汽车发动机传动系统.doc

第10章 传动系统教案1.授课时间2.授课方式 多媒体3.授课题目 传动系统4.教学内容 掌握传动系统的基本构造与工作原理5.教学重点 同步器 液力机械自动变速器6.思考题l 变速器中同步器的作用。l 液力机械传动与机械传动的比较。l 典型液力机械传动的结构和工作原理。l 差速器的结构和工作原理。7.参考资料汽车构造 陈家瑞 主编 机械工业出版社汽车构造 关文达 主编 清华大学出版社内燃机学 周龙保 主编 机械工业出版社8.课后小节第10章 传动系统讲稿第一节 概述一、传动系的基本功用与组成汽车传动系的基本功用是将发动机发出的动力传给驱动车轮。传动系的组成及其在汽车上的布置形式，取决于发动机的形式和性能、汽车总体结构形式、汽车行驶系及传动系本身的结构形式等许多因素。目前广泛应用与普通双轴货车上，并与活塞式发动机配用的机械式传动系的组成及布置形式一般如图。发动机纵向安置与汽车前部，并且以后轮为驱动轮。发动机发出的动力依次经过离合器1变速器2由万向节3和传动轴8组成的万向传动装置以及安装在驱动桥4中的主减速器7差速器5和半轴6传到驱动轮。传动系的主要任务是与发动机协同工作，以保证汽车能在不同使用条件下正常行驶，并具有良好的动力性和燃油经济性。为此，任何形式的传动系都必须具有以下功能。1.减速增矩 只有当作用在驱动轮上的牵引力足以克服外界对汽车的阻力时，汽车方能起步和正常行驶。即使汽车在平直的沥青路面上以低速匀速行驶，也需要克服数值约相当于1.5%汽车总重量的滚动阻力。东风EQ1090E型汽车满载质量为9290kg，其最小滚动阻力约1376N。若要求满载汽车在坡度为30%的道路上匀速上坡行驶，这所需要克服的上坡阻力即达2734N。6100Q-1型发动机所能产生的最大转矩为353Nm(1200-1400r/min)。假设将这一转矩直接如数传给驱动轮，则驱动轮可能得到的牵引力为784N。汽车不仅不能爬坡，即使在平直的良好路面上也不可能匀速行驶。另一方面，6100Q-1发动机在发出最大功率99.3kW时的转速为3000r/min。假如将发动机与驱动轮直接相连接，则对应着一曲轴转速的汽车速度将达510km/h。这样高的车速不实现。东风EQ1090E型汽车的主减速器传动比i=6.33。这样，即使发动机转速为3000r/min，相应的车速也只有80.5km/h。当发动机转速为1200r/min，相应的最大转矩为353Nm时，汽车的牵引力可达4961N汽车的使用条件，诸如汽车的实际装载质量、道路坡度、路面状况以及道路宽度和曲率、交通情况所允许的车速等等，都在很大范围内不断变化。这就要求汽车牵引力和速度也有相当大的变化范围。活塞式发动机而言，在整个转速范围内，转矩的变化不大，而功率及燃油消耗率的变化却很大，因而保证发动机功率较大而燃油消耗率较低的曲轴转速范围，即有利转速范围是很窄的。为了使发动机能保证在有利转速范围内工作，而汽车牵引力和速度又在足够大范围内变化，应当使传动系传动比在最大值和最小值之间变化，即传动系应起变速作用。2.实现倒驶 汽车在某些情况下，需要倒向行驶。然而，发动机时不能反向旋转的，故与发动机共同工作的传动系必须在发动机旋转方向不变的情况下，使驱动轮反向旋转，一般结构措施是在变速器内加设倒挡。3.中断传动 发动机只能在无负荷情况下起动，而且起动后的转速必须保持在最低稳定转速上，否则即可能熄灭。在汽车起步之前，必须将发动机与驱动轮之间的传动路线切断，以便起动发动机。发动机进入正常怠速运转后，在逐渐的恢复传动系的传动能力，亦即从零开始逐渐对发动机曲轴加载，同时加大节气门开度，以保证发动机不致熄灭，且汽车能平稳起步。在变换传动系传动比挡位以及对汽车进行制动之前，也都有必要暂时中断动力传递。为此，在发动机与变速器之间，可装设一个靠摩擦来传动，且主动和从动部分可在驾驶员操纵下彻底分离，随后在柔和接合的机构离合器。4.差速作用 当汽车转弯行驶时，左右车轮在同一时间内滚动的距离不同，如果两侧驱动轮仅用一根刚性轴驱动，则二者角速度必然相同，因而汽车转弯时必然产生车轮相对于地面滑动的现象。这将使转向困难，汽车动力消耗增加，传动系内某些零件和轮胎加速磨损。驱动桥内装有差速器，使左右两驱动轮可以不同的角速度旋转。动力由主减速器先传到差速器，在由差速器分配给左右两半轴，最后传到两侧的驱动轮。由于发动机、离合器和变速器固定在车架上，而驱动桥和驱动轮一般是通过弹性悬架与车架联系的,因此在汽车行驶过程中,变速器和驱动轮经常有相对运动。在此情况下，两者之间不能用简单的整体转动轴传动，而应采用万向节和传动轴组成的万向传动装置。二、机械式传动的布置方案发动机前置前轮驱动的FF方案1.FF方案是将发动机、变速器、主减速器等都装置在汽车的前面，前轮为驱动轮的方案。发动机、离合器与主减速器、差速器装成十分紧凑的整体，固定在车架和车身底架上，这样变速器和驱动桥之间就省去了万向节和传动轴。发动机可以纵置或横置。在发动机横置时，由于变速器轴线与驱动桥轴线平行，主减速器可以采用结构加工都较简单的圆柱齿轮副。发动机纵置时，则大多采用螺旋锥齿轮副。由于取消了纵贯前后的传动轴，车身底板高度可以降低，有助于提高汽车高速行驶时的稳定性。整个传动系集中在汽车前部，因而其操纵机构比较简单。这种发动机和传动系的布置方案目前已在微型和普及型轿车上广泛应用，在中、高级轿车上应用的也日渐增多。货车没有采用这种方案是因为上坡时作为驱动轮的前轮附着力太小，不能获得足够的牵引力。2.RR方案是将发动机装于车声的后部，后轮驱动。该布置多用于大型客车上。发动机1、离合器2和变速器3都横置于驱动桥之后，驱动桥采用非独立悬架。主减速器与变速器之间距离较大，其相对位置经常变化。由于这些原因，有必要设置万向传动装置5和角传动装置4。大型客车采用这种装置更容易做到汽车总质量在前后车轴之间的合理分配。但是，在此情况下，发动机冷却条件较差，发动机和变速器、离合器的操纵机构都较复杂。3.四轮驱动行驶又称4WD（Wheel Drive），起源于很早以前的军用车。因为它经常行驶与坏路或无路地段，要求越野能力强，因此为了充分利用所有车轮与地面之间的附着条件，以获得尽可能大的牵引力，总是将全部车轮作为驱动轮。三、液力式传动系液力式传动系又分为液力机械式和静液式传动系。1.液力机械式传动系 液力机械式传动系的特点是组合运用液力传动和机械传动。液力传动单指动液传动，即以液体为传动介质，利用液体在主动元件和从动元件之间循环流动过程中动能的变化来传递动能。动液传动装置有液力耦合器和液力变矩器两种。液力耦合器只能传递转矩，而不能改变转矩的大小，可以代替离合器的部分功能，即保证汽车平稳的起步和加速，但不能保证在换挡时变速器中的齿轮不受冲击。液力变矩器除了具有液力耦合器的全部功能外，还可以实现无级变速，顾目前应用的比液力耦合器广泛的多。但是，液力变矩器的输出转矩与输入转矩的比值变化范围不足以满足使用要求，一般其后串联一个有级机械式变速器而组成液力机械式变速器。静液式传动系又成为容积式液压传动系，是通过液力传动介质的静压力能的变化来传动的，主要是由发动机驱动的液压泵，液压马达和液压自动控制装置等组成。油泵和液压马达一般采用轴向柱塞式。发动机输出的机械能通过油泵转换成液压能，然后再由液压马达重又转化成机械能。只用一个液压马达将动力传给驱动桥的主减速器，再经差速器和半轴传到驱动轮；另一种方案是每一个驱动轮上都设置一个液压马达。采用后一种方案时，主减速器、差速器和半轴等机械传动部件都可以取消。四、电力式传动系电力传动是很早采用的无级传动装置，它由汽车发动机带动发动机发电将发出的电能传到电动机。可以只用一个电动机，与传动轴和驱动桥连接；也可在每个驱动轮上单独安装一个电动机。在后一种情况下，电动机输出的动力必须通过减速机构传输到驱动轮上，因为装在车轮内部的牵引电动机的转矩还不够大，转速则显过高。这种直接与车轮相连的减速机构成为轮边减速器。内部装有牵引电动机和轮边减速器的驱动车轮，统称为电动轮。第一节 离合器一、离合器的功用在汽车起步前，先要起动发动机，这是应使变速器处于空挡位置，将发动机与驱动车轮之间的联系断开，以卸除发动机负荷。待发动机已经起步并开始正常的怠速运转后，方可将变速器挂上一定挡位，使汽车起步。汽车起步时，是从完全静止的状态逐步加速的。如果传动系与发动机刚性连接，则变速器一挂上一挡，汽车将突然向前冲一下，但并未起步。这是因为静止倒向前冲时，产生很大惯性力，对发动机造成很大阻力矩。在这种惯性阻力矩作用下，发动机瞬时转速急剧下降到最低稳定转速以下，发动机熄火而不能工作，当然汽车也不能起步。在传动系中装设了离合器后，在发动机起动后，汽车起步之前，驾驶员先踩下离合器踏板，将离合器分离，发动机和传动系脱开；在将变速器挂上挡，然后逐渐松开离合器踏板，使离合器逐渐接合。在离合器逐渐接合的过程中，发动机所受的阻力矩也逐渐的增大，故应同时逐渐踩下工作踏板，即逐步增加发动机的燃油供给量，使发动机转速始终保持在最低稳定转速之上，不致熄火。由于离合器的接合紧密程度逐渐增大，发动机经传动系传给驱动车轮的转矩便逐渐增大。到牵引力足以起步阻力时，汽车即从静止开始运动并逐渐加速。因此，保证汽车平稳起步是离合器的首要功用。离合器另一功用是保证传动系换挡时工作平顺。在汽车行驶过程中，为了适应不断变化的行驶条件，传动系经常要换动不同的挡位工作。实现齿轮式变速器的换挡，一般是拨动齿轮或其它换挡机构，使原有挡位的某一齿轮副退出传动，在使另一挡位的齿轮副进入工作。在换挡前也必须踩下离合器踏板，中断动力传递，便于使原用挡位的啮合副脱开，同时有可能使新挡位啮合副的啮合部位的速度逐渐趋于相等，进入啮合时的冲击可大为减轻。当汽车进行紧急制动时，若没有离合器，则发动机将因和传动系刚性连接而急剧降低转速，因而其中所有运动件将产生很大的惯性力矩，对传动系造成超过其承载能力的载荷，从而使其机件损坏。有了离合器，便可以靠离合器主动部分和从动部分之间可能产生相对运动来消除这一危险，防止传动系过载。二、摩擦离合器的结构及工作原理发动机飞轮1是离合器的主动件，带有摩擦片的从动盘2和从动盘毂6借滑动花键与从动轴5（即变速器的主动轴）相连。压紧弹簧将从动盘压紧在飞轮端面上。发动机转矩即靠飞轮与从动盘接触面之间的摩擦作用而传到从动盘上，在由此经过从动轴和传动系中一系列部件传给驱动车轮。弹簧的压紧力越大，则离合器所能传递的转矩也越大。由于汽车在行驶过程中经常需保持动力传递，而中断传动只是暂时的需要，故汽车离合器的主动和从动部分应经常处于接合状态。欲使离合器分离时，只要踩下离合器操纵机构的踏板，套在从动盘毂环槽中的拨叉，便推动从动盘克服压紧弹簧的压力向右移动而与飞轮分离，摩擦力消失，从而中断动力传递。摩擦离合器基本上由主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构四部分组成。主、从动部分和压紧机构是保证离合器处于接合状态并能传递动力的基本结构，而离合器的操纵机构主要是使离合器分离的装置。离合器应满足两个基本性能要求：分离彻底；接合柔和。离合器从动部分的转动惯量要尽可能小。如果与变速器主动轴相连的离合器从动部分的转动惯量大，当换挡时，虽然由于分离了离合器，使发动机与变速器之间的联系脱开，但离合器从动部分较大的惯性力矩仍然输入给变速器，其效果相当于分离不彻底， 就不能很好的起到减轻轮齿间冲击的作用。离合器要求散热良好，因为在汽车行驶过程中，驾驶员操纵离合器的次数是很多的，这就使离合器中由于摩擦面间频繁地相对滑摩而产生大量的热。离合器接合越柔和，产生的热量越大。这些热量如不及时的散出，对离合器的工作将产生严重影响。对轿车和中型货车而言，发动机最大转矩的数值一般不是很大，在汽车总体布置尺寸容许的条件下，离合器通常只设有一片从动盘，其前后两面都装有摩擦片，因而具有两个摩擦表面。这种离合器称为单盘离合器。若欲增大离合器所传递的最大转矩，可以选用摩擦因数较大的摩擦片材料，或适当加大压紧弹簧的压紧力，或加大摩擦面的尺寸，有些吨位较大的中型和重型汽车所要求离合器传递的转矩相当大，采用上述几种结构措施，可能仍然满足不了要求，在这种情况下，最有效的措施是将摩擦面数增加一倍，即增加一片从动盘，称为双盘离合器。若干个螺旋弹簧作压紧弹簧并沿摩擦盘圆周分布的离合器，称为周布弹簧离合器。仅具有一个或两个较强的螺旋弹簧并安置在中央的离合器，称为中央弹簧离合器。广泛采用膜片弹簧作为压紧弹簧的离合器，称为膜片弹簧离合器。1.膜片弹簧离合器膜片弹簧离合器所用的压紧弹簧，使用薄弹簧钢板制成的带有锥度的膜片弹簧。由于膜片弹簧的轴向尺寸较小而径向尺寸很大，这有利于在提高离合器转矩容量的情况下减小离合器的轴向尺寸。膜片弹簧离合器不需专门的分离杠杆，使结构简化，零件数目少，重量轻。由于膜片弹簧轴向尺寸小，所以可以适当增加压盘的厚度，提高热容量；而且还可以在压盘上增加散热筋及在离合器盖上开设较大的通风孔来改善散热条件。膜片弹簧离合器的主要部件形状简单，可以采用冲压加工，大批量生产时可以降低生产成本。膜片弹簧的弹性特性：当离合器分离时，膜片弹簧所需的作用力比螺旋弹簧所需的作用力减少约为20。再者，膜片弹簧离合器采用了传动片装置，它具有轴向弹性，在分离时其弹性恢复力和分离力方向一致，而且膜片弹簧离合器取消了分离杠杆装置，减少了这部分摩擦损失，因此使踏板操纵力减小。由于膜片弹簧与压盘以整个圆周接触，使压力分布均匀，与摩擦片的接触良好，磨损均匀，摩擦片的使用寿命长；此外，膜片弹簧离合器还有高速性能好，操作运转时冲击、噪声小等优点。膜片弹簧离合器也存在一些缺点，主要是制造工艺（加工和热处理条件）和尺寸精度（板材厚度和离合器与压盘高度公差）等要求严格。膜片弹簧的结构形式：推式膜片弹簧离合器根据支撑环数目不同，可分为双支撑环、单支撑环和无支撑环三种形式；拉式膜片弹簧离合器结构比锥式的简单，主要有无支承环式和单支承环式两种形式。2.周布弹簧离合器东风EQ1090E型汽车的单片离合器，发动机的飞轮和压盘是离合器的主动部分。离合器盖和压盘之间是通过四组传动片来传递转矩的。传动片用弹簧钢片制成，每组两片，其一端用传动片铆钉铆在离合器盖上，另一端则用传动片固定螺钉与压盘连接，离合器盖用螺钉固定在发动机的飞轮上。因此，压盘能随飞轮一起旋转。在离合器分离时，弹性的传动片产生弯曲变形。为使离合器分离时不至于破坏压盘的对中和离合器的平衡，四组传动片是相隔90沿圆周切向均匀分布的。在飞轮和压盘之间装有一片带有扭转减振器的从动盘组件。铆装在从动盘毂上的从动盘本体由薄钢片制成，故其转动惯量较小。从动盘本体的两面各铆有一片用石棉合成物制成的摩擦片。从动盘毂的花键孔套在从动轴前端的花键上，并在花键上作轴向移动。个沿圆周分布的螺旋压紧弹簧将压盘压向飞轮，并将从动盘夹紧在中间，使离合器处于接合状态。只有在必要时暂时分离。位于离合器内部的分离操纵机构主要由分离杠杆，带分离轴承的分离套筒和分离叉。它有四个径向安装的，用薄钢板冲压制成的分离杠杆，其中部以分离杠杆支承柱孔中的浮动销为支点，外端通过摆动支片抵靠着压盘的钩状凸起部。当在分离杠杆内端施加一个向前的水平推力时，杠杆将绕支点转动，其外端通过摆动支片推动压盘克服压紧弹簧的力而后移，从而撤除对从动盘的压紧力，于是摩擦作用消失，离合器不再传递任何转矩，即离合器转入分离状态。在双盘离合器中一般采用综合式的连接方法，即中间压盘通过键，压盘则通过凸台。双盘离合器也有用销子传力的，通过传力销将飞轮与中间压盘，压盘连接在一起。从动盘摩擦片经使用磨损变薄后，在压紧弹簧作用下压盘和从动盘要向飞轮方向多移动一距离，则分离杠杆的内端相应的要更向后一距离，才能保持离合器完全接合。如果未磨损前分离杠杆内端和分离轴承之间没有预留一定间隙，离合器将因分离杠杆内端后移而难以完全接合，从而在传动时经常出现打滑现象。这不仅减小了其所能传递的转矩数值，并且将使摩擦片和分离轴承加速磨损。因此，当离合器处于正常接合状态，分离套筒被回位弹簧拉到后极限位置时，在分离轴承和分离杠杆内端之间应留有一定量的间隙,以保证摩擦片在正常磨损过程中离合器仍能完全接合。由于上述间隙的存在，驾驶员在踩下离合器踏板后，先要消除这一间隙，然后才能开始分离离合器。为销出这一间隙所需的离合器踏板行程，称为离合器踏板自由行程。东风EQ1090E型汽车离合器踏板自由行程设计值为30-40mm。摩擦离合器在工作过程中将产生大量的热。此热量若不能及时散出，有关零件将因受热而温度过高，产生不良后果。摩擦片温升过高时，其摩擦性能将降低，严重时甚至烧毁摩擦片；从动盘本体如果是一个整圆盘形，可能会因温度升高而拱曲变形，影响离合器正常工作。3.中央弹簧离合器中央弹簧离合器只采用与轴线重合的内外两个压紧弹簧，且位于离合器的中央。当驾驶员踩下离合器踏板时，操纵机构中的分离叉便将分离套筒推向前方，进一步压缩中央弹簧，同时通过纵拉杆将压紧杠杆内端向前推移，使压紧杠杆外端后移而与压盘脱离。于是，压盘便在分离弹簧的拉力作用下离开后从动盘。为保证各摩擦面彻底分离，装有分离摆杆。分离摆杆的轴销插在中间主动盘边缘的径向孔内，其上装有扭转弹簧，分离摆杆便在扭转弹簧作用下转动，使中间主动盘后移，并保证中间主动盘在飞轮和压盘工作端面之间的正中位置，从而使两个从动盘有同样的轴向游动间隙。4.从动盘和扭转减振器发动机传到汽车传动系中的转矩是周期地不断变化着的，这就使得传动系中产生扭转振动。如果这一振动的频率与传动系的固有频率相重合，就将发生共振，这对传动系零件寿命有很大影响。此外，在不分离离合器的情况下进行紧急制动或猛烈接合离合器时，瞬时间内将造成对传动系极大的冲击载荷，从而缩短零件的使用寿命。为了避免共振，缓和传动系所受的冲击载荷，在不少汽车传动系中装设了扭转减振器。三、离合器操纵机构离合器操纵机构是驾驶员借以使离合器分离，而后使之柔和结合的一套机构。它起始于离合器踏板，终止于离合器内的分离轴承，本节所要讨论的主要是其中位于离合器可外面的部分。按照分离离合器所需的操纵能源，离合器操纵机构有人力式和气压式两类。1.人力式操纵机构按所用传动装置的形式来分，有机械式和液压式两种。机械操纵机构中，广泛应用的是杆系传动装置。机械时操纵装置，机构较简单，制造成本低，故障少；但是其机械效率低，而且拉伸变形会导致踏板行程损失。2.液压操纵机构主要由主缸、工作缸及管路系统组成。液压操纵机构具有摩擦阻力小、质量小、布置方便、结合柔和等优点，并且不受车身车架变形的影响,因此其应用日益广泛。北京BJ2020型轻型越野汽车离合器的液压操纵机构离合器主缸和液压制动系统中的制动主缸和储液室三者铸成一体。储液室与制动主缸共用。为了减轻驾驶员的劳动强度，在有些轿车离合器的操纵机构中，也增设了弹簧助力装置。例如，捷达、桑塔纳轿车离合器的操纵机构中，采用了弹簧助力装置。3.气压助力式操纵机构是利用发动机带动的空气压缩机作为主要的操纵能源。它包括空气压缩机、储气罐在内的一整套压缩空气源，结构复杂，质量也很大，故单为离合器操纵机构设置整套气源系统是不适宜的，一般都与汽车的气压制动系统及其它气动设备共用一套压缩空气源。第二节 变速器发动机转矩和转速变化范围较小，而复杂的使用条件则要求汽车的牵引力和车速能在相当大的范围内变化。为解决这一矛盾，在传动系中设置了变速器。它的功用是：改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围；在发动机旋转方向不变的前提下，使汽车能倒退行驶；利用空挡，中断动力传递。1.按传动比变化方式，变速器可分为有级式、无级式和综合式三种。2.按操纵方式，变速器又可分为强制操纵式、自动操纵式和半自动操纵式三种。一、普通齿轮式变速器 在变速其中利用了同步器和接合套换挡，为了减少内摩擦引起的零件磨损及功率损耗，需在壳体内注入润滑油，采用飞溅湿润滑方式润滑各个齿轮副，轴与轴承等零件的工作表面。因此，壳体一侧有加油口，底部有放油塞，油面高度即由加油口位置控制。 二、组合式变速器 中型货车的装载质量大，使用条件复杂。欲保证重型车有良好的动力性，经济性和加速性，则必须扩大传动比范围并增多挡数。为避免变速器结构过于复杂和便于系列化生产，多采用组合式变速器，即以1-2种四挡或五挡变速器为主体，通过更换齿轮和配置不同的副变速器（一般为两挡），得到一组不同传动比范围的变速器系列。三、同步器变速器再换挡过程中，必须使所选挡位的一对待啮合齿轮齿的圆周速度相等，才能使之平顺的进入接合而挂上挡。如两齿轮轮齿不同步时即强制挂挡，势必使两齿轮间存在速度差儿发生冲击和噪声。不但不易挂挡，而且影响轮齿寿命，使齿端部磨损加剧，甚至使轮齿折断。1从低速挡(四挡)换入高速挡(五挡)2从高速挡（五挡）换入低速挡（四挡）四、同步器的构造及原理同步器有常压式和惯性式。目前广泛采用的是惯性式同步器。1 常压式同步器2 惯性同步器轿车和轻中型货车广泛采用锁环式惯性同步器，其结构和工作原理可以解放 CA1091中型载货汽车六挡变速器中的五六挡同步器为例说明。在中型及大型载货汽车的变速器中，目前较多地采用锁销式惯性同步器。五、变速器的操纵机构变速器操纵机构应保证驾驶员能准确可靠地使变速器挂如所需要的任一挡位工作，并可随时使之退到空挡。大多数汽车变速器布置在驾驶员附近，变速杆由驾驶室底板伸出，驾驶员可直接操纵。这种操纵机构称为直接操纵式变速器操纵机构。一般由变速杆、拨快、拨叉、拨叉轴以及安全装置等组成，多集装于上盖或侧内盖，结构简单，操纵方便。 为保证变速器在任何情况下都能准确 安全 可靠的工作,对变速器操纵机构提出如下要求：1保证变速器不自行脱挡或挂挡，在操纵机构中应设有自锁装置。2保证变速器不同时挂入两个挡位,在操纵机构内设互锁装置。3防止误挂倒挡,在变速器操纵机构中应设有倒挡锁。第三节 分动器在多轴驱动汽车上，为了将变速器输出的动力分配到各驱动桥，均装有分动器。分动器基本结构也是一个车轮传动系统。其输出轴直接或通过万向传动装置与变速器第二轴相连，而其输出轴则由若干个，分别经万向传动装置与各驱动桥连接。第四节 液力机械传动和机械式无级变速器操纵方便，消除了驾驶员换挡技术的差异性。有良好的传动比转换性能，速度变换不仅快而且连续平稳，从而提高了乘坐舒适性；并对今后轿车进入家庭和非职业驾驶员化有重要意义。减轻驾驶员疲劳，提高行车安全性。降低排气污染。其主要缺点是：机构复杂，造价高，传动效率低。一、液力机械传动1液力耦合器 在发动机曲轴1的凸缘上，固定着液力耦合器外壳2。叶轮3与外壳2刚性连接并随曲轴一起旋转，组成耦合器的主动元件，称为泵轮。与从动轴5相连的叶轮4，为耦合器的从动元件，称为涡轮。泵轮与涡轮统称为工作轮。在工作轮的环状壳体中，径向排列着许多叶片。涡轮装在密封的外壳2中，其端面与泵轮端面相对，二者之间留有一定的间隙（约34mm）。泵轮与叶轮装合后，通过轴线的纵断面呈环形，称为循环圆。在环状壳体中有工作液。当工作轮旋转时，其中的工作液也被叶片带动一起旋转。在离心力作用下，工作液从叶片内缘想外缘流动。因此，叶片外缘处压力较高，而内缘处压力较低，其压力差取决于工作轮半径和转速。由于泵轮和涡轮的半径是相等的，故当泵轮的转速大于涡轮的转速时，泵轮叶片外缘的液压大于涡轮叶片外缘的液压。于是，工作液不仅随着工作轮绕轴1和5 的轴线作圆周运动，并且在上述压力差作用下，沿循环圆依箭头所示方向作循环流动。液体质点的流线形成一个首尾相连的环形螺旋线。泵轮对工作液作功，使之从泵轮叶片内缘流向外缘的过程中，其圆周速度和动能渐次增大；而从涡轮叶片外缘流向内缘的过程中，其圆周速度和动能渐次减小，故液力耦合器的传动过程是：泵轮接受发动机传来的机械能，传给工作液，使其提高动能，然后再由工作液将动能传给涡轮。因此，液力耦合器实现传动的必要条件是工作液在泵轮和涡轮之间有循环流动。而循环流动的产生，是由两个工作轮转速不等，使两轮叶片的外缘产生液压差所至。2液力变矩器 液力变矩器主要由可旋转的泵轮4和涡轮3以及固定不动的导轮5三个元件组成。这些元件的形状见图16-5。各工作轮用铝合金精密铸造，或用钢板冲压焊接而成。泵轮4与变矩器壳2连成一体，用螺栓固定在发动机曲轴1后端的凸缘上。壳体2做成两半，装配后焊成一体（有的用螺栓联接）。壳体外面有起动齿圈8。涡轮3通过从动轴7与传动系的其他部件相连。导轮5则固定在不动的导轮固定套管6上。所有工作轮在装配后，形成断面为循环圆的环状体。下面用变矩器工作轮的展开图来说明变矩器的工作原理。展开图的制取方法见图。将循环圆上的中间流线（此流线将流通道断面分割成面积相等的内外两部分）展开成一直线，各循环圆中间流线均在同一平面上展开。于是在展开图上，泵轮B，涡轮W和导轮D便形成三个环形平面，且工作轮的叶片角度也清楚地显示出来。设发动机转速及负荷不变，即变矩器泵轮转速n及转矩M为常数。先讨论汽车起步工况。开始时涡轮转速为零。工作液在泵轮叶片带动下，以一定的绝对速度沿图中箭头1的方向冲向涡轮叶片。因涡轮静止不动，液流将沿着叶片流出涡轮并冲向导轮，液流方向如图中箭头2所示。然后液流在从固定不动的导轮叶片沿箭头3方向流入泵轮中。当液体流过叶片时，受到叶片的作用力，其方向发生变化。设泵轮，涡轮和导轮对液流的作用转矩分别为Mb,Mw和Md。根据液流受力平衡条件，则Mw=Mb+Md。由于液流对涡轮的作用转矩Mw(即变矩器输出转矩)与Mw方向相反而大小相等，因而在数值上，涡轮转矩Mw等于泵轮转矩Mb与导轮转矩Md之和。显然，此时涡轮转矩Mw大于泵轮的转矩Mb,即液力变矩器起了增大转矩的作用。当变矩器输出的转矩经传动系传到驱动轮上所产生的牵引力足以克服汽车起步阻力时，汽车即起步并开始加速，与之相联系的涡轮转速也从零逐渐增加。这时液流在涡轮出口处不仅具有沿叶片方向的圆周速度,而且具有沿圆周方向的牵连速度，故冲向导轮叶片的液流的绝对速度应是二者的合成速度。因原设泵轮转速不变，起变化的只是涡轮转速，故涡轮出口处相对速度不变，只是牵连速度起变化。由图可见，冲向导轮叶片的液流的绝对速度将随着牵连速度的增加（即涡轮转速的增加）而逐渐向左倾斜，使导轮上所受转矩值逐渐减小。当涡轮转速增大到某一数值，由涡轮流出的液流正好沿导轮出口方向冲向导轮时，由于液体流经导轮时方向不改变，故导轮转矩Md为零，于是涡轮转矩与泵轮转矩相等，即Mw=Mb。若涡轮转速继续增大，液流绝对速度的方向继续向左倾，到轮转矩方向与泵轮转矩方向相反，则涡轮转矩为二者转矩之差（Mw=Mb-Md）,即变矩器输出转矩反而比输入转矩小。当涡轮转速增大到与泵轮转速相等时，工作液在循环圆中的循环流动停止，将不能传递动力。液力变矩器特性，是在泵轮转矩和转速不变的条件下得出的，因此图中的曲线也反映了变矩系数与涡轮转速（或传动比）之间的变化关系。从变矩器特性中可以看出，变矩系数K=Mw/Mb是随涡轮转速的改变而连续变化的。当汽车起步，上坡或遇到较大阻力时，如果发动机的转速和负荷不变，车速将降低，即涡轮转速降低。于是，变矩系数相应增大，使驱动轮获得较大的转矩，保证汽车能克服增大的阻力而继续行驶。所以，液力变矩器是一种能随汽车行驶阻力的不同而自动改变变矩系数的无级变速器。此外，液力耦合器的保证汽车平稳起步，衰减传动系中的扭转振动，防止传动系超载等功能，液力变矩器也同样具备。3液力机械变速器液力变矩器虽能在一定范围内自动地，无机地改变转矩和传动比，但存在着变矩能力与效率之间的矛盾，且目前应用的变矩器的变矩系数都不够大，难以满足汽车的使用要求，故在汽车上广泛采用的是液力变矩器与齿轮式变速器组成的液立机械式变速器。与变矩器配合使用的齿轮式变速器多数是行星齿轮变速器，也可以是固定轴线式齿轮变速器。行星齿轮变速器的工作原理为了了解行星齿轮变速器工作原理，下面先分析单排行星齿轮机构的运动规律。图16-15为单排行星齿轮机构的示意图，图上还标出行星所受到的作用力。作用与太阳轮1上的力矩，作用于齿圈2上的力矩，作用于行星架3上的力矩 令齿圈与太阳轮的齿数比为，则 式中，分别为太阳轮和齿圈的节圆半径；为行星轮与太阳轮的中心矩。由行星轮4的力平衡条件可得 和 因此，太阳轮，齿圈和行星架上的力矩分别为 根据能量守恒定律，三个元件上输入和输出功率的代数和应等于零，即式中，,分别为太阳轮，齿圈和行星架的角速度。 在太阳轮，齿圈和行星架这三个元件中，可任选两个分别作为主动件和从动件，而使另一元件固定不动（即使该元件转速为零），或使其运动受一定的约束（即该元件转速为某定值），则整个轮系即以一定的传动比传递力。下面分别讨论一下情况：1）太阳轮1为主动件，行星架3为从动件，齿圈2固定。=0，故传动比 2) 齿圈2为主动件，行星架3为从动件，太阳轮1固定。=0，故传动比 3）太阳轮1为主动件，齿圈2为从动件，行星架3固定。，故传动比 在此情况下，与符号相反，即表示主动轴与从动轴的旋转方向相反，故为倒挡传动的情况。4）若使,则 在或时，同样可得。因此，若使三元件中的任何两个元件连成一体转动，则第三元件的转速必然与前二者转速相等，即行星齿轮系中所有元件（包括行星轮）之间都没有相对运动，从而形成直接挡传动，传动比i=1。如果所有元件都不受约束，即都可以自由转动，则行星齿轮机构完全失去传动作用。前排齿圈4和后排太阳轮11制成一体，以花键与第一轴14相连为变速器主动件。后排齿圈8和第二轴用花键连接，为变速器从动件。前后两行星架12和7均以花键与倒挡制动器5的制动鼓连接，故彼此是刚性连接，必要时可用带式制动器5使之固定不转。前后两行星架上各自压装着三根轴，行星齿轮即松套于轴上。前排太阳轮13松套在第一轴14上，并以其前端凸缘盘外圈上的8个渐开线花键与低速挡制动器3的制动鼓连接，故可用带式制动器3使之在必要时固定不转。直接挡离合器2的主动部分与第一轴相连，而从动部分则与第一排太阳轮相连，当离合器接合时，两排行星齿轮机构即被连锁成一体，实现直接挡传动，因此，用离合器和制动器可改变行星齿轮机构中各元件的相对运动关系，以实现不同挡位的传动。红旗CA7560型轿车的双排行星齿轮变速器，共有一个倒挡和两个前进挡，低速挡和高速挡直接挡。各挡传动路线如图所示。（1）空挡 挡离合器14处于分离状态，制动带6和7都松开，此时，两排行星齿轮的各个元件均不受约束而可以自由转动，故行星齿轮变速器不能传递动力，即处于空挡位置。（2）低速挡 离合器14分离，倒挡制动带7松开，低速挡制动带6箍紧其制动鼓，使前排太阳轮13固定不动。液力变矩器输出的动力，一部分从前排齿圈12经行星架传给后排齿圈9输出。该挡传动比为1.72。变速器的传动比即第一轴16与第二轴10的转速之比。由图可见，低速挡传动比即为后排太阳轮11与齿圈9的转速之比，但是却不等于齿圈9和太阳抡11的齿数比，因为行星架8并非固定不动，而只是受前排行星齿轮机构的约束。该当传动比计算方法如下：设前排齿圈与太阳轮齿数比为，后排齿圈与太阳轮齿数比为。前排太阳轮13，齿圈12，行星架8和后排太阳轮11，齿圈9的转速分别为和。前排行星齿轮机构的运动特性方程式为 因制动带6收紧，齿轮13被固定，即，故行星架转速为 后排行星齿轮机构的运动特性方程式为 得 又因后排太阳轮11与前排齿圈12使制成一体的，故 变速器低挡传动比 若已知和，即可算出该数值。在红旗牌轿车变速器中，故其传动比。（3）直接挡 带6和7均放松，离合器14接合。于是，前排太阳轮13与第一轴16和前排齿圈12连成一体，当然行星架也被连锁，即。又因行星架8是前后两排共用的，后排太阳轮11又与前排齿圈12制成一体，故后排行星齿轮机构也被连锁，即。第二轴10与后排齿圈9花键连接，因此，第一轴16与第二轴10便成一体转动，显然传动比为1。（4）倒挡 制动带7收紧，倒挡制动鼓和行星架即被固定。离合器仍分离，低速挡制动带6也松开。此时，前排太阳轮13可以自由转动，即前排行星齿轮机构不起传动作用。动力由第一轴16输给后排太阳轮11。因行星架固定，故动力由后排齿圈9输出，而旋转方向与太阳轮11相反。其传动比为。二、机械式无级变速器机械式无级变速器传动在汽车中首先获得成功的应用，是V带式无级变速传动。通常将这种变速器称为VDTCVT。金属带式无级变速器结构示意图如图。他由金属带，工作轮，液压泵，起步离合器和控制系统等组成。金属带由多个金属片和两租金属环组成。每个金属环的厚度为1.4mm。它在两侧工作轮挤压力的作用下传递动力。每组金属环由数片厚为0.18mm的带环叠合而成。在动力传动过程中，它正确的推动引导金属片的运动。主从动工作轮由可动部分和固定部分组成。其工作面为直线锥面体。在控制系统的作用下，可动部分依靠钢球滑道结构做轴向移动，可连续的改变带传动工作半径，从而实现无级自动变速传动。液压泵为系统控制的液压源，其类型由齿轮泵和叶片泵两种。控制系统为一种电液控制的CVT控制系统。系统中包括电磁离合器的控制和主，从动带轮的变速比控制。变速比由发动机油门信号和主动带轮转速所决定，电子控制单元根据发动机转速，车速，油门位置和换挡控制信号等，控制电磁离合器以及主，从动带轮上伺服液压缸的压力，从而实现无级变速。第五节 万向传动装置万向传动装置一般由万向节和传动轴组成，有时还加装中间支承。汽车上任何一对轴线相交且相对位置经常变化的转轴之间的动力传递，均须通过万向传动装置。一、万向节万向节按其在扭转方向上是否明显的弹性，可分为刚性万向节和挠性万向节。在前者中，动力是靠零件的铰链式联接传递的，而在后者者则靠弹性零件传递，且有缓冲减震作用。刚性万向节又可分为不等速万向节（常用的是十字轴式），准等速万向节（双联式，三销轴式等）和等速万向节（球叉式，球笼式等）。双万向节传动的等速条件：第一万向节两轴间夹角与第二万向节两轴间夹角相等；第一万