第七章自动变速器(课件)

1、机械学院1自动变速器第七章第七章 自动变速器自动变速器 机械学院2自动变速器第一节第一节 自动变速器概述自动变速器概述 一、自动变速器的基本组成 液力变矩器、变速齿轮机构、供油系统和换挡操纵机构等四大部分组成。机械学院3自动变速器二、自动变矩器的工作过程二、自动变矩器的工作过程 1、液力自动变速器的工作过程 根据汽车的行驶速度和节气门开度的变化，自动变换挡位。换挡控制方式是通过机械方式将车速和节气门开度信号两个参数转换成控制油压（控制信号），按照设定的换挡规律，将该油压加到换挡阀的两端，以控制换挡阀的位置，从而改变换挡执行元件（离合器和制动器）的油路。这样，工作液压油进入相应的执行元件，使离合

2、器结合或分离，制动器制动或松开，控制行星齿轮变速器的升挡或降挡，从而实现自动换挡。 机械学院4自动变速器2、电控自动变速器的工作过程 通过传感器和开关监测汽车和发动机的运行状态，接受驾驶员的指令，并将发动机转速、节气门开度、车速、发动机冷却液温度、自动变速器液压油温度等参数转换成电信号输入到ECU。ECU根据这些信号，按照设定的换挡规律，向换挡电磁阀、油压电磁阀等发出控制信号；电磁阀控制液压换挡阀，使其打开或关闭通往换挡离合器和制动器的油路，从而控制换挡时刻和挡位的变换，以实现自动变速。 机械学院5自动变速器自动变速器基本工作过程机械学院6自动变速器三、自动变速器的类型 1按变速方式分类 汽车

3、自动变速器按变速方式的不同，可分为有级变速器和无级变速器两种。机械学院7自动变速器2按汽车驱动方式分类 自动变速器按照汽车驱动方式的不同，可分为后驱动自动变速器和前驱动自动变速器两种，二者结构有较大不同。前轮驱动自动变速器后轮驱动自动变速器机械学院8自动变速器前轮驱动自动变速器1液力变矩器；2油泵；3行星齿轮机构；4输入轴；5输出轴；6差速器 机械学院9自动变速器后轮驱动自动变速器1液力变矩器；2油泵；3输入轴；4行星齿轮机构；5阀体总成；6输出轴；7油底壳 机械学院10自动变速器3按自动变速器前进挡的挡位数不同分类 自动变速器按前进挡的挡位数不同，可分为2个前进挡、3个前进挡、4个前进挡三种

4、。4按齿轮变速器的类型分类 自动变速器按齿轮变速器的类型不同，可分为普通齿轮式和行星齿轮式两种。5按变矩器的类型分类 轿车自动变速器基本上都是采用结构简单的单级三元件（泵轮、涡轮和导轮）综合式变矩器。这种变矩器又分为有锁止离合器和无锁止离合器两种。机械学院11自动变速器6按控制方式分类 自动变速器按控制方式不同，可分为液力控制自动变速器（液力自动变速器）和电子控制自动变速器（电控自动变速器）两种。 液力自动变速器的汽车具有的优点 ： 1）大大提高发动机和传动系的使用寿命。 2）提高汽车通过性。 3）具有良好的自适应性。 4）操纵轻便。 机械学院12自动变速器第二节第二节 液力变矩器液力变矩器一

5、、耦合器 （液力联轴器）液力耦合器的结构曲轴2、外壳 3、泵轮4、 涡轮5 、输出轴6 。机械学院13自动变速器液力耦合器的工作原理 液力偶合的工作原理可以用两个风扇来说明。机械学院14自动变速器液力偶合器工作原理1泵轮；2涡轮 机械学院15自动变速器 综合式液力变矩器性能曲线 机械学院16自动变速器二、变矩器1.液力变矩器构造组成：泵轮、导轮、涡轮及外壳。材料：用铝合金精密铸造，或用钢板冲压而成。结构：泵轮与涡轮相对安装，导轮装于两者之间，三者之间都保持一定间隙，相互之间没有机械联系，并且装合后，轴向断面构成环状空腔，称为循环圆；泵轮随壳体固定在曲轴后端凸缘上，为主动部分，涡轮通过输出轴与传

6、动系相连，为从动部分，导轮安装在固定套筒上，在导轮与固定套筒之间装有单向离合器，固定套筒与壳体刚性连为一体。机械学院17自动变速器变矩器的结构1-曲轴；2-驱动端盖； 3-涡轮 ；4-泵轮； 5-导轮；6-单向离合器 ；7-输出轴； 8-壳体。 机械学院18自动变速器1.液力变矩器构造机械学院19自动变速器1.液力变矩器构造机械学院20自动变速器液力变矩器结构简图 1曲轴（输入轴）； 2齿圈； 3涡轮； 4泵轮； 5循环圆； 6导轮； 7单向离合器； 8涡轮轴（输出轴）； 9单向离合器固定套； 10泵轮轴套 机械学院21自动变速器2.液力变矩器工作原理涡轮的扭矩为什么得到了增加？Mw = Mb

7、 + Md机械学院22自动变速器2.液力变矩器工作原理机械学院23自动变速器2.液力变矩器工作原理机械学院24自动变速器2.液力变矩器工作原理导轮何时起作用，何时不起作用？随涡轮转速的不断增大，涡轮出口处的液流的牵连速度相应的增大，液流冲击导轮叶片的作用逐渐减小，当达到某一数值时，液流不再对导轮叶片产生冲击作用，此时Mw = Mb ；若涡轮转速进一步增大，液流对导轮叶片背部产生冲击作用，导轮开始自由转动。 变矩器输出扭矩增大原理 当液体离开泵轮冲击涡轮时，把液体能量传递给涡轮并使其转动，与此同时流经涡轮的液体从中间流出，撞击导轮叶片的正面（此时单向离合器锁止），液体受到导轮正面叶片的阻挡而产生

8、液体折反，具有方向性的液体返回到泵轮叶片上，而这种具有方向性的液体起到了帮助发动机转动泵轮的作用。流动的液体对导轮产生的作用力矩，可以使变矩器的输出扭矩提高。 机械学院25自动变速器3.液力变矩器性能指标转矩比（K）涡轮输出转矩/泵轮输出转矩 Mw / Mb转速比（i）涡轮转速/泵轮转速= nw/nB1减速传动低档1档2行星架 太阳轮 i=0.31减速传动高档2档4行星架 内齿圈 i=0.71反向减速传动倒档6内齿圈 太阳轮 i=-0.431反向超速传动未被采用7三个原件中任意两个连成一体，第三原件与前两者等速i=1直接传动直接档（3档）8所有元件不受约束自动转动失去传动作用空挡机械学院42自

9、动变速器5、行星齿轮机构基本特征：两个外齿轮相互啮合时，其转动方向相反。一个外齿轮与一个内齿轮相啮合时，其转动方向相同。小齿轮驱动大齿轮时，输出扭矩增大而输出转速降低。大齿轮驱动小齿轮时，输出扭矩减小而输出转速提高。若行星架作为被动件，则它的旋转方向和主动件同向。若行量架作为主动件，则被动件的旋转方向和它同向。在简单行星齿轮机构中，太阳轮齿数最少，行星架的当量齿数最多而齿圈齿数则介于中间。若行星齿轮机构中的任意两个元件同速同方向旋转，则第三元件的转速和方向必然与前两者相同，即机构锁止，成为直接档。机械学院43自动变速器三、换档执行器的结构与原理1、片式离合器2、片式制动器3、带式制动器机械学院

10、44自动变速器1、片式离合器结构由若干交错排列的离合器片和离合器盘组成；离合器片均为双面粘有摩擦片的钢片制成，摩擦片由基体材料为经硬化处理的合成（纤维素或合成材料）物制成，为改善其摩擦系数，在浸渍处理后加入酚醛树脂作为添加剂，具有较高的摩擦系数，受压力和温度变化影响很小；特点摩擦区宽，额定扭矩大；采用增加或减少离合器片数量的方法能方便地改变扭矩；改变液压油的油压从而改变扭矩；均为湿式摩擦状态，摩擦磨损小，无须经常间隙调整； 机械学院45自动变速器1、片式离合器机械学院46自动变速器123567891 01 14多片离合器原理图1单向阀；2密封圈；3输入轴；4活塞；5离合器鼓；6密封圈；7钢片；

11、8摩擦片；9卡环；10离合器毂；11回位弹簧 机械学院47自动变速器2、片式制动器 结构及工作原理与片式离合器基本相同，只是零部件名称不同机械学院48自动变速器3、带式制动器 带式制动器由制动鼓、制动带和伺服机构组成。伺服机构是一种自动控制机构，它根据节气门信号和转速信号自动地调节作用力，通常由伺服油缸和伺服杆系组成。 制动带的一端用销钉固定在变速器的壳体上，另一端则由活塞推动的杆系操纵。根据操纵杆系的布置不同可分为： （1）直接动作式制动器 （2）杠杆式制动器 （3）连杆式制动器机械学院49自动变速器1）直接动作式制动器机械学院50自动变速器2）杠杆式制动器机械学院51自动变速器3）连杆式制

12、动器机械学院52自动变速器第四节第四节 自动变速器供油系统自动变速器供油系统作用：液压控制系统提供工作压力，通过电控实现换档离合器、制动器，阀体上的各种阀的接通、关闭或控制通过变速器的油流，把液压油（ATF）的液力传递给相应的施力装置，从而达到自动变速器变速的目的。组成：油泵、压力调节装置、辅助装置及分支供油系统。机械学院53自动变速器机械学院54自动变速器一、 油泵作用：是使液压油（ATF）产生一定的压力和流量的动力源 ，供给液力变矩器和液压自动操纵系统所需的液压油，并保证各摩擦副的润滑需要。分类：内啮合渐开线齿轮泵、摆线转子泵和叶片泵。 其中齿轮泵应用最广泛。1、内啮合渐开线齿轮泵 优缺点

13、： 结构紧凑、尺寸小、重量轻、自吸能力强、流量波动小、运转平稳、噪声低、应用广泛。机械学院55自动变速器1、内啮合渐开线齿轮泵机械学院56自动变速器2、摆线转子泵它实际是一种特殊齿形的内啮合齿轮泵。一般内转子为10个齿（外摆线），外转子为11个齿（圆弧曲线）。优缺点：结构简单、尺寸紧凑、运转平稳、噪声小、高速性能良好等，但流量脉动大、加工精度要求高。机械学院57自动变速器3、叶片泵优缺点：运转平稳、噪声小、泵油量均匀、容积效率高，但结构复杂、对液压油的污染比较敏感。机械学院58自动变速器二、调压装置二、调压装置 液压自动系统一般有主调压阀（一次调压阀）和副调压阀（二次调压阀）两个调压阀。1、主

14、调压阀 主调压阀是根据汽车行驶速度和节气门开度的变化，自动调节流向各液压系统的油压，将油泵油压调节至规定值，形成稳定的工作液压（管路压力），它是自动变速器内最基本、最重要的压力，因为它用于操纵所有离合器、制动器的动作；同时它也是自动变速器内所有其他控制压力的压力源。图7-23/P181。若主调压阀工作异常，将导致管路压力不稳定：管路压力过高，引起换档冲击和功率损失；管路压力过低，引起离合器、制动器打滑磨损而烧蚀。机械学院59自动变速器B-至选档阀C-来自管路D-输往变矩器E-卸油口 F-节气门调节压力2、二次调压阀、二次调压阀 二次调压阀的作用是根据汽车行驶速度和节气门开度的变化，自动调节供给

15、液力变矩器、摩擦副和冷却装置的油压，且当发动机停止转动时，关闭液力变矩器的油路，防止传动液（ATF）从液力变矩器外流，保证下次启动时正常工作。机械学院60自动变速器三、辅助装置三、辅助装置 1油箱 应保持正确的液面高度： 油面过低，油泵可能吸入空气，使换挡打滑、发热磨损； 油面过高，容易因搅拌形成泡沫层，使换挡打滑、过热。2过滤器 1）集滤器防止大颗粒或纤维杂质进入供油系统。 2）细滤器滤去油液中各种微小颗粒（大于0.04mm）机械学院61自动变速器第五节第五节 自动变速器操纵机构自动变速器操纵机构 机械学院62自动变速器1、手控阀阀杆由换挡杆操纵，可左右移动，移动时分别打开或关闭阀体中相应的

16、油道，供驾驶员按工作需要选择P、R、N、D、L等档位。机械学院63自动变速器2、节气门调压阀、节气门调压阀作用： 产生与节气门开度成正比的节气门信号，经节气门压力修正阀修正后，作用于主调压阀的阀芯下端，使主调压阀所调节的管路压力随节气门开度增大而增大。工作原理： 当节气门开度增大时，节气门凸轮向上推动低速档柱塞，压紧弹簧，弹簧力增大，上推节气门阀芯（A），使管路油压入口截面增大，从而加速踏板控制液压也增大。机械学院64自动变速器2、节气门调压阀、节气门调压阀机械学院65自动变速器3、节气门压力修正阀作用：将作用于主调压阀下端的节气门油压转换成随节气门开度非线性变化的压力信号，以使管路压力在节气

17、门开度较大时的增长幅度减小，防止主油路油压过高而导致换挡产生冲击现象。机械学院66自动变速器3、节气门压力修正阀机械学院67自动变速器4、自动换档阀、自动换档阀 以丰田A340E电控自动变速器为例，分别说明 12换档阀、23换档阀和3超速档换档阀工作原理。 如图7-45/P198，图7-46/P199，图7-47/P199。 换挡阀受1、2号电磁阀控制，对应档位关系如下表。1号电磁阀2号电磁阀对应档位通断1档通通2档断通3档断断超速档机械学院68自动变速器（1） 12档换档阀机械学院69自动变速器 当ECU发出信号使2号电磁阀关闭时，管路压力将作用于此阀的上部1处，克服弹簧压力使此阀下移，变速

18、器进入1档。 当ECU发出信号使2号电磁阀打开时，作用于此阀的上部1处的管路压力将从2号电磁阀的排泄孔释放，这时弹簧压力使此阀上移，接通通向B2（锁止阀）的油路，B2动作，变速器进入2档。 当变速器在超速档时， 2号电磁阀虽也关闭，管路压力也作用于此阀的上部1处，但由于从2-3换挡阀过来的管路压力作用于此阀的2处（此时1号电磁阀关闭），所以此阀在弹簧压力作用下仍留在向上的位置。机械学院70自动变速器（2） 23档换档阀机械学院71自动变速器 当ECU发出信号使1号电磁阀打开时，作用于此阀的上部1处的管路压力将从1号电磁阀的排泄孔释放，这时弹簧压力使此阀上移，变速器进入2档。 当ECU发出信号使

19、1号电磁阀关闭时，管路压力将作用于此阀的上部1处，克服弹簧压力使此阀下移，接通通向C2的油路，C2动作，变速器进入3档。 当变速器在“L”范围时，从手控阀来的管路压力将作用于此阀的位置2上，使之保持向上，不能下移，无法进入3档。机械学院72自动变速器（3） 3超速档换档阀机械学院73自动变速器 当ECU发出信号使2号电磁阀打开时，作用于此阀的上部1处的管路压力将从2号电磁阀的排泄孔释放，这时弹簧压力使此阀上移，变速器处于3档。 当ECU发出信号使2号电磁阀关闭时，管路压力将作用于此阀的上部1处，克服弹簧压力使此阀下移，切断通往C0的油路，接通通向B0的油路，变速器进入超速档。 当变速器在1档时

20、， 2号电磁阀虽也关闭，管路压力也作用于3-超速换挡阀的上部1处，但由于从2-3换挡阀过来的管路压力作用于3-超速换挡阀的2处（此时1号电磁阀打开），所以3-超速换挡阀在弹簧压力作用下仍保持在上部。机械学院74自动变速器机械学院75自动变速器5、 电子控制系统电子控制系统 电子控制自动变速器采用电液式控制系统，即电控液压操纵系统。 电液式控制系统的核心是电子控制系统，电子控制系统由信号输入装置(传感器、控制开关)、电子控制装置(ECU)、执行机构三部件组成，如图所示。 传感器将汽车及发动机的各种运动参数转变为电信号，ECU根据这些电信号，按照设定的控制程序发出控制信号，通过各种电磁阀(换挡电磁

21、阀、油压电磁阀等)来操纵阀体总成中各个控制阀的工作，以完成各种控制任务。机械学院76自动变速器5.1 电液式控制系统信号输入装置ECU 变速控制 节气门阀 锁止控制 自诊断系统车 速 传 感 器发动机转速传感器节气门位置传感器水 温 传 感 器变速器油温传感器挡 位 开 关行驶模式选择开关制 动 灯 开 关电子控制装置执行机构换挡电磁阀压力调节电磁阀O/D指示灯锁止电磁阀机械学院77自动变速器5.2 自动换挡规律 在自动变速器中，自动换挡规律关系到动力传动系统各总成潜力的挖掘与整体最优性能的发挥，直接影响车辆的动力性、直接影响车辆的动力性、燃油经济性、通过性及对环境的适应能力。燃油经济性、通过

22、性及对环境的适应能力。故它是自动变速器中最核心的技术。 换挡规律是指两排挡间自动换挡时刻随控制参数变化的关系。它应该是单值的，即对输入变量(换挡控制参数)的每组合，仅存在唯一的输出状态要么维持现状，要么升挡或降挡。 其类型有单参数、双参数和组合型换挡规律。 机械学院78自动变速器 单参数换挡规律 单参数换挡规律多取车速V为控制参数，如图7.31所示。 当车速达到V2时，升入2挡。反之，当车速降至V1时换回到1挡，V1与V2之间之间是两挡都可能存在的工作区，视车辆原来的行驶状况而定。 单参数换挡规律虽然结构最简单，但不管节气门开度如何变化，换挡点、换挡延迟的大小都不变，不能实现驾驶员干预换挡；加

23、之难于兼顾动力性与燃料经济性的要求，故已很少采用。机械学院79自动变速器 V 121223 23 V1 V2 图7.31 单参数换挡规律机械学院80自动变速器 2) 双参数换挡规律 双参数换挡规律克服单参数换挡规律的缺点，其控制参数类型有：车速与节气门开度、液力变矩器泵轮转速与涡轮转速、车速与发动机进气歧管真空度等。它在轿车自动变速器中应用较多。机械学院81自动变速器 V 23 23 V 23 23 1/ % V 23 23 50 V 23 23 (a)等延迟型 (b)发散型 (c)发散型(强制抵挡) (d)收敛型 图7.32 双参数换挡规律机械学院82自动变速器3）组合型换挡规律）组合型换挡

24、规律 在小节气门开度( 25%)时，以舒适、稳定、少污染为主，采用单参数规律； 在中节气门(25% 75%)时，以保证最佳燃料经济性为主，兼顾动力性，采用收敛型； 在大节气门开度( 75%)时，则以获得最佳动力性为准，采用等延迟型。机械学院83自动变速器 N(r/min) 图7.33 组合型换挡规律机械学院84自动变速器5.3 常见的换挡模式(1) 经济模式(economy) 该模式以汽车获得最佳燃油经济性为目标以汽车获得最佳燃油经济性为目标设计换挡规律。当自动变速器在经济模式下工作时，其换挡规律使汽车在行驶过程中，发动机经常在经济转速范围内运行，从而降低了燃油消耗。 这种换挡规律，通常当发动

25、机转速相对较低时，就会换入高一挡，即提前升挡。机械学院85自动变速器(2) 动力模式(power) 该模式以汽车获得最大动力性为目标以汽车获得最大动力性为目标设计换挡规律。当自动变速器在动力模式下工作时，其换挡规律使汽车在行驶过程中，发动机经常处在大转矩、大功率范围内运行，从而提高了汽车的动力性能。通常这种换挡规律，只有发动机转速较高时，才能换入高一挡，即延迟升挡。(3) 标准模式(normal) 标准模式的换挡规律介于经济模式与动力模式之介于经济模式与动力模式之间间。它使汽车既保证了一定的动力性，又有较好的燃油经济性。机械学院86自动变速器(4) 手动模式(manual) 该模式让驾驶员可在

26、各挡位之间以手动方式选择合适的挡位，使汽车像装用了手动变速器一样行驶，而又不必像手动变速器那样换挡时必须踩离合器踏板。 (5) 雪地模式(snow) 适用于在雪地上行驶的方式。 在起步时，自动变速器会自动选择2挡起步，当操纵手柄置于“2”位时，自动变速器保持在2挡工作。而操纵手柄置于“1”位时，自动变速器保持在1挡工作；机械学院87自动变速器 1、电控机械无级自动变速器概述 电控机械无级自动变速器CVT即(Coutinuously Variable Transmission)。 汽车之所以需要变速箱，是因为内燃机的工作特性，或者说是由内燃机的缺点决定的。在汽车行驶时，最需要扭力的时刻是加速，尤

27、其是静止情况下的加速。但是引擎在怠速阶段又偏偏最缺乏扭力，如果没有变速箱，别说加速，汽车就算正常行驶恐怕也十分的困难。 第七节电控机械无级自动变速器机械学院88自动变速器 普通的变速箱，无论是手动的或者是自动的，都必须将引擎转速以一定数目的比例来分段。从低档到高档的有级变速过程中，发动机工作处于不稳定状态，动力系统存在冲击，无法使发动机始终工作在高效率区域。为解决这一问题，工程师们设计出了CVT。.机械学院89自动变速器 2、CVT发展简史 CVT技术的发展，已经有了一百多年的历史。德国奔驰公司是在汽车上采用CVT技术的鼻祖，早在1886年就将V型橡胶带式CVT安装在该公司生产的汽油机汽车上。1958年，荷兰的DAF公司H.Van Doorne博士研制成功了名为Variomatic的双V型橡胶带式CVT，并装备于DAF公司制造的Daffodil轿车上，其销量超过了100万辆。但是由于橡胶带式CVT存在一系列的缺陷：功率有限(转矩局限于135Nm以下)，离合器工作不稳定，液压泵、传动带和夹紧机构的能量损失较大，因而没有被汽车行业普遍接受。 机械学院90自动变速器 1997年上半年，日本日产公司开发了使用在2.0L汽车上的CVT。在此基础上，日产公司在1998年开发了一种为中型轿车设计的包含