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齿圈又称为齿环，制有内齿，其余齿轮均为外齿轮。太阳轮位于机构的中心，行星轮与之外啮合，行星轮与齿圈内啮合。通常行星轮有3～6个，通过滚针轴承安装在行星齿轮轴上，行星齿轮轴对称、均匀地安装在行星架上。行星齿轮机构工作时，行星轮除了绕自身轴线的自转外，同时还绕着太阳轮公转，行星轮绕太阳轮公转，行星架也绕太阳轮旋转。由于太阳轮与行星轮是外啮合，所以二者的旋转方向是相反的。而行星轮与齿圈是内啮合，这二者的旋转方向是相同的。
（2）动力传动方式
根据能量守恒定律，由作用在单排行星齿轮机构各元件上的力矩和结构参数，可以得出表示单排行星齿轮机构运动规律的特性方程式：
n1＋αn2－（1＋α）n3＝0
式中，n1为太阳轮转速；n2为齿圈转速；n3为行星架转速；α为齿圈齿数z2与太阳轮齿数z1之比，即α= z2/z1，且α>1。
由于一个方程有三个变量，如果将太阳轮、齿圈和行星架中某个元件作为主动（输入）部分，让另一个元件作为从动（输出）部分，则由于第三个元件不受任何约束和限制，所以从动部分的运动是不确定的。一因此为了得到确定的运动，必须对太阳轮、齿圈和行星架三者中的某个元件的运动进行约束和限制，得到不同的动力传动方式，见图17。
1）齿圈为主动件（输入），行星架为从动件（输出），太阳轮固定。此时的传动比大于1,为减速传动方式，可以作为降速档。
2）太阳轮为主动件（输入），行星架为从动件（输出），齿圈固定。此时的传动比大于1，为减速传动方式，可以作为降速档。
3）行星架为主动件（输入），齿圈为从动件（输出），太阳轮固定。此时的传动比小于1，为增速传动方式，可以作为超速档。
4）行星架为主动件（输入），太阳轮为从动件（输出），圈固定。此时的传动比小于1，为增速传动方式，可以作为超速档。
5）太阳轮为主动件（输入），齿圈为从动件（输出），行星架固定。此时的传动比为负值，即主、从动件的旋转方向相反；由于又是增速传动方式，因此可以作为倒档。
6）若使太阳轮、齿圈和行星架三个元件中的任何两个元件连为一体转动，则另一个元件的转速必然与前二者等速同向转动。即行星齿轮机构中所有元件（包含行星轮）之间均无相对运动，传动比为1。这种传动方式用于变速器的直接档传动。
7）如果太阳轮、齿圈和行星架三个元件没有任何约束，则各元件的运动是不确定的，此时为空档。
自动变速器中的行星齿轮变速器一般是采用2～3排行星齿轮机构传动，其各档传动比就是根据上述单排行星齿轮机构传动特点进行合理组合得到的。常见的行星齿轮变速器有辛普森式的和拉威挪式的。
5．辛普森式行星齿轮变速器
辛普森式（Simpson）行星齿轮变速器是在自动变速器中应用最广泛的一种行导齿扮罕速器，它是由美国福特公司的工程师H ·W·辛普森发明的，目前多采用的是四档辛晋森行星齿轮变速器。
（1）四档辛普森行星击抢变速界的结构及组成
厂家不同，四档辛普森行星齿轮变速器的元件位置也有所不同。四档辛普森行星齿轮变速器的结构简图见图18。
四档辛普森行星齿轮变速器由四档辛普森行星齿轮机构和换档执行元件两大部分组
成。其中四档辛普森行星齿轮机构由3排行星齿轮机构组成，前面一排为超速行星排，中间一排为前行星排，后面一排为后行星排。其中，输入轴与超速行星排的行星架相连，超速行星排的齿圈与中间轴相连，中间轴通过前进档离合器或直接档／倒档离合器与前、后行星排相连。前、后行星排的结构特点是共用一个太阳轮，前行星排的行星架与后行星排的齿圈相连并与输出轴相连。
换档执行机构包括3个离合器、4个制动器和3个单向离合器，共10个元件。具体的功能见表1。
（2）各档传动路线
四档辛普森行星齿轮变速器换档执行元件工作表见表2。
1） D1档的传动路线。四档辛普森行星齿轮变速器D1档的传动路线见图19。
D位一档时CO、 C1、 F0、 F2工作。CO和FO将超速行星排的太阳轮和行星架相连，此时超速行星排成为一个刚性整体，输入轴的动力顺时针传到中间轴。C1将中间轴与前行星排齿圈相连，前行星排齿圈顺时针转动驱动前行星排行星轮，前行星排行星轮即顺时针自转又顺时针公转，前行星排行星轮顺时针公转则输出轴也顺时针转动，这是一条动力传动路线。
由于前行星排行星轮顺时针自转，因此前、后行星排太阳轮逆时针转动，再驱动后行星排行星轮顺时针自转，此时后行星排行星轮在前后行星排太阳轮的作用下有逆时针公转的趋势，但由于F2的作用，使得后行星排行星架不动。这样顺时针转动的后行星排行星轮驱动齿圈顺时针转动，从输出轴也输出动力，这是第二条动力传动路线。
2） D2档的传动路线。四档辛普森行星齿轮变速器D2档的传动路线见图20。
D位二档时C0、 C1、B2、FO、F1工作。CO和FO工作如前所述直接将动力传给中间轴。C1工作，动力顺时针传到前行星排齿圈，驱动前行星排行星轮顺时针转动，并使前、后太阳轮有逆时针转动的趋势。由于B2的作用，F1将防止前后太阳轮逆时针转动，即前、后太阳轮不动。此时前行星排行星轮将带动行星架也顺时针转动，从输出轴输出动力。后行星排不参与动力的传动。
3） D3档的传动路线。四档辛普森行星齿轮变速器D3档的传动路线见图21。
D位三档时CO、 C1、 C2、 B2、 FO工作。CO和FO工作如前所述直接将动力传给中间轴。C1、C2将中间轴与前行星排的齿圈和太阳轮同时连接起来，前行星排成为刚性整体，动力直接传给前行星排行星架，从输出轴输出动力。此档为直接档。
在D3档时B2可以不参与工作。让B2工作的原因是可以使D2档升D3档时只需让C2工作即可。同样，D3档降为D2档时也只需让C2停止工作即可，这样相邻两档升降参与工作的元件少，换档方便，提高了可靠性和平顺性。
4） D4档的传动路线。四档辛普森行星齿轮变速器D4档的传动路线见图22。
D位四档时，C1、 C2、 BO、 B2工作。BO将超速行星排太阳轮固定。动力由输入轴输入，带动超速行星排行星架顺时针转动，并驱动行星轮及齿圈都顺时针转动，此时的传动比小于1。 C1、C2使得前、后行星排的工作同D3档，即处于直接档。所以整个机构以超速档传递动力。
5） 21档的传动路线。2位一档的传动路线与D位一档相同。
6） 22档的传动路线。四档辛普森行星齿轮变速器22档的传动路线见图23。
2位二档时CO、 C1、 B1、 B2、 F0、 F1工作。动力传动路线与D位二档时相同。区别只是由于B1的工作，使得2位二档有发动机制动，而D位二档没有。此档为高速发动机制动档。
发动机制动是指利用发动机怠速时的较低转速以及变速器的较低档位来使较快的车辆减速。D位二档时，如果驾驶人抬起加速踏板，发动机进入怠速工况，而汽车在原有的惯性作用下仍以较高的车速行驶。此时，驱动车轮将通过变速器的输出轴反向带动行星齿轮机构运转，各元件都将以相反的方向转动，即前后太阳轮将有顺时针转动的趋势，F1不起作用，使得反传的动力不能到达发动机，无法利用发动机进行制动。而在2位二档时，B1工作使得前后太阳轮固定，既不能逆时针转动也不能顺时针转动，这样反传的动力就可以传到发动机，所以有发动机制动。
7） 23档的传动路线。2位三档的传动路线与D位三档相同。
8） L1档的传动路线。四档辛普森行星齿轮变速器L1档的传动路线见图24。
L位一档时C0、 C1、B3、 F0、 F2工作。动力传动路线与D位一档时相同。区别只是由于B3的工作，使后行星排行星架固定，有发动机制动。此档为低速发动机制动档。
9） L2档的传动路线，L位二档的传动路线与2位二档相同。
10） R位（倒档）的传动路线。四档辛普森行星齿轮变速器倒档的传动路线见图25。
倒档时C0、 C2、 B3、 F0工作。C0和F0直接将动力传给中间轴。C2将动力传给前、后行星排太阳轮。B3将后行星排行星架固定，使得行星轮仅相当于一个惰轮。前、后行星排太阳轮顺时针转动并驱动后行星排行星架逆时针转动，进而驱动后行星排齿圈也逆时针转动，从输出轴逆时针输出动力。
11） P位（驻车档）。将变速杆置于P位时，一般是通过驻车锁止机构将变速器输出轴锁止实现驻车的。驻车锁止机构由输出轴外齿圈、锁止棘爪、锁止凸轮等组成，见图26。
锁止棘爪与固定在变速器壳体上的枢轴相连。当变速杆处于P位时，与变速杆相连的手动阀通过锁止凸轮将锁止棘爪推向输出轴外齿圈并嵌入齿中，使变速器输出轴与壳体相连而无法转动。当变速杆处于其他位置时锁止凸轮退回，锁止棘爪在回位弹簧的作用下离开输出轴外齿圈，锁止撤销。
（3）传动说明
通过分析各档位换档执行元件的工作情况及各档位的动力传动路线，可以得出以下结论：
1）如果C1有故障，那么自动变速器没有前进档，即将变速杆置于D位、2位或L位时车辆都无法起步行驶，但对于倒档没有影响。
2）如果C2有故障，那么自动变速器没有三档，倒档也没有。
3）如果B2或Fl有故障，那么自动变速器没有D位二档，但对于2位二档没有影响。
4）如果B3有故障，那么自动变速器没有倒档。
5）如果F0有故障，那么自动变速器在三档升四档时会产生换档冲击。这是因为三档升四档时由C0切换到B0，但C0、 B0有可能同时不工作。此时在负荷的作用下超速行星排的齿圈不动，若没有F0作用，在行星架的驱动下太阳轮将顺时针超速转动，当B0工作时将产生换档冲击。
6）如果F2故障，那么自动变速器没有D位一档和2位一档，但对于L位一档没有影响。
7）换档时单向离合器是自动参与工作的，因此只考虑离合器和制动器的工作即可。D1档升D2档是B2工作；D2档升D3档是C2工作，D3档和D4档互换，相当于C0和B0互换。
8）如果某档位的动力传动路线上有单向离合器工作，那么该档位没有发动机制动。有些档位虽然标明有单向离合器工作，但有可能被其他元件取代而实际上不工作。如2位二档的B1工作后，F1实际上已不起作用，C0也可以取代F0。这样，此档虽标明有单向离合器的工作，但都不起作用，所以有发动机制动。
6．换档执行元件
行星齿轮变速器的换档执行元件包括离合器、制动器和单向离合器。单向离合器的结构、原理同导轮单向离合器，检查方法见图27。要求在箭头所示的方向自由转动，而反方向锁止，必要时更换或重新安装。下面重点介绍离合器和制动器。
（1）离合器
1）结构及组成。离合器的功用是连接轴和行星齿轮机构中的元件或是连接行星齿轮机构中的不同元件。离合器主要由离合器鼓、花键毅、活塞、主动摩擦片、从动钢片、回位弹簧等组成，见图28。
离合器鼓是一个液压缸，鼓内有内花键齿圈，内圆轴颈上有进油孔与控制油路相通。离合器活塞为环状，内外圆上有密封圈，安装在离合器鼓内。从动钢片和主动摩擦片交错排列，二者统称为离合器片，均使用钢料制成，但摩擦片的两面烧结有铜基粉末冶金的摩擦材料。为保证离合器接合柔和及散热，离合器片浸在油液中工作，因而称为湿式离合器。钢片带有外花键齿，与离合器鼓的内花键齿圈连接，并可轴向移动；摩擦片则以内花键齿与花键毅的外花键槽配合，也可轴向移动。花键毅和离合器鼓分别以一定的方式与变速器输入轴或行星齿轮机构的元件相连接。碟形弹簧的作用是使离合器接合柔和，防止换档冲击。可以通过调整卡环或压盘的厚度来调整离合器的间隙。
2）工作原理。离合器的工作原理见图29。
当一定压力的ATF经控制油道进入活塞左面的液压缸时，液压作用力克服弹簧力并使活塞右移，所有的离合器片被压紧，即离合器接合。与离合器主、从动部分相连的元件也被连接在一起并以相同的速度旋转。当作用在离合器液压缸的油压撤除后，离合器活塞在回位弹簧的作用下回复原位，并将缸内的变速器油从进油孔排出，使离合器分离，离合器的主、从动部分可以不同转速旋转。
为了快速泄油，保证离合器彻底分离，一般在液压缸中都有一个单向球阀。当ATF被撤除时，球体在离心力的作用下离开阀座，开启辅助泄油通道，使ATF迅速撤离，见图30。
（2）制动界
1）结构及组成。制动器的功用是固定行星齿轮机构中的元件，防止其转动。制动器有片式和带式两种形式。片式制动器与离合器的结构和原理相同，不同之处是离合器起连接作用而传递动力，而片式制动器是通过连接而起制动作用的。下面介绍带式制动器。
带式制动器由制动带和控制液压缸组成，制动带是内表面带有镀层的开口式环形钢带。制动带的一端支承在与变速器壳体固连的支座上，另一端与控制液压缸的活塞杆相连，见图31。
2）工作原理。制动器的工作原理见图32。
制动带开口处的一端通过支柱支承于固定在变速器壳体的调整螺钉上，另一端支承于液压缸活塞杆端部，活塞在回位弹簧和左腔油压作用下位于右极限位置，此时，制动带和制动鼓之间存在一定间隙。制动时压力油进入活塞右腔，克服左腔油压和回位弹簧的作用力推动活塞左移，制动带以固定支座为支点收紧。在制动力矩的作用下，制动鼓停止旋转，行星齿轮机构某元件被锁止。随着油压撤除，活塞逐渐回位，制动解除。
