淺析汽車(chē)自動(dòng)變速器行星齒輪變速系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖仿真教學(xué)法

云浮市高級(jí)技工學(xué)校 莫德平

在技工學(xué)校的汽車(chē)專業(yè)教學(xué)中，汽車(chē)自動(dòng)變速器是一門(mén)專業(yè)性很強(qiáng)、公認(rèn)的難教難學(xué)課程。筆者曾長(zhǎng)期在企業(yè)從事自動(dòng)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(diǎn)，探索出一套有效的自動(dòng)變速器教學(xué)方法，其中對(duì)自動(dòng)變速器的行星齒輪變速系統(tǒng)，采用簡(jiǎn)圖分析和仿真紙板演示相結(jié)合的方法，在教學(xué)實(shí)踐中收到了良好效果。

1　簡(jiǎn)圖的繪制

自動(dòng)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(diǎn)是整個(gè)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(yáng)輪軸，輸出元件為后排齒圈或行星架。下面以豐田A540E型自動(dòng)變速器為例說(shuō)明簡(jiǎn)圖的繪制方法。

為了使學(xué)生對(duì)自動(dòng)變速器先有個(gè)感性認(rèn)識(shí)，在分析基本原理前，組織學(xué)生分組到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)自動(dòng)變速器進(jìn)行分解，認(rèn)識(shí)觀察，查找各元件的連接關(guān)系，這個(gè)過(guò)程，每4人一個(gè)小組，每組4課時(shí)。

進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)識(shí)觀察課的主要目的是讓學(xué)生認(rèn)識(shí)各主要零件的名稱和裝配關(guān)系，識(shí)別各零件，在操作中有目的地用離合器連接輸入軸和太陽(yáng)輪、齒圈、行星齒輪支架，來(lái)突出離合器的作用；用制動(dòng)器連接變速器殼體和太陽(yáng)輪、齒圈、行星齒輪支架，來(lái)突出制動(dòng)器的作用。用單向離合器連接殼體和太陽(yáng)輪、齒圈、行星齒輪支架，來(lái)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(lái)突出輸出軸的作用。

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

圖1　A540E變速器分析用簡(jiǎn)圖

有了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，學(xué)生在分解過(guò)程中感到非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，就變得簡(jiǎn)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(dòng)變速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如果單純?cè)趯?shí)物上演示，學(xué)生因沒(méi)有維修實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)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(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)圖制作出傳動(dòng)原理結(jié)構(gòu)圖。原理簡(jiǎn)圖和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖一樣，制作出1個(gè)主視圖及3個(gè)行星排的左視圖，它與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖的區(qū)別在于每一個(gè)元件都是仿真制作，但對(duì)結(jié)構(gòu)作了簡(jiǎn)化，只是反映其傳動(dòng)和連接關(guān)系，外形不追求完全相同。制作時(shí)，先選定一塊150 mm×100 mm的木板，把剪裁出的仿真元件按實(shí)際位置用圖釘釘?shù)侥景迳稀＿@個(gè)過(guò)程，可以和學(xué)生一起制作，由于學(xué)生對(duì)行星齒輪的內(nèi)部關(guān)系不夠了解，通過(guò)制作過(guò)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(dòng)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(dòng)原理和執(zhí)行器的工作情況，要求學(xué)生根據(jù)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖，把各擋的工作情況用表格的形式分列出來(lái)，具體見(jiàn)表1和表2。上面2個(gè)表清楚地把變速器在各個(gè)擋位時(shí)的工作情況列了出來(lái)，但具體各個(gè)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(dòng)機(jī)制動(dòng)情況

4　教學(xué)演示

把仿真紙板和已經(jīng)畫(huà)好的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖放在黑板上，再把自動(dòng)變速器實(shí)物放在黑板前面的工作臺(tái)上，讓學(xué)生再一次指認(rèn)實(shí)物上的元件名稱，對(duì)照簡(jiǎn)圖和仿真紙板圖，記住各元件的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后按所分析的換擋桿在各擋位時(shí)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(dòng)過(guò)程具體清晰，復(fù)雜抽象的工作原理變得簡(jiǎn)單明白。

例如：在講解最復(fù)雜的D1擋和L擋時(shí)，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(dòng)器B3、第二單向離合器F2。

掛入D1擋或L擋時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力通過(guò)前進(jìn)離合器C1帶動(dòng)前排行星齒輪的齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)，再帶動(dòng)共用太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，而B(niǎo)3或F2把后排行星架固定或使它無(wú)法逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使后排齒圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了一擋的傳動(dòng)，如圖2a、圖2c、圖2e所示。演示過(guò)程中，用手抓住行星架，轉(zhuǎn)動(dòng)太陽(yáng)輪，齒圈正轉(zhuǎn)。車(chē)輛下坡需要發(fā)動(dòng)制動(dòng)時(shí)，動(dòng)力由輸出軸輸入，這時(shí)，B3把行星架固定，演示時(shí)，用手抓住行星架，轉(zhuǎn)動(dòng)齒圈，太陽(yáng)輪反轉(zhuǎn)，如圖2b、圖2d。但如果掛入的是D1擋，這時(shí)B3不起作用，只有F2可以防止行星架逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，后輪動(dòng)力無(wú)法傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖2f所示。

5　教學(xué)效果

在采用這個(gè)教學(xué)方法之前，曾嘗試過(guò)采用多媒體演示行星齒輪系統(tǒng)的自動(dòng)換擋過(guò)程，但由于演示逼真程度不高，加上學(xué)生缺少參與和互動(dòng)，效果很不理想。在采取簡(jiǎn)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(lái)濃厚了。例如，2014屆汽車(chē)維修班的學(xué)生在學(xué)習(xí)自動(dòng)變速器時(shí)，在采用這個(gè)簡(jiǎn)圖及紙板仿真教學(xué)法進(jìn)行自動(dòng)變速器教學(xué)時(shí)，全班32人，全部都積極參與，只用了2個(gè)實(shí)習(xí)周，全班就基本掌握行星齒輪自動(dòng)換擋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理，在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，所有學(xué)生能在教師完全沒(méi)有提示的情況下，完成整個(gè)行星齒輪自動(dòng)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(dòng)機(jī)制動(dòng)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(diǎn)，能適應(yīng)技工學(xué)校學(xué)生的特點(diǎn)，激發(fā)了他們對(duì)自動(dòng)變速器的學(xué)習(xí)興趣。而且，在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，教師不再僅僅是知識(shí)的傳授者，同時(shí)也是教學(xué)的設(shè)計(jì)者、教學(xué)軟件的開(kāi)發(fā)者和學(xué)習(xí)活動(dòng)的引導(dǎo)者。師生之間在教學(xué)過(guò)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)。