第16章 液力机械传动和机械式无级变速器

第十六章,液力机械传动和机械式无级变速器,基本要求：了解自动变速器的类型、组成及优缺点，液力变矩器的工作原理和液力变矩器特性，CVT的工作原理。重点：液力变矩器的工作原理和液力变矩器特性，CVT的工作原理。,本章要点,难点：液力变矩器的工作原理和液力变矩器特性。,本章内容,第一节液力机械传动第二节机械式无级变速器,1、优点：）操作简便省力，提高行车安全性。）提高了发动机和传动系统的寿命。）能自动适应行驶阻力的变化，在一定范围内实现自动换档，提高了汽车的动力性和经济性。）提高了乘车的舒适性。）避免因外界负荷突增而造成过载和发动机熄火现象，并降低排放污染。2、主要缺点：结构复杂，造价高，传动效率低。,自动变速器的分类：,在无级式（和综合式）中，按变速的种类可分为：,按传动比变化形式可分为有级式、无级式和综合式三种。,1）液力变矩式无级变速器；2）机械式无级变速器；3）电力式无级变速器。,第一节,液力机械传动,二、液力变矩器的组成及工作原理,液力变矩器结构组成,从动元件与输出轴相连,主动元件与变矩器外壳相连,固定在不动的变速器外壳上,变矩器不仅能传递转矩，而且能在泵轮转矩不变的情况下，随着涡轮的转速(反映着汽车行驶速度)不同而改变涡轮输出的转矩数值。,变矩器不仅能传递转矩，而且能改变涡轮输出的转矩数值。,变矩器之所以能起变矩作用，是由于在循环流动的过程中，固定不动的导轮给涡轮一个反作用力矩，使涡轮输出的转矩不同于泵轮输入的转矩。,变矩器的工作原理,汽车起步工况,Mw=Mb+Md。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。,设泵轮、涡轮和导轮对液流的作用转矩分别为Mb、Mw和Md。,汽车起步并开始加速,当涡轮转速增大到某一数值，导轮转矩Md为零，于是涡轮转矩与泵轮转矩相等，即Mb=Mw。,涡轮转速nw从零逐渐增加。使导轮上所受转矩值逐渐减小。,若涡轮转速nw继续增大，涡轮转矩为前两者转矩之差(Mw=Mb-Md)，即变矩器输出转矩反而比输入转矩小。,汽车高速运行,当涡轮转速nw与泵轮转速nb相等时，工作液在循环圆中的流动停止，将不能传递动力。,1当nw=0时，nbnw，油液速度流向导轮的正面，Md0，Mw=Mb+Md，MwMb，起变矩作用。2当nw0时，接近0.85nb转速时，油液速度与导轮叶片相切，Md=0，Mw=Mb，为耦合器(液力联轴器)。此转速称为“耦合工作点”。3当nwnb时，油液速度流向导轮的背面，Md为负值，故Mw=Mb-Md。4.当nw=nb时，循环圆内的液体停止流动，停止扭矩的传递。故nw的增大是有限度的，它与nb的比值不可能达到1，一般小于0.9。,小结,液力变矩器传动比i-输出转速(即涡轮转速nw)与输入转速(即泵轮转速nb)之比，即i=nw/nb1。0.8-0.9最佳。,液力变矩器特性-变矩器在泵轮转速nb和转矩Mb不变的条件下，涡轮转矩Mw随其转速nw变化的规律。,液力变矩器变矩系数-输出转矩Mw与转入转矩(即泵轮转矩Mb)之比，用K表示，即K=Mw/Mb。,Mw-nw曲线也反映了变矩系数K与涡轮转速nw(或传动比i)之间的变化关系（连续变化）。,锁止离合器的主动部分是传力盘8和操纵液压缸活塞(即压盘)6，与泵轮11一起旋转。从动部分是装在涡轮轮毂14花键上的离合器从动盘7。压力油经油道5进入后，推动活塞右移，压紧从动盘，即锁止离合器接合，于是泵轮与涡轮接合成一体旋转，变矩器不起作用。,传力盘8,从动盘7,压盘6,油道5,3、带锁止离合器的液力变矩器,当汽车起步或在坏路面上行驶时，可将锁止离合器分离，使变矩器起作用，以充分发挥液力传动自动适应行驶阻力剧烈变化的优点。当汽车在良好道路上行驶时，应接合锁止离合器，为直接机械传动。变矩系数K=l，变矩器效率=1，从而提高了汽车的行驶速度和燃油经济性。,单向离合器的作用：当锁止离合器接合时，单向离合器即脱开，导轮在液流中自由旋转。若取消单向离合器，则当泵轮与涡轮锁成一体旋转时，导轮将仍处于固定状态而导致液力损失加大，效率降低。,单向离合器13,三、液力机械变速器,液力变矩器虽能在一定范围内自动地、无级地改变转矩比和传动比，但存在着变矩能力与效率之间的矛盾。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。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力机械式变速器。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。,1、行星齿轮变速器的工作原理行星齿轮变速器是由行星齿轮机构及离合器、制动器和单向离合器等执行元件组成。行星齿轮机构通常由多个行星排组成,行星排的多少与档数的多少有关，其基本结构和工作原理，可用最简单的单排行星齿轮机构说明。,单排行星齿轮机构一般运动规律的特性方程式,n1，n2，n3，分别为太阳轮、齿圈和行星架的转速，=z2/z1,z1为太阳轮的齿数，z2为齿圈的齿数。,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,则整个轮系即以一定的传动比传递动力。,1)太阳轮1为主动件，行星架3为从动件，齿圈2固定。n2=0，故传动比为,2)齿圈2为主动件，行星架3为从动件，太阳轮1固定。n1=0，故传动比为,3)太阳轮1为主动件，齿圈2为从动件，行星架3固定。n3=0，故传动比为,倒挡传动情况。,4)若使n1=n2，则,在n1=n3或n2=n3时，同样可得n1=n2=n3。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两者转速相等，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,行星齿轮机构处于空挡状态。,由几排行星齿轮机构组成的行星齿轮变速器，其传动比可根据上述单排行星齿轮机构特性方程式推导出来。,2液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械变速器,由一个四元件综合式液力变矩器和可自动换挡的两挡行星齿轮变速器组成,整个液力机械变速器壳体由变矩器罩、齿轮变速器壳体、后盖和轴管四部分用螺拴连接而成。,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。,直接当离合器,低速档制动器,倒档制动器,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)。,(1)空挡直接挡离合器14处于分离状态，制动器6和7都松开，两排行星齿轮机构的各个元件均不受约束地自由转动，故行星齿轮变速器不能传递动力，即处于空挡位置。,直接当离合器,低速档制动器,倒档制动器,(2)低速挡离合器14分离，倒挡制动器7松开，低速挡制动器6的制动带箍紧其制动鼓，使前排太阳轮13固定不动。该挡传动比为1.72。,直接挡离合器14,倒挡制动器7,(3)直接挡制动器6和7均放松，离合器14接合。第一轴与第二轴便成一体转动，显然传动比为1。,(4)倒挡倒挡制动器7收紧，倒挡制动鼓和行星架即被固定。离合器仍分离，低速挡制动器6也松开。后排齿圈9旋转方向与太阳轮11相反，即倒挡运转。其传动比为2.39。,第二节,机械式无级变速器,一、机械式无级变速器的工作原理,VDT公司(荷兰）早期生产的金属带式无级变速器VDT-CVT（ContinouslyVariableTransmi