淺析汽車自動變速器行星齒輪變速系統的簡圖仿真教學法

云浮市高級技工學校 莫德平

淺析汽車自動變速器行星齒輪變速系統的簡圖仿真教學法

云浮市高級技工學校 莫德平

在技工學校的汽車專業教學中，汽車自動變速器是一門專業性很強、公認的難教難學課程。筆者曾長期在企業從事自動變速器的維修和教學工作，到技工學校從事教學工作后，根據技工學校學生的特點，探索出一套有效的自動變速器教學方法，其中對自動變速器的行星齒輪變速系統，采用簡圖分析和仿真紙板演示相結合的方法，在教學實踐中收到了良好效果。

1 簡圖的繪制

自動變速器行星齒輪機構的種類繁多，但按其基本結構，一般可分辛普森式和拉維娜式，其中應用最多的是辛普森式，這種行星齒輪的結構特點是整個行星齒輪機構由雙排行星齒輪組成，前后排行星齒輪共用一條太陽輪軸，輸出元件為后排齒圈或行星架。下面以豐田A540E型自動變速器為例說明簡圖的繪制方法。

為了使學生對自動變速器先有個感性認識，在分析基本原理前，組織學生分組到現場對自動變速器進行分解，認識觀察，查找各元件的連接關系，這個過程，每4人一個小組，每組4課時。

進行現場認識觀察課的主要目的是讓學生認識各主要零件的名稱和裝配關系，識別各零件，在操作中有目的地用離合器連接輸入軸和太陽輪、齒圈、行星齒輪支架，來突出離合器的作用；用制動器連接變速器殼體和太陽輪、齒圈、行星齒輪支架，來突出制動器的作用。用單向離合器連接殼體和太陽輪、齒圈、行星齒輪支架，來突出單向離合器的作用。用輸出軸連接齒圈、行星齒輪支架，來突出輸出軸的作用。

然后結合自動變速器實體，按各元件實際位置關系，繪制自動變速器傳動簡圖（圖1），簡圖以主視圖為主，再加上3個行星排左視圖，使復雜的結構簡單化。注意：傳動簡圖是學生根據實際變速器總成，在教師的指導下，按各元件實際位置關系親自繪制。

圖1 A540E變速器分析用簡圖

有了結構簡圖，學生在分解過程中感到非常復雜的結構，就變得簡單明白了，但要掌握具體的工作原理，還有必要進行演示。

2 仿真紙板的制作

自動變速器結構復雜，如果單純在實物上演示，學生因沒有維修實踐經驗，對內部結構難以理解，難以分清元件的相互關系，更難以掌握其工作原理。因此，采用紙板制作大大簡化了的仿真行星齒輪變速系統，可以使復雜的結構得到簡化，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），按照結構簡圖制作出傳動原理結構圖。原理簡圖和結構簡圖一樣，制作出1個主視圖及3個行星排的左視圖，它與結構簡圖的區別在于每一個元件都是仿真制作，但對結構作了簡化，只是反映其傳動和連接關系，外形不追求完全相同。制作時，先選定一塊150 mm×100 mm的木板，把剪裁出的仿真元件按實際位置用圖釘釘到木板上。這個過程，可以和學生一起制作，由于學生對行星齒輪的內部關系不夠了解，通過制作過程，使他們進一步掌握各元件的裝配關系。

3 分析各擋的傳動原理和執行器的工作情況

為了讓學生清楚明白各擋的傳動原理和執行器的工作情況，要求學生根據傳動簡圖，把各擋的工作情況用表格的形式分列出來，具體見表1和表2。上面2個表清楚地把變速器在各個擋位時的工作情況列了出來，但具體各個擋位是如何工作的，還需要進行形象具體的教學演示。

表1 A540E變速器換擋執行元件工作表

表2 各擋位發動機制動情況

4 教學演示

把仿真紙板和已經畫好的結構簡圖放在黑板上，再把自動變速器實物放在黑板前面的工作臺上，讓學生再一次指認實物上的元件名稱，對照簡圖和仿真紙板圖，記住各元件的對應關系，然后按所分析的換擋桿在各擋位時執行器的工作情況，演示行星齒輪機構的換擋原理，使傳動過程具體清晰，復雜抽象的工作原理變得簡單明白。

例如：在講解最復雜的D1擋和L擋時，先讓學生從表1上找到參加工作的執行器和行星齒輪元件，具體的執行器有超速擋離合器C0、超速擋單向離合器F0、前進離合器C1、低擋和倒擋制動器B3、第二單向離合器F2。

掛入D1擋或L擋時，發動機動力通過前進離合器C1帶動前排行星齒輪的齒圈轉動，再帶動共用太陽輪轉動，而B3或F2把后排行星架固定或使它無法逆時針轉動，使后排齒圈順時針轉動，從而實現了一擋的傳動，如圖2a、圖2c、圖2e所示。演示過程中，用手抓住行星架，轉動太陽輪，齒圈正轉。車輛下坡需要發動制動時，動力由輸出軸輸入，這時，B3把行星架固定，演示時，用手抓住行星架，轉動齒圈，太陽輪反轉，如圖2b、圖2d。但如果掛入的是D1擋，這時B3不起作用，只有F2可以防止行星架逆時針轉動，后輪動力無法傳遞到發動機，如圖2f所示。

5 教學效果

在采用這個教學方法之前，曾嘗試過采用多媒體演示行星齒輪系統的自動換擋過程，但由于演示逼真程度不高，加上學生缺少參與和互動，效果很不理想。在采取簡圖及紙板仿真教學法后，學生普遍感到學習容易了，興趣也比原來濃厚了。例如，2014屆汽車維修班的學生在學習自動變速器時，在采用這個簡圖及紙板仿真教學法進行自動變速器教學時，全班32人，全部都積極參與，只用了2個實習周，全班就基本掌握行星齒輪自動換擋系統的結構和原理，在進行測試時，所有學生能在教師完全沒有提示的情況下，完成整個行星齒輪自動系統的拆裝和檢修，并能講述和演示各擋工作原理，收到了超出預期的教學效果。

圖2 1擋發動機制動的控制

6 小結

本文介紹的教學方法，結合了多媒體和傳統教學方法的特點，能適應技工學校學生的特點，激發了他們對自動變速器的學習興趣。而且，在整個教學過程中，教師不再僅僅是知識的傳授者，同時也是教學的設計者、教學軟件的開發者和學習活動的引導者。師生之間在教學過程中是一種協作關系，學生的積極性和潛能得到充分的發揮，教師的教學藝術能得到充分的體現。

2017-06-10）