拉维娜式行星齿轮结构动力传动的
教学探索
口广西电力职业技术学院严景明郑军龙
【摘要】介绍拉维娜式（Ｒａｖｉｇｎｅａｖｘ）
行星齿轮结构和工作原理，在实践课程中，学
生能参考自动变速器实物，确定齿轮元件与执行元件的装配关系，分析自动变速器各挡位的动力传动线路，明确各元件的运
动状态，根据拉维娜式行星结构运动方程
式，掌握传动比的计算方法，并能对有故
障的自动变速器车辆分析原因，排除故障。
【关键词】拉维娜式行星齿轮结构
教学
【中图分类号】Ｇ【文献标识码】Ａ【文章编号】０４５０一９８８９（２０１２）１１ｃ一
０１８８－０３
随着汽车技术的不断发展，人们对汽
车安全性、舒适性的要求也越来越高，因此配置自动变速器的汽车也更广泛。汽车维修人员必须认识自动变速器的结构，掌
握其运动规律，并能针对故障症状，分析故障原因，确定故障部位，做到有目的维修，减少返工率，节省费用，提高工作效
率。而对于教学效果要达到企业的要求，
必须理论联系实际，结合案例分析，让学
生更好地理解理论知识，激发学习兴趣。
拉维娜行星齿轮结构广泛应用于自动变
速器传动系统，这种结构具有部件少、尺
寸小、传动比范围大、灵活多变等特点，可
以构成变速器有４个前进挡，另外与辛普森行星齿轮结构组合，变速器可具有５个以上的前进挡，以满足汽车节能、环保的要求。以下以０１Ｍ、０１Ｖ自动变速器为例，
介绍拉维娜行星机构的运动规律，分析各挡位的动力传动线路，以用于实践课程的
教学。
万方数据
一、基础知识
分别为ｚｌ、ｚ２、ｚ３，对应小太阳轮、大太阳拉维娜行星齿轮结构是一个复合式
轮、齿圈、行星架的转速为ｎ１、ｎ２、ｎ３、“，的机构，它由一个单行星轮式行星排和一齿圈与小太阳轮的齿数之比为ｏｔｌ＝个双行星轮式行星排组合而成，前面单行
Ｚ３／Ｚ１，齿圈与大太阳轮的齿数之比为星排由大太阳轮、大行星齿轮、行星架和仅２＝Ｚ３／Ｚ２，单行星排运动方程为：
齿圈组成，后面双行星排由小太阳轮、小ｎ２＋ｄ２×ｎ３＝（１＋ｏｔ２）ｎ４（１）行星齿轮、大行星齿轮、行星架和齿圈组双行星排运动方程为：
成，两个行星排共用齿圈和行星架，机构ｎｌ—ｏｔ１×ｎ３＝（１一ｏｔ
１）ｎ４（２）
只有４个独立元件，即大太阳轮、小太阳由方程式中可以看出，３个基本元件轮、齿圈和行星架。在行星排中，为了组成
中，选取其中两个分别作为主动件和从动具有一定传动比的机构，必须将太阳轮、件，只要第三个基本元件有确定的转速（０齿圈和行星架３个基本元件中的１个加或某一数值），即可计算出该机构的传动比。
以固定，或将某两个元件连接在一起，使
三、０１Ｍ自动变速器动力传动分析行星排变为只有１个自由度的机构，才能
０１／ＶＩ型变速器的行星齿轮结构采用
获得确定的传动比，进行动力传递。
拉维娜式，离合器共三个，分别为前进挡
如果主动件是大太阳轮，从动件是齿
离合器Ｃ１、高速挡离合器ｃ３、倒挡离合器
圈，行星架固定，则动力传递过程为大太Ｃ２；单向离合器一个Ｆ；制动器两个，分别
阳轮一大行星齿轮—齿圈。如果主动件是
为低速／倒挡制动器ＢＩ、２／４挡制动器Ｂ２；小太阳轮，从动件是齿圈，则动力传递过
小太阳轮、大太阳轮、齿圈的齿数分别为
程为小太阳轮一小行星齿轮一大行星齿Ｚ１＝２１，Ｚ２＝２４，Ｚ３＝５７，０【１＝５７１２１＝２．７１４，
轮一齿圈。
ｏｔ
２－－５７／２４＝２．３７５，元件工作情况如表ｌ。
二、运动方程式
（一）Ｄ１挡
设小太阳轮、大太阳轮、齿圈的齿数
离合器Ｃ１接合，单向离合器Ｆ参与
表１
０１Ｍ执行元件工作表
变速杆挡前进挡离高速挡离倒挡离１挡单向离低速／倒挡２／４挡制位置
位
合器Ｃ１合器ｃ３
合器ｃ２
合器Ｆ锁止
制动器Ｂｌ
动器Ｂ２
ｌ
接合Ｄ
２接合制动
３
接合
接合４接合
制动
ｌ
接合制动
２２接合制动
Ｌ１接合
制动
Ｒ
Ｒ
接合
制动
＠
工作，涡轮驱动变速器输入轴顺时针运
一
图１
星轮不能自转，只能同小太阳轮和行星架
式行星齿轮太阳轮、齿圈的齿数为Ｚ４、ｚ５，对应太阳轮、齿圈、行星架的转速为ｎ５、ｎ６、ｎ７，现有Ｚ１＝３８，Ｚ２＝３４。Ｚ３＝９８，
Ｚ４＝３２，Ｚ５＝７６，Ｏｒ．２＝Ｚ３／Ｚ２＝
２．８８２．ｄ３＝Ｚ５亿４＝２．３７５
一起公转一后行星排所有元件作为一个整体一动力传给齿圈输出。此时传动比
ｉ３＝１。
因此０【ｌ＝Ｚ３／Ｚｌ＝２５７９，
（四）Ｄ４挡
离合器Ｃ３接合，涡轮驱动变速器输
０１Ｍ传动简图
入轴顺时针运动—Ｃ３接合一行星架顺时针转动—２，４挡制动器Ｂ２制动，固定大太阳轮一长行星轮顺时针自转—齿圈顺时针转动一主减速器输出。
根据单行星排运动方程为：ｎ２＋ｏｆ２Ｘｎ３＝（１＋俚２）ｎ４（１）其中ｎ２＝０，求得传动比ｉ４＝ｎ４／
ｎ３＝０ｔ
辛普森单行星排运动方程为：
ｎ５＋ｏｆ
３Ｘｎ６＝（１＋ｄ３）ｎ７（３）
动—Ｃｌ接合一小太阳轮顺时针转动—短行星轮反时针自转～长行星轮顺时针自转一在刚起步时，车速为零，行星架有反时针转动的趋势，此时单向离合器Ｆ反时针锁止行星架—齿圈顺时针转动一主减
速器输出。
根据双行星排运动方程为：ｎｌ一
仪１
（一）Ｄ１挡
离合器Ａ接合，单向离合器Ｆｌ、制动器Ｇ工作。
拉维娜式行星排：涡轮驱动输入轴顺
时针运动一Ａ接合～小太阳轮顺时针转动一长行星轮反时针自转—短行星轮顺时针自转—单向离合器Ｆｌ反时针锁止行星架一前齿圈顺时针转动一中间轴。
辛普森式行星排：中间轴一后齿圈一
制动器Ｇ固定太阳轮，后行星架顺时针转
２／（１＋ａ２）＝２．３７５／（１＋２．７３５）－－－０．７０３。
（五）Ｒ挡
离合器Ｃ２接合，涡轮驱动变速器输
Ｘｎ３＝（１一仪１）ｎ４，其中ｎ４＝０，求得
当汽车滑行时，齿圈反向驱动变速
传动比ｉｌ＝ｎｌ／ｎ３＝Ｏｆ．１＝Ｚ３／Ｚ１＝２．７１４。
入轴顺时针运动－－Ｃ２接合一大太阳轮顺时针转动—长行星轮反时针自转一制动器Ｂ１制动，锁止行星架—齿圈反时针转动一主减速器输出。
根据式（１）
ｎ２＋俚２Ｘ
器，齿圈通过长行星架产生一个顺时针的力矩，单向离合器Ｆ脱离锁止，行星架也顺时针转动，行星排不能传递动力，无法
动—输出轴。
拉维娜行星排运动方程：
ｎｌ—ｄ１
Ｘ
ｎ３＝（１一俚１）ｎ４（２）
实现发动机制动。为了使发动机能产生制
动，可将挡杆挂入２或Ｌ位，制动器Ｂ１工作，可以固定行星架，在汽车滑行时，行星机构反向带动发动机，利用发动机怠速运转阻力实现制动作用。
（二）Ｄ２挡
离合器Ｃ１接合，涡轮驱动变速器输入轴顺时针运动－－Ｃ１接合一小太阳轮顺
ｎ３＝（１＋ｄ２）ｎ４辛普森行星排运动方程：ｎ５＋Ｏｆ．３Ｘｎ６＝（１＋０ｔ３）ｎ７（３）根据以上运动特性，式中ｎ４＝０，ｎ５＝
其中ｎ４＝０，求得传动比ｉ倒＝ｎ２／
ｎ３＝一仅２＝一２．３７５。
四、０１Ｖ自动变速器动力传动分析０１Ｖ是德国ｚＦ公司生产的５档手自一体自动变速箱，在国内保有量较多。行星齿轮机构采用了一组拉维娜式加另一组辛普森式的复合形式机构，共有四个离合器、三个制动器、一个单向离合器。
拉维娜式行星齿轮传动与０１Ｍ相似，不同的是位于后面的小太阳轮齿数比前面的大太阳轮齿数要多，与小太阳轮啮合的是直径小的长行星齿轮。现设辛普森
０，ｎ３＝ｎ６，求得传动比ｉｌ＝ｎｌ／ｎ７＝０【ｌ
（１＋ｑ３）／Ｏｆ３＝２．５７９（１＋２．３７５）１２．３７５＝３．６６５。
（二）Ｄ２挡
离合器Ａ接合，制动器Ｃ、Ｇ工作。拉维娜式行星排：输入轴顺时针转
时针转动—短行星轮反时针自转一长行星轮顺时针自转一２，４挡制动器Ｂ２制动，锁止大太阳轮一齿圈顺时针转动一主减
速器输出。
单行星排运动方程为：
ｎ２＋Ｑ２Ｘｎ３＝（１＋Ｏｆ２）ｎ４
动—Ａ接合—小太阳轮顺时针转动一长
行星轮反时针自转—短行星轮顺时针自
转一制动器ｃ制动，固定大太阳轮一前齿圈顺时针转动一中间轴。
辛普森式行星排元件动作同Ｄｌ挡。
（１）
双行星排运动方程为：
ｎｌ—ｄ１
Ｘ
表２
ｎ３＝（１一ｄ１）ｎ４（２）
变速杆位置
挡位
Ａ
Ｂ
０１Ｖ执行元件工作表
单向
离合器
Ｅ
Ｆ
Ｃ
制动器
Ｄ
ｅ
离合器
Ｆ１
其中ｎ２＝０，求得传动比ｉ２＝ｎｌ／
ｎ３＝（ｄｌ＋ｎ２）／（１＋ｄ２）＝（２．７１４＋２．３７５），（１＋２．７３５）＝１．５０７。
ｌ２
Ｄ
３４５
ＳＲ
ｌ
接合接合接合接合
接合接合
接合
接合
接合接合接合
制动
制动制动
制动制动
制动制动
锁止
在２挡，汽车滑行时，行星机构能反向传递动力，实现发动机制动作用。
（三）Ｄ３挡
离合器ｃｌ、Ｃ３接合一后行星排中，由
于小太阳轮和行星架转速相同，长、短行
锁止
制动
万方数据
Ｅ图２
０１Ｖ传动简图
拉维娜行星排运动方程：ｎ２＋仪２×ｎ３＝（１＋Ｏｆ．２）ｎ４（１）ｎｌ一仅１×ｎ３＝（１一也１）ｎ４（２）
辛普森行星排运动方程：
ｎ５＋ａ３×ｎ６＝（１＋ｑ３）ｎ７
（３）
根据以上运动特性，式中ｎ２＝０，
ｎ５＝Ｏ，ｎ３＝ｎ６，求得传动比ｉ２＝ｒｉｌｌ
ｎ７＝（ｄｌ＋仅２）（１＋０【３），仅３（１＋Ⅸ２）＝
（２．５７９＋２．８８２）（１＋２．３７５）／２．３７５（１＋２．８８２）
＝１．９９９。
（三）Ｄ３挡
离合器Ａ、Ｆ接合，制动器ｃ工作。拉维娜式行星排元件动作同Ｄ２挡。
辛普森式行星排：由于离合器Ｆ接合，后
齿圈和太阳轮转速相同，后辛普森式行星排所有元件作为一个整体一后行星架顺
时针转动—输出轴。
拉维娜行星排运动方程：ｎ２＋ｄ２×ｎ３＝（１＋ｑ２）ｎ４（１）ｎｌ—ｎ１×ｎ３＝（１一ｑ１）ｎ４（２）
辛普森行星排运动方程：ｎ５＋仪３×ｎ６＝（１＋ｑ３）ｎ７
（３）根据以上运动特性，式中ｎ２＝０，１１５＝ｎ６＝ｎ７＝１，求得传动比ｉ３＝ｎｌ／ｎ７＝（俚１＋ｄ２），（１＋ｄ２）＝（２．５７９＋２．８８２），（１＋２．８８２）＝１．４０７。
（四）Ｄ４挡
离合器Ａ、Ｅ、Ｆ接合，由于拉维娜行
星排和辛普森行星排传动比都为ｌ，所以
ｉ４＝ｌ。
（五）Ｄ５挡
离合器Ｅ、Ｆ接合，制动器ｃ工作。
拉维娜式行星排：输入轴顺时针运
动一离合器Ｅ接合一行星架顺时针转动一制动器Ｃ制动，固定大太阳轮—短行星轮顺时针自转—前齿圈顺时针转动一
中间轴。
辛普森式行星排元件动作同Ｄ３挡。根据单行星排运动方程为：
万方数据
ｎ２＋ｄ２×ｎ３＝（１＋仅２）ｎ４【１）辛普森行星排传动比为ｎ５＝ｎ６＝
ｎ７＝１。
其中ｎ２＝Ｏ，ｎ３＝ｎ７，求得传动比
ｉ５＝ｎ４／ｎ７＝仅２／（１＋０【２）＝２．８８２／（１＋２．８８２）
＝０．７４２。
（六）Ｒ挡
离合器Ｂ接合，制动器Ｄ、Ｇ工作。拉维娜式行星排：离合器Ｂ接合，变速器输入轴顺时针运动一离合器Ｂ接合一大太阳轮顺时针转动—短行星轮反时针自转一制动器Ｄ制动，锁止行星架一前齿圈反时针转动一中间轴。
辛普森式行星排：中间轴—后齿圈一
制动器Ｇ固定太阳轮，后行星架反时针转
动—输出轴。
拉维娜行星排运动方程：ｎ２＋ｏ【２×ｎ３＝（１＋Ⅸ２）ｎ４（１）
辛普森行星排运动方程：
ｎ５＋ａ３
Ｘｎ６＝（１＋０【３）ｎ７（３）
其中ｎ４＝０，ｎ５＝０，ｎ３＝ｎ６求得传动
比ｉ倒＝ｎ２／ｎ７＝一ｄ２（１＋俚３）／ｄ３＝一２３８２
（１＋２．３７５）／２．３７５＝＝－４．０９６。
五、故障分析实例
（一）０１Ｍ自动变速器高速加速缓慢故障现象：某车行驶１２万公里后，当
进行路试，发动机转速达到２０００ｒ／ｒａｉｎ时，车速只有８０ｋｍ／ｈ，继续加速发动机噪声很
大，车速上升慢。
分析：对照０１Ｍ自动变速器换挡图，
３０００ｆ／ｒａｉｎ对应车速为１００ｋｍ／ｈ以上，初
步判断为４档打滑。
排除：先检查变速器油，发黑并伴有
烧焦味道。拆检变速器，发现超速离合器ｃ３摩擦片有烧损，更换摩擦片和钢片，并
更换所有密封胶圈，装复后试车，换挡正常。
（二）ｏｌｖ自动变速器挂倒速，反应迟缓故障现象：某车装用０１Ｖ自动变速
器，行驶里程１５万公里，当挂倒速，要等几秒后才能行驶，感觉无力，而前进挡行
驶正常。
分析：从肓湎０１Ｖ变速器动力传动可知，
与倒挡相关的元件有离合器Ｂ、制动器Ｄ。
排除：拆检变速器，发现倒速离合器Ｂ摩擦片有轻度烧损，再仔细检查离合的
铝活塞在径向有一道微小裂纹，更换摩擦片和活塞，并更换所有密封胶圈，装复后
试车，故障消失。
综上所述，拉维娜行星齿轮是一个复
合传动结构，太阳轮、齿圈和行星架３个基本元件中，齿数依次为由小到大的关
系，但行星架是没有齿数的，为了方便计算，可以假设其齿数为太阳轮、齿圈的齿
数之和。行星架上的行星轮只是改变基本元件的传动方向，不会影响传动比，执行
元件的离合器将基本元件中的其中两个
进行动力传递；制动器将基本元件中的其中一个固定、另两个元件中其中一个主
动，一个从动，从而实行动力传递，改变传动比。要计算某挡位的传动比，必须确定
主动件、从动件，还有参与工作的元件和
工作状态，列出运动方程，求出传动比。让
学生结合多种自动变速器实物，确定太阳轮、齿圈的齿数，计算出各挡位传动比，并与维修手册给出的传动比对照，确认结果是否正确，从而真正掌握动力传递原理。
最后学生能对有故障的自动变速器进行
分析，确定故障部位，为学生自主学习打
下坚实基础。
【参考文献】
［１］陈天民．自动变速器动力流分析大全［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００８
［２］汪立亮．轿车自动变速器维修技能
实训［Ｍ］．北京：北京理工大学出版社，
２００７
［３］李玉茂．宝来、捷迭轿车故障实例与分析［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００５
［４］王遂双．汽车电子控制系统的原理
与检修［Ｍ］．北京：北京理工大学出版社，
２００４
【作者简介】严景明（１９６７一），男，广
西电力职业技术学院工程师，大学本科学
历，工学学士学位，主要研究方向：汽车机械、电子领域的科研和教学工作；郑军龙
（１９７８－
），男，讲师，硕士，主要从事电力
系统及其自动化领域、汽车电子领域的科
研和教学工作。
（责编丁梦）