奔驰722.6五速行星齿轮变速器教程

目前，有很多自动变速器齿轮变速系统中的齿轮变速机构用的既不是辛普森、改进辛普森，也不是拉维萘尔赫式行星齿轮机构，如德国奔驰采用的W5A580变速器。那么这种变速器采用的是何种结构形式的行星齿轮变速机构呢？在德国，自动变速器生产厂商把这类变速器的行星齿轮机构定名为威尔逊（Wilson）式行星齿轮机构。该行星齿轮机构的特点是：由3个单排单级行星齿轮机构组成，相应加之适当的换档执行元件可以组成5个前进档和2个倒档共七速传动比。下面就以奔驰722.6/W5A580变速器为例，详细讲解威尔逊（Wilson）式行星齿轮变速器的结构以及具体的传动原理。

722.6/W5A580变速器是奔驰公司自主研发的一款五速全电控自动变速器，其机械部分较以前发生了较大的变化，设计上放弃了一贯的拉维萘尔赫行星齿轮机构与单排单级行星齿轮机构搭配组合的方式，而采用了三组单级行星齿轮机构的空间构架，即所谓的威尔逊（Wilson）式行星齿轮机构。三组行星齿轮机构分别为：前行星齿轮机构、中间行星齿轮机构及后行星齿轮机构。通过相应的换档执行元件的连接或约束，形成了5个前进档和2个倒档。

1.奔驰722.6变速器各换档执行元件的名称及功用

在722.6/W5A580自动变速器中有3个离合器，3个制动器及2个单向离合器。不同档位时，各换档执行元件的动作情况见表5-15。

表5-15 换档执行元件在不同档位时的工作状态

注：○表示执行元件工作。

（1）离合器

1）离合器K₁：2/3/4档和倒档离合器，主要负责前行星排行星架与太阳轮的连接与释放。

2）离合器K₂：3/4/5档离合器，主要负责输入轴与中间行星排齿圈的连接与释放。

3）离合器K₃：1/2/4/5档和倒档离合器，主要负责中后行星排太阳轮的连接与释放。

（2）制动器

1）制动器B₁：1/5档和倒档制动器，主要负责前行星排太阳轮与自动变速器壳体的连接与释放。

2）制动器B₂：1/2/3档制动器，主要负责中后行星排太阳轮与自动变速器壳体的连接与释放。

3）制动器B₃：倒档制动器，主要负责中间行星排齿圈和后行星排行星架组件与自动变速器壳体的连接与释放。

（3）单向离合器

1）单向离合器F₁：1档单向离合器，主要负责前行星排太阳轮与自动变速器壳体的连接与释放，其内圈固定在壳体上，外圈连接在前太阳轮上，工作状态取决于前太阳轮的旋转方向。即当前太阳轮逆时针旋转，F₁将进入锁止状态。

2）单向离合器F₂：1/2档单向离合器，主要负责中后行星排太阳轮的连接与释放，其外圈与后太阳轮相连，内圈与前太阳轮相连，工作状态取决于后太阳轮的旋转方向。即当其后太阳轮逆时针旋转，F₂进入锁止状态。

2.奔驰722.6变速器各档位动力传递分析

（1）1档动力传递分析

如图5-122所示，1档时，制动器B₁、B₂和离合器K₃接合，单向离合器F₁、F₂锁止，前太阳轮被制动。前行星排各元件的运动状态为：输入轴顺时针转动→前齿圈顺时针转动→行星齿轮顺时针转动→太阳轮制动→行星架顺时针转动。动力传递到后齿圈，因后太阳轮被制动，后行星排各元件的运动状态为：后齿圈顺时针转动→行星齿轮顺时针转动→太阳轮制动→行星架顺时针转动。因中间齿圈与后行星架机械相连且中间太阳轮被制动，中间行星排各元件的运动状态为：中间齿圈顺时针转动→行星齿轮顺时针转动→太阳轮制动→行星架和输出轴顺时针转动。

图5-122 奔驰722.6/W5A580变速器1档动力传递路线

从以上动力传递分析可知，1档是经过前中后行星排三次减速后获得的，由于总的传动比大，所以在输出轴上得到了一个较低的转速。

（2）2档动力传递分析

如图5-123所示，2档时，离合器K₁、K₃和制动器B₂接合，单向离合器F₂锁止。因K₁接合，前行星架与太阳轮连成一体，依据单级行星齿轮机构的传动方案可知，前行星排进入直接传动状态，相当于输入轴的动力直接传递到后齿圈。因B₂、K₃和F₂的状态与1档时的相同，中后行星排的运动状态没有发生变化。2档动力传递的特点是前行星排直接传动，中后行星排减速传动。(https://www.xing528.com)

图5-123 奔驰722.6/W5A580变速器2档动力传递路线

（3）3档动力传递分析

如图5-124所示，3档时，离合器K₁、K₂和制动器B₂接合，输入轴的动力经中间行星排减速后从行星架传递到输出轴。单向离合器F₂的释放原因分析如下：

图5-124 奔驰722.6/W5A580变速器3档动力传递路线

因后齿圈和行星架的转速与旋转方向相同，那么后行星排将处于直接传动状态，导致后太阳轮的旋转方向必然与前两者相同，F₂的具体情况为：由于它的外圈顺时针转动，内圈被制动器B₂制动，那么它将进入释放状态。从3档的动力传递分析可知，前后行星排处于无效空转状态。3档动力传递的特点是从输入到输出只经历了中间行星排的一次减速。

（4）4档动力传递分析

如图5-125所示，4档时，离合器K₁、K₂、K₃接合，K₁使前行星排处于直接传动状态，K₁和K₃使后行星排处于直接传动状态，K₂和K₃使中间行星排处于直接传动状态，综合三者，整个自动变速器处于直接传动状态，即变速器以直接档工作。

（5）5档动力传递分析

如图5-126所示，5档时，离合器K₂、K₃和制动器B₁接合，输入轴的动力经前行星排减速后传递到后齿圈；对中间行星排而言，由于它的行星架直接与输出轴相连，那么它进入超速传动状态，中间太阳轮以高于输入轴的转速旋转，因K₃接合，中后太阳轮连成一体，后太阳轮也以高于输入轴的转速转动，依据单级行星齿轮机构的运动方程可知：

图5-125 奔驰722.6/W5A580变速器4档动力传递路线

图5-126 奔驰722.6/W5A580变速器5档动力传递路线

中间行星架的转速为：n₁+αn₂-（1+α）n₃=0①，①式中，α是齿圈与太阳轮的齿数比，是一个固定值，n₁是太阳轮的转速，n₂是齿圈的转速。由于此时太阳轮的转速大于输入轴和齿圈的转速，可表达为n₁>n₂②；将②式代入①式进行简单的代数运算可得n₃>n₂③，③式说明此时输出轴的转速大于输入轴的转速，即自动变速器进入超速传动状态。5档动力传递的特点是前行星排处于减速状态，中后行星排处于超速传动状态。

（6）R1档动力传递分析

如图5-127所示，此时，离合器K₃和制动器B₁、B₃接合，单向离合器F₁锁止，输入轴的动力经前行星排减速后传递到后齿圈，由于B₃制动了后行星架，后行星排变成了一个简单的定轴齿轮系，相关元件的运动状态如下：齿圈顺时针转动→行星齿轮顺时针转动→太阳轮逆时针转动。由于K₃接合，输入轴的动力经后行星排反向后传递到中间太阳轮，由于齿圈被固定，中间行星排相关元件的运动状态如下：太阳轮逆时针转动→行星齿轮顺时针转动→齿圈固定→行星架和输出轴逆时针转动，其传动比为3.16。

图5-127 奔驰722.6/W5A580变速器R1档动力传递路线

（7）R2档动力传递分析

如图5-128所示，此时，离合器K₁、K₃和制动器B₃接合，前行星排处于直接传动状态，输入轴的动力经前行星排以1∶1的动力传递到后齿圈。由于K₃和B₃的工作状态与R1档相同，因此，中后行星排的传动状态没有变化，最后动力经中后行星排减速换向后传递到输出轴，传动比为1.91。对比R1档与R2档的传递分析可知，R1档动力是经过前行星排减速后传递给中后行星排，而R2档动力是直接传递给中后行星排，从而形成了两个不同传动比的倒档。

图5-128 奔驰722.6/W5A580变速器R2档动力传递路线