ZF-9HP自動變速器傳動系統(tǒng)研究

鄭勁，高馨

(蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅蘭州 730060)

s

0 引言

當(dāng)大多數(shù)汽車還在向著“8AT”的時代邁進(jìn)時，ZF(采埃孚)已經(jīng)敲開了“9AT”的大門。相比傳統(tǒng)6速自動變速器，9HP的節(jié)油率可以達(dá)到10%以上，由于其超速擋的齒比范圍更加寬泛，因此在高速行駛條件下的經(jīng)濟性優(yōu)勢更加明顯。而且，9HP 9速自動變速器與同級別的6速自動變速器相比，尺寸幾乎相當(dāng)，在質(zhì)量上也更加輕盈，所以完全能夠適應(yīng)現(xiàn)有車輛的發(fā)動機艙。以下對其傳動系統(tǒng)進(jìn)行分析。

1 9HP自動變速器機械傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

如圖1所示，9HP自動變速器的傳動輪系是辛普森輪系與一個嵌套式行星輪系組合構(gòu)成的復(fù)合輪系，其中P1為辛普森輪系，P2、P3兩個單行星排嵌套構(gòu)成組合式行星輪系，在9HP的復(fù)合行星輪系中，P1輪系中的齒圈2與P2、P3輪系中的行星架是一個構(gòu)件，P2輪系中的齒圈與P3輪系中的太陽輪同為一個構(gòu)件。復(fù)合輪系有6個換擋元件，包括3個離合器和3個制動器，這6個換擋元件的功能見表1。通過不同換擋元件的工作組合，實現(xiàn)9個前進(jìn)擋和1個倒擋的變速傳動系統(tǒng)。

9HP自動變速器的換擋執(zhí)行元件的工作情況見表2。

9HP自動變速器的各擋傳動比見表3。

圖1 9HP變速器傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與機構(gòu)運動簡圖

表1 換擋執(zhí)行元件的功能

表2 各擋位時換擋執(zhí)行元件的工作情況表

表3 9HP變速箱各擋傳動比

傳動比小于1為超速擋，即輸入轉(zhuǎn)速低于輸出轉(zhuǎn)速，為經(jīng)濟性擋位，適用于高速行駛。9HP的9個擋位中，有4個擋位是超速擋。

2 9HP主要擋位傳動工作情況研究

2.1 1擋動力傳動

如圖2所示，1擋傳動時，在行星輪系P3中，離合器F接合連接輸入軸驅(qū)動齒圈與大太陽輪組件6，制動器D制動齒圈7(這時P3行星輪系起傳動作用)，從而降低轉(zhuǎn)速增大扭矩將動力經(jīng)由齒圈與后行星架組件2傳遞到辛普森輪系P1的齒圈與后行星架組件2。辛普森輪系P1的太陽輪組件 1由制動器A制動鎖止，動力由齒圈與后行星架組件2輸入，行星架4最低擋動力輸出。

圖2 9HP 1擋傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 3擋動力傳動

如圖3所示，3擋傳動時，在行星輪系P2中，離合器B與離合器F接合連接輸入軸分別驅(qū)動太陽輪5和齒圈與大太陽輪組件6，這時齒圈與后行星架組件2以輸入軸的轉(zhuǎn)速將動力傳遞到辛普森輪系P1。辛普森輪系P1的太陽輪1由制動器A制動鎖止，動力由齒圈與后行星架組件2輸入，行星架4以3擋動力輸出。

圖3 9HP 3擋傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3 5擋動力傳動

如圖4所示，在行星輪系P2中，離合器B與離合器F接合連接輸入軸分別驅(qū)動太陽輪5和齒圈與大太陽輪組件6，這時齒圈與后行星架組件2以輸入軸的轉(zhuǎn)速將動力傳遞到辛普森輪系P1。在辛普森輪系P1中，離合器E接合連接輸入軸驅(qū)動齒圈與前行星架組件件3，有兩路輸入軸轉(zhuǎn)速驅(qū)動P1輪系中的2個傳動元件，使行星架4以輸入軸轉(zhuǎn)速動力輸出。

圖4 9HP 5擋傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.4 6擋動力傳動

如圖5所示，在行星輪系P2中，離合器F接合驅(qū)動齒圈與大太陽輪組件6，制動器C鎖止太陽輪5，以降低轉(zhuǎn)速增大扭矩的方式，齒圈與后行星架組件2將動力傳遞到辛普森輪系P1。在辛普森輪系P1中，離合器E連接輸入軸驅(qū)動齒圈與前行星架組件3，這時有兩路動力驅(qū)動P1輪系，使行星架4以增速減矩的方式動力輸出。

圖5 9HP 6擋傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.5 7擋動力傳動

如圖6所示，在行星輪系P3中，離合器F接合驅(qū)動齒圈與大太陽輪組件6，制動器D鎖止齒圈7，使齒圈與后行星架組件2以低于輸入軸的轉(zhuǎn)速將動力傳遞到辛普森輪系P1。在辛普森輪系P1中，離合器E接合以輸入軸的轉(zhuǎn)速驅(qū)動齒圈與前行星架組件3，有兩路輸入軸轉(zhuǎn)速驅(qū)動P1輪系，行星架4以大于輸入軸的轉(zhuǎn)速動力輸出。

圖6 9HP 7擋傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.6 9擋動力傳動

如圖7所示，在行星輪系P2與P3中，離合器B接合驅(qū)動P2輪系的太陽輪5，制動器D鎖止P3輪系的齒圈7，使齒圈與后行星架組件2以低于輸入軸的轉(zhuǎn)速反向?qū)恿鬟f到辛普森輪系P1的齒圈與后行星架組件2。在辛普森輪系P1中，離合器E接合以輸入軸的轉(zhuǎn)速驅(qū)動齒圈與前行星架組件3，有兩路驅(qū)動輸入動力驅(qū)動P1輪系的相關(guān)部件，行星架4以最高9擋動力輸出。

圖7 9HP 9擋傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.7 R擋動力傳動

如圖8所示，在行星輪系P2與P3中，離合器B接合驅(qū)動P2輪系的太陽輪5，制動器D鎖止P3輪系的齒圈7，使齒圈與后行星架組件2以低于輸入軸的轉(zhuǎn)速反向?qū)恿鬟f到辛普森輪系P1。在辛普森輪系P1中，制動器A鎖止太陽輪組件1，由于齒圈與后行星架組件2的驅(qū)動轉(zhuǎn)速與輸入軸反向，通過P1輪系減速增距后經(jīng)行星架4倒擋動力輸出。

圖8 9HP R擋傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

9HP利用嵌套的行星齒輪來縮短變速箱體的長度，通過優(yōu)化變速箱體結(jié)構(gòu)使整體質(zhì)量得到了控制。9HP換擋執(zhí)行元件的工作組合邏輯非常巧妙，無論是隔擋換擋還是順序換擋，都只需要2個換擋元件動作，這就保證9HP擁有很快的響應(yīng)速度。文中研究了9速自動變速器機械傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，繪制了其運動簡圖，并研究了一些擋位的傳動工作情況，為9速自動變速器傳動系統(tǒng)設(shè)計及故障診斷提供了技術(shù)支持。