浅析汽车自动变速器行星齿轮变速系统的简图仿真教学法

云浮市高级技工学校 莫德平

在技工学校的汽车专业教学中，汽车自动变速器是一门专业性很强、公认的难教难学课程。笔者曾长期在企业从事自动变速器的维修和教学工作，到技工学校从事教学工作后，根据技工学校学生的特点，探索出一套有效的自动变速器教学方法，其中对自动变速器的行星齿轮变速系统，采用简图分析和仿真纸板演示相结合的方法，在教学实践中收到了良好效果。

1　简图的绘制

自动变速器行星齿轮机构的种类繁多，但按其基本结构，一般可分辛普森式和拉维娜式，其中应用最多的是辛普森式，这种行星齿轮的结构特点是整个行星齿轮机构由双排行星齿轮组成，前后排行星齿轮共用一条太阳轮轴，输出元件为后排齿圈或行星架。下面以丰田A540E型自动变速器为例说明简图的绘制方法。

为了使学生对自动变速器先有个感性认识，在分析基本原理前，组织学生分组到现场对自动变速器进行分解，认识观察，查找各元件的连接关系，这个过程，每4人一个小组，每组4课时。

进行现场认识观察课的主要目的是让学生认识各主要零件的名称和装配关系，识别各零件，在操作中有目的地用离合器连接输入轴和太阳轮、齿圈、行星齿轮支架，来突出离合器的作用；用制动器连接变速器壳体和太阳轮、齿圈、行星齿轮支架，来突出制动器的作用。用单向离合器连接壳体和太阳轮、齿圈、行星齿轮支架，来突出单向离合器的作用。用输出轴连接齿圈、行星齿轮支架，来突出输出轴的作用。

然后结合自动变速器实体，按各元件实际位置关系，绘制自动变速器传动简图（图1），简图以主视图为主，再加上3个行星排左视图，使复杂的结构简单化。注意：传动简图是学生根据实际变速器总成，在教师的指导下，按各元件实际位置关系亲自绘制。

图1　A540E变速器分析用简图

有了结构简图，学生在分解过程中感到非常复杂的结构，就变得简单明白了，但要掌握具体的工作原理，还有必要进行演示。

2　仿真纸板的制作

自动变速器结构复杂，如果单纯在实物上演示，学生因没有维修实践经验，对内部结构难以理解，难以分清元件的相互关系，更难以掌握其工作原理。因此，采用纸板制作大大简化了的仿真行星齿轮变速系统，可以使复杂的结构得到简化，使抽象的换挡原理变得形象具体。

制作仿真的材料采用取材容易的纸板（也可以用泡沫板），按照结构简图制作出传动原理结构图。原理简图和结构简图一样，制作出1个主视图及3个行星排的左视图，它与结构简图的区别在于每一个元件都是仿真制作，但对结构作了简化，只是反映其传动和连接关系，外形不追求完全相同。制作时，先选定一块150 mm×100 mm的木板，把剪裁出的仿真元件按实际位置用图钉钉到木板上。这个过程，可以和学生一起制作，由于学生对行星齿轮的内部关系不够了解，通过制作过程，使他们进一步掌握各元件的装配关系。

3　分析各挡的传动原理和执行器的工作情况

为了让学生清楚明白各挡的传动原理和执行器的工作情况，要求学生根据传动简图，把各挡的工作情况用表格的形式分列出来，具体见表1和表2。上面2个表清楚地把变速器在各个挡位时的工作情况列了出来，但具体各个挡位是如何工作的，还需要进行形象具体的教学演示。

表1　A540E变速器换挡执行元件工作表

表2　各挡位发动机制动情况

4　教学演示

把仿真纸板和已经画好的结构简图放在黑板上，再把自动变速器实物放在黑板前面的工作台上，让学生再一次指认实物上的元件名称，对照简图和仿真纸板图，记住各元件的对应关系，然后按所分析的换挡杆在各挡位时执行器的工作情况，演示行星齿轮机构的换挡原理，使传动过程具体清晰，复杂抽象的工作原理变得简单明白。

例如：在讲解最复杂的D1挡和L挡时，先让学生从表1上找到参加工作的执行器和行星齿轮元件，具体的执行器有超速挡离合器C0、超速挡单向离合器F0、前进离合器C1、低挡和倒挡制动器B3、第二单向离合器F2。

挂入D1挡或L挡时，发动机动力通过前进离合器C1带动前排行星齿轮的齿圈转动，再带动共用太阳轮转动，而B3或F2把后排行星架固定或使它无法逆时针转动，使后排齿圈顺时针转动，从而实现了一挡的传动，如图2a、图2c、图2e所示。演示过程中，用手抓住行星架，转动太阳轮，齿圈正转。车辆下坡需要发动制动时，动力由输出轴输入，这时，B3把行星架固定，演示时，用手抓住行星架，转动齿圈，太阳轮反转，如图2b、图2d。但如果挂入的是D1挡，这时B3不起作用，只有F2可以防止行星架逆时针转动，后轮动力无法传递到发动机，如图2f所示。

5　教学效果

在采用这个教学方法之前，曾尝试过采用多媒体演示行星齿轮系统的自动换挡过程，但由于演示逼真程度不高，加上学生缺少参与和互动，效果很不理想。在采取简图及纸板仿真教学法后，学生普遍感到学习容易了，兴趣也比原来浓厚了。例如，2014届汽车维修班的学生在学习自动变速器时，在采用这个简图及纸板仿真教学法进行自动变速器教学时，全班32人，全部都积极参与，只用了2个实习周，全班就基本掌握行星齿轮自动换挡系统的结构和原理，在进行测试时，所有学生能在教师完全没有提示的情况下，完成整个行星齿轮自动系统的拆装和检修，并能讲述和演示各挡工作原理，收到了超出预期的教学效果。

图2　1挡发动机制动的控制

6　小结

本文介绍的教学方法，结合了多媒体和传统教学方法的特点，能适应技工学校学生的特点，激发了他们对自动变速器的学习兴趣。而且，在整个教学过程中，教师不再仅仅是知识的传授者，同时也是教学的设计者、教学软件的开发者和学习活动的引导者。师生之间在教学过程中是一种协作关系，学生的积极性和潜能得到充分的发挥，教师的教学艺术能得到充分的体现。