德国采埃孚集团公司(ZF)是当今世界上最主要的传动系统产品专业制造厂家之一,其主要产品包括机械式变速器、自动变速器和各式齿轮传动箱等。本文重点分析ZF九速自动变速器的动力传递路线(图1),解析ZF的设计理念,希望对于从事自动变速器维修、教学和设计的人员有所启示。
图2是作者自制的ZF九速自动变速器动力传递路线图,该图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,第三排和第四排太阳轮连接。图中有E, F, B三个离合器和A,D,C三个制动器,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。
一、一挡动力传递路线分析
图3为一挡时,离合器F接合,驱动第一排齿圈和第二排太阳轮。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排齿圈。在第三排和第四排,因为制动器A制动两排的太阳轮,在第三排齿圈驱动行星架减速输出至第四排齿圈,在第四排齿圈驱动行星架减速输出。所以一挡时形成三级减速,分别是第二排太阳轮驱动行星架减速、第三排齿圈驱动行星架减速、第四排齿圈驱动行星架减速。
二、二挡动力传递路线分析
图4为二挡时,离合器F保持接合,驱动第一排齿圈和第二排太阳轮。但是制动器C制动第一排太阳轮,所以在第一排太阳轮固定。齿圈驱动行星架减速输出至第三排齿圈,第三排和第四排工作与一挡相同。所以二挡时形成三级减速为第一排齿圈驱动行星架减速、第三排齿圈驱动行星架减速、第四排齿圈驱动行星架减速。图2 ZF九速自动变速器动力传递路线图(自制)
三、三挡动力传递路线分析
图5为三挡时,离合器F保持接合,驱动第一排齿圈和第二排太阳轮,离合器B接合驱动第一排太阳轮。因为第一排太阳轮和齿圈同时被驱动,所以行星架整体输出。第三排和第四排工作与一挡、二挡相同,所以二挡时形成二级减速为第一排整体输出、第三排齿圈驱动行星架减速、第四排齿圈驱动行星架减速。
四、四挡动力传递路线分析
图6为四挡时,离合器E接合驱动第四排齿圈、制动器A保持对第四排太阳轮的制动,第四排行星架在齿圈的驱动下减速输出。四挡时形成一级减速,即第四排齿圈驱动行星架减速。注意在四挡时,第三排行星驱动齿圈将动力传递给第二排和第一排行星架,而离合器F保持接合将动力传递给第一排太阳轮和第二排齿圈。但是第一排太阳轮自由、第二排齿圈自由,所以第一排和第二排不参与动力传递。
五、五挡动力传递路线分析
图7为五挡时,离合器F4呆持接合,驱动第一排齿圈和第二排太阳轮,离合器B接合驱动第一排太阳轮。因为第一排太阳轮和齿圈同时被驱动,所以行星架整体输出至第三排齿圈。离合器E接合,驱动第三排行星架,在第三排中齿圈和行星架同速,所以第三排太阳轮也同速整体旋转。在第四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。