汽車構(gòu)造 第15章 自動變速器.ppt

1、第15章 自動變速器,主講教師：,第15章 自動變速器,15.1 概述 自動變速器AT(automatic transmission)是指能夠根據(jù)發(fā)動機工況及汽車運行速度自動選擋和換擋的變速器。它由液力變矩器及機械變速系統(tǒng)組合而成。目前汽車上裝用的自動變速器由于綜合應(yīng)用了電子控制技術(shù)、液力控制技術(shù)、液力傳動技術(shù)和機械傳動技術(shù)， 故又稱為電控自動變速器。它能夠克服機械變速器的動載荷大，易使零件磨損以及頻繁地操縱離合器等缺點，從而減輕駕駛員勞動強度、提高行車安全性。,第15章 自動變速器,15.1.1 自動變速器的類型 1. 按齒輪變速機構(gòu)分類 自動變速器按齒輪變速機構(gòu)可分為平行軸式和行星齒輪式兩

2、種。 1) 平行軸式自動變速器 平行軸式自動變速器采用普通齒輪嚙合傳動，通過換擋離合器改變不同齒輪的搭配，實現(xiàn)傳動比(擋位)的變換。平行軸式自動變速器體積較大，使用車型少。廣州本田汽車有限公司生產(chǎn)的廣州本田雅閣轎車所使用的變速器就是平行軸式自動變速器。 2) 行星齒輪式自動變速器 行星齒輪式自動變速器采用行星齒輪傳動，通過換擋執(zhí)行元件實現(xiàn)擋位的變換。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小的特點，是目前絕大多數(shù)汽車采用的自動變速器。,第15章 自動變速器,2. 按傳動比變化是否連續(xù)分類 1) 有級式自動變速器 采用齒輪變速機構(gòu)的自動變速器不論是平行軸式還是行星齒輪式，各擋位傳動比是一個定值。各擋位傳動比之間是間

3、斷的，這是齒輪傳動固有的特點。 2) 無級式自動變速器 無級式自動變速器的結(jié)構(gòu)示意簡圖如圖15.1所示。它采用鋼帶或鏈條傳動，主、從動帶輪的槽寬(即帶輪的直徑)可以改變，從而改變鋼帶的傳動比。這種變速器(Continuously Variable Transmission)又稱為CVT，它可以實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級變速，即傳動比的變化是連續(xù)、無間斷的。CVT已經(jīng)在部分轎車上使用，國產(chǎn)奧迪(Audi) A6、南京菲亞特等車型就使用了CVT。隨著材料技術(shù)的進(jìn)步，如果傳動鋼帶或鏈條的壽命得以延長，CVT將會在越來越多的車型上得到應(yīng)用。,第15章 自動變速器,3. 按控制方式分類 自動變速器按控制方式可

4、分為液控液力自動變速器和電子控制液力自動變速器。 1) 液控液力自動變速器 液控液力自動變速器主要工作原理是：在手控制閥選定位置后，由反映節(jié)氣門開度的節(jié)氣門閥和反映車速的調(diào)速器閥把節(jié)氣門開度和車速轉(zhuǎn)換為液力信號，在換擋點，這些液力信號直接控制換擋閥進(jìn)行換擋。使換擋執(zhí)行機構(gòu)(換擋離合器、換擋制動器和單向離合器)進(jìn)行換擋。液力控制系統(tǒng)控制自動換擋的信息有三個：換擋手柄位置、節(jié)氣門開度(表征發(fā)動機負(fù)荷)、車速。當(dāng)駕駛員選定換擋手柄的位置之后，控制系統(tǒng)將根據(jù)節(jié)氣門的開度和車速實現(xiàn)自動換擋變速，如圖15.2所示。,第15章 自動變速器,2) 電控液力自動變速器 電控液力自動變速器在手控制閥選定位置后，由

5、反映節(jié)氣門開度的節(jié)氣門位置傳感器和反映車速的車速傳感器把節(jié)氣門開度和車速轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，這些電信號輸入電控單元(ECU)，由電子控制單元控制液力閥和液力執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行換擋。現(xiàn)在越來越多的汽車采用這種方式，如圖15.3所示。,圖15.2 液控液力自動變速器工作示意圖,第15章 自動變速器,15.1.2 自動變速器的組成 自動變速器主要由液力變矩器、齒輪變速器、液力控制系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)等幾部分組成。 1) 液力變矩器(torque converter) 液力變矩器位于自動變速器的最前端，它通過螺栓與發(fā)動機的飛輪相連，其作用與采用手動變速器汽車的離合器相似。它利用液力傳動的原理，將發(fā)動機的動力傳給自動

6、變速器的輸入軸。 2) 齒輪變速器(gear system) 齒輪變速器是自動變速器的主要組成部分，可以使變速器實現(xiàn)不同的傳功比，使之處于不同的擋位，一般有34個前進(jìn)擋和1個倒擋。與液力變矩器配合、可獲得由起步至最高車速的整個范圍內(nèi)的自動變速。 3) 液力控制系統(tǒng)(hydraulic system) 液力控制系統(tǒng)由油泵、調(diào)壓閥、換擋閥、減振器等零部件組成。它們通常安裝在齒輪變速器下方的油底殼內(nèi)。液力控制系統(tǒng)接受節(jié)氣門開度和車速信號，利用液力自動控制原理，實現(xiàn)自動換擋。,第15章 自動變速器,4) 電子控制系統(tǒng) 隨著自動變速器的發(fā)展，目前采用電控液力自動變速器越來越多。電控液力式控制系統(tǒng)除了閥板

7、及液力管路之外，還包括電控單元、傳感器、執(zhí)行器及控制電路等傳感器。它們將發(fā)動機和汽車的行駛參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺缓笏徒o自動變速器的電控單元，電控單元接受到這些信號后就根據(jù)既定的換擋規(guī)律實現(xiàn)自動換擋。 5) 冷卻、濾油裝置 變速器油在傳力和控制過程中，因沖擊和摩擦產(chǎn)生的熱量使油溫升高，從而會降低傳動效率。因此，必須使變速器油通過冷卻油路和冷卻器進(jìn)行冷卻，以保持正常的工作溫度(8090)。自動變速器在工作過程中因摩擦產(chǎn)生的金屬屑須由濾油器及時地過濾掉，以保持變速器油的清潔。,第15章 自動變速器,15.1.3 電控液力自動變速器的基本工作原理 在手控制閥選定位置后，由反映節(jié)氣門開度的節(jié)氣門位置傳感器

8、和反映車速的車速傳感器，把節(jié)氣門開度和車速(還有發(fā)動機轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度、液力油溫度等參數(shù))轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，這些電信號輸入電子控制單元(ECU)。在換擋點，ECU向換擋電磁閥、油壓電磁閥、鎖止電磁閥發(fā)出電信號，電磁閥再將電信號轉(zhuǎn)變成液力控制信號，液力控制信號控制液力閥體中各換擋閥使換擋執(zhí)行機構(gòu)換擋，如圖15.3。 如圖15.3所示，電控液力自動變速器由液力變矩器、行星齒輪變速系統(tǒng)(包括換擋執(zhí)行器)，自動換擋操縱系統(tǒng)(包括液力操縱系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng))、變速器殼體和油冷卻系統(tǒng)等組成。液力變矩器和行星齒輪變速器是構(gòu)成自動變速器的主要結(jié)構(gòu)，而自動換擋控制系統(tǒng)是自動變速器的核心和技術(shù)關(guān)鍵。在液力變矩器中，為

9、了避免液力油氣蝕及高溫帶來的不良后果，需要設(shè)置油泵將工作液體以一定的壓力輸送到變矩器中，使其循環(huán)圓內(nèi)保持一定的補償壓力，油泵的另一作用是不斷地將工作液從變矩器中引出，送到冷卻器或變速器的油底殼進(jìn)行冷卻。,第15章 自動變速器,現(xiàn)在越來越多的汽車采用電控液力自動變速器，它與液控液力自動變速器相比，具有以下優(yōu)點： (1) 計算機能夠存儲與處理多種換擋規(guī)律，所以可實現(xiàn)更合理更復(fù)雜的控制，突破液力閥結(jié)構(gòu)限制，獲得更理想的燃油經(jīng)濟(jì)性和動力性； (2) 簡化液力操縱系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕； (3) 控制精度高，反應(yīng)快且動作準(zhǔn)確； (4) 與汽車其他系統(tǒng)的電子控制(如發(fā)動機控制、巡航控制、牽引力控制、制動防

10、抱死控制、四輪驅(qū)動控制等)兼容性好； (5) 自動換擋系統(tǒng)變更換擋規(guī)律或參數(shù)時，只需改變控制程序和某些電子元件的型號規(guī)格就能達(dá)到要求，無須對變速器結(jié)構(gòu)零件作任何變動，所以適應(yīng)性強、開發(fā)周期短、在系列產(chǎn)品中更能顯示其優(yōu)越性。,第15章 自動變速器,15.2 耦合器與變矩器 15.2.1 液力耦合器 圖15.4為液力耦合器結(jié)構(gòu)示意圖，其主要零件形狀見圖15.5。 如圖15.4所示，液力耦合器主要由：殼體(housing)、泵輪(impeller)、渦輪(turbine)三個元件構(gòu)成。在發(fā)動機曲軸1的凸緣上，固定著耦合器外殼2。與外殼剛性連接并隨曲軸一起旋轉(zhuǎn)的葉輪，組成耦合器的主動元件，稱為泵輪了。

11、與從動軸5相連的葉輪，為耦合器的從動元件，稱為渦輪4。泵輪與渦輪統(tǒng)稱為工作輪。在工作輪的環(huán)狀殼體中，徑向排列著許多葉片。渦輪裝在密封的外殼中，其端面與泵輪端面相對，兩者之間留有34mm間隙。泵輪與渦輪裝合后，通過軸線的縱斷面呈環(huán)形，稱為循環(huán)圓。在環(huán)狀殼體中儲存有工作液。 液力耦合器的殼體和泵輪在發(fā)動機曲軸的帶動下旋轉(zhuǎn)，葉片間的工作液在泵輪帶動一起旋轉(zhuǎn)。隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的提高，離心力作用將使工作液從葉片內(nèi)緣向外緣流動。因此，葉片外緣處壓力較高，而內(nèi)緣處壓力較低，其壓力差取決于工作輪半徑和轉(zhuǎn)速。,第15章 自動變速器,圖15.4 液力耦合器結(jié)構(gòu)示意圖 1發(fā)動機曲軸 2耦合器外殼 3泵輪 4渦輪 5從

12、動軸,圖15.5 液力耦合器主要零件 1泵輪 2渦輪,第15章 自動變速器,由于泵輪和渦輪的半徑是相等的，故當(dāng)泵輪的轉(zhuǎn)速大于渦輪時，泵輪葉片外緣的液力大于渦輪葉片外緣。于是，工作液不僅隨著工作輪繞其軸線做圓周運動，并且在上述壓力差的作用下，沿循環(huán)圓依箭頭所示方向作循環(huán)流動。液體質(zhì)點的流線形成一個首尾相連的環(huán)形螺旋線(圖15.6)。,圖15.6 液力耦合器的工作原理示意圖,第15章 自動變速器,液力耦合器的傳動過程是：泵輪接受發(fā)動機傳動來的機械能，傳給工作液，使其提高動能，然后再由工作液將動能傳給渦輪。因此，液力耦合器實現(xiàn)傳動的必要條件是工作液在泵輪和渦輪之間有循環(huán)流動。而循環(huán)流動的產(chǎn)生，是由兩

13、個工作輪轉(zhuǎn)速不等，使兩輪葉片的外緣產(chǎn)生液力差所致。因此，液力耦合器在正常工作時，泵輪轉(zhuǎn)速總是大于渦輪轉(zhuǎn)速。如果二者轉(zhuǎn)速相等，液力耦合器則不起傳動作用。 汽車起步前，可將變速器掛上一擋位，啟動發(fā)動機驅(qū)動泵輪旋轉(zhuǎn)，而與整車驅(qū)動輪相連的渦輪暫時仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，工作液便立即產(chǎn)生繞工作輪軸線的圓周運動和循環(huán)流動。當(dāng)液流沖到渦輪葉片上時，其圓周速度降低到零而對渦輪葉片造成一個沖擊力，因而對渦輪作用一個繞渦輪軸線的力矩，力圖使渦輪與泵輪同向旋轉(zhuǎn)。對于一定的耦合器，發(fā)動機轉(zhuǎn)速越大，則作用于渦輪的力矩也越大。 加大發(fā)動機供油量，使其轉(zhuǎn)速增大到一定數(shù)值時，作用于渦輪上的轉(zhuǎn)矩足以使汽車克服起步阻力而使汽車起步。隨著

14、發(fā)動機轉(zhuǎn)速的繼續(xù)增高，渦輪連同汽車也不斷加速。,第15章 自動變速器,由液力耦合器工作原理可知，液體在循環(huán)流動過程中，沒有受到任何其他附加外力，故發(fā)動機作用于泵輪上的轉(zhuǎn)矩與渦輪所接受并傳給從動軸的轉(zhuǎn)矩相等。亦即液力耦合器只起傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，而不起改變轉(zhuǎn)矩大小的作用，故必須有變速機構(gòu)與其配合使用。此外，由于液力耦合器不能使發(fā)動機與變速器徹底分離，故在采用以移動齒輪或接合套方法換擋的普通齒輪變速器時，為了減小齒輪沖擊，在液力耦合器與變速器之間還必須裝一個離合器。而且由于液力耦合器中存在液流損失，傳動系效率比單用離合器時為低。目前，液力耦合器在汽車上的應(yīng)用日益減少。,第15章 自動變速器,15.2.

15、2 液力變矩器 1. 液力變矩器結(jié)構(gòu)原理 液力變矩器主要由泵輪4，渦輪3及固定不動的導(dǎo)輪(Stator)5三個元件組成(見圖15.7)。渦輪3、導(dǎo)輪5裝在密封的外殼2中，渦輪端面與泵輪端面相對。各工作輪采用鋁合金精密鑄造或用鋼板沖壓焊接而成。三者之間靠工作液傳遞動力，它們的葉片端面之間都留有一定間隙。所有工作輪裝配后，通過軸線的縱斷面呈環(huán)形(循環(huán)圓)。在環(huán)狀殼體中儲有工作液。為保證液力變矩器性能及液流很好地循環(huán)，三個工作輪葉片都彎成一定弧度(泵輪可以是直的)，葉片斷面是彎曲面，且相對于工作半徑方向是傾斜排列的。,第15章 自動變速器,圖15.7 液力變矩器的主要零件 1啟動齒圈 2變矩器殼 3

16、渦輪 4泵輪 5導(dǎo)輪,第15章 自動變速器,圖15.8所示為目前轎車上廣泛采用的綜合式液力變矩器。泵輪與變矩器殼連成一體，用螺栓固定在發(fā)動機曲軸后端的凸緣上，為變矩器的主動元件。殼體做成兩半，裝配后焊成一體(有的用螺栓連接)，殼體外面有啟動齒圈。渦輪通過軸承安裝在變矩器內(nèi)，通過輸出軸與汽車傳動系統(tǒng)的其他部件相連，為變矩器的從動元件。綜合式液力變矩器三元件中的導(dǎo)輪不是完全固定不動的，導(dǎo)輪安裝在泵輪與渦輪之間，通過單向離合器及導(dǎo)輪固定套固定在變速器外殼上。單向離合器的作用是可以使導(dǎo)輪順時針(向前)方向轉(zhuǎn)動，而不能朝逆時針(向后)方向轉(zhuǎn)動。 與耦合器一樣，變矩器正常工作時，儲于環(huán)形內(nèi)腔中的工作液，除

17、有繞變矩器軸的圓周運動以外，還有在循環(huán)圓中循環(huán)流動(見圖15.8)，故能將轉(zhuǎn)矩從泵輪傳到渦輪上。,第15章 自動變速器,與耦合器不同的是：變矩器不僅能傳遞轉(zhuǎn)矩，且能在泵輪轉(zhuǎn)矩不變的情況下，隨著渦輪的轉(zhuǎn)速不同而改變渦輪輸出轉(zhuǎn)矩的數(shù)值，即能實現(xiàn)無級變速。變矩器之所以能起變矩作用，是由于結(jié)構(gòu)上比耦合器多了導(dǎo)輪機構(gòu)。在工作液循環(huán)流動的過程中，固定不動的導(dǎo)輪給渦輪一個反作用力矩，使渦輪輸出的轉(zhuǎn)矩不同于泵輪輸入的轉(zhuǎn)矩。 發(fā)動機啟動后，曲軸帶動泵輪旋轉(zhuǎn)，因旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使泵輪葉片間的工作液沿葉片從內(nèi)緣向外緣甩出。這部分工作液既具有隨泵輪一起轉(zhuǎn)動的沿圓周向的分速度，又有沖向渦輪的軸向分速度。這些工作液沖擊渦

18、輪葉片，推動渦輪與泵輪同方向轉(zhuǎn)動。,圖15.8 液力變矩器的結(jié)構(gòu)與原理,第15章 自動變速器,當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速較小時，從渦輪流出的工作液向后流動，沖擊導(dǎo)輪葉片的前面。因為導(dǎo)輪被單向離合器限定不能向后轉(zhuǎn)動，所以導(dǎo)輪葉片將向后流動的工作液導(dǎo)向前推動泵輪葉片，促進(jìn)泵輪旋轉(zhuǎn)。這相當(dāng)于導(dǎo)輪、泵輪都對工作液施加了正向力矩。當(dāng)輸入與輸出轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時，兩正向力矩之和在大小上等于渦輪對工作液施加的反向力矩，從而使渦輪的輸出轉(zhuǎn)矩大于泵輪的輸入轉(zhuǎn)矩，也就是此時液力變矩器處于增大轉(zhuǎn)矩的變矩工況。渦輪的轉(zhuǎn)速越低，導(dǎo)輪改變工作液流動方向的作用越強，變矩器增大轉(zhuǎn)矩的效果越明顯。考慮到傳動效率(液力變矩器的傳動效率為輸出功率與輸入功

19、率之比)等因素，一般把變矩器的輸出轉(zhuǎn)矩與輸入轉(zhuǎn)矩之比(稱為變矩比)的最大值設(shè)計為22.5。 隨著渦輪轉(zhuǎn)速的增加，從渦輪流出的工作液逐漸轉(zhuǎn)為向前流動，當(dāng)工作液開始流向?qū)л喨~片的背面時，變矩器到達(dá)臨界點。因為單向離合器允許導(dǎo)輪一同向前旋轉(zhuǎn)，在向前流動工作液的帶動下，導(dǎo)輪沿泵輪轉(zhuǎn)動方向自由旋轉(zhuǎn)(空轉(zhuǎn))，工作液順利地回流到泵輪。當(dāng)從渦輪流出的工作液正好與導(dǎo)輪葉片出口方向一致時，自由轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輪對工作液沒有反作用力矩，液力油只受到泵輪和渦輪的反作用力矩作用，此時變矩器不起增矩作用，起耦合作用。由于渦輪這時轉(zhuǎn)速較高，變矩器處在高效率傳遞轉(zhuǎn)矩范圍。,第15章 自動變速器,導(dǎo)輪開始空轉(zhuǎn)的工作點稱為耦合點。綜合式

20、液力變矩器在渦輪轉(zhuǎn)速由零到耦合點的工作范圍內(nèi)按液力變矩器的特性工作，在渦輪轉(zhuǎn)速超過耦合點轉(zhuǎn)速之后按液力耦合器的特性工作。所以，綜合式液力變矩器既有增矩作用又有傳動效率高的特性。圖15.9 液力變矩器工作展開示意圖 圖15.9所示是變矩器工作輪的展開圖，由此來說明變矩器的工作原理。展開圖是將循環(huán)圓上的中間流線(此流線將液流通道斷面分割成面積相等的內(nèi)外兩部分)展開成一直線，各循環(huán)圓中間流線均在同一平面上展開。在展開圖上，泵輪B、渦輪W和導(dǎo)輪D便成為三個環(huán)形平面，且工作輪的葉片角度也清楚地顯示出來。,第15章 自動變速器,為便于說明，設(shè)發(fā)動機轉(zhuǎn)速及負(fù)荷不變，即變矩器泵輪的轉(zhuǎn)速nb及轉(zhuǎn)矩Mb為常數(shù)。先

21、討論汽車起步工況。開始時渦輪轉(zhuǎn)速nw為零，如圖15.10a所示。工作液在泵輪葉片帶動下，以一定的絕對速度沿圖中箭頭l的方向沖向渦輪葉片。因渦輪靜止不動，液流將沿著葉片流出渦輪并沖向?qū)л?，液流方向如圖15.10中箭頭2所示。然后液流再從固定不動的導(dǎo)輪葉片沿箭頭3方向流入泵輪中。當(dāng)液體流過葉片時，受到葉片的作用力，其方向發(fā)生變化。設(shè)泵輪、渦輪和導(dǎo)輪對液流的,作用轉(zhuǎn)矩分別為Mb、 和Md。根據(jù)液流受力平衡條件，則 Mb+Md。由于液流對渦輪的作用轉(zhuǎn)矩Mw(即變矩器輸出轉(zhuǎn)矩)與方向相反、大小相等，因而在數(shù)值上，渦輪轉(zhuǎn)矩Mw等于泵輪轉(zhuǎn)矩Mb與導(dǎo)輪轉(zhuǎn)矩Md之和。顯然，此時渦輪轉(zhuǎn)矩Mw大于泵輪轉(zhuǎn)矩Mb，即液

22、力變矩器起了增大轉(zhuǎn)矩的作用。,圖15.9 液力變矩器工作展開示意圖 B泵輪 W渦輪 D導(dǎo)輪,第15章 自動變速器,a. 當(dāng)nb=常數(shù)，nw=0時 b. 當(dāng)nb=常數(shù)，nw逐漸增長時 圖15.10 液力變矩器工作原理圖,第15章 自動變速器,當(dāng)變矩器輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動系統(tǒng)傳到驅(qū)動輪上所產(chǎn)生的牽引力足以克服汽車起步阻力時，汽車即起步并開始加速，與之相聯(lián)系的渦輪轉(zhuǎn)速nw也從零逐漸增加。這時液流在渦輪出口處不僅具有沿葉片方向的相對速度w，而且具有沿圓周方向的牽連速度u，故沖向?qū)л喨~片液流的絕對速度v應(yīng)是二者的合成速度，如圖15.10b所示。因原設(shè)泵輪轉(zhuǎn)速不變，起變化的只是渦輪轉(zhuǎn)速，故渦輪出口處相對速度w

23、不變，只是牽連速度u起變化。由圖可見，沖向?qū)л喨~片的液流的絕對速度v將隨著牽連速度u的增加(即渦輪轉(zhuǎn)速nw的增加)而逐漸向左傾斜，使導(dǎo)輪上所受轉(zhuǎn)矩值逐漸減小，當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速增大到某一數(shù)值，由渦輪流出的液流(如圖15.10b中u所示方向)正好沿導(dǎo)輪出口方向沖向?qū)л啎r，由于液體流經(jīng)導(dǎo)輪時方向不改變，故導(dǎo)輪轉(zhuǎn)矩Md為零，于是渦輪轉(zhuǎn)矩與泵輪轉(zhuǎn)矩相等，即MwMb。 若渦輪轉(zhuǎn)速nw繼續(xù)增大，液流絕對速度v方向繼續(xù)向左傾，如圖15.10b中所示方向，導(dǎo)輪轉(zhuǎn)矩方向與泵輪轉(zhuǎn)矩方向相反，則渦輪轉(zhuǎn)矩為前二者轉(zhuǎn)矩之差(MwMb-Md)，即變矩器輸出轉(zhuǎn)矩反而比輸入轉(zhuǎn)矩小。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速nw增大到與泵輪轉(zhuǎn)速nb相等時，工作液在循

24、環(huán)圓中的循環(huán)流動停止，將不能傳遞動力。,第15章 自動變速器,上述變矩器在泵輪轉(zhuǎn)速nb和轉(zhuǎn)矩Mb不變的條件下，渦輪轉(zhuǎn)矩Mw隨其轉(zhuǎn)速nw變化的規(guī)律，即液力變矩器的特性，可用圖15.11表示。 液力變矩器的傳動比i的定義與前述齒輪變速器不同，為輸出轉(zhuǎn)速(即渦輪轉(zhuǎn)速nw)與輸入轉(zhuǎn)速(即泵輪轉(zhuǎn)速nb)之比，即,圖15.11 液力變矩器特性(nb=常數(shù)),第15章 自動變速器,液力變矩器輸出轉(zhuǎn)矩與輸入轉(zhuǎn)矩(即泵輪轉(zhuǎn)矩Mb)之比稱為變矩系數(shù)，用K表示，即 圖15.11所示的液力變矩器特性，是在泵輪轉(zhuǎn)矩Mb和轉(zhuǎn)速nb不變的條件下得出的，因此圖中的Mwnw曲線也反映了變矩系數(shù)K與渦輪轉(zhuǎn)速nw(或傳動比i)之間

25、的變化關(guān)系。 從變矩器特性中可以看出，變矩系數(shù)K是隨渦輪轉(zhuǎn)速的改變而連續(xù)變化的。當(dāng)汽車起步、上坡或遇到較大阻力時，如果發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷不變，這時車速將降低，即渦輪轉(zhuǎn)速降低。于是變矩系數(shù)相應(yīng)增大，因而使驅(qū)動輪獲得較大的轉(zhuǎn)矩，保證汽車能克服增大的阻力而繼續(xù)行駛。所以液力變矩器是一種能隨汽車行駛阻力的不同而自動改變變矩系數(shù)的無級變速器。此外，液力耦合器所具備的保證汽車平穩(wěn)起步、衰減傳動系統(tǒng)中的扭轉(zhuǎn)振動、防止傳動系超載等功能，液力變矩器也同樣具備。,第15章 自動變速器,2. 幾種典型液力變矩器 1) 三元件液力變矩器 三元件液力變矩器的典型形式如圖15.12所示。它由泵輪8、渦輪5和導(dǎo)輪9組成。最

26、大變矩系數(shù)(即渦輪轉(zhuǎn)速為零時的變矩系數(shù))為1.92.5。 變矩器殼體7由前后兩半焊接而成。殼體前端連接著裝有啟動齒圈6的托盤，并用螺釘固定在曲軸后端凸緣4上。為了在維修拆裝后保持變矩器與曲軸原有的相對位置，以免破壞動平衡，螺釘在圓周上的分布是不均勻的。 泵輪8裝有徑向平直葉片。焊在泵輪外殼上的泵輪輪轂12可自由轉(zhuǎn)動。渦輪5有傾斜的曲面葉片。與渦輪殼體鉚釘連接的渦輪輪轂3，以花鍵與變矩器輸出軸13相連。泵輪及渦輪的葉片和殼體均為鋼板沖壓件，葉片和內(nèi)環(huán)采用點焊連接，與外殼采用銅焊連接。導(dǎo)輪用鋁合金鑄造，并與自由輪的外座圈10固定連接。,第15章 自動變速器,圖15.12 典型轎車用液力變矩器1滾柱

27、 2塑料墊片 3渦輪輪轂 4曲軸凸緣 5渦輪 6啟動齒圈 7變矩器殼8泵輪 9導(dǎo)輪 10自由輪外座圈 11自由輪內(nèi)座圈 12泵輪輪轂13變矩器輸出軸(齒輪變速器第一軸) 14導(dǎo)輪固定套管 15推力墊片 16自由輪機構(gòu)蓋,第15章 自動變速器,變矩器自由輪機構(gòu)的構(gòu)造可用圖15.13來說明。它由外座圈2、內(nèi)座圈1、滾柱5及不銹鋼疊片彈簧6組成。導(dǎo)輪3用鉚釘4鉚在外座圈2上(也可用花鍵連接)。內(nèi)座圈1與固定套管(在圖15.9中標(biāo)號為14)用花鍵連接，因而內(nèi)座圈是固定不動的。外座圈2的內(nèi)表面有若干個偏心的圓弧面。滾柱5經(jīng)常被疊片彈簧6壓向內(nèi)外座圈之間滾道比較狹窄的一端，而將內(nèi)外兩座圈楔緊。 當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速

28、較低、與泵輪轉(zhuǎn)速差較大時，從渦輪流出的液流沖擊導(dǎo)輪葉片，力圖使導(dǎo)輪3順時針方向(虛線箭頭所示)旋轉(zhuǎn)，由于滾柱5楔緊在滾道的窄端，導(dǎo)輪便同自由輪外座圈2一起被卡緊在內(nèi)座圈1上而固定不動，此時液力變矩器起增大轉(zhuǎn)矩的作用。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速升高到一定程度，液流對導(dǎo)輪的沖擊力反向，于是導(dǎo)輪自由地相對于內(nèi)座圈按實線箭頭方向與渦輪同向轉(zhuǎn)動。這時，變矩器就轉(zhuǎn)入耦合器的工作狀況。這種可以轉(zhuǎn)入耦合器工況的變矩器稱綜合式液力變矩器。,第15章 自動變速器,采用綜合式液力變矩器的目的，在于利用耦合器在高傳動比時相對變矩器有較高效率的特點。效率指液力傳動裝置輸出功率與輸入功率之比。變矩器效率b與耦合器效率0隨傳動比i變化的規(guī)

29、律如圖15.14所示，圖中還作出變矩系數(shù)K隨傳動比變化的曲線。由圖中可知，在傳動比iik1(變矩系數(shù)K1時的傳動比)范圍內(nèi)，變矩器的效率高于耦合器，當(dāng)iik=1，變矩器效率b迅速下降，而耦合器的效率0卻繼續(xù)增高。綜合式液力變矩器即在低速時按變矩器特性工作，而當(dāng)傳動比達(dá)ik=1時，轉(zhuǎn)為按耦合器特性工作，從而擴(kuò)大了高效率的范圍，如圖15.14中實線所示。 變矩器的各工作輪在一個密閉腔內(nèi)工作，腔內(nèi)充滿液力傳動油，它既是工作介質(zhì)，又是液力元件的潤滑劑和冷卻劑。為防止氣蝕現(xiàn)象，腔內(nèi)應(yīng)保持一定的補償壓力，其值視變矩器而異，通常在0.250.7MPa范圍內(nèi)。所謂氣蝕是指液體流動過程中，某處壓力下降到低于該溫

30、度下工作液的飽和蒸汽壓時，液體形成氣泡的現(xiàn)象。當(dāng)液體中的氣泡隨液流運動到壓力較高的區(qū)域時，氣泡在周圍液力油的沖擊下迅速破裂，又凝結(jié)成液態(tài)，使體積驟然縮小，出現(xiàn)真空。于是周圍的液體質(zhì)點即,第15章 自動變速器,以極高的速度填補這些空間。在此瞬間，液體質(zhì)點相互強烈碰擊，產(chǎn)生明顯的噪聲。同時造成很高的局部壓力，致使葉片表面的金屬顆粒被擊破。由此可見，氣蝕現(xiàn)象將影響變矩器正常工作，使其效率降低，并伴有噪聲。故工作腔內(nèi)必須保持足夠的補償壓力。 由油泵輸出的具有一定壓力的補償油通過固定套管14(見圖15.12)與泵輪輪轂12之間的環(huán)狀空腔，從導(dǎo)輪與泵輪之間的縫隙進(jìn)入，由渦輪與導(dǎo)輪之間流出，經(jīng)固定套管14與

31、變矩器輸出軸13之間的環(huán)狀空腔通往冷卻器，使工作液得到冷卻。 由于補償壓力的存在，工作輪上受到的軸向力較大。為此，在導(dǎo)輪端部裝有有色金屬推力墊片15，在渦輪輪轂與殼體之間裝有耐磨的塑料墊片2。 上述三元件綜合式液力變矩器結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，性能穩(wěn)定，最高效率達(dá)92%，在轉(zhuǎn)為耦合器工作時，高傳動比區(qū)的效率可達(dá)96%。因此，它在高級轎車上應(yīng)用極廣，在大型客車、自卸車及工程車輛上的應(yīng)用也逐漸增多。,第15章 自動變速器,圖15.13 液力變矩器自由輪機構(gòu) 1內(nèi)座圈 2外座圈 3導(dǎo)輪 4鉚釘 5滾柱 6疊片彈簧,圖15.14 三元件綜合式液力變矩器特性,第15章 自動變速器,變矩器的各工作輪在一個密閉

32、腔內(nèi)工作，腔內(nèi)充滿液力傳動油，它既是工作介質(zhì)，又是液力元件的潤滑劑和冷卻劑。為防止氣蝕現(xiàn)象，腔內(nèi)應(yīng)保持一定的補償壓力，其值視變矩器而異，通常在0.250.7MPa范圍內(nèi)。所謂氣蝕是指液體流動過程中，某處壓力下降到低于該溫度下工作液的飽和蒸汽壓時，液體形成氣泡的現(xiàn)象。當(dāng)液體中的氣泡隨液流運動到壓力較高的區(qū)域時，氣泡在周圍液力油的沖擊下迅速破裂，又凝結(jié)成液態(tài)，使體積驟然縮小，出現(xiàn)真空。于是周圍的液體質(zhì)點即以極高的速度填補這些空間。在此瞬間，液體質(zhì)點相互強烈碰擊，產(chǎn)生明顯的噪聲。同時造成很高的局部壓力，致使葉片表面的金屬顆粒被擊破。由此可見，氣蝕現(xiàn)象將影響變矩器正常工作，使其效率降低，并伴有噪聲。故

33、工作腔內(nèi)必須保持足夠的補償壓力。 由油泵輸出的具有一定壓力的補償油通過固定套管14(見圖15.12)與泵輪輪轂12之間的環(huán)狀空腔，從導(dǎo)輪與泵輪之間的縫隙進(jìn)入，由渦輪與導(dǎo)輪之間流出，經(jīng)固定套管14與變矩器輸出軸13之間的環(huán)狀空腔通往冷卻器，使工作液得到冷卻。,第15章 自動變速器,由于補償壓力的存在，工作輪上受到的軸向力較大。為此，在導(dǎo)輪端部裝有有色金屬推力墊片15，在渦輪輪轂與殼體之間裝有耐磨的塑料墊片2。 上述三元件綜合式液力變矩器結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，性能穩(wěn)定，最高效率達(dá)92%，在轉(zhuǎn)為耦合器工作時，高傳動比區(qū)的效率可達(dá)96%。因此，它在高級轎車上應(yīng)用極廣，在大型客車、自卸車及工程車輛上的應(yīng)用

34、也逐漸增多。 2) 四元件綜合式液力變矩器 某些啟動變矩系數(shù)大的變矩器，若采用上述三元件綜合式變矩器，則在最高效率工況到耦合器工況始點之間的區(qū)段上效率顯著降低。為避免這個缺點，可將導(dǎo)輪分割成兩個，分別裝在各自的自由輪上，而形成四元件綜合式液力變矩器。,第15章 自動變速器,圖15.15為四元件綜合式液力變矩器的示意圖。當(dāng)渦輪5轉(zhuǎn)速較低時，渦輪出口處液流沖擊在兩導(dǎo)輪葉片的凹面上，方向如圖15.15b) v l所示。此時，兩導(dǎo)輪的自由輪機構(gòu)均被鎖住，導(dǎo)輪固定，按變矩器工況工作。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速增加到一定程度液流速度為v2時，液流對第一導(dǎo)輪的沖擊力反向，第一導(dǎo)輪便因自由輪機構(gòu)松脫而與渦輪同向旋轉(zhuǎn)，此時只有

35、第二導(dǎo)輪仍起變矩作用。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高到接近泵輪轉(zhuǎn)速即液流速度為v 3時，第二導(dǎo)輪也受到液流的反向沖擊力而與渦輪及第一導(dǎo)輪同向轉(zhuǎn)動，于是變矩器全部轉(zhuǎn)入耦合器工況。 四元件綜合式液力變矩器的特性是兩個變矩器特性和一個耦合器特性的綜合(見圖15.16)。在傳動比0i1區(qū)段，兩個導(dǎo)輪固定不動，二者的葉片組成一個彎曲程度更大的葉片，以保證在低傳動比工況下獲得大的變矩系數(shù)。在傳動比i1ik=l區(qū)段，第一導(dǎo)輪脫開，變矩器帶有一個葉片彎曲程度較小的導(dǎo)輪工作，因而此時可得到較高的效率。當(dāng)傳動比為ik=1時，變矩器轉(zhuǎn)入耦合器工況，效率按線性規(guī)律增長。,第15章 自動變速器,圖15.15 四元件綜合式液力變矩器

36、示意圖 1啟動齒圈 2變矩器殼 3曲軸凸緣 4第一導(dǎo)輪(I) 5渦輪6泵輪 7第二導(dǎo)輪(II) 8自由輪機構(gòu) 9輸出軸 10導(dǎo)輪固定套管,第15章 自動變速器,3) 帶鎖止離合器的液力變矩器 因變矩器的渦輪與泵輪之間存在轉(zhuǎn)速差和液力損失，變矩器的效率不如機械變速器高，故采用變矩器的汽車在正常行駛時的燃油經(jīng)濟(jì)性較差。為提高變矩器在高傳動比工況下的效率，可采用帶鎖止離合器的液力變矩器(見圖15.17)。鎖止離合器的主動部分是傳力盤8和活塞(即壓盤)6，它們與泵輪11一道旋轉(zhuǎn)。從動部分是裝在渦輪輪轂14花鍵上的從動盤7。壓力油經(jīng)油道5進(jìn)入后，推動活塞右移，壓緊從動盤，即鎖止離合器接合，于是泵輪與渦輪

37、接合成一體旋轉(zhuǎn)，變矩器不起作用。當(dāng)撤除油壓時，二者分離，變矩器恢復(fù)正常工作。 當(dāng)汽車起步或在壞路面上行駛時，可將鎖止離合器分離，使變矩器起作用，以充分發(fā)揮液力傳動自動適應(yīng)行駛阻力劇烈變化的優(yōu)點。當(dāng)汽車在良好道路上行駛時，應(yīng)接合鎖止離合器，使變矩器的輸入軸和輸出軸成為剛性連接，即轉(zhuǎn)為直接機械傳動。此時，變矩系數(shù)K1，變矩器效率1，這就提高了汽車的行駛速度和燃料經(jīng)濟(jì)性。,第15章 自動變速器,當(dāng)鎖止離合器接合時，自由輪機構(gòu)即脫開，導(dǎo)輪在液流中自由旋轉(zhuǎn)。若取消自由輪機構(gòu)，則當(dāng)泵輪與渦輪鎖成一體旋轉(zhuǎn)時，導(dǎo)輪將仍處于固定狀態(tài)，導(dǎo)致液力損失加大，效率降低。現(xiàn)代轎車自動變速器廣泛使用單級雙相三元件閉鎖綜合式

38、液力變矩器?！皢渭墶敝钢挥幸粋€渦輪，“雙相”指有變矩和耦合兩種工況，“三元件”指有泵輪、渦輪和導(dǎo)輪三個元件，“閉鎖”指有鎖止離合器閉鎖功能。,第15章 自動變速器,圖15.17 帶鎖止離合器的液力變矩器 1啟動齒圈 2鎖止離合器操縱油缸 3導(dǎo)向銷 4曲軸凸緣盤 5油道 6操縱油缸活塞(壓盤) 7離合器從動盤 8傳力盤 9鍵 10渦輪 11泵輪 12導(dǎo)輪 13自由輪機構(gòu) 14渦輪輪轂 15變矩器輸出軸,第15章 自動變速器,當(dāng)汽車起步或在壞路面上行駛時，可將鎖止離合器分離，使變矩器起作用，以充分發(fā)揮液力傳動自動適應(yīng)行駛阻力劇烈變化的優(yōu)點。當(dāng)汽車在良好道路上行駛時，應(yīng)接合鎖止離合器，使變矩器的輸入

39、軸和輸出軸成為剛性連接，即轉(zhuǎn)為直接機械傳動。此時，變矩系數(shù)K1，變矩器效率1，這就提高了汽車的行駛速度和燃料經(jīng)濟(jì)性。 當(dāng)鎖止離合器接合時，自由輪機構(gòu)即脫開，導(dǎo)輪在液流中自由旋轉(zhuǎn)。若取消自由輪機構(gòu)，則當(dāng)泵輪與渦輪鎖成一體旋轉(zhuǎn)時，導(dǎo)輪將仍處于固定狀態(tài)，導(dǎo)致液力損失加大，效率降低?，F(xiàn)代轎車自動變速器廣泛使用單級雙相三元件閉鎖綜合式液力變矩器?！皢渭墶敝钢挥幸粋€渦輪，“雙相”指有變矩和耦合兩種工況，“三元件”指有泵輪、渦輪和導(dǎo)輪三個元件，“閉鎖”指有鎖止離合器閉鎖功能。,第15章 自動變速器,15.3 行星齒輪變速器 液力變矩器雖能傳遞和增大發(fā)動機轉(zhuǎn)矩，但變矩比不大，變速范圍不寬，遠(yuǎn)不能滿足汽車使用工

40、況。為進(jìn)一步增大轉(zhuǎn)矩，擴(kuò)大其變速范圍，提高汽車的適應(yīng)能力，在液力變矩器后面再裝一個機械變速器有級式齒輪變速器。該變速器多采用單排行星齒輪結(jié)構(gòu)。行星齒輪變速器由行星齒輪機構(gòu)及離合器、制動器和單向離合器等執(zhí)行元件組成。行星齒輪機構(gòu)通常由多個行星排組成，行星排的多少與擋數(shù)的多少有關(guān)。 15.3.1 單排行星齒輪機構(gòu)的工作原理 圖15.18為單排行星齒輪機構(gòu)的構(gòu)造，其受力分析如圖15.19所示。,第15章 自動變速器,圖15.18 行星齒輪機構(gòu)的構(gòu)造,圖15.19 單排行星齒輪機構(gòu)及作用力 1太陽輪 2齒圈 3行星架 4行星齒輪,第15章 自動變速器,作用于太陽輪(sun gear)1上的力矩M1M1

41、=F1r1 作用于齒圈(ring gear)2上的力矩M2 M2=F2r2 作用于行星架(planet carrier)3上的力矩M3 M3=F3r3 假設(shè)齒圈與太陽輪的齒數(shù)比為，則 因而r2 = r1又 式中，r1、r2分別為太陽輪和齒圈的節(jié)圓半徑，r3為行星輪與太陽輪的中心距。 由行星輪(planet pinion)4的力平衡條件可得F1=F2和F3=2F2。因此，太陽輪、齒圈和行星架上的力矩分別為： M1 = F1r1M2 =F1r1 M3=(+1)F1r1 (15-1),第15章 自動變速器,根據(jù)能量守恒定律，三個元件上輸入和輸出功率的代數(shù)和應(yīng)等于零，即： M1 1 + M2 2 +

42、M33 = 0 (15-2) 式中， 1 、 2 、 3分別為太陽輪、齒圈和行星架的角速度。 將式(15-1)代入式(15-2)中，即可得到表示單排行星齒輪機構(gòu)一般運動規(guī)律的特性方程式： 1 + 2 -(1+)3 = 0 若以轉(zhuǎn)速代替角速度，則上式可寫成： n1 + n2- (1+)n3 = 0 (15-3) 由式(15-3)可以看出，在太陽輪、齒圈和行星架這三個元件中，可任選兩個分別作為主動件和從動件，而使另一元件固定不動(即使該元件轉(zhuǎn)速為零)，或使其運動受一定約束(即該元件的轉(zhuǎn)速為某定值)，則整個輪系即以一定的傳動比傳遞動力。下面分別討論以下情況：,第15章 自動變速器,(1) 太陽輪1為

43、主動件，行星架3為從動件，齒圈2固定。此時，式(15-3)中n2=0，故傳動比為： (2) 齒圈2為主動件，行星架3為從動件，太陽輪1固定。此時，式(15-3)中n1=0，故傳動比為： (3) 太陽輪1為主動件，齒圈2為從動件，行星架3固定。此時，式(15-3)中n3=0，故傳動比為： 在此情況下，n1與n2符號相反，即表示主動軸與從動軸的旋轉(zhuǎn)方向相反，故為倒擋傳動情況。,第15章 自動變速器,(4) 若使n1 =n2，則： 在n1=n3或n2=n3時，同樣可得n1=n2=n3。因此，若使三元件中的任何兩個元件連成一體轉(zhuǎn)動，則第三元件的轉(zhuǎn)速必然與前二者轉(zhuǎn)速相等，即行星齒輪系中所有元件(包括行星

44、齒輪)之間都沒有相對運動，從而形成直接擋傳動，傳動比為1。 如果所有元件都不受約束，即都可以自由轉(zhuǎn)動，則行星齒輪機構(gòu)完全失去傳動作用，從而得到空擋。,第15章 自動變速器,15.3.2 多排行星齒輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與工作原理 在現(xiàn)代汽車行星齒輪變速器中，采用辛普森(simpson)式行星齒輪機構(gòu)和拉威挪(ravigneaux)式行星齒輪機構(gòu)。本章主要介紹辛普森式行星齒輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)與原理。 辛普森(simpson)式行星齒輪機構(gòu)(圖15.20)主要由結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同的兩個單級行星排組合而成。其結(jié)構(gòu)特點是：前后兩個行星排的太陽輪連為一個整體，即共用太陽輪，稱為前后太陽輪組件；前行星排的行星架與后行星排的內(nèi)

45、齒圈相連作為自動變速器的輸出軸；前行星排的內(nèi)齒圈和太陽輪組件通常作為自動變速器的輸入軸。辛普森式行星齒輪機構(gòu)與不同數(shù)量的換擋執(zhí)行元件組合，可構(gòu)成三擋或四擋行星齒輪變速系統(tǒng)。 拉威挪式行星齒輪機構(gòu)的特點如圖15.21所示，拉威挪式行星齒輪機構(gòu)由一個單排單級行星齒輪機構(gòu)和一個單排雙級行星齒輪機構(gòu)組合而成。其結(jié)構(gòu)特點是：前排為單級行星齒輪機構(gòu)，后排為雙級行星齒輪機構(gòu)。前后排共用行星架和內(nèi)齒圈。前排太陽輪稱為大太陽輪，與后排長行,第15章 自動變速器,星齒輪嚙合；后排太陽輪稱為小太陽輪，與短行星齒輪嚙合。長、短行星齒輪互相嚙合，共用行星架。通常以前后太陽輪作為輸入軸，內(nèi)齒圈作為輸出軸。拉威挪式行星齒輪

46、機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小，與不同數(shù)量的換擋執(zhí)行元件組合可構(gòu)成三擋或四擋行星齒輪結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。,圖15.20 辛普森式行星齒輪機構(gòu)示意圖,圖15.21 拉威挪式行星齒輪機構(gòu)示意圖,第15章 自動變速器,以豐田A340E型變速器為例，說明辛普森式行星齒輪機構(gòu)的變速原理。 圖15.22所示為豐田A340E型(A自動變速器；3汽車的驅(qū)動方式；1、2、5前輪驅(qū)動，3、4后輪驅(qū)動；4自動變速器的D位擋數(shù)：Z自動變速器結(jié)構(gòu)特點：E為計算機控制，L為帶鎖止離合器的綜合式液力變矩器)辛普森式三行星排四擋行星齒輪變速器結(jié)構(gòu)示意圖。超速行星排被安裝在行星齒輪變速器的前端，行星架11是主動件，與輸入軸1相連。超速行星排的工作

47、由超速擋離合器C0、超速擋單向離合器F0和超速擋制動器B0控制，C0和F0都連接超速行星排行星架11與太陽輪2；F0的外圈與行星架11嚙合，內(nèi)圈固定在太陽輪2上，在發(fā)動機動力傳到輸入軸時，太陽輪2與行星架11結(jié)合。B0連接殼體與太陽輪，用于制動太陽輪。齒圈3為被動件，與中間軸4相連。在行星齒輪變速器傳動過程中，B0放松C0接合時，超速行星排直接傳動，傳動比為1；而當(dāng)B0制動C0分離時，超速行星排則由行星架輸入，齒圈輸出處于增加轉(zhuǎn)動狀態(tài)，因而傳動比小于1(超速擋)。,第15章 自動變速器,圖15.22 辛普森式三行星排四檔行星齒輪變速器結(jié)構(gòu)示意圖 1輸入軸 2超速擋太陽輪 3超速擋齒圈 4中間軸

48、 5前行星齒圈 6太陽輪 7后行星齒圈 8輸出軸 9后行星架 10前行星架 11超速擋行星架 C0超速擋離合器 C1前進(jìn)擋離合器 C2高擋及倒擋離合器 B0超速擋制動器 B1擋滑行制動器 B2擋制動器 B3低擋及倒擋制動器 F0超速擋單向離合器 F1擋單向離合器 F2低擋單向離合器,第15章 自動變速器,前進(jìn)擋離合器C1連接中間軸4和前齒圈5，倒擋及高擋離合器C2連接中間軸4和太陽輪6，擋滑行制動器B1(為帶式結(jié)構(gòu)，其余制動器均為多片摩擦式結(jié)構(gòu))連接變速器殼體與太陽輪6，用來制動太陽輪6。輸出軸8與前行星架10、后齒圈7連接。擋制動器B2用于固定擋單向離合器F1的外圈，防止太陽輪6逆時針轉(zhuǎn)動(

49、從變速器輸入端看，以下類同)，即太陽輪逆時針旋轉(zhuǎn)時F1的內(nèi)、外圈接合。低擋及倒擋制動器B3連接外殼與后行星架9，用于制動后行星架9。低擋單向離合器F2連接后行星架與外殼(逆時針旋轉(zhuǎn)時F2的內(nèi)、外圈接合)，防止后行星架逆時針轉(zhuǎn)動。 以豐田A340E型自動變速器為例說明行星齒輪機構(gòu)的工作原理，各擋傳動路線圖如 圖15.23所示。,第15章 自動變速器,圖15.23 三行星排四擋行星齒輪變速系統(tǒng)各擋位動力傳遞路線,第15章 自動變速器,圖15.23(續(xù)) a. D位1擋、2位1擋動力傳遞路線(無發(fā)動機制動作用) b. D位2擋動力傳遞路線(無發(fā)動機制動作用)c. D位3擋、2位3擋動力傳遞路線(具有

50、發(fā)動機制動作用) d. D位4擋(OD擋)動力傳遞路線(具有發(fā)動機制動作用)e. 2位2擋、L位2擋動力傳遞路線(具有發(fā)動機制動作用) f. L位1擋動力傳遞路線(具有發(fā)動機制動作用) g. R位動力傳遞路線,第15章 自動變速器,豐田A340E型自動變速器換擋手柄有六個位置：P、R、N、D、2、L。手柄在D位時可在擋變換；手柄在2位時可在擋變換，而且擋會產(chǎn)生發(fā)動機制動作用；手柄在L位時可在擋變換，并且、擋均有發(fā)動機制動作用。 三行星排辛普森式四擋行星齒輪變速器換擋執(zhí)行元件共有10個，換擋接合情況見 表15-1。 (1) 換擋手柄位于“”或“P”位時。C0工作，把超速行星排的行星架與其太陽輪聯(lián)

51、鎖在一起，超速行星排處于直接擋狀態(tài)，從超速行星排輸入的轉(zhuǎn)矩沒有變化地傳至中間軸4，但因C2、C1都不工作，所以動力無法向后傳遞，變速器處于空擋或駐車擋。 當(dāng)換擋手柄位于“P”位時，如圖15.24所示，駐車鎖止機構(gòu)使鎖止棘爪5上的齒嵌入輸出軸的外齒圈2中，因鎖止棘爪固定在變速器外殼上，所以輸出軸被固定而不能轉(zhuǎn)動，起到了駐車制動作用。,第15章 自動變速器,第15章 自動變速器,第15章 自動變速器,(2) 換擋手柄位于“R”位時。C2、C0、B3、F0工作，C0、F0把超速行星排的行星架與太陽輪聯(lián)鎖在一起，超速行星排處于直接擋狀態(tài)，從輸入軸輸入的轉(zhuǎn)矩沒有變化地傳至中間軸4。C2把轉(zhuǎn)矩傳遞到辛普森

52、行星機構(gòu)的太陽輪6，使太陽輪順時針方向旋轉(zhuǎn)。D3把后排行星架9制動，于是后排齒圈7減速并逆時針旋轉(zhuǎn)，變速器處于倒擋。,圖15.24 駐車鎖止機構(gòu) 1鎖止凸輪 2輪子出軸外齒圈 3變速器殼體 4樞軸 5鎖止棘爪,第15章 自動變速器,變速器的傳動比即太陽輪6與齒圈7的轉(zhuǎn)速之比。設(shè)前排齒圈與太陽輪齒數(shù)比為 1=Z5/Z6，后排齒圈與太陽輪齒數(shù)比為2 = Z7/Z6。則倒擋傳動比為： (3) 換擋手柄位于“D”位時。發(fā)動機負(fù)荷較大、行駛速度較低時，電子控制單元將1號電磁閥接通，2號電磁閥關(guān)斷，變速器處于擋工況。換擋執(zhí)行元件中，C1、C0、F2、F0工作，其中C0、F0把超速行星排行星架與其太陽輪聯(lián)鎖

53、在一起，超速行星排處于直接擋狀態(tài)，從輸入軸輸入的轉(zhuǎn)矩沒有變化地傳至中間軸4。C1把動力傳遞至前齒圈5，前齒圈順時針旋轉(zhuǎn)，前行星輪順時針方向圍繞其軸旋轉(zhuǎn)，致使其太陽輪6逆時針旋轉(zhuǎn)。太陽輪促使后行星輪順時針圍繞其軸9旋轉(zhuǎn)，并且相對于后齒圈7內(nèi)壁按逆時針方向轉(zhuǎn)動。F2能防止后行星架9逆時針方向旋轉(zhuǎn)，因為后行星架9被固定，后行星輪便迫使其齒圈沿著順時針方向,第15章 自動變速器,旋轉(zhuǎn)，將動力傳遞到輸出軸8。前行星架10亦順時針旋轉(zhuǎn)，將來自中間軸的部分動力傳遞至輸出軸。在前排行星齒輪機構(gòu)中，環(huán)形齒圈5為主動件，行星架10為從動件，故從動件轉(zhuǎn)速(即輸出軸轉(zhuǎn)速)必然下降，其太陽輪為固定件時，則為擋傳動比。而

54、此時太陽輪沒有固定，在后排行星機構(gòu)的傳動作用下，太陽輪以一定的傳動比逆時針旋轉(zhuǎn)，這就使得前排行星架(從動件)的轉(zhuǎn)速較擋時更低。 擋傳動比即為前齒圈5與后齒圈7的轉(zhuǎn)速之比。根據(jù)式(15-3)，前排行星齒輪機構(gòu)的運動特性方程為: n0 = 1n5(1+1)nl0 = 0 (15-5) 后排行星齒輪機構(gòu)的運動特性方程為： n6 +2n7(1+2)n9 =0 (15-6) 因n7 = n10；又因F2固定后行星架9，故n9=0。,第15章 自動變速器,將式(15-6)代入式(15-5)中，整理得I擋傳動比為： 當(dāng)發(fā)動機負(fù)荷與行駛速度適合換擋時，電子控制單元將l號和2號電磁閥都接通，變速器處于擋工況。換

55、擋執(zhí)行元件中，C1、C0、B2、F1、F0工作，其中C0、F0使輸入軸與中間軸直接傳遞動力。C1把動力傳遞到前齒圈5。在前齒圈順時針旋轉(zhuǎn)輸出軸受一定阻力矩時，前行星輪順時針方向繞其軸10旋轉(zhuǎn)，有使太陽輪6逆時針旋轉(zhuǎn)的趨勢。而B2、F1阻止了太陽輪逆時針旋轉(zhuǎn)。因為太陽輪被固定，前行星架10與前齒圈5同向順時針旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速低于前齒圈5的轉(zhuǎn)速。在擋時，后行星輪處于無載荷的自由旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。,第15章 自動變速器,由于擋時，后行星輪無載荷的自由旋轉(zhuǎn)，故擋傳動比只由前排行星齒輪機構(gòu)決定，且前行星排為齒圈輸入、行星架輸出，太陽輪固定。 根據(jù)前排行星齒輪機構(gòu)的運動特性方程式(15-5) 因n6=0，故擋傳動比為

56、： 當(dāng)發(fā)動機負(fù)荷與行駛速度適合換擋時，電子控制單元1號電磁閥關(guān)斷，2號電磁閥接通，變速器處于擋工況。換擋執(zhí)行元件中，C1、C2、C0、B2、F0工作，其中C0、F0能使輸入軸與中間軸直接傳遞動力；C1、C2分別把動力傳遞到前齒圈及其太陽輪。因為實際上Cl、C2已把前齒圈和太陽輪聯(lián)鎖在了一起，所以與前行星架連在一起的輸出軸也必然與它們聯(lián)鎖在一起，使輸入軸與輸出軸直接傳遞動力。變速器處于直接擋工況，傳動比為1。此時B2雖然工作但不傳遞動力。,第15章 自動變速器,當(dāng)發(fā)動機負(fù)荷與行駛速度適合換擋時，電子控制單元將1號和2號電磁閥都關(guān)斷，變速器處于擋工況。換擋執(zhí)行元件中，C1、C2、B2、B0工作，把

57、超速行星排太陽輪制動(C0分離)，超速行星排則由行星架輸入、齒圈輸出至中間軸4，中間軸轉(zhuǎn)速大于輸入軸轉(zhuǎn)速，傳動比小于l；C1、C2則使中間軸與輸出軸直接傳遞動力。變速器處于超速擋工況。此時B2雖然工作但不傳遞動力。 設(shè)超速行星排齒圈與太陽輪齒數(shù)比為 0 = Z3/Z2，則根據(jù)式(15-3)，超速行星排特性方程 : 因n2 = 0，所以超速擋傳動比為：,第15章 自動變速器,(4) 換擋手柄位于“2”位時。變速器只能接通I、擋，這三個擋位的工作原理與換擋手柄位于“D”位的I、擋基本相同，只是在擋時還有B1工作。在擋時工況，若發(fā)動機減速時，前齒圈比輸出軸旋轉(zhuǎn)得更慢，促使前行星齒輪按逆時針方向繞其軸

58、旋轉(zhuǎn)，使太陽輪有被前行星輪帶動順時針旋轉(zhuǎn)的趨勢。由于此時B1把太陽輪制動，所以與前行星架連在一起的輸出軸和前齒圈之間能夠傳遞轉(zhuǎn)矩，發(fā)動機可以產(chǎn)生制動效果。 換擋手柄位于“D”位變速器接通擋時，由于Fl不能阻止太陽輪順時針旋轉(zhuǎn)，所以太陽輪在無載荷狀態(tài)下順時針轉(zhuǎn)動，前齒圈和與前行星架連在一起的輸出軸之間不能傳遞轉(zhuǎn)矩，發(fā)動機不能產(chǎn)生制動效果。 (5) 換擋手柄位于“L”位時。變速器只能接通、擋，這兩個擋位的工作原理與換擋手柄位于“2”位時基本相同，只是在擋時還有B3工作。在擋工況：若加速后釋放加速踏板，自動變速器具備發(fā)動機制動功能。其原因是當(dāng)加速踏板釋放時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速(輸入軸轉(zhuǎn)速)立即下降，而由于慣

59、性緣故，與車輪連接的變速器輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度并,第15章 自動變速器,未立即下降。因此輸出軸作為主動件反拖后齒圈7和前行星架10順時針旋轉(zhuǎn)，此時后行星架9有順時針旋轉(zhuǎn)的趨勢。由于B3工作，固定了后行星架，致使后行星輪順時針旋轉(zhuǎn)，促使太陽輪逆時針旋轉(zhuǎn)。對于前排行星機構(gòu)，由于前行星架為順時針旋轉(zhuǎn)，太陽輪逆時針旋轉(zhuǎn)，故前行星輪將圍繞其軸順時針旋轉(zhuǎn)，使得前齒圈順時針旋轉(zhuǎn)，來自輸出軸的作用力被傳遞至中間軸，再經(jīng)超速行星排傳至發(fā)動機曲軸，由于發(fā)動機轉(zhuǎn)速低，則起到發(fā)動機制動作用。 換擋手柄位于“D”或“2”位，變速器以擋行駛時，將不具備發(fā)動機制動功能。這是由于此時B3不工作，F(xiàn)2又不能阻止后行星架順時針旋轉(zhuǎn)，這樣后行星齒輪機構(gòu)空轉(zhuǎn)，不能將作用力從輸出軸傳遞給輸入軸。 總之，當(dāng)換擋手柄在“D”位時，擋均無發(fā)動機制動；當(dāng)換擋手柄在“2”位時，擋有發(fā)動機制動；當(dāng)換擋手柄在“L”位時，擋和擋均有發(fā)動機制動。在城市繁華路段，車速不高且加減速頻繁和在山區(qū)下坡路段，需要經(jīng)常利用發(fā)動機制動時，可以把換擋手柄置于“2”或“L”位置。,第15章 自動變速器,5.3.3 行星齒輪變速器換擋執(zhí)行元件 現(xiàn)代轎車大多數(shù)采用四個前進(jìn)擋行星齒輪自動變速器，它的換擋執(zhí)行元