第三节 三行星排辛普森式自动变速器各档传动原理
目前，表现行星齿轮式自动变速器各档传动原理的图均如图3-3-1所示。
用这样一张固定不变的图，靠教师连说带比划，想将各档传动原理剖析得一目了然，实在是难上加难。本书将传统的图3-3-1翻转90°，独创地画出了一张与传统传动图完全等效的传动图，如图3-3-2所示。
图3-3-1 三行星排自动变速器传统的传动原理图
图3-3-2 三行星排自动变速器等效传动图
画这张传动图不是学习怎样画等效传动图，而是用这张图可将该变速器各档传动剖析得淋漓尽致，以便借此总结出不用一个齿轮一个齿轮地分析，便可总结出将所有变速器各档输出一目了然的规律。
从图3-3-2可知，它与传统的传动图完全等效，即它也是由超速行星排，双行星排，C0、C1、C2三个离合器和B0、B1、B2、B3等四个制动器，以及单向离合器F0、F1、F2等组成。
从图3-3-2又知，该独创传动图不仅可引入简单的作用力与反作用力，以及力的合成和分解，还可以将各轮转向用箭头清晰展示。这样，既可提高传动知识的含金量、又可利用软件，将各档传动过程动感地演示，以便彻底地破解行星轮式自动变速器的传动难题。
将图3-3-1画成图3-3-2等效平面传动图，借此可总结出所有行星轮式自动变速器传动规律，再也不用一个齿轮一个齿轮的旋转来总结分析，便可使各档输出一目了然。
图3-3-2是图3-3-1的等效平面传动图，图3-3-3是图3-3-1的等效立体传动图。从图3-3-3可知，利用独创的等效立体传动图，既可用平面动画功能，又可用3D动画功能，将行星轮式自动变速器的各档传动原理，在全部动感演示中剖析，又可引入简单的作用力和反作用力，使行星齿轮机构的结构原理一目了然，高知识密度地将行星齿轮机构深入展示。
一、D位D1档传动原理
D位D1档传动图如图3-3-3所示。
图3-3-3 辛普森三行星排D1档传动原理
当变速杆入D位，车速在D1档范围，电控单元使离合器C0、F0和C1工作，D1档传动过程如下。
1.离合器C0、单向离合器F0将超速排连成一体
从图3-3-3可知，C0工作后，便将主动旋转的行星架与太阳轮连成一体，根据单排传动规律可知，行星排任意两轮连成一体，行星排自连成一体，超速排自连成一体，又因行星架与输入轴键配一体，输入轴驱动行星架使整个行星排一同顺时针旋转。
此时，因行星架顺时针旋转，使F0锁止。于是单向离合器F0也将行星架与太阳轮单向连成一体，与C0一同使超速排顺时针主动旋转。
2.离合器C1使双排后齿圈顺时针旋转
从图3-3-3可知，C1工作后，离合器C1的钢片和摩擦片将超速排齿圈与双行星排后排齿圈连成一体，于是，后排齿圈随超速排齿圈一同主动顺时针旋转。
3.后齿圈主动顺转，前架制动，前圈后架输出D1
从图3-3-3可知，后齿圈主动顺转时，后排行星轮顺转，双排太阳轮逆时针旋转，太阳轮逆时针旋转，太阳轮轮齿必给前排行星轮齿一个顺时针旋转作用力，使前排行星轮顺时针旋转，其轮齿必定受齿圈轮齿一个反作用力。于是，前排行星轮齿在作用力和反作用力的合力作用下，使前架受到逆时针旋转力。
从图3-3-3可知，前架逆时针旋转时，前架是单向离合器F2内环，内环逆时针旋转时锁止。于是，前排行星架制动。前架制动后，前排行星轮便在制动的行星架上原地顺转，使前排齿圈带动后排行星架顺时针旋转，输出D1档。
4.重要传动规律
在辛普森单行星排中，只要行星架制动，主动与被动转向相反，且以齿圈输出最低档。因太阳轮逆转，前排齿圈后排行星架顺时针旋转输出D1档。
5.单向离合器F0的作用
若没有单向离合器F0，因挂D位到踏下加速踏板有一段时间间隔，在此间隔内，发动机怠速运转，使离合器C0油压过低，导致离合器C0摩擦片打滑加剧，严重磨损。
若用F0与C0并联，发动机怠速带动行星架顺转时，F0便将行星架与太阳轮连成一体，使C0的钢片与摩擦片一同旋转，消除了汽车起步前钢片与摩擦片相对运动造成的磨损，并消除起步冲击。
6.D1档故障诊断技巧
因有什么样的结构和工作原理，就容易产生什么样的故障，从传动规律中可知：
1）若单向离合器F0装反或失效，必使汽车起步冲击，并加剧离合器片磨损。
2）若单向离合器F2失效或装反，或离合器C0或C1严重磨损，或向离合器C0或C1供油的油电路不良，必造成无D1档，或D1档工作不良及冲击的故障。
3）若有D1档，但无L1档，因L1档制动器B3工作，无L1档B3失效，或向B3供油的油电路有故障。
二、D位D2档传动原理
D位D2档传动图如图3-3-4所示。
当车速升至D2档范围时，在D1档离合器C0、C1，单向离合器F0的基础上，电控单元又使制动器B2和单向离合器F2工作，于是，升入D2档，其传动过程如下。
图3-3-4 D2档传动原理图
1.后排齿圈顺时针旋转
从图3-3-4可知，C0、F0工作后，便将超速排连成一体随行星架一同顺转。又因离合器C1的钢片和摩擦片将超速排齿圈与双排后齿圈连成一体，后齿圈便顺时针旋转。
2.D2档输出
后排齿圈主动顺转时，其轮齿必定给后排行星轮齿一个顺时针旋转的作用力，使后排行星轮顺时针旋转，其轮齿必给太阳轮齿一个逆时针旋转的作用力，因此时制动器B2工作，B2必使F1内环逆转，内环逆转单向离合器F1锁止，将内外环与壳体连成一体，将双排太阳轮制动，使后行星轮齿必受制动的太阳轮齿一个反作用力。于是，后排行星轮齿在作用力与反作用的合力作用下，使后排行星架顺时针旋转而输出。
从传动规律中可知，后齿圈主动顺转时，必定使后架顺转，于是，齿圈转过几个齿才能使行星轮转一个齿，因此，齿圈需旋转很多圈后，才能使行星轮带动行星架在制动的太阳轮上转一圈，即行星架输出的转速低于主动的齿圈转速，是低速档输出，但因D2档后行星轮是在顺转的架上顺转，是D1档转速加行星架转速，是D2档输出。
3.D2档前排行星架空转
后排行星架顺转输出D2档时，因后排行星架与前排齿圈连成一体，因此前排齿圈也以D2档转速顺转，于是，前圈轮齿必给前行星轮齿一个顺时针旋转的作用力，使前行星轮顺时针旋转，前行星轮顺时针旋转时，必定受制动的太阳轮齿一个反作用力。于是，前行星轮在作用力与反作用的合力作用下，顺时针旋转并拉动行星架顺时针旋转，前架顺转时F2解锁，前架空转对后排输出无干涉。
4.D2档传动规律
从后排传动中可总结出一个重要的传动规律：
在辛普森行星排里，只要确认行星架输出，输出的转速一定低于主动的转速，是低速档减速输出。
5.D2档故障诊断
1）若D1档正常无D2档，必是B2及向B2送油的油电路不良或单向离合器F1装反或失效。
2）因L2档时用B1制动太阳轮，若D2档正常但无L2档，必是B1或向B1送油的油电路不良。
三、D位D3档传动原理
当变速杆在D位，车速在D3档范围时，变速器在D2档C0、C1、F0、B2、F2工作的基础上，电控单元还使C2取代B2，于是变速器进入D3档行驶，如图3-3-5所示。
图3-3-5 D3档传动原理图
1.传动原理
从图3-3-5可知，D3档是在D2档基础上，将B2换成C2工作（B2由F1解锁）。
因C2工作，从图3-3-5可知，C2把双排太阳轮与超速排齿圈连成一体，又因C1已将后齿圈与超速排连成一体，从传动规律可知，行星齿轮机构任意两轮与输入轴（超速排）连成一体，三个行星排连成一体一同顺时针旋转，使前圈后架输出直接档，该变速器为D3档。
2.重要的传动规律
1）双行星排行星齿轮机构任意两轮与输入轴连成一体，行星齿轮机构各轮便连成一体，且与输入轴连成一体输出直接档。
2）无单向离合器参与工作的档，汽车滑行时发动机对滑行有制动作用。本档因F0和C0并联，滑行时因C0仍工作，仍将输入轴与后行星排连成一体，故该变速器D3档滑行时，发动机压缩压力有制动作用。
3.D3档故障诊断
若D1档、D2档正常，只D3档工作不良，应重点检查C2或向C2供油的油电路，如果找不到油路图，应首先检查所有电磁阀，若电磁阀良好，再拆检离合器、制动器，最后再拆检阀体，检查各阀弹簧是否折断、滑阀是否卡滞、滑阀及套筒是否拉伤等。
四、D位D4档传动原理（超速档）
当变速杆在D位，汽车由D3档升入D4档设定车速时，电控单元使超速排的C0换成B0工作，D4档传动原理如图3-3-6所示。
图3-3-6 D4档传动原理图
1.超速排C0换B0
从图3-3-6可知，D4档时，C1、C2、B0工作。制动器B0工作后将超速排太阳轮制动，因超速排行星架与输入轴一同主动顺时针旋转，行星架带动行星轮顺转时，制动的太阳轮齿必定给行星轮齿一个阻力，使行星轮在行星架上顺时针公转并顺时针自转，于是行星轮齿必定给齿圈轮齿一个作用力，使齿圈顺时针旋转，因齿圈顺时针旋转的转速是主动的行星架转速与行星轮转速之和，因此，超速排齿圈以高于主动行星架的转速超速旋转。
2.双排前圈后架输出D4档
从图3-3-6又可知，D4档时因离合器C1仍工作，仍将超速排齿圈与双排后齿圈连成一体，于是，后齿圈便超速顺转。
又因D4档时，离合器C2仍工作，仍把双排太阳轮与超速排齿圈连成一体，根据行星齿轮机构两轮连成一体，按其他各轮自连的规律，后双排与超速排自连成一体。随超速排齿圈同速顺转，使双排前圈后架超速顺转，输出超速档D4档。
3.重要传动规律
对于辛普森行星排，只要确认行星架主动旋转，一定输出超速档。
4.D4档故障诊断
若D1档、D2档、D3档正常，只D4档工作不良，应重点检查B0或向B0供油的油电路，如果找不到油路图，应首先用万用表检查所有电磁阀，若电磁阀良好，再拆检离合器和制动器，若离合器和制动器良好，再拆检阀体，检查各阀弹簧是否折断、滑阀是否卡滞、滑阀及套筒是否拉伤等。
五、R位（倒档）传动原理
当变速杆挂入R位，超速排的C0、F0工作，同时C2、B3也工作，传动原理如图3-3-7所示。
图3-3-7 倒档传动图
1.双排太阳轮顺时针旋转
从图3-3-7可知，C0与F0工作后，使超速排连成一体随涡轮主动顺时针旋转，又因C2把双排太阳轮与超速排的齿圈连成一体，所以双行星排太阳轮便在涡轮带动下顺时针主动旋转。
2.双排前排齿圈逆时针旋转输出倒档
从图3-3-7又可知，B3制动双排前行星架，所以双排太阳轮主动顺时针旋转时，其轮齿必定给前行星轮齿一个作用力，使前排行星轮在制动的行星架上逆时针旋转，前排行星轮齿必定给前排齿圈轮齿一个作用力，前排齿圈必定逆时针旋转，使前圈后架输出倒档。
3.倒档重要传动规律
从该档传动中可总结出一个重要的传动规律：
对于所有辛普森行星排，只要确认行星架制动，主动与被动输出的转向一定相反，且多以齿圈输出为倒档。
4.倒档故障诊断
若汽车有前进档无R位，因前进各档正常，证明C0与C1正常，应重点检查制动器B3及向制动器B3供油的油电路。
重要提示
1）从三行星排变速器的分析中可知，所有行星轮式自动变速器，各档输出最后均是由两个行星排组合而成的行星齿轮机构完成的。
2）只要在输出行星齿轮机构输入端，再连接一个行星排或一个双排行星齿轮机构，将其几个不同转速传递给输出行星齿轮机构，便可输出更多档位。
六、行星轮式变速器各档输出分析技巧
所有辛普森行星排传动规律是：
1）只要确认行星架制动，主被动旋转方向必定相反，且多以齿圈为倒档输出。
2）只要确认行星架输出，行星架输出的转速必低于主动的转速，是低速档减速输出。
3）只要确认行星架主动，输出的转速一定高于主动旋转的行星架的转速，是超速档超出输出。
4）行星齿轮机构任意两轮与输入轴连成一体，各轮自连与输入轴一同旋转，必定输出直接档。
综上可知，有什么样的结构，有什么样的工作原理，就有什么样的故障产生，只有掌握结构原理，才是准确判断故障的治本之举。