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【摘 要】介绍拉维娜式（Ravigneavx）行星齿轮结构和工作原理，在实践课程中，学生能参考自动变速器实物，确定齿轮元件与执行元件的装配关系，分析自动变速器各挡位的动力传动线路，明确各元件的运动状态，根据拉维娜式行星结构运动方程式，掌握传动比的计算方法，并能对有故障的自动变速器车辆分析原因，排除故障。

【关键词】拉维娜式行星齿轮 结构 教学

【中图分类号】G【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2012）11C-0188-03

随着汽车技术的不断发展，人们对汽车安全性、舒适性的要求也越来越高，因此配置自动变速器的汽车也更广泛。汽车维修人员必须认识自动变速器的结构，掌握其运动规律，并能针对故障症状，分析故障原因，确定故障部位，做到有目的维修，减少返工率，节省费用，提高工作效率。而对于教学效果要达到企业的要求，必须理论联系实际，结合案例分析，让学生更好地理解理论知识，激发学习兴趣。拉维娜行星齿轮结构广泛应用于自动变速器传动系统，这种结构具有部件少、尺寸小、传动比范围大、灵活多变等特点，可以构成变速器有4个前进挡，另外与辛普森行星齿轮结构组合，变速器可具有5个以上的前进挡，以满足汽车节能、环保的要求。以下以01M、01V自动变速器为例，介绍拉维娜行星机构的运动规律，分析各挡位的动力传动线路，以用于实践课程的教学。

一、基础知识

拉维娜行星齿轮结构是一个复合式的机构，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，前面单行星排由大太阳轮、大行星齿轮、行星架和齿圈组成，后面双行星排由小太阳轮、小行星齿轮、大行星齿轮、行星架和齿圈组成，两个行星排共用齿圈和行星架，机构只有4个独立元件，即大太阳轮、小太阳轮、齿圈和行星架。在行星排中，为了组成具有一定传动比的机构，必须将太阳轮、齿圈和行星架3个基本元件中的1个加以固定，或将某两个元件连接在一起，使行星排变为只有1个自由度的机构，才能获得确定的传动比，进行动力传递。

如果主动件是大太阳轮，从动件是齿圈，行星架固定，则动力传递过程为大太阳轮—大行星齿轮—齿圈。如果主动件是小太阳轮，从动件是齿圈，则动力传递过程为小太阳轮—小行星齿轮—大行星齿轮—齿圈。

二、运动方程式

设小太阳轮、大太阳轮、齿圈的齿数分别为Z1、Z2、Z3，对应小太阳轮、大太阳轮、齿圈、行星架的转速为n1、n2、n3、n4，齿圈与小太阳轮的齿数之比为α1= Z3/Z1，齿圈与大太阳轮的齿数之比为α2=Z3/Z2，单行星排运动方程为：

n2+α2×n3=（1+α2）n4 （1）

双行星排运动方程为：

n1-α1×n3=（1-α1）n4（2）

由方程式中可以看出，3个基本元件中，选取其中两个分别作为主动件和从动件，只要第三个基本元件有确定的转速（0或某一数值），即可计算出该机构的传动比。

三、01M自动变速器动力传动分析

01M型变速器的行星齿轮结构采用拉维娜式，离合器共三个，分别为前进挡离合器C1、高速挡离合器C3、倒挡离合器C2；单向离合器一个F；制动器两个，分别为低速/倒挡制动器B1、2/4挡制动器B2；小太阳轮、大太阳轮、齿圈的齿数分别为Z1=21，Z2=24，Z3=57，α1=57/21=2.714，

α2=57/24=2.375，元件工作情况如表1。

（一）D1挡

离合器C1接合，单向离合器F参与工作，涡轮驱动变速器输入轴顺时针运动—C1接合—小太阳轮顺时针转动—短行星轮反时针自转—长行星轮顺时针自转—在刚起步时，车速为零，行星架有反时针转动的趋势，此时单向离合器F反时针锁止行星架—齿圈顺时针转动—主减速器输出。

根据双行星排运动方程为：n1-α1×n3=（1-α1）n4，其中n4=0，求得传动比i1=n1/n3=α1=Z3/Z1=2.714。

当汽车滑行时，齿圈反向驱动变速器，齿圈通过长行星架产生一个顺时针的力矩，单向离合器F脱离锁止，行星架也顺时针转动，行星排不能传递动力，无法实现发动机制动。为了使发动机能产生制动，可将挡杆挂入2或L位，制动器B1工作，可以固定行星架，在汽车滑行时，行星机构反向带动发动机，利用发动机怠速运转阻力实现制动作用。

（二）D2挡

离合器C1接合，涡轮驱动变速器输入轴顺时针运动—C1接合—小太阳轮顺时针转动—短行星轮反时针自转—长行星轮顺时针自转—2/4挡制动器B2制动，锁止大太阳轮—齿圈顺时针转动—主减速器输出。

单行星排运动方程为：

n2+α2×n3=（1+α2）n4 （1）

双行星排运动方程为：

n1-α1×n3=（1-α1）n4 （2）

其中n2=0，求得传动比i2=n1/ n3=（α1+α2）/（1+α2）=（2.714+2.375）/（1+2.735）=1.507。

在2挡，汽车滑行时，行星机构能反向传递动力，实现发动机制动作用。

（三）D3挡

离合器C1、C3接合—后行星排中，由于小太阳轮和行星架转速相同，长、短行星轮不能自转，只能同小太阳轮和行星架一起公转—后行星排所有元件作为一个整体—动力传给齿圈输出。此时传动比i3=1。

（四）D4挡

离合器C3接合，涡轮驱动变速器输入轴顺时针运动—C3接合—行星架顺时针转动—2/4挡制动器B2制动，固定大太阳轮—长行星轮顺时针自转—齿圈顺时针转动—主减速器输出。

根据单行星排运动方程为：

n2+α2×n3=（1+α2）n4 （1）

其中n2=0，求得传动比i4=n4/ n3=α2/（1+α2）=2.375/（1+2.735）=0.703。

（五）R挡

离合器C2接合，涡轮驱动变速器输入轴顺时针运动—C2接合—大太阳轮顺时针转动—长行星轮反时针自转—制动器B1制动，锁止行星架—齿圈反时针转动—主减速器输出。

根据式（1）

n2+α2×n3=（1+α2）n4

其中n4=0，求得传动比i倒=n2/ n3=-α2=-2.375。

四、01V自动变速器动力传动分析

01V是德国ZF公司生产的5档手自一体自动变速箱，在国内保有量较多。行星齿轮机构采用了一组拉维娜式加另一组辛普森式的复合形式机构，共有四个离合器、三个制动器、一个单向离合器。

拉维娜式行星齿轮传动与01M相似，不同的是位于后面的小太阳轮齿数比前面的大太阳轮齿数要多，与小太阳轮啮合的是直径小的长行星齿轮。现设辛普森式行星齿轮太阳轮、齿圈的齿数为Z4、Z5，对应太阳轮、齿圈、行星架的转速为n5、n6、n7，现有Z1=38，Z2=34，Z3=98，Z4=32，Z5=76，因此α1=Z3/Z1=2.579，α2=Z3/Z2=

2.882，α3=Z5/Z4=2.375

辛普森单行星排运动方程为：

n5+α3×n6=（1+α3）n7 （3）

（一）D1挡

离合器A接合，单向离合器F1、制动器G工作。

拉维娜式行星排：涡轮驱动输入轴顺时针运动—A接合—小太阳轮顺时针转动—长行星轮反时针自转—短行星轮顺时针自转—单向离合器F1反时针锁止行星架—前齿圈顺时针转动—中间轴。

辛普森式行星排：中间轴—后齿圈—制动器G固定太阳轮，后行星架顺时针转动—输出轴。

拉维娜行星排运动方程：

n1-α1×n3=（1-α1）n4（2）

辛普森行星排运动方程：

n5+α3×n6=（1+α3）n7 （3）

根据以上运动特性，式中n4=0，n5=0，n3=n6，求得传动比i1=n1/n7=α1（1+α3）/α3=2.579（1+2.375）/2.375=3.665。

（二）D2挡

离合器A接合，制动器C、G工作。

拉维娜式行星排：输入轴顺时针转动—A接合—小太阳轮顺时针转动—长行星轮反时针自转—短行星轮顺时针自转—制动器C制动，固定大太阳轮—前齿圈顺时针转动—中间轴。

辛普森式行星排元件动作同D1挡。

拉维娜行星排运动方程：

n2+α2×n3=（1+α2）n4 （1）

n1-α1×n3=（1-α1）n4（2）

辛普森行星排运动方程：

n5+α3×n6=（1+α3）n7 （3）

根据以上运动特性，式中n2=0，n5=0，n3=n6，求得传动比i2=n1/ n7=（α1+α2）（1+α3）/α3（1+α2）=（2.579+2.882）（1+2.375）/2.375（1+2.882）=1.999。

（三）D3挡

离合器A、F接合，制动器C工作。

拉维娜式行星排元件动作同D2挡。

辛普森式行星排：由于离合器F接合，后齿圈和太阳轮转速相同，后辛普森式行星排所有元件作为一个整体—后行星架顺时针转动—输出轴。

拉维娜行星排运动方程：

n2+α2×n3=（1+α2）n4 （1）

n1-α1×n3=（1-α1）n4 （2）

辛普森行星排运动方程：

n5+α3×n6=（1+α3）n7 （3）

根据以上运动特性，式中n2=0，n5=n6=n7=1，求得传动比i3=n1/n7

=（α1+α2）/（1+α2）=（2.579+2.882）/（1+2.882）=1.407。

（四）D4挡

离合器A、E、F接合，由于拉维娜行星排和辛普森行星排传动比都为1，所以i4=1。

（五）D5挡

离合器E、F接合，制动器C工作。

拉维娜式行星排：输入轴顺时针运动—离合器E接合—行星架顺时针转动—制动器C制动，固定大太阳轮—短行星轮顺时针自转—前齿圈顺时针转动—中间轴。

辛普森式行星排元件动作同D3挡。

根据单行星排运动方程为：

n2+α2×n3=（1+α2）n4 （1）

辛普森行星排传动比为n5=n6=n7=1。

其中n2=0，n3=n7，求得传动比i5=n4/n7=α2/（1+α2）=2.882/（1+2.882）=0.742。

（六）R挡

离合器B接合，制动器D、G工作。

拉维娜式行星排：离合器B接合，变速器输入轴顺时针运动—离合器B接合—大太阳轮顺时针转动—短行星轮反时针自转—制动器D制动，锁止行星架—前齿圈反时针转动—中间轴。

辛普森式行星排：中间轴—后齿圈—制动器G固定太阳轮，后行星架反时针转动—输出轴。

拉维娜行星排运动方程：

n2+α2×n3=（1+α2）n4 （1）

辛普森行星排运动方程：

n5+α3×n6=（1+α3）n7 （3）

其中n4=0，n5=0，n3=n6求得传动比i倒=n2/n7=-α2（1+α3）/α3=-2.882（1+2.375）/2.375==-4.096。

五、故障分析实例

（一）01M自动变速器高速加速缓慢

故障现象：某车行驶12万公里后，当进行路试，发动机转速达到2000r/min时，车速只有80km/h，继续加速发动机噪声很大，车速上升慢。

分析：对照01M自动变速器换挡图，3000r/min对应车速为100km/h以上，初步判断为4档打滑。

排除：先检查变速器油，发黑并伴有烧焦味道。拆检变速器，发现超速离合器C3摩擦片有烧损，更换摩擦片和钢片，并更换所有密封胶圈，装复后试车，换挡正常。

（二）01V自动变速器挂倒速，反应迟缓

故障现象：某车装用01V自动变速器，行驶里程15万公里，当挂倒速，要等几秒后才能行驶，感觉无力，而前进挡行驶正常。

分析：从前面01V变速器动力传动可知，与倒挡相关的元件有离合器B、制动器D。

排除：拆检变速器，发现倒速离合器B摩擦片有轻度烧损，再仔细检查离合的铝活塞在径向有一道微小裂纹，更换摩擦片和活塞，并更换所有密封胶圈，装复后试车，故障消失。

综上所述，拉维娜行星齿轮是一个复合传动结构，太阳轮、齿圈和行星架3个基本元件中，齿数依次为由小到大的关系，但行星架是没有齿数的，为了方便计算，可以假设其齿数为太阳轮、齿圈的齿数之和。行星架上的行星轮只是改变基本元件的传动方向，不会影响传动比，执行元件的离合器将基本元件中的其中两个进行动力传递；制动器将基本元件中的其中一个固定、另两个元件中其中一个主动，一个从动，从而实行动力传递，改变传动比。要计算某挡位的传动比，必须确定主动件、从动件，还有参与工作的元件和工作状态，列出运动方程，求出传动比。让学生结合多种自动变速器实物，确定太阳轮、齿圈的齿数，计算出各挡位传动比，并与维修手册给出的传动比对照，确认结果是否正确，从而真正掌握动力传递原理。最后学生能对有故障的自动变速器进行分析，确定故障部位，为学生自主学习打下坚实基础。

【参考文献】

[1]陈天民.自动变速器动力流分析大全[M].北京：中国电力出版社，2008

[2]汪立亮.轿车自动变速器维修技能实训[M].北京：北京理工大学出版社，2007

[3]李玉茂.宝来、捷达轿车故障实例与分析[M].北京：机械工业出版社，2005

[4]王遂双.汽车电子控制系统的原理与检修[M].北京：北京理工大学出版社，2004

【作者简介】严景明（1967- ），男，广西电力职业技术学院工程师，大学本科学历，工学学士学位，主要研究方向：汽车机械、电子领域的科研和教学工作；郑军龙（1978- ），男，讲师，硕士，主要从事电力系统及其自动化领域、汽车电子领域的科研和教学工作。

（责编 丁 梦）