自動(dòng)變速器行星齒輪系的四步教學(xué)法

劉慶

摘 要：不管在高職和高技職業(yè)學(xué)校，汽車專業(yè)課程中，自動(dòng)變速器是一門實(shí)踐性、技術(shù)性很強(qiáng)的課。筆者結(jié)合這幾年自動(dòng)變速器的教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)出自動(dòng)變速器行星齒輪在教學(xué)過程中的四步教學(xué)法，明顯提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)變速器；離合器；制動(dòng)器

在職業(yè)學(xué)校汽車自動(dòng)變速器教學(xué)過程中，需要系統(tǒng)教學(xué)方式教授學(xué)生知識(shí)。

第一步：打好理論基礎(chǔ)，熟練單排行星輪系。

學(xué)生要掌握單排行星輪系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，重點(diǎn)要掌握以下兩個(gè)基本內(nèi)容：①單排行星輪系中三元件的轉(zhuǎn)速特性。單排行星齒輪機(jī)構(gòu)是由太陽輪、齒圈、行星架及若干行星齒輪組成。設(shè)太陽輪、齒圈、行星架三者的轉(zhuǎn)速分別為n1、n2、n3，太陽輪如果轉(zhuǎn)動(dòng)，那么行星齒輪的運(yùn)動(dòng)將會(huì)是既繞著自身中心軸線自轉(zhuǎn)，同時(shí)又被行星架帶著公轉(zhuǎn)，這種復(fù)雜的傳動(dòng)，用傳統(tǒng)的定軸輪系的方法求傳動(dòng)比就行不通了。運(yùn)動(dòng)學(xué)中：一個(gè)機(jī)構(gòu)整體的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)并不影響其內(nèi)部各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此，可以讓整個(gè)行星輪機(jī)構(gòu)處一個(gè)平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)是以太陽輪軸線為中心，做n3的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，正好與行星架的轉(zhuǎn)動(dòng)速度一樣，但方向相反，那么根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，此時(shí)行星架靜止，太陽輪以n1-n3速度旋轉(zhuǎn)，齒圈以n2-n3速度旋轉(zhuǎn)，這種狀態(tài)就符合定軸輪系的運(yùn)算方法了。

=-=-α n1+αn2-（α+1）n3=0

此式為行星輪系中太陽輪、齒圈、行星架三元件的轉(zhuǎn)速特性方程，式中，α=Z2/Z1。

②八種不同的傳動(dòng)方式。由轉(zhuǎn)速特性方程可以看出，三個(gè)元件中太陽輪、齒圈、行星架，一個(gè)作為動(dòng)力輸入，一個(gè)作為動(dòng)力輸出，第三個(gè)原件固定不動(dòng)，那么整個(gè)機(jī)構(gòu)會(huì)以一定的速比傳遞動(dòng)力。通過上述組合，可得到六種不同的傳動(dòng)方式。

如：當(dāng)齒圈固定，太陽輪主動(dòng)，行星架從動(dòng)時(shí)，由此式中的n2=0，故i=1/（α+1）

可知此時(shí)機(jī)構(gòu)為減速運(yùn)動(dòng)。同理，可推出其他的五種傳動(dòng)方式。

另外，還有兩種重要的傳動(dòng)方式也要給學(xué)生提到：如果把這三個(gè)元件中任意兩個(gè)連接在一起，那么第三個(gè)元件必然與前兩個(gè)同步運(yùn)轉(zhuǎn)，速度相等，此為第七種傳動(dòng)，傳動(dòng)比為1：1；如果對(duì)元件不進(jìn)行約束，那么只有兩個(gè)元件輸入輸出，另一個(gè)自由運(yùn)轉(zhuǎn)，那么這個(gè)動(dòng)力無法傳輸出去，相當(dāng)于空擋狀態(tài)。

通過對(duì)行星輪系理論基礎(chǔ)知識(shí)的補(bǔ)充，學(xué)生在學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時(shí)，能真正理解齒輪變速的原理及傳動(dòng)比的算法，消除了對(duì)公式的疑慮，對(duì)后續(xù)的三排行星輪系的組合傳動(dòng)打下良好基礎(chǔ)。

第二步：引導(dǎo)學(xué)生思考分析，舉一反三，理清各檔傳動(dòng)路線。

在自動(dòng)變速器項(xiàng)目教學(xué)時(shí)，分析各檔位的傳動(dòng)路線及執(zhí)行元件工作情況是一項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容。雖然自動(dòng)變速器行星輪傳動(dòng)時(shí)檔位較多，但其傳動(dòng)原理是我們?cè)诘谝徊街兄攸c(diǎn)學(xué)習(xí)過的，所以我們只需有針對(duì)性地挑選一個(gè)檔位重點(diǎn)分析，然后再進(jìn)行引導(dǎo)，讓學(xué)生自己按思路分析其他檔位。

以這款經(jīng)典的自動(dòng)變速器A341E為例，它由三組行星排組合成的具有四檔齒輪變速，在講授時(shí)可以選取比較典型的D位1檔為例，汽車在D位1檔工作時(shí)，從渦輪來的動(dòng)力輸入軸傳給超速排的行星架，超速擋離合器C0和單向離合器F0的工作，將超速排的太陽輪和行星架連在一起，這樣整個(gè)超速排就以1：1的傳動(dòng)比將動(dòng)力經(jīng)超速排的齒圈直接傳給中間軸。前進(jìn)檔離合器C1的工作，中間軸將動(dòng)力通過C1傳到前排的齒圈，而前排行星架和后排齒圈是直接與輸出軸固定連接的，所以行駛阻力會(huì)阻止前行星架的轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力自然就傳到前后排一起共用的太陽輪。對(duì)于后排，行星架被單向離合器F2的逆向制動(dòng)，后排太陽輪就就將動(dòng)力傳給后排齒圈，而后排齒圈與輸出軸連在一起，即動(dòng)力從輸出軸傳出。同時(shí)，前排齒圈的動(dòng)力也傳到與輸出軸連在一起的前排行星架上，即D為1檔的動(dòng)力是由前排行星架和后排齒圈一起傳出的。

除了分析檔位路線，還要讓學(xué)生明白：離合器、制動(dòng)器、單向離合器在系統(tǒng)中的作用及作用時(shí)機(jī)。這些執(zhí)行元件只有在行星輪機(jī)構(gòu)中將元件的離合、制動(dòng)等才能實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)速度、方向的改變，才能適應(yīng)變速器實(shí)際運(yùn)行的需求；在引導(dǎo)學(xué)生分析時(shí)，最重要的是要讓學(xué)生學(xué)習(xí)分析的方法，方法掌握了，那么不同結(jié)構(gòu)型號(hào)的變速器也能快速適應(yīng)。

第三步：在檔位路線對(duì)比中加深理解。教師在引導(dǎo)學(xué)生分析各檔位工作情況時(shí)，更重要的是歸納總結(jié)，幫助學(xué)生理清思路，將復(fù)雜的內(nèi)容簡(jiǎn)化，幫助學(xué)生理解和記憶。例如D位1檔和2檔的傳動(dòng)路線，如下圖1和圖2所示。

[圖2 D位2檔路線][圖1 D位1檔路線]

通過對(duì)比，1、2檔工作的傳動(dòng)路線的異同之處就一目了然。在不同檔位時(shí)，各離合器、制動(dòng)器、單向離合器的工作情況也清晰明了，對(duì)自動(dòng)變速器整體控制思路有初步認(rèn)識(shí)，使學(xué)生進(jìn)一步加深理解。同時(shí)，也能對(duì)后面液壓控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

第四步：理論與實(shí)踐結(jié)合。

學(xué)生在掌握了原理后，在隨后的裝拆實(shí)操過程中，由于自動(dòng)變速器的傳動(dòng)形式和結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，理論與實(shí)際跨度較大，學(xué)生要掌握有一定的困難。所以本人在教學(xué)時(shí)采用了以下方式：首先，借助變速器拆解下的行星輪組件，演示行星輪的各種傳動(dòng)方式，讓學(xué)生對(duì)各部件的結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)方式有直觀的認(rèn)識(shí)；其次，對(duì)照結(jié)構(gòu)示意圖找出實(shí)物中的各個(gè)部件，一一對(duì)應(yīng)上，同時(shí)弄清各部件之間的裝配關(guān)系；最后，通過對(duì)各部件零件反復(fù)熟悉，能夠?qū)⒏鱾€(gè)組件熟練拆裝，并能表述其名稱、作用及裝配關(guān)系，拆裝技術(shù)要點(diǎn)，最終能夠把所有組件組合在一起，實(shí)現(xiàn)整體拆裝。

現(xiàn)在汽車技術(shù)的發(fā)展日新月異，自動(dòng)變速器也有越來越多的新技術(shù)應(yīng)用，對(duì)教師來說，需要我們聯(lián)系實(shí)際繼續(xù)學(xué)習(xí)、改進(jìn)，找到合適的教學(xué)方式方法來適應(yīng)發(fā)展的需要，來培養(yǎng)出適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)實(shí)際需求的技能型人才。本文中自動(dòng)變速器行星齒輪系的四步教學(xué)法都是本人在日常教學(xué)過程中總結(jié)運(yùn)用的一些方法，可能有不足之處，希望能起到拋磚引玉的作用。

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