1.4 自动变速器（二）（教案）《汽车底盘构造与维修》上好课（高教版·第3版）

《汽车底盘构造与维修》教案 一、基本信息 课题 自动变速器机械传动与供油系统 教材匹配课题 1.4 自动变速器 课次 第11课 课型 结构原理 课时 90分钟 / 2课时 授课对象 汽车维修类 / 不限年级 教材范围 教材印刷页68-73；图1-86至图1-91；表1-3 考纲对应 山东省车辆维修类2026年版正式考纲对齐草案：自动变速器机械传动与供油系统（能力层级与分值待确认） 二、单课教学设计蓝图 真实情境 车辆起步与加速时出现转速升高但车速响应迟缓，同时低速油压不足。检修人员需判断机械传动状态与供油元件是否满足工作条件。 核心问题 机械变速机构如何通过约束关系形成不同传动比，供油部分又如何持续提供满足变矩、控制与润滑需要的压力和流量？ 关键资源 教材印刷页68-73；图1-86至图1-91；表1-3；行星齿轮模型或结构示意（如校内具备）。技术结构、参数和公式只采用教材核验内容。 学习产出 能依据主动件、从动件和固定件判断行星齿轮状态；能解释定轴式与金属带式变速；能计算或判断传动比；能比较油泵结构并说明调压、安全与过滤作用。 易错点 把传动比只理解为齿数比而忽略固定件；混淆超速挡与倒挡的旋转方向；把液力变矩器无级变矩误写成整个自动变速器全程无级；混淆吸油腔/压油腔容积变化；忽略调压阀两级压力范围与安全阀的保护边界。 前课承接/知识回顾 回顾第10课：自动变速器由液力变矩器、机械式变速器、液力/控制/操纵系统组成；液力变矩器依靠泵轮、涡轮、导轮传递并放大转矩；锁止离合器在适当工况降低滑差。连接：液力变矩后的动力还要经机械机构改变传动比。 三、教材分析、学情分析与目标 教材分析 本课承接液力变矩器，进入机械式变速器与液力系统供油部分。教材按行星齿轮特性方程、常见约束状态、定轴与金属带机构、总传动比、油泵和调压保护元件展开，形成“机械约束决定速度关系—液压供油保证执行”的完整链条。 学情分析 学生已理解齿轮传动和液力变矩器，但容易把单个公式、固定件和挡位结论割裂；对泵的工作腔容积变化有直观认识，却常不能把压力、流量、润滑和阀的保护功能连成系统。 知识目标 说出单排行星齿轮机构组成及特性方程；解释常见工作状态；说明定轴式、金属带式机构和总传动比；说出供油部分组成与四类油泵工作特点。 能力目标 能从条件判断主动/从动/固定件，推导转速、方向和挡位；能用工作半径推导金属带传动比；能从工作腔容积变化判断油泵吸压油过程；能按工况解释调压阀压力变化。 素养目标 形成以结构证据和适用条件支持判断的职业习惯；建立液压系统清洁、限压保护和参数单位意识。 重难点 重点：行星齿轮约束状态与传动比、供油元件作用。难点：由特性方程推导速度/方向结果；把泵腔容积变化与吸压油过程、调压保护条件对应起来。 四、课前准备 教师资源 教材印刷页68-73及图1-86至图1-91、表1-3；行星齿轮状态卡、公式变量卡、油泵结构对比卡；模型或实物仅在校内核验可用时使用。 学生准备 复习液力变矩器组成和作用；预习教材印刷页68-73；准备“条件—关系式—中间变化—结果—适用条件”记录框。 五、教学过程（课堂执行表） 教学环节 教师活动设计 学生活动设计 设计意图与评价 知识回顾 / 3分钟 用三个问题回顾：自动变速器五个组成部分是什么？液力变矩器哪三个工作轮参与传力？锁止离合器解决什么问题？连接本课：液力元件输出的动力如何进一步形成各挡传动比？ 口答组成、工作轮和锁止作用；用一句话指出机械变速机构承担改变传动比与方向的任务。 激活上一课结论。评价：三问中至少答对两问，并能说出与本课核心问题的连接。 安全提醒与情境导入 / 5分钟 呈现“发动机转速升高、车速响应迟缓且低速油压不足”的检修情境。提醒：液压系统拆检前卸压，油液保持清洁，测压按量程连接，旋转模型操作避免夹手。提出核心问题。 区分可能涉及机械传动和供油系统的两类原因；记录需要核对的结构、条件与参数。 从故障现象建立双系统分析框架。评价：能分别提出一个机械侧和供油侧检查方向。 新知建构1：行星齿轮组成与关系式 / 15分钟 依据图1-86完成编号定位后，按教材顺序完整推导：①力矩关系 M₁=F₁r₁、M₂=F₂r₂、M₃=F₃r₃；②齿数与半径关系 u=z₂/z₁=r₂/r₁，得 r₂=ur₁、r₃=(r₁+r₂)/2=(1+u)r₁/2；③由行星轮4受力平衡得 F₁=F₂、F₃=-2F₁；④代入得到 M₂=uF₁r₁、M₃=-(1+u)F₁r₁；⑤按功率守恒 M₁ω₁+M₂ω₂+M₃ω₃=0，角速度换为转速，得到特性方程 n₁+un₂-(1+u)n₃=0。说明1为太阳轮、2为齿圈、3为行星齿轮架，负号表示力矩或转向相反。 在图中完成编号—名称配对；把n₁、n₂、n₃、u写入变量表；判断“只给一个主动件能否唯一确定输出”。 条件—关系式链：确定两个元件状态→代入方程→求第三件转速→判方向与传动比。评价：变量、对象和条件不混淆。 新知建构2：常见状态与挡位判断 / 18分钟 以特性方程逐项代入约束条件：①齿圈固定 n₂=0，得 i₁₃=n₁/n₃=1+u=1+z₂/z₁；②太阳轮固定 n₁=0，齿圈主动、行星架从动，得 i₂₃=n₂/n₃=(1+u)/u=1+z₁/z₂；③太阳轮固定，行星架主动、齿圈从动，得 i₃₂=n₃/n₂=u/(1+u)=z₂/(z₁+z₂)；④行星架固定 n₃=0，太阳轮主动、齿圈从动，得 i₁₂=n₁/n₂=-u=-z₂/z₁，负号表示反向；⑤任意两件等速连接，代入可得第三件同速，i=1；⑥所有元件无约束时不能建立确定传力关系，为空挡。每种状态均按“约束条件—代入—化简—数值范围—转速/方向—挡位”讲解。 分组抽取状态卡，标出主动/从动/固定件，判断传动比大于1、小于1、等于1或为负，并说明旋转方向；纠正只背表格不讲条件的答案。 把公式变成可执行判断。评价：六种状态中至少四种条件、方向和挡位一致，倒挡必须指出反向。 新知建构3：定轴式、金属带式与总传动比 / 15分钟 比较图1-87、图1-88。定轴式通过摩擦式离合器的接合与分离改变齿轮连接。金属带式推导不得只给结论：主动、从动工作轮带速分别为 v₁=πD₁n₁/60、v₂=πD₂n₂/60；忽略打滑时 v₁=v₂，故 D₁n₁=D₂n₂，整理得 i=n₁/n₂=D₂/D₁。结合图示判断：主动轮工作直径减小、从动轮工作直径增大时，D₂/D₁增大，传动比增大。按教材表达，液力机械自动变速器总传动比 i₀=K·i₁，其中K为液力变矩器变矩系数，i₁为机械变速器各挡传动比。 完成两类机构对照；根据主动轮工作半径减小、从动轮工作半径增大的条件判断传动比变化；用给定K和i₁求i₀。 结构变化→工作半径/连接变化→传动比变化→适用范围。评价：公式分子分母与主从动对象对应，不能把部分无级写成全程无级。 新知建构4：供油部分与油泵 / 18分钟 说明液力系统由供油、执行和冷却组成，本课只展开供油。供油部分含油泵、调压阀、安全阀和滤清器。油泵为变矩器、控制系统提供压力/流量并润滑行星机构；安装在变矩器后方并由其轴套驱动。结合图1-89至图1-91讲内啮合齿轮泵、摆线转子泵、叶片泵，并补充径向柱塞泵：共同推理链为转动→工作腔容积周期变化→吸油腔增容形成真空→压油腔减容形成压力→油液输出。 在三幅图中标注吸油腔、压油腔和造成容积变化的构件；比较内啮合、偏心转子和叶片形成工作腔的差异；口述径向柱塞泵特点。 从结构推导工作过程，不用图名代替解释。评价：能正确说出增容吸油、减容压油，并说出至少两类泵的结构差异。 任务应用：调压、安全与过滤判断 / 10分钟 给出工况：发动机低速、发动机高速、倒挡负荷、油道压力超限、油液污染。说明主调压阀使油泵压力稳定：通常0.5-1 MPa；倒挡因摩擦片较少需1-1.5 MPa。二次调压阀将主油路压力降至196-490 kPa送往变矩器和润滑机构，并随功率和车速变化。安全阀在超限时泄荷；滤清器防止污染导致滑阀卡滞、节流孔堵塞和随动滑阀失灵。 把五种工况分别匹配到主调压阀、二次调压阀、安全阀或滤清器；解释为什么高速时不能让油泵全部流量直接进入系统，为什么倒挡需要较高油压。 条件—压力变化—保护结果—适用工况。评价：压力范围带单位，安全阀与调压阀功能不混淆。 课堂练习与反馈 / 4分钟 四题即时检测：①行星架固定、太阳轮主动，方向如何？②任意两件连成一体，i为何等于1？③金属带主动轮半径减小、从动轮半径增大，i如何变化？④主油路超限由谁泄荷？逐题反馈条件与依据。 独立作答后同伴互检；错误答案按“缺少条件/对象错位/方向错误/单位遗漏”分类订正。 压缩检验核心链条。评价：至少3题正确，且第1题必须说明反向。 小结、作业与反思 / 2分钟 用一条主线收束：机械约束决定传动比与方向，供油系统提供压力/流量并承担调压、限压和过滤。布置作业并说明反思记录要求。 完成出口条：写出一个行星齿轮状态判断链和一个油泵吸压油判断链。 形成可迁移表达。评价：两条链均包含条件、变化与结果。 教材图示与公式证据（配合教学过程使用） 图1-86 单排行星齿轮机构结构图 观察：观察太阳轮、齿圈、行星齿轮架及行星齿轮的啮合与公转关系。 判断：三个基本元件中任选两件确定运动状态，第三件转速随特性方程确定。 表1-3 常见行星齿轮传动工作状态 观察：比较主动件、从动件、固定件、传动比、转速和旋转方向。 判断：固定对象改变会形成降速、超速、倒挡、直接挡或空挡；不能只背挡位结论。 图1-87 定轴式自动变速器；图1-88 金属带式变速器 观察：比较多级齿轮/摩擦式离合器与可移动工作轮/金属带两种变速路径。 判断：定轴式靠离合器接合分离改变齿轮连接；金属带式靠液压改变工作半径实现连续变速。 图1-89 内啮合齿轮泵 观察：定位主动齿轮、从动齿轮、月牙形隔板、吸油腔和压油腔。 判断：啮合侧容积变化分别形成吸油与压油，向变矩器、控制系统和润滑点供给压力与流量。 图1-90 摆线转子泵；图1-91 叶片泵 观察：比较偏心转子工作腔与叶片在定子壁面形成的工作腔。 判断：两类泵均通过旋转造成吸油腔增容、压油腔减容；径向柱塞泵属于本页文字补充。 关键公式与完整推导（教材印刷页68-72） 一、单排行星齿轮机构：由受力、几何关系和功率守恒建立特性方程 符号约定：1—太阳轮，2—齿圈，3—行星齿轮架，4—行星齿轮；u为齿圈与太阳轮的齿数比。 将半径关系和受力关系代入力矩式： 忽略内部损失，根据能量守恒，三个基本元件输入、输出功率的代数和为零： 该式为单排行星齿轮机构的一般运动特性方程。只有明确三个元件中至少两个的运动条件，才能求出第三个元件的转速和方向。 二、由特性方程推导常见约束状态 1. 齿圈固定（n₂=0），太阳轮主动、行星齿轮架从动： i₁₃>1，输出转速下降且方向相同，对应Ⅰ挡。 2. 太阳轮固定（n₁=0），齿圈主动、行星齿轮架从动： i₂₃>1，输出转速下降且方向相同，对应Ⅱ挡。 3. 太阳轮固定（n₁=0），行星齿轮架主动、齿圈从动： 0<i₃₂<1，输出转速升高且方向相同，对应超速挡。 4. 行星齿轮架固定（n₃=0），太阳轮主动、齿圈从动： i₁₂<0，负号表示输入、输出旋转方向相反，对应倒挡。 5. 任意两个基本元件等速连接：将n₁=n₂、n₁=n₃或n₂=n₃代入特性方程，均可得n₁=n₂=n₃，因此i=1，为直接挡。 6. 所有元件均不受约束：机构不能形成确定的反力与传动关系，失去传动作用，为空挡。 三、金属带式变速器传动比推导 主动、从动工作轮上金属带的线速度分别为： 因此，液压改变工作轮可移动部分的轴向位置，会改变D₁、D₂，进而连续改变传动比。 四、液力机械自动变速器总传动比 式中：i₀为自动变速器总传动比；K为液力变矩器的变矩系数；i₁为机械变速器各挡传动比。K连续变化而i₁分挡变化，二者配合使总传动比在若干范围内连续变化。 六、板书设计、作业与教学反思 板书设计 主线：液力变矩器输出 → 机械式变速器 → 行星齿轮约束状态 → 传动比/方向 公式：n₁+u n₂-(1+u)n₃=0；i=n₁/n₂=D₂/D₁；i₀=K·i₁ 供油：油泵 → 主调压/二次调压 → 安全限压 → 滤清保护 课后作业 【记忆巩固】整理表1-3六种状态，必须写主动、从动、固定、方向和挡位。 【迁移应用】给定z₁=30、z₂=70，计算太阳轮主动且齿圈固定时的传动比。 【分析拓展】比较内啮合齿轮泵、摆线转子泵和叶片泵的工作腔形成方式，并说明污染可能造成的故障。 教学反思：待授课后填写。重点记录学生在固定件识别、负传动比方向、金属带直径关系、吸压油腔容积变化和调压/安全阀边界上的困难，以及模型、公式卡和工况卡的改进。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $