从表7-1可以看出,尽管该款变速器有如此多的挡位,但在换挡过程中大部分换挡元件的动作却并不频繁,这是优化设计的结果。这样的设计保证了变速器的工作效率,同时也提高了其使用寿命,换挡元件作用见表7-2。
ZF九速自动变速器动力传递路线中采用四个单级行星排,可以将第一个行星排和第二个行星排看成一个变速器,将第三个行星排和第四个行星排看成另一个变速器。需要注意各排的连接关系,第一排齿圈与第二排太阳轮连接,第一排行星架和第二排行星架连接作为输出驱动第三排齿圈,第三排行星架和第四排齿圈连接,第三排行星架和第四排太阳轮连接。
该传递线路中有E、B两个离合器,A、F爪形离合器,以及D、C两个制动器,由第四排行星架作为输出。下面,依次对ZF九速自动变速器动力传递路线进行分析。
1.1挡动力传递路线分析：
1挡时爪形离合器F、制动器D和爪形离合器A工作,离合器F接合,驱动第一行星排齿圈和第二行星排太阳轮。因为制动器D制动第二排齿圈,所以利用第二排太阳轮驱动行星架减速输出至第三行星排齿圈。在第三行星排和第四行星排,此时爪形离合器A已将第三及第四行星排的太阳轮都固定,在第三行星排齿圈驱动行星架减速输出至第四排齿圈,在第四行星排齿圈驱动行星架减速输出。所以1挡时形三级减速,分别是第二行星排太阳轮驱动行星架减速、第三行星排齿圈驱动行星架减速、第四行星排齿圈驱动行星架减速,如图7-19所示。此时的传动比为4.70。
1挡时利用第二行星排(太阳轮驱动行星架)、第三行星排、第四行星排实现三级减速。
2.2挡动力传递路线分析：
2挡时爪形离合器F、制动器C和爪形离合器A工作,爪形离合器F保持接合,驱动第一行星排齿圈和第二行星排太阳轮。但是制动器C制动第一行星排太阳轮,所以在第一行星排太阳轮固定。齿圈驱动行星架减速输出至第三排齿圈,第三行星排和第四行星排工作与1挡相同(爪形离合器A已将第三行星及第四行星排的太阳轮都固定)。所以2挡时形成三级减速:第一行星排齿圈驱动行星架减速、第三行星排齿圈驱动行星架减速、第四行星排齿
圈驱动行星架减速,如图7-20所示。此时的传动比为2.84。
2挡时利用第一行星排(齿圈驱动行星架)、第三行星排、第四行星排实现三级减速。
3.3挡动力传递路线分析：
3挡时爪形离合器F、离合器B和爪形离合器A工作,离合器F保持接合,驱动第一行星排齿圈和第二行星排太阳轮,离合器B接合驱动第一行星排太阳轮。因为第一行星排太阳轮和齿圈同时被驱动,所以行星架整体输出。第三行星排和第四行星排工作与1挡、2挡相同,所以2挡时形成二级减速为第一行星排整体输出、第三行星排齿圈驱动行星架减速、第四行星排齿圈驱动行星架减速(图7-21)。此时的传动比为1.90。
3挡时利用第三行星排和第四行星排实现二级减速。
4.4挡动力传递路线分析：
4挡时爪形离合器F、离合器E和爪形离合器A工作,离合器E接合驱动第四行星排齿圈、爪形离合器A保持对第四行星排太阳轮的固定,第四行星排行星架在齿圈的驱动下减速输出。4挡时形成一级减速,即第四行星排齿圈驱动行星架减速。注意在4挡时,第三行星排驱动齿圈将动力传递给第二行星排和第一行星排行星架,而爪形离合器F保持接合,将动力传递给第一行星排太阳轮和第二行星排齿圈。但是第一行星排太阳轮自由,第二行星排齿圈自由,所以第一行星排和第二行星排不参与动力传递,如图7-22所示。此时的传动比为1.38。
4挡时利用第四行星排实现一级减速(齿圈驱动行星架)。
5.5挡动力传递路线分析：
5挡时爪形离合器F、离合器B和离合器E工作,爪形离合器F保持接合,驱动第一行星排齿圈和第二行星排太阳轮,离合器B接合驱动第一行星排太阳轮。因为第一行星排太阳轮和齿圈同时被驱动,所以行星架整体输出至第三行星排齿圈。离合器E接合,驱动第三行星排行星架,在第三行星排中齿圈和行星架同速,所以第三行星排太阳轮也同速整体旋转。在第四行星排齿圈与太阳轮同速,所以驱动行星架同速整体输出,形成直接挡,如
图7-23所示。此时的传动比为1.00。
5挡时第一行星排、第二行星排、第四行星排均整体旋转,形成直接挡。
6.6挡至9挡动力传递路线分析：
将第一行星排和第二行星排看作一个变速器,将第三行星排和第四行星排看作另个变速器。在很多挡位如1挡、2挡和5挡,动力流从第一行星排和第二行星排传给第三行星排和第四行星排,符合动力总是从前向后传递的规律。但从6挡开始,不再认为动力流是从前向后传递,而是将第一行星排和第二行星排组成的变速器看作一个制动器,约束第三行星排的齿圈,这一约束不是完全制动,而是部分约束。
在此引入矢量表示法,用矢量表示行星齿轮机构的运动规律。如图7-24所示,用线段AB、BC和AC长度代表齿圈、太阳轮和行星架齿数。在单级行星排中,行星架齿数AC段等于太阳轮齿数BC段加上齿圈齿数AB段。用横向带箭头的线段代表转速和转向,线段长度代表转速,箭头方向代表转向。在图7-24中行星架固定情况下,可以看出太阳轮驱动齿圈反向减速;而如果两个太阳轮同速同向旋转,则形成整体同速同向旋转。
引入矢量表示法可以很容易理解三个构件同时旋转,但转速和转向各异的情况。如图7-25所示,在齿圈和行星架转速相同的情况下,整体驱动太阳轮同速输出。之后在行星架转速不变的情况下,减少齿圈转速,可以看到太阳轮转速将增加。这一原则可以直接应用于6挡、7挡、8挡和9挡的动力传动。
将第三行星排和第四行星排分拆出来,如图7-26所示,在5挡直接传动时,离合器E接合,驱动第三行星排行星架,第三行星排行星架和齿圈同速同向,所以驱动第三行星排太阳轮整体旋转。从图7-26的分析可知,除非第三行星排齿圈转速下降直至固定,甚至反转,
否则在第三行星排行星架转速不变的情况下,会增加第三行星排太阳轮转速,从而带动第四行星排太阳轮转速增加,最终带动第四行星排行星架转速增加。控制第三行星排齿圈转速,实现6挡(第三行星排齿圈一级减速)、7挡(第三行星排齿圈二级减速)、8挡(第三行星排齿圈固定)和9挡(第三行星排齿圈逆转)的传动。
7.6挡动力传递路线分析：
6挡时爪形离合器F、制动器C和离合器E工作,离合器E接合驱动第三行星排行星架和第四行星排齿圈。如图7-27所示,6挡时,制动器C制动第一行星排太阳轮,爪形离合器F接合驱动第一行星排齿圈,则第一行星排行星架在齿圈驱动下形成一级减速,与第一行星排行星架连接的第三行星排齿圈一级减速,第三行星排太阳轮一级增速,第四行星排行星架一级增速输出,如图7-27所示。此时的传动比为0.80。
6挡时第四行星排太阳轮一级增速,对应行星架一级增速。
8.7挡动力传递路线分析：
7挡时爪形离合器F、制动器D和离合器E工作,爪形离合器F与6挡相同,保持接合,但制动器D制动第二行星排齿圈,则第二行星排太阳轮驱动行星架形成二级减速。与第二行星排行星架连接的第三行星排齿圈二级减速,第三行星排太阳轮二级增速,第四行星排行星架二级增速输出,如图7-28所示。此时的传动比为0.70。
7挡时第四行星排太阳轮二级增速,对应行星架二级增速。
9.8挡动力传递路线分析：
8挡时制动器C、制动器D和离合器E工作,第一行星排、第二行星排的制动器C和D制
动,第一行星排和第二行星排被总体固定,则第三行星排齿圈被固定。第三行星排太阳轮三级增速,第四行星排行星架三级增速输出,如图7-29所示。此时的传动比为0.58。
8挡时第四行星排太阳轮三级增速,对应行星架三级增速。
10.9挡动力传递路线分析：
9挡时离合器B、制动器D和离合器E工作,第一行星排和第二行星排的离合器B接合,制动器D制动,离合器B驱动第一行星排太阳轮顺转,驱动第一行星排齿圈逆转,与第一行星排齿圈连接的第二行星排太阳轮逆转。制动器D制动第二行星排齿圈,第二行星排行星架在太阳轮(逆转)驱动下逆转,带动第一行星排行星架逆转。最终第三行星排齿圈低速逆转,第三行星排太阳轮四级增速,第四行星排行星架四级增速输出,如图7-30所示。此时的传动比0.48。
9挡时第四行星排太阳轮四级增速,对应行星架四级增速。
11.倒挡动力传递路线分析：
倒挡时离合器B、制动器D和爪形离合器A工作,第一行星排和第二行星排与9挡相同,驱动第三行星排齿圈减速逆转,在第三行星排和第四行星排爪形离合器A工作,将两行星排的太阳轮固定,在第三行星排逆转的齿圈驱动行星架逆转减速,在第四行星排逆转的齿圈驱动行星架逆转减速,形成倒挡输出,如图7-31所示。此时的传动比为一3.80。
