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        解析德國采埃孚九速自動變速器

        2013-04-26 01:05:58河北吳澤輝
        汽車維修與保養(yǎng) 2013年6期
        關鍵詞:齒圈制動器離合器

        ◆文/河北 吳澤輝

        德國采埃孚集團公司(ZF)是當今世界上最主要的傳動系統(tǒng)產品專業(yè)制造廠家之一,其主要產品包括機械式變速器、自動變速器和各式齒輪傳動箱等。本文重點分析ZF九速自動變速器的動力傳遞路線(圖1),解析ZF的設計理念,希望對于從事自動變速器維修、教學和設計的人員有所啟示。

        圖2是作者自制的ZF九速自動變速器動力傳遞路線圖,該圖采用四個單級行星排,可以將第一個行星排和第二個行星排看成一個變速器,將第三個行星排和第四個行星排看成另一個變速器。需要注意各排的連接關系,第一排齒圈與第二排太陽輪連接,第一排行星架和第二排行星架連接作為輸出驅動第三排齒圈,第三排行星架和第四排齒圈連接,第三排和第四排太陽輪連接。圖中有E、F、B三個離合器和A、D、C三個制動器,由第四排行星架作為輸出。下面,依次對ZF九速自動變速器動力傳遞路線進行分析。

        一、一擋動力傳遞路線分析

        圖3為一擋時,離合器F接合,驅動第一排齒圈和第二排太陽輪。因為制動器D制動第二排齒圈,所以利用第二排太陽輪驅動行星架減速輸出至第三排齒圈。在第三排和第四排,因為制動器A制動兩排的太陽輪,在第三排齒圈驅動行星架減速輸出至第四排齒圈,在第四排齒圈驅動行星架減速輸出。所以一擋時形成三級減速,分別是第二排太陽輪驅動行星架減速、第三排齒圈驅動行星架減速、第四排齒圈驅動行星架減速。

        二、二擋動力傳遞路線分析

        圖4為二擋時,離合器F保持接合,驅動第一排齒圈和第二排太陽輪。但是制動器C制動第一排太陽輪,所以在第一排太陽輪固定。齒圈驅動行星架減速輸出至第三排齒圈,第三排和第四排工作與一擋相同。所以二擋時形成三級減速為第一排齒圈驅動行星架減速、第三排齒圈驅動行星架減速、第四排齒圈驅動行星架減速。

        三、三擋動力傳遞路線分析

        圖5為三擋時,離合器F保持接合,驅動第一排齒圈和第二排太陽輪,離合器B接合驅動第一排太陽輪。因為第一排太陽輪和齒圈同時被驅動,所以行星架整體輸出。第三排和第四排工作與一擋、二擋相同,所以二擋時形成二級減速為第一排整體輸出、第三排齒圈驅動行星架減速、第四排齒圈驅動行星架減速。

        四、四擋動力傳遞路線分析

        圖6為四擋時,離合器E接合驅動第四排齒圈、制動器A保持對第四排太陽輪的制動,第四排行星架在齒圈的驅動下減速輸出。四擋時形成一級減速,即第四排齒圈驅動行星架減速。注意在四擋時,第三排行星驅動齒圈將動力傳遞給第二排和第一排行星架,而離合器F保持接合將動力傳遞給第一排太陽輪和第二排齒圈。但是第一排太陽輪自由、第二排齒圈自由,所以第一排和第二排不參與動力傳遞。

        五、五擋動力傳遞路線分析

        圖7為五擋時,離合器F保持接合,驅動第一排齒圈和第二排太陽輪,離合器B接合驅動第一排太陽輪。因為第一排太陽輪和齒圈同時被驅動,所以行星架整體輸出至第三排齒圈。離合器E接合,驅動第三排行星架,在第三排中齒圈和行星架同速,所以第三排太陽輪也同速整體旋轉。在第四排齒圈與太陽輪同速,所以驅動行星架同速整體輸出,形成直接擋。

        六、六擋至九擋動力傳遞路線分析

        前文將第一排和第二排看作一個變速器、將第三排和第四排看作另一個變速器。在很多擋位如一擋、二擋和五擋,動力流從一二排傳給三四排,符合動力總是從前向后傳遞的規(guī)律。但從六擋開始,不再認為動力流是從前向后傳遞,而是將第一排和第二排組成的變速器看作一個制動器,約束第三排的齒圈,這一約束不是完全制動,而是部分約束。

        在此引入矢量表示法,用矢量表示行星齒輪機構的運動狀態(tài)。如圖8所示,用線段AB、BC和AC長度代表齒圈、太陽輪和行星架齒數(shù)。在單級行星排中,行星架齒數(shù)(AC段)等于太陽輪齒數(shù)(BC段)加上齒圈齒數(shù)(AB段)。用橫向帶箭頭的線段代表轉速和轉向,線段長度代表轉速,箭頭方向代表轉向。如圖中行星架固定情況下,可以看出太陽輪驅動齒圈反向減速;而如果兩個同速同向旋轉,則第三個形成整體同速同向旋轉。

        引入矢量表示法可以很容易理解三個構件同時旋轉,但轉速和轉向各異的情況。如圖9所示,齒圈和行星架轉速相同的情況下,整體驅動太陽輪同速輸出。之后在行星架轉速不變的情況下,減少齒圈轉速,可以看到太陽輪轉速將增加。這一原則可以直接應用于六擋、七擋、八擋和九擋的動力傳動。

        如圖10所示,將第三排和第四排分拆出來,在五擋直接傳動時,離合器E接合,驅動第三排行星架,第三排行星架和齒圈同速同向,所以驅動第三排太陽輪整體旋轉。從圖9的分析可知,除非第三排齒圈轉速下降直至固定,甚至反轉情況下,在第三排行星架轉速不變情況下,會增加第三排太陽輪轉速。從而帶動第四排太陽輪轉速增加,最終帶動第四排行星架轉速增加??刂频谌琵X圈轉速,實現(xiàn)六擋(第三排齒圈一級減速)、七擋(第三排齒圈二級減速)、八擋(第三排齒圈固定)和九擋(第三排齒圈逆轉)的傳動。

        六擋、七擋、八擋和九擋時,離合器E接合驅動第三排行星架和第四排齒圈。圖11為六擋時,制動器C制動第一排太陽輪,離合器F接合驅動第一排齒圈,則第一排行星架在齒圈驅動下形成一級減速,與第一排行星架連接的第三排齒圈一級減速,第三排太陽輪一級增速,第四排行星架一級增速輸出。

        圖12為七擋時,離合器F與六擋相同保持接合,但制動器D制動第二排齒圈,則第二排太陽輪驅動行星架形成二級減速。與第二排行星架連接的第三排齒圈二級減速,第三排太陽輪二級增速,第四排行星架二級增速輸出。

        圖13為八擋時,第一排、二排的制動器C和D制動,第一排和第二排被總體固定,則第三排齒圈被固定。第三排太陽輪三級增速,第四排行星架三級增速輸出。

        圖14為九擋時,第一排和第二排的離合器B接合,制動器D制動。離合器B驅動第一排太陽輪順轉,驅動第一排齒圈逆轉,與第一排齒圈連接的第二排太陽輪逆轉。制動器D制動第二排齒圈,第二排行星架在太陽輪(逆轉)驅動下逆轉,帶動第一排行星架逆轉。最終第三排齒圈低速逆轉,第三排太陽輪四級增速,第四排行星架四級增速輸出。

        七、倒擋動力傳遞路線分析

        圖15為倒擋時,第一排和第二排與九擋相同,驅動第三排齒圈減速逆轉,在第三排和第四排制動器A制動兩排的太陽輪,在第三排逆轉的齒圈驅動行星架逆轉減速,在第四排逆轉的齒圈驅動行星架逆轉減速,形成倒擋輸出。

        八、總結

        要熟悉掌握液力自動變速器行星齒輪變速裝置,需要四個層次的能力要求:

        1.能看懂傳動圖,能分析擋位傳遞需求。面對已有的傳動圖,需要能分析離合器、制動器和單向離合器,各行星排的連接關系,各擋位的動力傳遞過程。

        2.依據(jù)傳動圖能和實物對應起來。在裝配時依據(jù)傳動圖可以指導實物裝配。從理論結合實際來講,在從事自動變速器學習和維修中,能將傳動圖與實物部件一一對應。

        3.依據(jù)實物圖能夠畫出傳動圖,并能正確梳理其關系。

        4.分析變速器設計特點,針對具體故障分析傳遞機構潛在的故障部位。

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