自动变速器

自动变速器 黄淮学院电子科学与工程系 一 概述 一 自动变速器的优点 优点视频 二 自动变速器的分类 三 自动变速器的组成 自动变速器通常由液力变矩器 齿轮变速器 控制系统 冷却系统等部分组成 1 液力变矩器 液力变矩器位于自动变速器的最前端 它利用液力传动的原理 将发动机的动力传给自动变速器的输入轴 它具有以下作用 1 起到自动离合器的作用 传递或切断发动机与变速器之间的动力传递 2 减速增扭 3 在一定范围内实现无级变速 变矩 4 缓和冲击 5 驱动控制系统的油泵运转 6 起到飞轮的作用 使发动机运动平稳 2 齿轮变速器 齿轮变速器包括齿轮变速机构和换挡执行机构两大部分组成 常用的齿轮变速器主要有行星齿轮式和普通齿轮式两种 它的作用是进一步扩大液力变矩器传递过来的转速和转矩的变化范围 并使自动变速器具有空挡和倒挡 以中断动力传递和实现倒车等 3 控制系统 自动变速器的控制系统有液力式和电液式两种 液力式控制系统由阀板以及液压管路等组成 电液式控制系统除了阀板及液压管路之外 还包括电子控制单元 ECU 等电控系统 二 自动变速器选当手柄 选当手柄的作用 驾驶员通过操纵选当手柄使自动变速器具有不同的挡位 P位置 驻车挡 机械锁止自动变速器输出轴 在停车时使用 可以起动发动机 R位置 倒挡 用于倒车 N位置 空挡 用于短暂停车 可以起动发动机 D位置 前进挡 可以根据行驶条件适时自动在1到4挡之间转换 Nissan 选当手柄锁止开关 超速档开关 福特手柄 powerNoma 奔驰选挡手柄 奔驰选挡手柄 本田手柄 二 液力变矩器 01 三 变速传动机构 1 行星齿轮传动 行星齿轮机构的组成 它由太阳轮或称为中心轮 行星齿轮 行星齿轮架 通常简称为行星架 齿圈等组成 行星齿轮为轴转式齿轮系统 与定轴式齿轮系统一样 也可以变速 变矩 行星齿轮组成动画 02 行星齿轮传动动画 03 行星齿轮工作原理 1 齿圈固定 太阳轮主动 行星架被动 齿圈固定 太阳轮主动 行星架被动动画 从演示中可以看出 此种组合为降速传动 通常传动比一般为2 5 5 转向相同 04 2 齿圈固定 行星架主动 太阳轮被动 齿圈固定 行星架主动 太阳轮被动 从演示中可以看出 此种组合为降速传动 传动比一般为1 25 1 67 转向相同 4 太阳轮固定 行星架主动 齿圈被动 太阳轮固定 行星架主动 齿圈被动动画 从演示中可以看出 此种组合为升速传动 传动比一般为0 6 0 8 转向相同 05 5 行星架固定 太阳轮主动 齿圈被动 行星架固定 太阳轮主动 齿圈被动动画 从演示中可以看出此种组合为降速传动 传动比一般为1 5 4 转向相反 06 6 行星架固定 齿圈主动 太阳轮被动 6 行星架固定 齿圈主动 太阳轮被动 从演示中可以看出此种组合为升速传动 传动比一般为0 25 0 67 转向相反 06 7 把三元件中任意两元件结合为一体的情况 当把行星架和齿圈结合为一体作为主动件 太阳轮为被动件或者把太阳轮和行星架结合为一体作为主动件 齿圈作为被动件的运动情况 从演示中我们可以看出 行星齿轮间没有相对运动 作为一个整体运转 传动比为1 转向相同 汽车上常用此种组合方式组成直接档 07 8 三元件中任一元件为主动 其余的两元件自由 从分析中可知 其余两元件无确定的转速输出 第六种组合方式 由于升速较大 主被动件的转向相反 在汽车上通常不用这种组合 其余的七种组合方式比较常用 行星齿轮传动联想记忆示意图 为了方便记忆 我们可以将行星齿轮传动转换成普通圆柱齿轮传动 太阳轮相当于最小的齿轮 齿圈相当于中等齿轮 行星架相当于最大的齿轮 其中行星架的齿数等于太阳轮齿数与齿圈齿数之和 1 当齿圈固定时 太阳轮主动 行星架被动 最小的齿轮带动最大的齿轮旋转降速 传动比最大 在汽车上用作前进1档反之 若行星架主动 太阳轮被动 最大的齿轮带动最小的齿轮旋转 升速 传动比最小 在少数汽车上使用 作为前进超速2档 当齿圈固定时 08 2 当太阳轮固定时 齿圈主动 行星架被动 较大齿轮带动最大齿轮旋转 降速 传动比较大 在汽车上常用作前进2档 反之 若行星架主动 齿圈被动 最大齿轮带动较大齿轮旋转 升速 传动比略小于1 在汽车上用作前进超速1档 太阳轮固定 09 3 当行星架固定时 太阳轮主动 齿圈被动 最小齿轮带动较大齿轮旋转 降速 反向 在汽车上用作倒档 架固定 10 离合器 轴间连接 元件间连接 特点 连接后一起转动 1 离合器的组成 卡环 它安装在输入轴转鼓的卡环槽内 限制活塞的行程 输出转鼓 其中心有齿形花键与输出轴相连 边缘有键槽 钢片 是光板 外缘有矩形花键与输入轴转鼓内键槽相连 1 离合器的组成 摩擦片 内圆有花键 与行星齿轮某一元件相连接 其表面有铜基粉末冶金层或合成纤维层 以增大摩擦力 钢片与摩擦片相间排列 可轴向移动 弹簧座卡环 安装在输入轴卡环槽内 许多个回位弹簧沿圆周方向均匀分布 离合器的拆装 11 2 工作原理 当离合器结合时 控制油压通过输入轴中心孔进入活塞 克服回位弹簧力将钢片和摩擦片压紧 产生摩擦力 这时动力从输入轴经过离合器传到输出轴 12 13 当需要离合器分离时 控制油压通过原来的管路排出 由于回位弹簧的作用 活塞回到初始的位置 摩擦片和钢片分离 动力不能传递 3 动力传递路线 14 12 带式制动器 制动器 将行星齿轮中某个元件与壳体连接锁止 特点 制动后元件不动 1 带式制动器组成 制动鼓 它与行星齿轮的某一元件相连接 制动带 围在转鼓的外圆上 它的外表面是钢带 内表面有摩擦材料 制动带的一端用锁销固定在自动变速器壳体上 另一端与液压油缸的推杆相接触 油缸 它固定在自动变速器壳体上 其内部有活塞和推杆相连接 2 带式制动器的工作原理 当液压缸无油压时 制动带与鼓之间要有一定的间隙 制动鼓可随与它相连的行星排元件一同转动 当液压缸通油压时 作用在活塞上油压力推动活塞 使之克服回位弹簧的弹力而移动 活塞上的推杆随之向外伸出 将制动带压紧在制动鼓上 于是制动鼓被固定而不能转动 此时 制动器处于制动状态 13 片式制动器 1 片式制动器组成 固定架 有许多槽 它通过螺钉与变速器壳体相连接 固定架上有控制油道孔 钢片外缘上有花键 与固定架上的槽或与变速器壳体上的花键槽相连接 是不动件 摩擦片内圆上有花键 与行星齿轮的某元件相连接 活塞安装在活塞缸内 回位弹簧作用在活塞上 组成1 15 16 2 工作原理 当需要制动行星架时 控制油压进入活塞油缸 推动活塞压缩回位弹簧 将摩擦片 钢片压紧 由于钢片与自动变速器壳体相连接 所以行星架制动不转 制动器不起作用时 控制油液排出油缸 由于回位弹簧的作用 活塞回到原来位置 13 辛普森式行星齿轮变速机构 组成视频 17 工作原理 D 1挡 1 在D 1挡时 控制系统使离合器C0 C1接合 单向离合器F2参加工作 D 1挡 2 对超速行星排来说 离合器C0接合 将行星架与太阳轮连接在一起 超速行星齿轮排自锁 作为一体转动 传动比为1 D 1挡 3 对三挡变速部分来说 前传动轴通过离合器C1带动后传动轴 后排齿圈转动 单独看后排行星齿轮机构 齿圈顺时针输入 带动太阳轮逆时针转动 D 1挡 4 再单独看前排行星齿轮机构 太阳轮将动力传到前排行星齿轮机构后 由于单向离合器不允许前排行星架逆时针转动 所以当太阳轮逆时针转动时 行星架不转 齿圈顺时针转动 带动输出轴转动 向外输出 D 1挡 5 在整个传动过程中 经过两排行星齿轮降速 变速器处于一挡 L挡工作原理 1 L挡时离合器C0 C1接合 制动器B3制动 L挡工作原理 2 对超速行星排来说 离合器C0接合 将行星架与太阳轮连接在一起 超速行星齿轮排自锁 作为一体转动 传动比为1 L挡工作原理 3 对三挡变速部分来说 前传动轴通过离合器C1带动后传动轴 后排齿圈转动 单独看后排行星齿轮机构 齿圈顺时针输入 带动太阳轮逆时针转动 L挡工作原理 4 再单独看前排行星齿轮机构 太阳轮将动力传到前排行星齿轮机构后 由于单向离合器不允许前排行星架逆时针转动 所以当太阳轮逆时针转动时 行星架不转 齿圈顺时针转动 带动输出轴转动 向外输出 L挡工作原理 5 与D 1挡工作元件比较 L挡时 制动器B3制动前排行星架 所以在正向传动中 即由发动机向车轮传动时 L挡工作原理与D 1挡完全相同 但是在反向传动时 即由车轮向发动机传动时 由于B3制动了前排行星架 所以在L挡时反拖 而D 1挡不反拖 D 2挡 1 2挡时离合器 0 C1接合 制动器B2制动 单向离合器F1参加工作 D 2挡 2 对超速行星排来说 离合器C0接合 将行星架与太阳轮连接在一起 超速行星齿轮排自锁 作为一体转动 传动比为1 D 2挡 3 对三挡变速机构来说 C1接合 动力传到后排齿圈 这些同于一挡 制动器B2和单向离合器F1工作 不允许太阳轮逆时针转动 允许顺时针转动 对于后排行星齿轮机构来说 齿圈顺时针输入 力图使太阳轮逆时针转动 而太阳轮不动 所以齿圈带动行星架转动 行星架带动输出轴转动而输出 对于前排行星齿轮机构来说 齿圈顺时针转动 行星架自由转动 不影响后排行星齿轮机构输出 D 2挡 4 由于是齿圈带动行星架转动 所以是减速传动 变速器处于二挡 2 2挡 1 2 2挡时离合器C0 C1接合 制动器B1制动 2 2挡 2 对超速行星排来说 离合器C0接合 将行星架与太阳轮连接在一起 超速行星齿轮排自锁 作为一体转动 传动比为1 2 2挡 3 与D 2挡工作元件比较 在D 2挡时 太阳轮由单向离合器F1 制动器B2控制不允许其逆时针转动 允许顺时针转动 而在2 2挡时 太阳轮由制动器B1控制既不能顺时针转动 也不能逆时针转动 所以在正向传动中 即由发动机向车轮传动时 2 2挡工作原理与D 2挡完全相同 但是在反向传动时 即由车轮向发动机传动时 由于B1制动了太阳轮 所以在2 2挡时反拖 2 2挡 4 由于是齿圈带动行星架转动 所以是减速传动 变速器处于二挡 D 3挡 1 3挡时离合器 0 C1 C2接合 D 3挡 2 对超速行星排来说 离合器C0接合 将行星架与太阳轮连接在一起 超速行星齿轮排自锁 作为一体转动 传动比为1 D 3挡 3 对三挡变速机构来说 C1接合 动力传到后排齿圈 这些也同于一挡 C2接合 动力传给太阳轮 对于后行星齿轮排来说 齿圈和行星架都与中间轴连接 所以后行星齿轮排自锁 由此也导致了整个前后排行星齿轮自锁 所以 前后行星齿轮作为一个整体转动向外输出 D 3挡 4 由于超速行星排和三档齿轮排传动比均为1 所以整个传动的传动比为1 通常称为直接挡 D 4挡 1 4挡时制动器B0制动 离合器C1 C2接合 D 4挡 2 对超速部分来说 B0制动 制动太阳轮 超速行星排中行星架输入 太阳轮固定 齿圈输出 传动比小于1 为超速传动 D 4挡 3 对于三挡部分来说 传动同于D 3挡 即传动比为1 D 4挡 4 超速部分与三挡部分合起来整个传动为超速传动 变速器处于4挡 R挡 1 当选挡手柄在R位置时为倒挡 倒挡时离合器C0 C2接合 制动器B3制动 R挡 2 同D 1挡一样 C0接合时 超速行星排1 1的输出 R挡 3 C2接合时 动力传给太阳轮 当制动器B3制动时 制动前排行星架 对前排行星齿轮机构来说 太阳轮顺时针输入 行星架制动 齿圈逆时针减速输出 R挡 4 自动变速器倒挡传动 拉维挪式齿轮变速机构 一 拉维诺行星齿轮传动组成 18 一 拉维诺行星齿轮传动组成 18 二 动力传动线路 1挡的工作原理 1 1挡时离合器C2接合 单向自由轮F参加工作 1挡的工作原理 2 离合器C2结合 输入轴的动力通过它传给小太阳轮 单向自由轮F不允许行星架逆时针转动 小太阳轮顺时针转动 带动短行星齿轮逆时针转动 并力图使行星架逆时针转动 由于单向自由轮不允许行星架逆时针转动 所以绕行星架逆时针转动的短行星齿轮带动长行星齿轮顺时针转动 长行星齿轮带动齿圈顺时针转动 1挡的工作原理 3 齿圈经过齿轮将动力传给主减速器主动锥齿轮 自动变速器处于1挡 2挡的工作原理 1 2挡时离合器C2接合 制动器B1制动 2挡的工作原理 2 离合器C2接合 输入轴的动力通过它传到小太阳轮 这些同于1挡传动 制动器B1制动大太阳轮 所以长行星齿轮连同行星架在小行星齿轮的带动下一起绕大太阳轮顺时针转动 长行星齿轮带动齿圈顺时针转动 2挡的工作原理 3 齿圈经过齿轮将动力传给主减速器主动锥齿轮 自动变速器处于2挡 3挡的工作原理 1 3挡时离合器C1 C2 C3接合 3挡的工作原理 2 离合器C1 C2接合 输入轴的动力将通过它们传给大 小太阳轮 离合器C3接合 输入轴将动力通过它传给行星架 此时行星架和小太阳轮均与输入轴连接 从行星齿轮传动原理我们已经知道 当此种工况行星齿轮机构自锁 元件间没有相对运动 传动比为1 输入轴的动力通过齿轮直接传给主减速器 自动变速器处于3挡 3挡的工作原理 3 3挡传动 4挡的工作原理 1 4挡时制动器 1制动 离合器C3接合 4挡的工作原理 2 当制动器B1制动时 制动大太阳轮 当离合器C3接合时 输入轴的动力传给行星架 对于行星齿轮排来说 相当于太阳轮