辛普森式行星齒輪變速器是由辛普森式行星齒輪機構和相應的換檔執行元件組成的，目前大部分轎車自動變速器都採用這種行星齒輪變速器。辛普森行星齒輪機構是一種十分著名的雙排行星齒輪機構，根據這兩排在變速器中的位置，分別稱之為前行星齒輪機構和後行星齒輪機構，這兩組齒輪機構由共用的太陽輪相連線。前後行星輪機構有兩種連線方式，一種是前行星齒輪機構的齒圈和後行星齒輪機構的行星架相連，稱為前齒圈和後行星架元件，輸出軸通常與前齒圈和後行星架元件連線。另一種是前行星齒輪機構的行星架和後行星齒輪機構的齒圈相連，稱為前行星架和後齒圈元件，輸出軸通常與前行星架和後齒圈元件連線。經過上述組合，該機構成為一種具有四個獨立元件的行星齒輪機構。根據前進檔的檔數不同，可將辛普森式行星齒輪變速器分為三速和四速兩種在辛普森式行星齒輪機構中設定了二個離合器、二個制動器和一個單向離合器，共有五個換檔執行元件，即可使之成為一個具有三個前進檔和一個倒檔的行星齒輪變速器，各換檔執行元件的功能見下表。來自輸入軸的動力由前進離合器C1輸入到後齒圈或由高、倒檔離合器C2傳至前後太陽輪元件，不同工況下，各換檔元件起作用，使動力經前齒圈和後行星架輸出至輸出軸。辛普森式三速行星齒輪變速器換檔執行元件功能表換檔執行元件 功 能前進離合器C1用來連線輸入軸和後齒圈高、倒檔離合器C2用來連線輸入軸和前後太陽輪元件2檔制動器B2用來制動前後太陽輪元件低、倒檔制動器B3用來制動前行星架單向離合器F1防止前行星架逆轉 辛普森式三速行星齒輪變速器的工作規律選檔杆檔位離合器制動器單向離合器C1C2B2B3F1 D1檔○ ○2檔○ ○ 3檔○○ R倒檔 ○ ○ SL或211檔○ ○ 2檔○ ○ 注：○-接合、制動或鎖止； 由表可知:當行星齒輪變速器處於停車檔和空檔之外的任何一個檔位時，五個換檔執行元件中都有兩個處於工作狀態，即接合、制動或鎖止狀態，其餘三個不工作，即分離、釋放或自由狀態。處於工作狀態的兩個換檔執行元件中至少有一個是離合器C1或C2，以便使輸入軸和行星排連線。當變速器處於任一前進檔時，離合器C1都處於接合狀態，此時輸入軸與行星齒輪機構的後齒圈接合，使後齒圈成為主動件，因此，離合器C1也稱前進離合器。倒檔時，離合器C2接合，C1分離，此時輸入軸與行星齒輪機構的前後太陽輪元件接合，使前後太陽輪元件成為主動件。另外，離合器C2在三檔時也接合，因此離合器C2也稱高、倒檔離合器。制動器B2僅在二檔時才工作，稱為二檔制動器。制動器B3在一檔和倒檔時都工作，稱為低、倒檔制動器。由此可知，換檔執行元件的不同組合決定了行星齒輪變速器所處的檔位。下面分析辛普森式三速行星齒輪變速器各檔的動力傳遞情況。1）一檔當將選檔杆置於“D”位，此時車速較低而節氣門閥開度較大，也就是需要較大加速力時，前進離合器C1和單向離合器F1起作用。來自液力變扭器的發動機動力經輸入軸、前進離合器C1傳給後齒圈，使後齒圈朝順時針方向轉動。在後行星排中，由於後行星架經輸出軸0和驅動輪相連，在汽車起步之前其轉速為，汽車起步後以一檔行駛時，其轉速也很低，因此後行星輪在後齒圈的驅動下一方面朝順時針方向作公轉，帶動後行星架朝順時針方向轉動，另一方面作順時針方向的自轉，並帶動前後太陽輪元件朝逆時針方向轉動。在前行星排中，由於和輸出軸連線的前齒圈轉速很低，當前行星輪12在太陽輪的驅動下朝順時針方向作自轉時，對前行星架產生一個逆時針方向的力矩，而單向離合器F1對前行架在逆時針方面有鎖止作用，此時，相當於前行星架被固定，使前齒圈在後行星輪的驅動下朝順時針方向轉動。因此，在前進一檔時，輸入軸的轉矩，即透過前行星排機構，又通過後行星排機構傳到功率輸出軸。這樣行星輪機構所承受的負載分為兩部分，防止齒輪受力過大。其傳動路線如下： 設前、後行星排齒圈和太陽輪的齒數之比分別為α1、α2，前後太陽輪元件、前齒圈和後行星架元件、前行星架的轉速分別為n1、n2、n3，後齒圈的轉速為n2’。根據單排行星齒輪機構的運動特性方程，可以分別得出前、後行星排的運動特性方程。前排：n1+α1n2-(1＋α1)n3＝0 後排:n1+α2n2’-(1＋α2)n2＝0 由於前行星架的轉速n3＝0，代入(1)式得：n1＋α1n2＝0代入(2)式，整理後可以得到一檔的傳動比為：i1＝n2’/n2＝（1+α1+α2）/α2當汽車在一檔行駛時，若駕駛員突然鬆開油門踏板，發動機轉速立即降至怠速。此時汽車在慣性的作用下，仍以原來的車速前進，而與驅動輪連線的自動變速器輸出軸的轉速並未立即下降，反向帶動行星齒輪變速器運轉。行星齒輪機構的後行星架和前齒圈元件成為主動件，後齒圈則成為從動件。當後行星架朝順時針轉動，後齒圈朝順時針轉動的速度較低，後行星輪在向順時針方向公轉的同時也朝逆時針方向作自轉，從而帶動前後太陽輪元件以較高轉速向順時針方向轉動，導致前太陽輪和前齒圈同時以較高的轉速朝順時針方向帶動前行星輪轉動，使前行星輪在自轉的同時對前行星架產生一個順時針方向的力矩。由於單向離合器F1只能防止前行星架的逆轉，因此，前行星架順時針自由轉動。在這種情況下，辛普森式行星齒輪機構的四個獨立元件中有兩個處於自由狀態，使行星齒輪機構失去傳遞動力的作用，與驅動輪連線的輸出軸的反向驅動力無法經過行星齒輪變速器傳給變速器輸入軸，此時汽車相當於作空檔滑行，這種情況在一般使用條件下有利於提高汽車的乘坐舒適性和燃油經濟性，但在汽車下陡坡時卻無法利用發動機的怠速運轉阻力來實現發動機制動，讓汽車減速。為了使裝用自動變速器的汽車也能實現發動機制動，必須讓它在前進一檔有兩種不同的選擇狀態，即有發動機制動和無發動機制動兩種，這兩種狀態的選擇通常是改變自動變速器選檔杆的位置來實現。當選檔杆位於D位時，自動變速器的一檔處於不能產生髮動機制動作用的狀態；當選檔杆位於L位或1位時，自動變速器的一檔處於能產生髮動機制動作用的狀態。2）有發動機制動作用的一檔具有發動機制動作用的一檔是透過低、倒檔制動器B3來實現的。當選檔杆位於L位或1位時，若行星齒輪變速器處於一檔，前進離合器C1和低、倒檔制動器B3同時起作用，此時行星齒輪變速器的工作狀態和D位一檔相同，但由於低、倒檔制動器B3處於制動狀態，無論是踩下油門踏板加速，還是鬆開油門踏板滑行，前行星架都是固定不動的，因此行星齒輪變速器的傳動比也都是固定不變的。當汽車滑行，發動機處於怠速工況而車速仍較高時，驅動輪在汽車慣性的作用下透過變速器輸出軸帶動行星齒輪變速器運轉，驅動行星齒輪變速器輸入軸以原來的轉速旋轉，導致與行星齒輪變速器輸入軸連線的變扭器渦輪轉速高於與發動機曲軸連線的變扭器泵輪的轉速，來自汽車驅動車輪的反向驅動力透過變扭器作用於發動機曲軸。同樣，發動機怠速運轉的牽制阻力透過變速器和行星齒輪變速器作用於驅動輪，使驅動輪轉速下降，汽車隨之減速，實現了發動機制動。3）二檔汽車以一檔行駛，當車速達到一定速度時，由於1-2換檔閥的作用，使二檔制動器B2起作用，前進離合器C1同時繼續起作用，行星齒輪變速器處於二檔。此時輸入軸仍經前進離合器C1和後齒圈連線，同時前後太陽輪元件被二檔制動器B2制動。發動機動力經液力變扭器和行星齒輪變速器輸入軸傳給後齒圈，使之順時針方向轉動，由於後太陽輪轉速為0，因此後行星輪在後齒圈的驅動下一方面朝順時針方向自轉，另一方面朝順時針方向公轉，同時帶動後行星架及輸出軸順轉。此時前行星排處於自由狀態，前行星輪在前齒圈的驅動下朝順時針方向一邊自轉一邊公轉，帶動前行星架朝順時針方向空轉。因此二檔時發動機的動力是全部經後行星排傳至輸出軸的。二檔時前、後行星排工作原理示意圖二檔的傳遞路線為:輸入軸→前進離合器C1→後齒圈→後行星輪→後行星架（B2使太陽輪固定不動）→輸出軸後行星排的運動特性方程：n1＋α2n2’－(1＋α2)n2＝0又n1＝0 故二檔傳動比：i2＝n2/n2’=（1＋α2）/α2在上述二檔狀態下，汽車滑行時驅動輪的反向驅動力可經過行星齒輪變速器傳至發動機，即具有發動機制動作用。４）三檔當車速從二檔繼續上升到一定的車速時，由於2-3檔換檔閥的作用，使高、倒檔離合器C2接合，前進離合器C1同時繼續接合，把輸入軸與後齒圈和前後太陽輪元件連線為一個整體，行星齒輪變速器升入三檔，由於此時後行星排中有兩個基本元件相互連線，從而使後行星排固定地連成一體而旋轉，輸入軸的動力通過後行星排直接傳給輸出軸，其傳動比i3=1，即為直接檔傳動。此時前行星輪在前齒圈的驅動下帶動前行星架朝順時針方向空轉。三檔的傳遞路線為:輸入軸→前進離合器C1和高、倒檔離合器C2→前後行星排鎖在一起→輸出軸在三檔狀態下，汽車滑行時，行星齒輪變速器具有反向傳遞動力的能力，能實現發動機制動。５）倒檔當位於倒檔時，高、倒檔離合器Ｃ2起作用，使輸入軸和前後太陽輪元件連線，同時制動器Ｂ3產生制動，將前行星架固定，此時發動機動力經輸入軸傳給前後太陽輪元件，使前後太陽輪順時針方向轉動。由於前行星架固定不動，因此在前行星排中，前行星輪在前後太陽輪元件的驅動下朝逆時針自轉，並帶動前齒圈朝逆時針方向轉動，輸出軸即朝逆時針方向轉動，從而改變了動力的傳動方向，實現了倒檔。此時，後行星排中由於後齒圈可以自由轉動，因此後行星排處於自由狀態，後齒圈在後行星輪的帶動下朝逆時針方向自由轉動。其傳動路線是:輸入軸→離合器C2→前後太陽輪元件→前行星輪（制動器Ｂ3起作用，前行星架固定）→前齒圈→輸出軸倒檔時的動力是由前行星排傳給輸出軸的，根據單排行星齒輪機構的運動特性方程，可知：n1+α1n2-(1+α1)n3=0由於n3=0倒檔傳動比 iＲ＝－α1
辛普森式行星齒輪變速器是由辛普森式行星齒輪機構和相應的換檔執行元件組成的，目前大部分轎車自動變速器都採用這種行星齒輪變速器。辛普森行星齒輪機構是一種十分著名的雙排行星齒輪機構，根據這兩排在變速器中的位置，分別稱之為前行星齒輪機構和後行星齒輪機構，這兩組齒輪機構由共用的太陽輪相連線。前後行星輪機構有兩種連線方式，一種是前行星齒輪機構的齒圈和後行星齒輪機構的行星架相連，稱為前齒圈和後行星架元件，輸出軸通常與前齒圈和後行星架元件連線。另一種是前行星齒輪機構的行星架和後行星齒輪機構的齒圈相連，稱為前行星架和後齒圈元件，輸出軸通常與前行星架和後齒圈元件連線。經過上述組合，該機構成為一種具有四個獨立元件的行星齒輪機構。根據前進檔的檔數不同，可將辛普森式行星齒輪變速器分為三速和四速兩種在辛普森式行星齒輪機構中設定了二個離合器、二個制動器和一個單向離合器，共有五個換檔執行元件，即可使之成為一個具有三個前進檔和一個倒檔的行星齒輪變速器，各換檔執行元件的功能見下表。來自輸入軸的動力由前進離合器C1輸入到後齒圈或由高、倒檔離合器C2傳至前後太陽輪元件，不同工況下，各換檔元件起作用，使動力經前齒圈和後行星架輸出至輸出軸。辛普森式三速行星齒輪變速器換檔執行元件功能表換檔執行元件 功 能前進離合器C1用來連線輸入軸和後齒圈高、倒檔離合器C2用來連線輸入軸和前後太陽輪元件2檔制動器B2用來制動前後太陽輪元件低、倒檔制動器B3用來制動前行星架單向離合器F1防止前行星架逆轉 辛普森式三速行星齒輪變速器的工作規律選檔杆檔位離合器制動器單向離合器C1C2B2B3F1 D1檔○ ○2檔○ ○ 3檔○○ R倒檔 ○ ○ SL或211檔○ ○ 2檔○ ○ 注：○-接合、制動或鎖止； 由表可知:當行星齒輪變速器處於停車檔和空檔之外的任何一個檔位時，五個換檔執行元件中都有兩個處於工作狀態，即接合、制動或鎖止狀態，其餘三個不工作，即分離、釋放或自由狀態。處於工作狀態的兩個換檔執行元件中至少有一個是離合器C1或C2，以便使輸入軸和行星排連線。當變速器處於任一前進檔時，離合器C1都處於接合狀態，此時輸入軸與行星齒輪機構的後齒圈接合，使後齒圈成為主動件，因此，離合器C1也稱前進離合器。倒檔時，離合器C2接合，C1分離，此時輸入軸與行星齒輪機構的前後太陽輪元件接合，使前後太陽輪元件成為主動件。另外，離合器C2在三檔時也接合，因此離合器C2也稱高、倒檔離合器。制動器B2僅在二檔時才工作，稱為二檔制動器。制動器B3在一檔和倒檔時都工作，稱為低、倒檔制動器。由此可知，換檔執行元件的不同組合決定了行星齒輪變速器所處的檔位。下面分析辛普森式三速行星齒輪變速器各檔的動力傳遞情況。1）一檔當將選檔杆置於“D”位，此時車速較低而節氣門閥開度較大，也就是需要較大加速力時，前進離合器C1和單向離合器F1起作用。來自液力變扭器的發動機動力經輸入軸、前進離合器C1傳給後齒圈，使後齒圈朝順時針方向轉動。在後行星排中，由於後行星架經輸出軸0和驅動輪相連，在汽車起步之前其轉速為，汽車起步後以一檔行駛時，其轉速也很低，因此後行星輪在後齒圈的驅動下一方面朝順時針方向作公轉，帶動後行星架朝順時針方向轉動，另一方面作順時針方向的自轉，並帶動前後太陽輪元件朝逆時針方向轉動。在前行星排中，由於和輸出軸連線的前齒圈轉速很低，當前行星輪12在太陽輪的驅動下朝順時針方向作自轉時，對前行星架產生一個逆時針方向的力矩，而單向離合器F1對前行架在逆時針方面有鎖止作用，此時，相當於前行星架被固定，使前齒圈在後行星輪的驅動下朝順時針方向轉動。因此，在前進一檔時，輸入軸的轉矩，即透過前行星排機構，又通過後行星排機構傳到功率輸出軸。這樣行星輪機構所承受的負載分為兩部分，防止齒輪受力過大。其傳動路線如下： 設前、後行星排齒圈和太陽輪的齒數之比分別為α1、α2，前後太陽輪元件、前齒圈和後行星架元件、前行星架的轉速分別為n1、n2、n3，後齒圈的轉速為n2’。根據單排行星齒輪機構的運動特性方程，可以分別得出前、後行星排的運動特性方程。前排：n1+α1n2-(1＋α1)n3＝0 後排:n1+α2n2’-(1＋α2)n2＝0 由於前行星架的轉速n3＝0，代入(1)式得：n1＋α1n2＝0代入(2)式，整理後可以得到一檔的傳動比為：i1＝n2’/n2＝（1+α1+α2）/α2當汽車在一檔行駛時，若駕駛員突然鬆開油門踏板，發動機轉速立即降至怠速。此時汽車在慣性的作用下，仍以原來的車速前進，而與驅動輪連線的自動變速器輸出軸的轉速並未立即下降，反向帶動行星齒輪變速器運轉。行星齒輪機構的後行星架和前齒圈元件成為主動件，後齒圈則成為從動件。當後行星架朝順時針轉動，後齒圈朝順時針轉動的速度較低，後行星輪在向順時針方向公轉的同時也朝逆時針方向作自轉，從而帶動前後太陽輪元件以較高轉速向順時針方向轉動，導致前太陽輪和前齒圈同時以較高的轉速朝順時針方向帶動前行星輪轉動，使前行星輪在自轉的同時對前行星架產生一個順時針方向的力矩。由於單向離合器F1只能防止前行星架的逆轉，因此，前行星架順時針自由轉動。在這種情況下，辛普森式行星齒輪機構的四個獨立元件中有兩個處於自由狀態，使行星齒輪機構失去傳遞動力的作用，與驅動輪連線的輸出軸的反向驅動力無法經過行星齒輪變速器傳給變速器輸入軸，此時汽車相當於作空檔滑行，這種情況在一般使用條件下有利於提高汽車的乘坐舒適性和燃油經濟性，但在汽車下陡坡時卻無法利用發動機的怠速運轉阻力來實現發動機制動，讓汽車減速。為了使裝用自動變速器的汽車也能實現發動機制動，必須讓它在前進一檔有兩種不同的選擇狀態，即有發動機制動和無發動機制動兩種，這兩種狀態的選擇通常是改變自動變速器選檔杆的位置來實現。當選檔杆位於D位時，自動變速器的一檔處於不能產生髮動機制動作用的狀態；當選檔杆位於L位或1位時，自動變速器的一檔處於能產生髮動機制動作用的狀態。2）有發動機制動作用的一檔具有發動機制動作用的一檔是透過低、倒檔制動器B3來實現的。當選檔杆位於L位或1位時，若行星齒輪變速器處於一檔，前進離合器C1和低、倒檔制動器B3同時起作用，此時行星齒輪變速器的工作狀態和D位一檔相同，但由於低、倒檔制動器B3處於制動狀態，無論是踩下油門踏板加速，還是鬆開油門踏板滑行，前行星架都是固定不動的，因此行星齒輪變速器的傳動比也都是固定不變的。當汽車滑行，發動機處於怠速工況而車速仍較高時，驅動輪在汽車慣性的作用下透過變速器輸出軸帶動行星齒輪變速器運轉，驅動行星齒輪變速器輸入軸以原來的轉速旋轉，導致與行星齒輪變速器輸入軸連線的變扭器渦輪轉速高於與發動機曲軸連線的變扭器泵輪的轉速，來自汽車驅動車輪的反向驅動力透過變扭器作用於發動機曲軸。同樣，發動機怠速運轉的牽制阻力透過變速器和行星齒輪變速器作用於驅動輪，使驅動輪轉速下降，汽車隨之減速，實現了發動機制動。3）二檔汽車以一檔行駛，當車速達到一定速度時，由於1-2換檔閥的作用，使二檔制動器B2起作用，前進離合器C1同時繼續起作用，行星齒輪變速器處於二檔。此時輸入軸仍經前進離合器C1和後齒圈連線，同時前後太陽輪元件被二檔制動器B2制動。發動機動力經液力變扭器和行星齒輪變速器輸入軸傳給後齒圈，使之順時針方向轉動，由於後太陽輪轉速為0，因此後行星輪在後齒圈的驅動下一方面朝順時針方向自轉，另一方面朝順時針方向公轉，同時帶動後行星架及輸出軸順轉。此時前行星排處於自由狀態，前行星輪在前齒圈的驅動下朝順時針方向一邊自轉一邊公轉，帶動前行星架朝順時針方向空轉。因此二檔時發動機的動力是全部經後行星排傳至輸出軸的。二檔時前、後行星排工作原理示意圖二檔的傳遞路線為:輸入軸→前進離合器C1→後齒圈→後行星輪→後行星架（B2使太陽輪固定不動）→輸出軸後行星排的運動特性方程：n1＋α2n2’－(1＋α2)n2＝0又n1＝0 故二檔傳動比：i2＝n2/n2’=（1＋α2）/α2在上述二檔狀態下，汽車滑行時驅動輪的反向驅動力可經過行星齒輪變速器傳至發動機，即具有發動機制動作用。４）三檔當車速從二檔繼續上升到一定的車速時，由於2-3檔換檔閥的作用，使高、倒檔離合器C2接合，前進離合器C1同時繼續接合，把輸入軸與後齒圈和前後太陽輪元件連線為一個整體，行星齒輪變速器升入三檔，由於此時後行星排中有兩個基本元件相互連線，從而使後行星排固定地連成一體而旋轉，輸入軸的動力通過後行星排直接傳給輸出軸，其傳動比i3=1，即為直接檔傳動。此時前行星輪在前齒圈的驅動下帶動前行星架朝順時針方向空轉。三檔的傳遞路線為:輸入軸→前進離合器C1和高、倒檔離合器C2→前後行星排鎖在一起→輸出軸在三檔狀態下，汽車滑行時，行星齒輪變速器具有反向傳遞動力的能力，能實現發動機制動。５）倒檔當位於倒檔時，高、倒檔離合器Ｃ2起作用，使輸入軸和前後太陽輪元件連線，同時制動器Ｂ3產生制動，將前行星架固定，此時發動機動力經輸入軸傳給前後太陽輪元件，使前後太陽輪順時針方向轉動。由於前行星架固定不動，因此在前行星排中，前行星輪在前後太陽輪元件的驅動下朝逆時針自轉，並帶動前齒圈朝逆時針方向轉動，輸出軸即朝逆時針方向轉動，從而改變了動力的傳動方向，實現了倒檔。此時，後行星排中由於後齒圈可以自由轉動，因此後行星排處於自由狀態，後齒圈在後行星輪的帶動下朝逆時針方向自由轉動。其傳動路線是:輸入軸→離合器C2→前後太陽輪元件→前行星輪（制動器Ｂ3起作用，前行星架固定）→前齒圈→輸出軸倒檔時的動力是由前行星排傳給輸出軸的，根據單排行星齒輪機構的運動特性方程，可知：n1+α1n2-(1+α1)n3=0由於n3=0倒檔傳動比 iＲ＝－α1