單元十三 自動變速器

PAGE17PAGE1第頁教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)：掌握液力變矩器的結(jié)構(gòu)和工作原理；掌握自動變速器齒輪傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與工作原理；掌握常見行星齒輪機構(gòu)動力傳遞路線；了解汽車自動變速器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理；了解無級變速器結(jié)構(gòu)與工作原理。能力目標(biāo)：展望電控自動變速器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢素質(zhì)目標(biāo)：教學(xué)重點自動變速器齒輪傳動機構(gòu)的工作原理教學(xué)難點自動變速器齒輪傳動機構(gòu)的工作原理教學(xué)手段理實一體實物講解小組討論、協(xié)作教學(xué)學(xué)時教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)過程設(shè)計注釋單元十三自動變速器〖理論知識〗一、自動變速器概述1.自動變速器的基本組成自動變速器一般是指液力自動變速器,它是液力變扭器和齒輪自動變速器的組合。1）液力傳動裝置2）齒輪變速機構(gòu)3）液壓控制系統(tǒng)4）電子控制系統(tǒng)5）冷卻濾油裝置2.自動變速器的工作原理1）液控自動變速器通過機械傳動方式將汽車行駛時的車速和節(jié)氣門開度這兩個主控制參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤嚎刂菩盘?。液壓控制系統(tǒng)的閥體總成中的各控制閥根據(jù)這些液壓控制信號的變化,按照設(shè)定的換擋規(guī)律,操縱換擋執(zhí)行元件的動作實現(xiàn)自動換擋。2）電控自動變速器通過各種傳感器將發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、車速、發(fā)動機冷卻液溫度、自動變速器油（ATF)溫度等參數(shù)信號輸入ECU,ECU根據(jù)這些信號,按照設(shè)定的換擋規(guī)律,向換擋電磁閥、油壓電磁閥等發(fā)出動作控制信號,換擋電磁閥和油壓電磁閥再將ECU的動作控制信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤嚎刂菩盘?閥體中的各控制閥根據(jù)這些液壓控制信號,控制換擋執(zhí)行元件的動作,從而實現(xiàn)自動換擋過程。3.自動變速器的分類及優(yōu)缺點1）自動變速器的分類（1）按變速方式分類。自動變速器按變速方式的不同,可分為有級變速器和無級自動變速器兩種。（2）按驅(qū)動方式分類。自動變速器按照汽車驅(qū)動方式的不同,可分為后驅(qū)動自動變速器和前驅(qū)動自動變速器兩種。（3)按自動變速器前進(jìn)擋的擋位數(shù)不同分類。自動變速器按照變速桿置于前進(jìn)擋時的擋位數(shù),可以分為4個前進(jìn)擋、5個前進(jìn)擋、6個前進(jìn)擋等。有的轎車還設(shè)有超速擋,改善了汽車的燃油經(jīng)濟性。（4)按齒輪變速器的類型分類。自動變速器按齒輪變速器的類型不同,可分為行星齒輪式和普通圓柱齒輪式兩種。2）自動變速器的優(yōu)缺點二、液力耦合器與液力變矩器1.液力耦合器的結(jié)構(gòu)與工作原理1）液力耦合器的結(jié)構(gòu)液力耦合器是一種液力傳動裝置,又稱液力聯(lián)軸器。在不考慮機械損失的情況下,輸出力矩與輸入力矩相等。它的主要功能:防止發(fā)動機過載，調(diào)節(jié)工作機構(gòu)的轉(zhuǎn)速。液力耦合器主要由殼體、泵輪、渦輪三個部分組成。2）液力耦合器的工作原理如圖13-5所示。圖13-5液力耦合器的工作原理2.液力變矩器的結(jié)構(gòu)與工作原理1）一般式液力變矩器的結(jié)構(gòu)與工作原理（1）一般式液力變矩器的結(jié)構(gòu)。一般式液力變矩器有三個工作輪即泵輪、渦輪和導(dǎo)輪。泵輪和渦輪的構(gòu)造與液力耦合器基本相同；導(dǎo)輪則位于泵輪和渦輪之間,并與泵輪和渦輪保持一定的軸向間隙,通過導(dǎo)輪固定套固定于變速器殼體上。（2）一般式液力變矩器的工作原理。發(fā)動機運轉(zhuǎn)時帶動液力變矩器的殼體和泵輪與之一同旋轉(zhuǎn),泵輪內(nèi)的液壓油在離心力的作用下,由泵輪葉片外緣沖向渦輪,并沿渦輪葉片流向?qū)л?再經(jīng)導(dǎo)輪葉片內(nèi)緣形成循環(huán)的液流。導(dǎo)輪的作用是改變渦輪上的輸出轉(zhuǎn)矩。由于從渦輪葉片下緣流向?qū)л喌囊簤河腿杂邢喈?dāng)大的沖擊力,只要將泵輪、渦輪和導(dǎo)輪的葉片設(shè)計成一定的形狀和角度就可以利用上述沖擊力來提高渦輪的輸出轉(zhuǎn)矩。2）綜合式液力變矩器的結(jié)構(gòu)與工作原理（1）綜合式液力變矩器的結(jié)構(gòu)。它和一般式液力變矩器的不同之處在于它的導(dǎo)輪不是完全固定不動的,而是通過單向超越離合器支承在固定于變速器殼體的導(dǎo)輪固定套上。單向超越離合器使導(dǎo)輪可以朝順時針方向旋轉(zhuǎn)（從發(fā)動機前面看）,但不能朝逆時針方向旋轉(zhuǎn)。（2）綜合式液力變矩器的工作原理。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速較低時,從渦輪流出的液壓油從正面沖擊導(dǎo)輪葉片,對導(dǎo)輪施加一個朝逆時針方向旋轉(zhuǎn)的力矩,但由于單向超越離合器在逆時針方向具有鎖止作用,將導(dǎo)輪鎖止在導(dǎo)輪固定套上固定不動,此時該變矩器的工作特性和一般式液力變矩器相同,渦輪上的輸出轉(zhuǎn)矩大于泵輪上的輸入轉(zhuǎn)矩即具有一定的增扭作用。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速增大到某一數(shù)值時,液壓油對導(dǎo)輪的沖擊方向與導(dǎo)輪葉片之間的夾角為0,此時渦輪上的輸出轉(zhuǎn)矩等于泵輪上的輸入轉(zhuǎn)矩。若渦輪轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大,液壓油將從反面沖擊導(dǎo)輪,對導(dǎo)輪產(chǎn)生一個順時針方向的轉(zhuǎn)矩。由于單向超越離合器在順時針方向沒有鎖止作用,可以像軸承一樣滑轉(zhuǎn),所以導(dǎo)輪在液壓油的沖擊作用下開始朝順時針方向旋轉(zhuǎn)。由于自由轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輪對液壓油沒有反作用力矩,液壓油只受到泵輪和渦輪的反作用力矩的作用。此時該變矩器的不能起增扭作用,其工作特性和液力耦合器相同。這時渦輪轉(zhuǎn)速較高,該變矩器亦處于高效率的工作范圍。3）鎖止式液力變矩器的結(jié)構(gòu)與工作原理（1）鎖止式液力變矩器的結(jié)構(gòu)。這種變矩器內(nèi)有一個由液壓油操縱的鎖止離合器。鎖止離合器的主動盤即為變矩器殼體,從動盤是一個可做軸向移動的壓盤,它通過花鍵套與渦輪連接。壓盤背面（圖中右側(cè)）的液壓油與變矩器泵輪、渦輪中的液壓油相通,保持一定的油壓（該壓力稱為變矩器壓力）；壓盤左側(cè)（壓盤與變矩器殼體之間）的液壓油通過變矩器輸出軸中間的控制油道與閥板總成上的鎖止控制閥相通。鎖止控制閥由自動變速器電腦通過鎖止電磁閥來控制。（2）鎖止式液力變矩器的工作原理。圖13-10鎖止離合器工作原理示意圖三、行星齒輪變速器結(jié)構(gòu)與工作原理1.單排行星齒輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)與變速原理1）單排行星齒輪結(jié)構(gòu)行星齒輪機構(gòu)有很多類型,其中最簡單的行星齒輪機構(gòu)是由一個太陽輪、一個齒圈、一個行星架和支承在行星架上的幾個行星齒輪組成2）單排行星齒輪變速原理單排行星齒輪機構(gòu)有兩個自由度,因此沒有固定的傳動比,不能直接用于變速傳動。為了組成具有一定傳動比的傳動機構(gòu),必須再約束一個自由度,即必須將太陽輪、齒圈和行星架這三個基本元件中的一個加以固定,或使其運動受到一定的約束,也可將某兩個基本元件互相連接在一起,才能獲得確定的傳動比。2.復(fù)合式行星齒輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與工作原理由于單排行星齒輪機構(gòu)不能滿足汽車行駛中變速變扭的需要。在自動變速器中,兩排或多排行星齒輪機構(gòu)組合在一起的復(fù)合式行星齒輪機構(gòu),可以滿足汽車行駛需要的多種傳動比。目前,復(fù)合式行星齒輪機構(gòu)有辛普森式和拉威娜式。辛普森式行星齒輪機構(gòu)的特點是兩排行星齒輪機構(gòu)共用一個太陽輪。拉威娜式行星齒輪機構(gòu)的特點是兩排行星齒輪機構(gòu)共用一個齒圈和一個行星架。辛普森式和拉威娜式都可以獲得3個前進(jìn)擋和1個倒擋。拉威娜式行星齒輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊,所用構(gòu)件少,相互嚙合的齒較多,可傳遞較大轉(zhuǎn)矩,但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,傳動效率略低。3.換擋執(zhí)行機構(gòu)結(jié)構(gòu)與工作原理1）換擋離合器（1）換擋離合器的功用。①連接作用。②連鎖作用。（2）換擋離合器的結(jié)構(gòu)。目前普遍采用的換擋離合器是圓盤式多片濕式離合器,圓盤式多片濕式離合器的結(jié)構(gòu)如圖13-14（a）所示。圖13-14圓盤式多片濕式離合器2）換擋制動器（1）帶式制動器結(jié)構(gòu)與工作原理。帶式制動器在工作過程中,當(dāng)液壓油施加于活塞時,活塞在缸體內(nèi)移至左端,壓縮外彈簧,帶動連桿移動,推動制動帶的一端,因為制動帶的另一端固定在變速器殼體上,制動帶的直徑即減小,因此,制動帶夾持制動鼓。當(dāng)液壓油從缸體內(nèi)排出時,活塞和推桿被外彈簧推回,釋放制動鼓。（2）片式制動器結(jié)構(gòu)與工作原理。制動器的摩擦片通過內(nèi)花鍵齒與制動器轂的外花鍵齒相連,是主動件；而制動器的鋼片則通過花鍵齒安裝在固定于變速器殼體上的制動器轂內(nèi)花鍵齒上,或直接安裝在變速器殼體上的內(nèi)花鍵齒圈中,是固定不動的元件。3）單向超越離合器（1）滾柱斜槽式單向超越離合器。內(nèi)環(huán)通常用內(nèi)花鍵和行星排的某個基本元件連接或者和變速器殼體連接,外環(huán)則通過外花鍵和行星排的另一個基本元件連接或者和變速器外殼連接。在外環(huán)的內(nèi)表面制有與滾柱相同數(shù)目的楔形槽,內(nèi)、外環(huán)之間的楔形槽內(nèi)裝有滾柱和彈簧。彈簧的彈力將各滾柱推向楔形槽較窄的一端。（2）楔塊式單向超越離合器。楔塊式單向超越離合器如圖13-18所示。楔塊在A方向上的尺寸略大于內(nèi)、外環(huán)之間的距離B,而C方向上的尺寸則略小于B。當(dāng)外環(huán)相對于內(nèi)環(huán)朝順時針方向旋轉(zhuǎn)時,楔塊在摩擦力的作用下立起,因自鎖作用而被卡死在內(nèi)、外環(huán)之間,使內(nèi)環(huán)和外環(huán)無法相對滑轉(zhuǎn),此時單向超越離合器處于鎖止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)外環(huán)相對于內(nèi)環(huán)朝逆時針方向旋轉(zhuǎn)時,楔塊在摩擦力的作用下傾斜,脫離自鎖狀態(tài),內(nèi)外環(huán)可以相對滑轉(zhuǎn),此時單向超越離合器處于自由狀態(tài)。圖13-18楔塊式單向超越離合器四、自動變速器的自動控制系統(tǒng)簡介1.機械液壓控制系統(tǒng)機械液壓控制機構(gòu)的作用是在汽車行駛過程中接受換擋信號,在執(zhí)行機構(gòu)中建立或卸除油壓,控制行星齒輪系統(tǒng)的工作,使變速器得到不同擋位。同時,它能改善換擋平順性,保證換擋過程正常進(jìn)行?？刂茩C構(gòu)由主油路系統(tǒng)、換擋信號系統(tǒng)、換擋閥系統(tǒng)和緩沖安全系統(tǒng)組成,這些系統(tǒng)都由液壓控制閥及相關(guān)油路構(gòu)成,絕大多數(shù)控制閥都位于控制閥體總成內(nèi)。自動變速器的控制閥體通常用螺栓固定于變速器殼體下部、油底殼上方,它包括上、下閥體兩部分。在上、下閥體之間有墊片相隔,上、下閥體內(nèi)布置著各種控制閥,并加工出相應(yīng)的油道。2.電控液壓系統(tǒng)電控液壓自動變速器是通過各種傳感器,將發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、車速、發(fā)動機冷卻液溫度、自動變速器油（ATF)溫度等參數(shù)信號輸入電子控制單元,電子控制單元根據(jù)這些信號,按照設(shè)定的換擋規(guī)律,向換擋電磁閥、油壓電磁閥等發(fā)出動作控制信號,換擋電磁閥和油壓電磁閥再將電子控制單元的動作控制信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤嚎刂菩盘?閥體中的各控制閥根據(jù)這些液壓控制信號,控制換擋執(zhí)行元件的動作,從而實現(xiàn)自動換擋過程。電控液壓系統(tǒng)還帶有自診斷裝置,并具有在發(fā)生故障時,使車輛繼續(xù)行駛的失效防護(hù)功能。五、無級變速器簡介1.工作輪每個工作輪都由兩個帶有斜面的錐盤而組成一體,其中一個錐盤是固定的,另一個錐盤可以通過液壓伺服油缸來控制其移動,其相對位移可以通過控制機構(gòu)來改變；兩個工作輪軸間的距離和傳動帶的周長是固定不變的,當(dāng)主動輪的半徑處于較小位置時(錐盤間距離較寬),被動輪的半徑處于較大位置時(錐盤間距離較窄),傳動系統(tǒng)的傳動比較大,相當(dāng)于汽車低速擋行駛。反之,相當(dāng)于高速擋行駛。通過控制工作輪半徑的連續(xù)變化,得到連續(xù)的傳動比,實現(xiàn)無級變速。2.金屬帶金屬傳動帶由兩百多個金屬片和兩組金屬環(huán)組成,每個金屬片的厚度為1.4mm,在兩側(cè)工作輪擠壓力作用下傳遞動力。3.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)包括電磁離合器的控制和主、從動帶輪的變速比控制。發(fā)動機油門信號和主動帶輪轉(zhuǎn)速決定了變速比。根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車速、油門位置和換擋控制信號等,ECU來控制電磁離合器以及主、從動輪上伺服液壓缸的壓力,從而實現(xiàn)無級變速?！夹〗Y(jié)〗1.自動變速器主要由液力傳動裝置、齒輪變速機構(gòu)、液壓控制系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)、冷卻濾油裝置等組成。2.液力變矩器有三個工作輪，即泵輪、渦輪和導(dǎo)輪。3.最簡單的行星齒輪機構(gòu)由一個太陽輪、一個齒圈、一個行星架和支承在行星架上的幾個行星齒輪組成。4.行星齒輪變速器的換擋執(zhí)行機構(gòu)由離合器、制動器和單向超越離合器三種不同的執(zhí)行元件組成,它有三個基本作用,即連接、固定和鎖止。5.電控液壓自動變速器是通過各種傳感器,將發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、車速、發(fā)動機冷卻液溫度、自動變速器油（ATF)溫度等參數(shù)信號輸入電子控制單元,電子控制單元根據(jù)這些信號,按照設(shè)定的換擋規(guī)律,向換擋電磁閥、油壓電