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10.16638/jki.1671-7988.2021.010.061
丰田U341E 型自动变速器传动比的计算
夏良耀
（浙江交通职业技术学院，浙江 杭州 311112）
摘 要：在学习汽车自动变速器课程中，有些同学反映自动变速器结构复杂，行星齿轮机构动力传递不太会分析，各挡位传动比的计算有点难。鉴于此，笔者根据丰田U341E 型自动变速器的结构原理，对行星齿轮机构的动力传递进行了分析，并对各挡位的传动比进行了计算。希望通过此文能够对学习自动变速器的学者具有一定的借鉴作用。 关键词：自动变速器结构；动力传递；传动比计算
中图分类号：U463.212 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)10-191-03
Calculation of Transmission Ratio of Toyota U341E Automatic Transmission
Xia Liangyao
（Zhejiang Institute of Communications, Zhejiang Hangzhou 311112）
Abstract: In the course of auto automatic transmission, some students said that the structure of automatic transmission is complex, planetary gear mechanism power transmission can not be analyzed, the transmission ratio of each gear is a little difficult to calculate. In view of this, according to the structure principle of Toyota U341E automatic transmission, the power transmission of planetary gear mechanism is analyzed, and the transmission ratio of each gear is calculated. It is hoped that this article can be used for reference by the scholars who learn automatic transmission.
Keywords: Automatic transmission structure; Power transmission; Transmission ratio calculation CLC NO.: U463.212 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)10-191-03
1 齿轮变速机构的特点和功能
1.1 结构特点
U341E 型自动变速器安装在丰田卡罗拉轿车上，它的齿轮变速机构采用了CR-CR 式行星齿轮机构，这是一种将前和后行星齿轮架连接到齿圈的行星齿轮装置，根据这二套行星齿轮组件在变速器中的位置，分别称作“前行星架/后齿圈组件”和“后行星架/前齿圈组件”。这二套行星齿轮组件分别同各自的太
阳轮连接起来，加上控制其转动的制动器和离合器，以及传递扭矩的轴，组合起来就构成四速行星齿轮机构，可产生四个前进挡速比和一个倒档速比。U341E 型自动变速器的结构如图1所示，图2是自动变速器行星齿轮传动布置
示意图。
图1 U341E 型自动变速器结构简图
1.2 主要部件的功能
U341E 型自动变速器变速齿轮控制部件主要有三个离合器（C1、C2、C3）、三个制动器（B1、B2、B3）、二个单向离合器（F1、F2）和二套行星齿轮组件组成，通过各部件的动力传递，最终把动力输出到中间轴主、从动齿轮及差速器，实现车辆的正常行驶。各部件的主要功能和换挡执行元件的
作者简介：夏良耀（1963-），男，高级实验师，本科，浙江交通职业技术学院汽车学院，教师，主要从事汽车运用工程教学工作。
汽车实用技术
192 工作情况见表1所示。
图2 自动变速器行星齿轮传动示意图
C1、C2、C3—离合器；B1、B2、B3—制动器；F1、F2—单向离合器； a1、a2—前、后太阳轮；b1、b2—前、后齿圈；c1、c2—前、后行星轮；
x1、x2—前、后行星架
表1 主要部件的功能和换挡执行元件的工作情况
丰田自动变速器2 变速器各挡动力传递情况及传动比计算
丰田U341E 型自动变速器齿轮变速机构是由二个单排行星齿轮组件所组成，各挡传动比的计算应根据各个行星排被控制的具体情况（是否制动或闭锁）来定。各个行星排构件转速方程式[1]为：
（1） 式中：
n a 1、n a 2——前、后排太阳轮的转速； p 1、p 2——前、后行星排的特
性参数（
，Z b ——齿
圈齿数，Z a ——太阳轮齿数）；
n b 1、n b 2——前、后齿圈的转速； n x 1、n x 2——前、后行星架的转速。 2.1 1挡
2.1.1 变速器动力传递情况
当变速器换挡手柄处于“1”挡（D →1、3→1和2→1）
时，由图1和图2及表1可知，此时换挡执行元件C1和F2参与工作。前进挡离合器C1接合，输入轴的动力通过C1传给前太阳轮，再由前太阳轮传给前行星轮和前排齿圈，此时，单向离合器F2阻止后行星架/前齿圈组件逆时针转动（后行星架/前齿圈被固定），使得前行星架/后齿圈组件顺着输入轴的旋转方向转动，并把动力传给中间轴齿轮副。此时后排行星齿轮组处于空转状态，动力传递路线：输入轴→C1→前排太阳轮→前排行星轮→前排行星架→中间轴主、从动齿轮→输出轴[2]。
2.1.2 传动比计算
由于后行星排作空转不传递动力，因此传动比的计算应根据前行星排的工作情况来确定。前行星排的运动特性方程式[1]为：
（2）
由于前齿圈被单向固定（n b 1=0），所以变速器处于“1”挡时的传动比为：
2.2 2挡
2.2.1 变速器动力传递情况
当变速器换挡手柄处于“2”挡（D →2、3→2）时，由图1和图2及表1可知，此时换挡执行元件C1、B2和F1参与工作。前进挡离合器C1接合，输入轴的动力通过C1传给前太阳轮，再由前太阳轮传给前行星轮和行星架，此时，单向离合器F1和制动器B2联合作用，阻止后太阳轮逆时针转动，此时动力传递路线：输入轴→C1→前排太阳轮→前排行星轮→前齿圈→后行星架→后排行星轮→后齿圈→前行星架→中间轴主、从动齿轮→输出轴[2]。
2.2.2 传动比计算
变速器在“2”挡时动力发生在前、后行星排，各个行星排构件转速方程式[1]为：
（3）
由于B2和F1的联合作用，使得后太阳轮不能逆输入轴
转动而被固定，因此n a 2=0。另外，后行星架/前齿圈和前行
星架/后齿圈分别各自固装在一起，因此得：n b 1= n x 2；n b 2= n x 1。由以上方程式解得变速器处于“2”挡时的传动比为：
夏良耀：丰田U341E 型自动变速器传动比的计算
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2.3 3挡
2.3.1 变速器动力传递情况
当变速器换挡手柄处于“3”挡（D →3、3→3）时，由图1和图2及表1可知，此时换挡执行元件C1、C2和B2参与工作。前进挡离合器C1和直接离合器C2接合，输入轴的动力传递分为二路：一路通过C1传给前太阳轮，再由前太阳轮传给前行星轮及前行星架输出；另一路通过C2传给后行星架/前齿圈，再传给前行星轮及前行星架输出，这时前后排行星齿轮组锁成一体旋转，后排行星齿轮组处于空转状态。
另外F1与B2配合，阻止后太阳轮逆时针转动。动力传递路线：
2.3.2 传动比计算
变速器在3挡时，由于离合器C1和C2接合，使二个行星齿轮组件结合成整体旋转，各部件之间没有相对运动，即n a 1=n b 1=n x 1=n a 2=n b 2=n x 2，则其传动比为：
（4）
2.4 4挡
2.4.1 变速器动力传递情况
当变速器换挡手柄处于“4”挡（D →4）时，由图1和
图2及表1可知，此时换挡执行元件C2、B1和B2参与工作。直接离合器C2接合，输入轴的动力通过C2传给后行星架/前齿圈进行输出，此时，制动器B1固定后太阳轮转动，制动器B2固定F1转动，前排行星齿轮组处于空转状态。动力传递路线：输入轴→C2→后行星架→前齿圈→前行星架→中间轴主、从动齿轮→输出轴。
2.4.2 传动比计算
变速器在4挡时动力传递发生在后行星排，因此后行星排构件转速方程式[1]为：
（5）
由于B1的作用，使得后太阳轮被固定不能转动，n a 2=0。因此变速器处于4挡时的传动比为：
2.5 R 挡
2.5.1 变速器动力传递情况
当变速器换挡手柄处于“R ”挡时，由图1和图2及表1可知，此时换挡执行元件C3和B3参与工作。倒挡离合器C3接合，输入轴的动力通过C3传给后太阳轮输出，此时，制动器B3固定后行星架/前齿圈，前排行星齿轮组处于空转状态。动力传递路线：输入轴→C3→后太阳轮→后行星轮→后齿圈→前行星架→中间轴主、从动齿轮→输出轴[2]。
2.5.2 传动比计算
变速器在“R ”挡时动力传递发生在后行星排，因此后行星排构件转速方程式[1]为：
（6）
由于B3的作用，使得后行星架被固定不能转动，n x 2=0。因此变速器处于“R ”挡时的传动比为：
式中负号表示输入轴与输出轴转动方向相反。
3 结束语
自动变速器的结构相对比较复杂，其内部的动力传递情
况也不容易理解，因而传动比的计算也有一定的难度。由于
自动变速器中齿轮传动是行星齿轮机构传动，因此传动比的计算不能按普通定轴轮系的方法来进行，必须要按周转轮系传动比的计算方法来计算。因此在计算传动比时，首先要熟悉自动变速器的结构原理，掌握行星齿轮工作状态时的动力传递关系，再结合执行元件的工作控制情况，然后应用周转轮系传动比的计算方法就不难把传动比计算出来。
参考文献
[1] 饶振纲.行星齿轮传动装置[M].北京：化学工业出版社,2014.5. [2] 郭兆松.丰田U341E 型自动变速器动力传递路线分析[J].汽车维
护与修理,2010(5):85-87.
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