淺析汽車自動變速器行星齒輪變速系統(tǒng)的簡圖仿真教學(xué)法

云浮市高級技工學(xué)校 莫德平

在技工學(xué)校的汽車專業(yè)教學(xué)中，汽車自動變速器是一門專業(yè)性很強(qiáng)、公認(rèn)的難教難學(xué)課程。筆者曾長期在企業(yè)從事自動變速器的維修和教學(xué)工作，到技工學(xué)校從事教學(xué)工作后，根據(jù)技工學(xué)校學(xué)生的特點，探索出一套有效的自動變速器教學(xué)方法，其中對自動變速器的行星齒輪變速系統(tǒng)，采用簡圖分析和仿真紙板演示相結(jié)合的方法，在教學(xué)實踐中收到了良好效果。

1　簡圖的繪制

自動變速器行星齒輪機(jī)構(gòu)的種類繁多，但按其基本結(jié)構(gòu)，一般可分辛普森式和拉維娜式，其中應(yīng)用最多的是辛普森式，這種行星齒輪的結(jié)構(gòu)特點是整個行星齒輪機(jī)構(gòu)由雙排行星齒輪組成，前后排行星齒輪共用一條太陽輪軸，輸出元件為后排齒圈或行星架。下面以豐田A540E型自動變速器為例說明簡圖的繪制方法。

為了使學(xué)生對自動變速器先有個感性認(rèn)識，在分析基本原理前，組織學(xué)生分組到現(xiàn)場對自動變速器進(jìn)行分解，認(rèn)識觀察，查找各元件的連接關(guān)系，這個過程，每4人一個小組，每組4課時。

進(jìn)行現(xiàn)場認(rèn)識觀察課的主要目的是讓學(xué)生認(rèn)識各主要零件的名稱和裝配關(guān)系，識別各零件，在操作中有目的地用離合器連接輸入軸和太陽輪、齒圈、行星齒輪支架，來突出離合器的作用；用制動器連接變速器殼體和太陽輪、齒圈、行星齒輪支架，來突出制動器的作用。用單向離合器連接殼體和太陽輪、齒圈、行星齒輪支架，來突出單向離合器的作用。用輸出軸連接齒圈、行星齒輪支架，來突出輸出軸的作用。

然后結(jié)合自動變速器實體，按各元件實際位置關(guān)系，繪制自動變速器傳動簡圖（圖1），簡圖以主視圖為主，再加上3個行星排左視圖，使復(fù)雜的結(jié)構(gòu)簡單化。注意：傳動簡圖是學(xué)生根據(jù)實際變速器總成，在教師的指導(dǎo)下，按各元件實際位置關(guān)系親自繪制。

圖1　A540E變速器分析用簡圖

有了結(jié)構(gòu)簡圖，學(xué)生在分解過程中感到非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，就變得簡單明白了，但要掌握具體的工作原理，還有必要進(jìn)行演示。

2　仿真紙板的制作

自動變速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如果單純在實物上演示，學(xué)生因沒有維修實踐經(jīng)驗，對內(nèi)部結(jié)構(gòu)難以理解，難以分清元件的相互關(guān)系，更難以掌握其工作原理。因此，采用紙板制作大大簡化了的仿真行星齒輪變速系統(tǒng)，可以使復(fù)雜的結(jié)構(gòu)得到簡化，使抽象的換擋原理變得形象具體。

制作仿真的材料采用取材容易的紙板（也可以用泡沫板），按照結(jié)構(gòu)簡圖制作出傳動原理結(jié)構(gòu)圖。原理簡圖和結(jié)構(gòu)簡圖一樣，制作出1個主視圖及3個行星排的左視圖，它與結(jié)構(gòu)簡圖的區(qū)別在于每一個元件都是仿真制作，但對結(jié)構(gòu)作了簡化，只是反映其傳動和連接關(guān)系，外形不追求完全相同。制作時，先選定一塊150 mm×100 mm的木板，把剪裁出的仿真元件按實際位置用圖釘釘?shù)侥景迳?。這個過程，可以和學(xué)生一起制作，由于學(xué)生對行星齒輪的內(nèi)部關(guān)系不夠了解，通過制作過程，使他們進(jìn)一步掌握各元件的裝配關(guān)系。

3　分析各擋的傳動原理和執(zhí)行器的工作情況

為了讓學(xué)生清楚明白各擋的傳動原理和執(zhí)行器的工作情況，要求學(xué)生根據(jù)傳動簡圖，把各擋的工作情況用表格的形式分列出來，具體見表1和表2。上面2個表清楚地把變速器在各個擋位時的工作情況列了出來，但具體各個擋位是如何工作的，還需要進(jìn)行形象具體的教學(xué)演示。

表1　A540E變速器換擋執(zhí)行元件工作表

表2　各擋位發(fā)動機(jī)制動情況

4　教學(xué)演示

把仿真紙板和已經(jīng)畫好的結(jié)構(gòu)簡圖放在黑板上，再把自動變速器實物放在黑板前面的工作臺上，讓學(xué)生再一次指認(rèn)實物上的元件名稱，對照簡圖和仿真紙板圖，記住各元件的對應(yīng)關(guān)系，然后按所分析的換擋桿在各擋位時執(zhí)行器的工作情況，演示行星齒輪機(jī)構(gòu)的換擋原理，使傳動過程具體清晰，復(fù)雜抽象的工作原理變得簡單明白。

例如：在講解最復(fù)雜的D1擋和L擋時，先讓學(xué)生從表1上找到參加工作的執(zhí)行器和行星齒輪元件，具體的執(zhí)行器有超速擋離合器C0、超速擋單向離合器F0、前進(jìn)離合器C1、低擋和倒擋制動器B3、第二單向離合器F2。

掛入D1擋或L擋時，發(fā)動機(jī)動力通過前進(jìn)離合器C1帶動前排行星齒輪的齒圈轉(zhuǎn)動，再帶動共用太陽輪轉(zhuǎn)動，而B3或F2把后排行星架固定或使它無法逆時針轉(zhuǎn)動，使后排齒圈順時針轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)了一擋的傳動，如圖2a、圖2c、圖2e所示。演示過程中，用手抓住行星架，轉(zhuǎn)動太陽輪，齒圈正轉(zhuǎn)。車輛下坡需要發(fā)動制動時，動力由輸出軸輸入，這時，B3把行星架固定，演示時，用手抓住行星架，轉(zhuǎn)動齒圈，太陽輪反轉(zhuǎn)，如圖2b、圖2d。但如果掛入的是D1擋，這時B3不起作用，只有F2可以防止行星架逆時針轉(zhuǎn)動，后輪動力無法傳遞到發(fā)動機(jī)，如圖2f所示。

5　教學(xué)效果

在采用這個教學(xué)方法之前，曾嘗試過采用多媒體演示行星齒輪系統(tǒng)的自動換擋過程，但由于演示逼真程度不高，加上學(xué)生缺少參與和互動，效果很不理想。在采取簡圖及紙板仿真教學(xué)法后，學(xué)生普遍感到學(xué)習(xí)容易了，興趣也比原來濃厚了。例如，2014屆汽車維修班的學(xué)生在學(xué)習(xí)自動變速器時，在采用這個簡圖及紙板仿真教學(xué)法進(jìn)行自動變速器教學(xué)時，全班32人，全部都積極參與，只用了2個實習(xí)周，全班就基本掌握行星齒輪自動換擋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理，在進(jìn)行測試時，所有學(xué)生能在教師完全沒有提示的情況下，完成整個行星齒輪自動系統(tǒng)的拆裝和檢修，并能講述和演示各擋工作原理，收到了超出預(yù)期的教學(xué)效果。

圖2　1擋發(fā)動機(jī)制動的控制

6　小結(jié)

本文介紹的教學(xué)方法，結(jié)合了多媒體和傳統(tǒng)教學(xué)方法的特點，能適應(yīng)技工學(xué)校學(xué)生的特點，激發(fā)了他們對自動變速器的學(xué)習(xí)興趣。而且，在整個教學(xué)過程中，教師不再僅僅是知識的傳授者，同時也是教學(xué)的設(shè)計者、教學(xué)軟件的開發(fā)者和學(xué)習(xí)活動的引導(dǎo)者。師生之間在教學(xué)過程中是一種協(xié)作關(guān)系，學(xué)生的積極性和潛能得到充分的發(fā)揮，教師的教學(xué)藝術(shù)能得到充分的體現(xiàn)。