2015黄庄职业高中汽车制造与维修专业汽车底盘精品教案：第四章汽车自动变速器

1、教案课 题：第四章 汽车自动变速器项目一概述教学目的：掌握汽车自动变速器基本知识教学重点：自动变速器基本知识教学难点：自动变速器基本知识教学方法：讲练结合类 型：新授课 时：1教学手段：模型与实物引 入：复习上节知识，以故障现象进入本节复习上节知识，以故障现象进入本节第四章 汽车自动变速器项目一概述一、分类1按结构和控制方式分自动变速器按结构、控制方式的不同，可以分为液力式自动变速器、无级自动变速器和机械式自动变速器。2自动变速器按车辆驱动方式的不同，可以分为自动变速器和自动变速驱动桥。3按自动变速器前进档的档位数分按照自动变速器选档杆置于前进档时的档位数，可以分为四档、五档、六档等，目前比较

2、常见的是四档和五档自动变速器，在某些高级轿车如丰田皇冠、宝马7系、奥迪A8等轿车采用六档自动变速器。2液力机械式自动变速器的组成液力机械式自动变速器由液力传动系统、机械式齿轮变速系统、液压操纵系统、液压或电子控制系统组成。二、组成与工作原理1基本组成液力自动变速器主要由液力变矩器、机械变速器、液压控制系统、冷却滤油装置等组成。电控液力自动变速器除上述四部分外还有电子控制系统。2基本原理液控自动变速器是通过机械传动方式，将汽车行驶时的车速和节气门开度这两个主控制参数转变为液压控制信号；液压控制系统的阀板总成中的各控制阀根据这些液压控制信号的变化，按照设定的换挡规律，操纵换挡执行元件的动作实现自动

3、换挡。三、自动变速器选档杆使用轿车自动变速器的选档杆通常有6个位置，如图下图所示。其功能如下：P位：驻车档。选档杆置于此位置时，驻车锁止机构将自动变速器输出轴锁止。R位：倒档。选档杆置于此位置时，液压系统倒档油路被接通，驱动轮反转，实现倒向行驶。N位：空档。选档杆置于此位置时，所有机械变速器的齿轮机构空转，不能输出动力。D位：前进档。选档杆置于此位置时，液压系统控制装置根据节气门开度信号和车速信号自动接通相应的前进档油路，行星齿轮变速器在换档执行元件的控制下得到相应的传动比。随着行驶条件的变化，在前进档中自动升降档，实现自动变速功能。2位：高速发动机制动档。选档杆置于此位置时，液压控制系统只能

4、接通前进档中的一、二档油路，自动变速器只能在这两个档位间自动换档，无法升入更高的档位，从而使汽车获得发动机制动效果。L位(也称1位)：低速发动机制动档。选档杆置于此位置时，汽车被锁定在前进档的一档，只能在该档位行驶而无法升入高档，发动机制动效果更强。小结：概述本节作业：练习册对应部分反思课 题：项目二液力耦合器与液力变矩器教学目的：掌握液力耦合器与液力变矩器结构与工作原理教学重点：液力变矩器结构与工作原理教学难点：液力变矩器结构与工作原理教学方法：讲练结合类 型：新授课 时：2教学手段：模型与实物引 入：复习上节知识，以故障现象进入本节复习上节知识，以故障现象进入本节项目二液力耦合器与液力变矩

5、器一、液力耦合器1液力耦合器的结构和工作原理（1）液力耦合器的结构液力耦合器主要由泵轮、涡轮和耦合器外壳等部件组成。其中泵轮与发动机曲轴相连，涡轮与从动轴相连，泵轮和涡轮之间没有机械连接关系，二者之间靠液体流动来传递动力。（2）液力耦合器的工作原理2采用液力耦合器的优缺点1）液力耦合器的优点（1）保证汽车平稳起步；（2）衰减传动系的扭转振动；（3）防止传动系过载；（4）显著减少换档次数。2）液力耦合器的缺点（1）只能传递转矩，不能改变转矩大小；（2）不能取代离合器，使传动系统纵向尺寸增加；（3）传动效率较低。二、液力变矩器1功用液力变矩器位于发动机和机械变速器之间，以自动变速器油（ATF）为工

6、作介质，主要完成以下功用：(1) 传递转矩。发动机的转矩通过液力变矩器的主动元件，再通过ATF传给液力变矩器的从动元件，最后传给变速器。(2) 无级变速。根据工况的不同，液力变矩器可以在一定范围内实现转速和转矩的无级变化。(3) 自动离合。液力变矩器由于采用ATF传递动力，当踩下制动踏板时，发动机也不会熄火，此时相当于离合器分离；当抬起制动踏板时，汽车可以起步，此时相当于离合器接合。(4) 驱动油泵。ATF在工作的时候需要油泵提供一定的压力，而油泵一般是由液力变矩器壳体驱动的。2液力变矩器的组成、工作原理和特性1）液力变矩器组成液力变矩器主要由泵轮、涡轮、导轮和变矩器外壳等部件组成，与液力耦合

7、器的最大区别是增加了导轮。主要零件如图所示，它有旋转的泵轮和涡轮以及固定不动的导轮三个元件组成。各工作轮用铝合金或钢板冲压焊接而成，泵轮和液力变矩器外壳连成一体，用螺栓固定在发动机曲轴后端的凸缘上，壳体做成两半，装配后焊成一体，涡轮通过输出轴与传动系的其他部件相连，导轮则固定在不动的套筒上，其内充满工作液，泵轮、涡轮和导轮三者之间保持一定的间隙。 2）液力变矩器的工作原理当发动机曲轴带动变矩器工作时，工作轮中的液流由泵轮沿着叶片以一定的绝对速度冲向涡轮叶片，并沿着叶片流向涡轮冲向导轮，然后液流再从固定不动的导轮叶片流入泵轮中。当液体流过叶片时，由于液流受叶片的作用，其方向发生变化，使得液流对涡

8、轮的作用扭矩等于液流对导轮和泵轮作用扭矩之和，这样，经涡轮输出的扭矩变大了。3）液力变矩器特性液力变矩器有两个重要的特性参数：液力变矩器传动比i和液力变矩器变矩系数K，其定义如下。（1）液力变矩器传动比 （2）液力变矩器变矩系数 3几种典型液力变矩器1）三元件综合式液力变矩器三元件液力变矩器的典型结构如图所示。它由泵轮,涡轮和导轮组成。最大变矩系数(即涡轮转速为零时的变矩系数)为1.92.5。（1）构造即由泵轮、涡轮和导轮三个主要元件组成的液力变矩器。（2）单向离合器单向离合器作用是只允许导轮单向旋转，不允许其逆转。 滚柱式单向离合器的构造和工作原理由外座圈、内座圈、滚柱及弹簧组成。导轮逆时针

9、旋转时，滚柱向外座圈和内座圈形成的楔形槽的宽槽处滚动，滚柱与外座圈（包括导轮）一起绕内座圈滚动。导轮顺时针旋转时，滚柱向楔形槽窄槽处滚动，从而阻止外座圈（包括导轮）的滚动。当涡轮转速较低，与泵轮转速差较大时，从涡轮流出的液体冲向导轮叶片，力图使导轮逆时针转动，但由于滚柱楔紧在滚道的窄端，导轮同单向离合器外座圈卡紧在内座圈上，使变矩器的输出扭矩增加；当涡轮的转速升高到一定程度时，液流对导轮的冲击力反向，导轮带滚柱滚向楔槽的宽端，单向离合器的锁止作用解除，导轮与涡轮同向转动。 楔块式单向离合器的构造和工作原理在低速区时，油液使外圈相对于内座圈逆时针转，楔块在摩擦力作用下也逆时针转，因楔块的长对角线

10、棱边距离大于内外座圈的间距，致使外座圈被楔块卡死不能转动，导轮被锁止，此为变矩器增大扭矩的工作状态。在高速区时，液流使外座圈相对于内座圈顺时针转动时，楔块在摩擦力作用下也顺时针转，使楔块短对角线的棱边对着内外座圈的表面，因楔块短对角线棱边的距离小于内外座圈的间距，所以外座圈可以自由转动，即导轮锁止解除，变矩器起偶合作用。2）四元件综合式液力变矩器四元件综合式液力变矩器比三元件液力变矩器多了一个导轮，两个导轮分别装在各自的单向离合器上。四元件综合式液力变矩器的特性是两个变矩器特性和一个耦合器特性的综合。在传动比i1区段，两个导轮固定不动，二者的叶片组成一个弯曲程度更大的叶片，以保证在低传动比工况

11、下获得大的变矩系数。在传动比i1iK1区段，第一导轮脱开，变矩器带有一个叶片弯曲程度较小的导轮工作，因而此时可得到较高的效率。当传动比为iK1时，变矩器转入耦合器工况，效率按线性规律增长。3）带锁止离合器的液力变矩器带锁止离合器液力变矩器的特点是，汽车在变工况下行驶时（如起步、经常加减速），锁止离合器分离，相当于普通液力变矩器；当汽车在稳定工况下行驶时，锁止离合器接合，动力不经液力传动，直接通过机械传动传递，变矩器效率为1。小结：概述本节作业：练习册对应部分反思课 题：项目三 液力机械变速器教学目的：掌握液力机械变速器结构与工作原理教学重点：液力机械变速器结构教学难点：工作原理教学方法：讲练结

12、合类 型：新授课 时：2教学手段：模型与实物引 入：复习上节知识，以故障现象进入本节复习上节知识，以故障现象进入本节项目三 液力机械变速器一、行星齿轮变速器的工作原理1单排行星齿轮机构的特性方程式行星机构的动力学和运动学特性方程式如下：M11+M22+M33=0、n1+n2-(1+)n3=02单排行星齿轮机构的工作原理（1）太阳轮1为主动件，行星架3为从动件，齿圈2固定i13=n1/n3=1+=1+z2/z1 （2）齿圈2为主动件，行星架3为从动件，太阳轮1固定i23=n2/n3=(1+)/=1+z1/z2（3）太阳轮1为主动件，齿圈2为从动件，行星架3固定i12=n1/n2=-=-z2/z1

13、（4）如果太阳轮和齿圈连为一体，n1=n2n1=n2=n3由上可见，单排行星齿轮机构可以获得4种不同的传动比。3复合式行星齿轮机构的工作原理（1）辛普森式其特点是由两排行星齿轮机构共用一个太阳轮组成的复合式行星齿轮机构，可以获得3个前进档和1个倒档。（2）拉威挪（Ravigneaux）式其特点是两排行星齿轮机构共用一个齿圈和一个行星架。行星架上的长行星轮与前排行星齿轮机构的大太阳轮啮合，同时还与后排行星齿轮机构的短行星轮相啮合。短行星轮还与小太阳轮啮合。可以组成3个前进档和1个倒档的行星齿轮变速器。拉威挪式行星齿轮机构的结构紧凑，所用构件少，相互啮合的齿较多，可传递较大转矩，但结构较复杂，传动

14、效率略低。 二、液力机械自动变速器的几种结构形式1液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械自动变速器01M型自动变速器由带锁止离合器的单级双向三元件液力变矩器、可自动换档的拉威挪式行星齿轮机构两部分组成，是液力机械式变速器。该变速器共有7个档位，4个前进档、1个倒档（R）、1个空档（N）、1个驻车档（P）。2液力变矩器与固定轴线式齿轮变速器组成的液力机械自动变速器广州本田轿车采用的MAXA型自动变速器，由带锁止离合器的液力变矩器、固定轴线式的常啮合斜齿轮机械变速器、液压控制系统和电子控制系统4部分组成。3带锁止离合器的液力变矩器、换档离合器和全同步变速器组成的液力机械变速器国外重型货车和工程车

15、辆上开始采用由WSK系统与全同步多档变速器（46档）组成的液力机械变速器。所谓WSK系统是由锁止离合器、变矩器、滑行单向离合器和换档离合器组成的“变矩器换档离合器系统”的德文缩写。多数情况下是把WSK系统和变速器装在一起作为传动装置使用，也可以把WSK系统和变速器分开布置。小结：概述本节作业：练习册对应部分反思课 题：项目四自动变速器的操纵机构教学目的：掌握自动变速器的操纵机构工作原理教学重点：自动变速器的操纵机构工作原理教学难点：自动变速器的操纵机构工作原理教学方法：讲练结合类 型：新授课 时：2教学手段：模型与实物引 入：复习上节知识，以故障现象进入本节复习上节知识，以故障现象进入本节一、

16、液控式（全液压）操纵机构1动力源（供油系统）（1）自动变速器油 自动变速器油（简称ATF）是含有多种特殊添加剂的混合油液。（2）液压泵 液压泵可以采用内啮合的齿轮泵或转子泵，其结构和工作原理与发动机润滑系统中的机油泵相同。液压泵除了向控制装置、执行装置供应压力油以实现换档外，还向液力变矩器供应工作油液，向行星齿轮变速器供应润滑油。2执行装置（1）换档离合器行星齿轮变速器的换档执行元件包括离合器、制动器和单向离合器。离合器的功用是连接轴和行星齿轮机构中的元件或是连接行星齿轮机构中的不同元件。1)结构、组成离合器主要由离合器鼓、花键毂、活塞、主动摩擦片、从动钢片、回位弹簧等组成，如图所示。2)工作

17、原理当一定压力的ATF油经控制油道进入活塞左面的液压缸时，液压作用力便克服弹簧力使活塞右移，将所有离合器片压紧，即离合器接合，与离合器主、从动部分相连的元件也被连接在一起，以相同的速度旋转。 （2）换档制动器换档制动器最常见的结构形式有片式和带式两种。片式换档制动器的工作原理与多片湿式换档离合器基本相同。由于片式制动器较带式制动器工作平顺，故目前在轿车自动变速器中应用较多。1)结构、组成带式制动器由制动带和控制油缸组成，如图所示为带式制动器的零件分解图。制动带是内表面带有镀层的开口式环形钢带。制动带的一端支承在与变速器壳体固连的支座上，另一端与控制油缸的活塞杆相连。2)工作原理制动器的工作原理

18、如图所示，制动带开口处的一端通过支柱支承于固定在变速器壳体的调整螺钉上，另一端支承于油缸活塞杆端部，活塞在回位弹簧和左腔油压作用下位于右极限位置，此时，制动带和制动鼓之间存在一定间隙。制动时，压力油进入活塞右腔，克服左腔油压和回位弹簧的作用力推动活塞左移，制动带以固定支座为支点收紧。在制动力矩的作用下，制动鼓停止旋转，行星齿轮机构某元件被锁止。随着油压撤除，活塞逐渐回位，制动解除。带式换档制动器是将内侧粘有摩擦材料的钢带卷绕在制动鼓外表面上，故又称外束带式制动器。它由制动鼓、制动带、推杆、活塞等元件组成。制动带的一端固定在自动变速器壳体上，另一端与控制油缸的推杆相连接。不制动时制动带与制动鼓之

19、间有一定间隙，此间隙可用调整螺钉调整。 （3）单向离合器执行装置的单向离合器与液力变矩器的单向离合器相同，有滚柱式和楔块式两种。3换档信号系统换档信号系统由节气门阀和离心调速器阀组成。节气门阀的位置取决于节气门的开度，即取决于发动机负荷，因此驾驶员操纵加速踏板即可改变节气门阀输入换档阀的油压。离心调速器阀装在变速器第二轴上，它可根据车速的变化改变输出给换档阀的油压。这两个分别反映发动机负荷和汽车行驶速度的压力信号各自引至换档阀的两端。在二者综合作用下，换档阀使变速器自动地由低速档换入直接档，或由直接档自动地换入低速档。4换档品质控制装置换档品质控制装置的作用是保证换档过程平顺柔和、无冲击。它包

20、括油路中的缓冲阀、限流阀、断流解锁阀、单向节流阀和节流孔等。5滤清冷却系统滤清冷却系统包括冷却器和滤清器。变矩器工作时，相当大一部分能量转化成热量，致使工作液温度升高。而变矩器的油路与液压操纵系统和机械变速器的润滑油路是相通的。为保证变矩器的效率和变速器的操纵系统及润滑系统正常工作，应控制工作液温度在一定范围内。因此，在发动机散热器下储水箱内设有冷却器。变矩器内的部分工作液从导轮与涡轮之间的间隙流出，经导轮固定套管与变速器第一轴之间的环形油道流过冷却器，得到冷却或加温后，再经过滤清器流入机械变速器的润滑油道。二、自动变速器的电控式操纵系统二、自动变速器的电控式操纵系统1电子控制单元（ECU）电

21、子控制单元（ECU）根据传感器传来的电信号，即车速和发动机负荷等参数转变的电信号，按照设定的换档程序对这些信号进行比较计算，作出是否需要换档的判断。当需要换档时，通过电磁阀操纵液压的换档阀去控制执行装置的油路，实现换档。2传感器1）节气门位置传感器节气门位置传感器是将测得的节气门开启角度转换成电信号输入给ECU，以作为控制自动变速器换档的依据。2）车速传感器车速传感器安装在自动变速器输出轴附近，用以测量输出轴转速，是电磁感应式的转速传感器。3控制开关控制开关包括空档起动开关、自动跳合(又称降档)开关、制动灯开关、超速档开关、模式开关等。4执行器1）开关式电磁阀开关式电磁阀通常用来控制换档阀和变矩器锁止离合器油路的开启或关闭。2）线性脉冲式电磁阀电控式操纵系统具有如下优点： 因电控单元（ECU）能存储与处理多种换档规律，所以可按车辆行驶需要选择合适的换档规律，故可实现更合理、更复杂的控制，以获得更理想的燃油经济性； 由于简化了液压系统，从而使结构紧凑、质量轻； 控制精度高、反应快且动作准确； 如需要变更换档规律或参数时，只要改变控制程序和某些电子元件的型号规格就可满足要求，而无须更换系统中的零件，故适应性强，开发周期短； 便于整车的控制系统(如发动机控制、巡航控制、牵引控制、制动系统控制等)集成，控制系统兼容性好