿圈,结合套与健齿周配合见习大于0.30mm时,半圆键与轴颈键槽见习超过0.08mm时对健齿周或有键槽的轴应修复或更换.

(3)变速器轴弯曲检修 用顶针顶住变速器轴两端的顶针孔,利用百分表检查轴的径向跳动,其偏差应小于0.10mm.超过应进行压力校正修复.

a.锁环式惯性同步器的检修:锁环的锥面角a约为6度-7度,在使用中,锥角变形中增大而不能迅速同步,则应及时更换.

b.锁销式惯性同步器:锁销式同步器主要损伤为锥环,锥盘磨损,当锥环斜面上0.40mm深的螺纹槽磨损至010mm深时,应更换.若锥环端面有擦痕,则需要端面车削,但累计车削两不得大于1mm,否则应更换.