西南大学本科毕业论文（设计）
中C表示的离合器B表示制动器，其工作情况由表4.1。
图4.3 单排行星齿轮机构 Fig.4.3 Single Top Star Gear 表4.1 单排行星齿轮机构换挡表 Tab.4.1 shift of Single-ranked star gear
档位 1 2
C Ο ×
B × Ο
传动比 1
?1??
注：?为齿圈与太阳轮的齿数比，Ο表示元件工作，×表示元件不工作。
双排辛普森齿轮机构的结构示意图如图4.4所示：
图4.4 双排辛普森齿轮机构 Fig.4.4 Double Simpson Gear
其中1-输入轴、2-公共太阳轮、3-前行星齿轮、4-前行星架、5-前齿圈、6-后行星齿轮、7-后行星架、8-后齿圈、9-输出轴、C1-前进挡离合器、C2-高倒档离合器、B1-制动器、B2-制动器。
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表4.2 双排辛普森齿轮机构换挡表 Tab.4.2 gear shift of Double Simpson Gear
档位 1 2 3 R
C1 C2 B1 B2 传动比
1?2?? 1???
Ο Ο Ο ×
× × Ο Ο
× Ο × ×
Ο × × Ο
1 -?
注： ?为齿圈与太阳轮的齿数比，Ο表示元件工作，×表示元件不工作。
由以上两个表我们可以看出将超速行星排和辛普森行星齿轮组窜连起来的变速器从理论上来说可以得到8个档位。
5速与4速变速器冲原理上来比较，5速比4速就是多了一个档位，也就是多了一个传动比，一个行星齿轮排能实现3个传动比，也就是从理论说对于3个行星齿轮排的变速器完全能实现更多的档位，但是由于传动比的关系，一些档位的传动比之间是十分相近的，所以一些档位时没有实际意义的，但是我们把4速变速器变成5速完全是能做到的，但是4速与5速每个档位的传动比是不同的如表3.1所示，需要的就是在4速的基础改变一下传动比，即改变一下齿轮的齿数。
表4.3 4速与5速各档位传动比对比数据表 Tab.4.3 transmission ratio of 4-speed and 5-speed
变速器型号 1档传动比 2档传动比 3档传动比 4档传动比 5档传动比 R档传动比
5F31J 3.801：1 2.131：1 1.364：1 0.935：1 0.685：1 2.970：1
4HP-14 2.412：1 1.369：1 1.000：1 0.739：1
2.828：1
总的来说，5速AT自动变速器比4速的结构并复杂不了多少，并且原理也完全是建于4速的基础上的，从技术上来实现并不算难，而且5速相比4速来说，在使用方面有更多的优点，所以说研究5速AT自动变速器是很有意义的，尤其是研究5速的操纵系统
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是很有意义的。
5本文设计
5.1 行星变速机构传动比的确定
单排行星齿轮的工作原理满足一个特征方程式：
n1??n2?(1??)n3?0
式中：n1、n2、n3——分别为太阳轮、齿圈和行星架的转速，?为齿圈与太阳轮的齿数
比。
可以看出，在太阳轮、齿圈和行星架这3个元件中，可任选2个分别作为主动件和从动件，而使另一个元件固定不动（即用执行元件使该元件转速为零），或使其运动受一定的约束（即该元件的转速为某定值），则整个轮系以一定传动比传递动力。下面分别讨论各种情况：
（1）太阳轮为主动元件，行星架为从动件，齿圈固定。即n2=0，故传动比
i13?n1z?1???1?2 n3z1（2）齿圈为主动件，行星架为从动件，太阳轮固定。即n1=0，故传动比
i23?n21??z??1?1 n3?z2（3）太阳轮为主动件，齿圈为从动件，行星架固定。即n3=0，故传动比
i12?n1z?????2 n2z1在此情况下，n1与n2符号相反，即表示主动轴与从动轴的旋转方向相反，故为倒档传动情况。
（4）若使n1=n2，则
n3?n1??n1?n1?n2 1??在n1?n3或n2?n3时，同样可得n1=n2=n3。故知若使三元件中的任何两个元件连成一
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体转动，则第三元件的转速必然与前两者转速相等，即行星齿轮系中所有元件之间没有相对运动，从而形成直接档传动，传动比i=1[8]。 5.2 5速AT变速器的齿轮结构
图5.1 5速AT变速器的齿轮结构
Fig.5.1 gear structure of 5-speed AT transmission
该自动变速器行星齿轮机构由三排单级行星齿轮机构组成，分别称为前行星齿轮机构、中间行星齿轮机构及后行星齿轮机构。行星齿轮机构与换挡执行元件示意图如图6.1所示。由图可知，前行星架与后齿圈为一体；后行星架与中间齿圈为一体；中间行星架是动力输出端。换挡执行元件包括三个离合器K1、K2、K3和三个制动器B1、B2、B3及二个单向离合器F1、F2，各换挡执行元件的作用见表5.1，不同挡位时各换挡执行元件的状态见表5.2。
表5.1 各换挡执行元件的作用 Tab.5.1 The role of the shift actuator
换挡执行元件 离合器K1 离合器K2 离合器K3 制动器B1 制动器B2 制动器B3 单向离合器F1 单向离合器F2
作用
连接前行星架和前太阳轮 连接输入轴和中间齿圈/后行星架 连接中间太阳轮和后太阳轮
固定前太阳轮 固定中间太阳轮 固定后行星架/中间齿圈 防止前太阳轮逆时针方向旋转 当B2工作时，防止后太阳轮逆时针旋转
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表5.2 不同挡位时各换挡执行元件的状态 Tab.5.2 the Actuator status of Each gear 档位 传动比 1 2 3 4 5 R
3.59 2.19 1.41 1 0.83 -3.16
K1 × Ο Ο Ο × ×
K2 × × Ο Ο Ο ×
K3 Ο Ο × Ο Ο Ο
B1 O × × × Ο Ο
B2 Ο Ο Ο × × ×
B3 × × × × × Ο
F1 Ο × × × Ο Ο
F2 Ο Ο × × × ×
注：图中Ο标示换挡执行元件工作，×表示元件不工作。
5.3 变速器各挡动力传递路线 5.3.1 一档动力传递路线
一挡动力传递路线如图所示，各行星齿轮机构的状态如下所述。
图5.2 一档动力传递路线
Fig.5.2 power transmission line of 1 file
注：其中●表示换挡执行元件工作
（1）前行星齿轮机构：输入轴驱动前齿圈顺时针旋转，前太阳轮有逆时针旋转的趋势，单向离合器F1锁止(或制动器B1工作)，阻止前太阳轮逆时针旋转，则前行星架同向减速输出，将动力传递给后齿圈。
（2）后行星齿轮机构：后齿圈顺时针旋转，是动力输入端，后太阳轮有逆时针旋转的趋势，因制动器B2、单向离合器F2(或离合器K3)工作，阻止后太阳轮逆时针旋转，则后行星架同向减速输出，将动力传递给中间齿圈。
（3）中间行星齿轮机构：中间齿圈顺时针旋转，是动力输入端，中间太阳轮有逆
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