行星齿轮与自动变速器


我们知道,没有行星齿轮也能变速,主要靠一些可以在轴上移动的齿轮来实现。如图中蓝色的齿轮,用花键与黑色的轴联接,与轴一起转动传递扭矩的同时还可以在轴上移动。

当处于图示实线位置的时候,动力从红色的轴(它上面固连着一大一小两个齿轮)通过较大的红齿轮传给黑轴左边蓝色较小的齿轮,此时黑轴的转动速度较高;如果移动蓝色的齿轮,使它当处于图示虚线位置的时候,动力通过右边较小的红齿轮传给较大的蓝色齿轮,此时黑轴的转动速度较低。

通过移动齿轮的方式进行换档变速往往需要离合器暂时断开动力传输,还要解决发动机与车轮之间的速度匹配问题,例如加油,如果措施不当,会造成零件之间的冲击或者发动机熄火。如果您经常乘坐老式的公共汽车,一定领教过司机换档时齿轮的撞击尖叫声,或者在上坡时发动机突然熄火带来的虚惊。

在"奇妙的行星齿轮"一文中,我们谈过,在包含行星齿轮的系统中,互相啮合的齿轮之间的关系可以有多种组合。如图所示,一种简单的自动变速器由两排结构相同的齿轮系组成,灰色的是行星齿轮,绿色是行星架,小的外齿轮 (左排蓝色和右排红色)和大的内齿轮(左排红色和右排黑色)都是太阳轮。

红色是输入轴(包括左排大齿轮和右排小齿轮),黑色是输出轴(连同右排大齿轮)。左排上装有控制机构,小太阳轮(蓝色)可以通过离合器与输入轴连接,也可以通过刹车机构使它停止转动,行星架也可以通过刹车机构刹死,这样,就可以变换出不同的组合。

如果离合器和刹车全部松开,动力是不能传递的,此时是空挡。右排红色齿轮上依然可以有动力输入,但是只能引起行星轮和行星架的空转,不能带动大齿轮转动。

如果把离合器打上,全部刹车松开,就成了高速档(直接档)。此时左排小的太阳轮通过离合器与输入轴连在一起,大、小两个太阳轮成为一体(用红色表示此时小齿轮与输入轴固连在一起),夹着行星轮一起旋转,三个齿轮之间没有相对转动,行星架也就跟着以同一速度旋转。而右排由于小的太阳轮与行星架的转动速度是一样的,没有相对转动,也就迫使大齿轮也与它们一起转动。此时动力没有经过任何变换直接从输入轴传到输出轴。
如果离合器松开,左排小齿轮刹死,行星架刹车松开,就成了低速档。左排行星轮受大齿轮的驱动在静止的小太阳轮(已经刹死)上滚动,带动行星架以另一种速度转动,从而带动右排的行星架也一起转动。这样,右排的小太阳轮与行星架之间就有了速度差,使得右排大齿轮输出较小的速度。

如果只是把左排行星架刹死,其余全部放开,就是倒车档。由于此时行星架不转了,整个系统就成为一般的轴线固定的"定轴齿轮系统"了。由于离合器放开,左排齿轮空转。动力从右排小太阳轮输入,经过灰色齿轮(此时轴线固定)变换转动方向之后从大齿轮输出反方向的速度。

现在我们明白了,行星齿轮系统在离合器和刹车的配合使用下形成不同组合,达到换档的目的。自动变速器的机械原理核心就是在这里。根据路况、发动机工况自动、连续、平稳地变换档位,还需要有辅助设置的配合。

车汇通(2001年12月26日)       相关文章:奇妙的行星齿轮

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