汽车构造（下册） 第4版 课件 第16章 汽车自动变速器

第16章

汽车自动变速器自动变速器是汽车实现自动操纵的核心总成之一,能大大减轻驾驶人操纵疲劳、提高驾驶舒适性和行车安全性。随着技术进步及市场需求日益旺盛,自动变速器的应用越来越广泛。自动变速器具有如下优点:1)操纵方便,消除了驾驶人换档技术的差异性。2)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。3)减轻驾驶人疲劳,提高行车安全性。4)降低排气污染。第16章

汽车自动变速器其主要缺点是:结构复杂,造价高,传动效率低。目前主流自动变速器包括:液力机械自动变速器、无级式自动变速器、电控机械式自动变速器以及双离合器式自动变速器,它们的结构和工作原理不同,各有优缺点及适用车型。本章将主要介绍这几种形式的自动变速器。第一节

液力机械传动如图16-1所示为液力偶合器的结构示意图,其主要零件形状如图16-2所示。一、液力偶合器图16-11—发动机曲轴2—偶合器外壳3—泵轮4—涡轮5—从动轴16.1液力机械传动图16-2在发动机曲轴1的凸缘上固定着偶合器外壳2,与外壳2刚性连接并随曲轴一起旋转的叶轮3,是偶合器的主动元件,称为泵轮;与从动轴5相连的叶轮4为偶合器的从动元件,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,两者之间留有一定间隙(约3~4mm)。泵轮与涡轮装合后,通过轴线的纵断面呈环形,称为循环圆。在环状壳体中储存有工作液。一、液力偶合器16.1液力机械传动当工作轮旋转时,其中的工作液也被叶片带动一起旋转。在离心力作用下,工作液从叶片内缘向外缘流动。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曲轴1和从动轴5的轴线做圆周运动,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(图16-3)。图16-31—泵轮2—涡轮泵轮对工作液做功,使之从泵轮叶片内缘流向外缘,在此过程中的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。因此,液力偶合器的传动过程是:泵轮接受发动机传来的机械能,传给工作液,提高其动能,然后再由工作液将动能传给涡轮。因此,液力偶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致。因此,液力偶合器在正常工作时,泵轮转速总是大于涡轮转速。如果两者转速相等,液力偶合器则不起传动作用。一、液力偶合器16.1液力机械传动汽车起步前,可将变速器挂上一定档位,起动发动机驱动泵轮旋转,而与整车牵连着的涡轮暂时仍处于静止状态,工作液则立即产生绕工作轮轴线的圆周运动和循环流动。当液流冲到涡轮叶片上时,其圆周速度降低到零而对涡轮叶片造成一个冲击力,因而对涡轮作用一个绕涡轮轴线的力矩,力图使涡轮与泵轮同向旋转。对于一定的偶合器,发动机转速越大,则作用于涡轮的力矩也越大。加大发动机的供油量,使其转速增大到一定数值时,作用于涡轮上的转矩足以克服起步阻力而使汽车起步。随着发动机转速的继续增高,涡轮连同汽车也不断加速。由于液力偶合器是用液体作为传动介质,泵轮与涡轮之间允许有很大的转速差,因此装用液力偶合器可以保证汽车平稳地起步和加速;能够衰减传动系统中的扭转振动,并防止传动系统过载,从而延长传动系统和发动机各部件的寿命;显著减少了需要换档的次数,甚至在暂时停车时不脱开传动系统也能维持发动机怠速运转。由液力偶合器工作原理可知,液体在循环流动过程中,没有受到其他任何附加外力,故发动机作用于泵轮上的转矩与涡轮所接受并传给从动轴的转矩相等。亦即液力偶合器只起传递转矩的作用,而不起改变转矩大小的作用,故必须有变速机构与其配合使用。此外,由于液力偶合器不能使发动机与传动系统彻底分离,故在采用以移动齿轮或接合套方法换档的普通齿轮式变速器时,仅仅为了使换档时将发动机与变速器彻底分离,以减小轮齿冲击,在液力偶合器与变速器之间还必须装一个离合器。在此情况下使用液力偶合器,虽然具有使汽车起步平稳、减少传动系统中冲击载荷等优点,但未能完全免除操纵离合器的动作,还会使整个传动系统的质量增大,纵向尺寸增加;此外,由于液力偶合器中存在液流损失,传动系统效率比单用离合器时低。因此,目前液力偶合器在汽车上的应用日益减少。一、液力偶合器16.1液力机械传动液力变矩器(图16-4)主要由可旋转的泵轮4和涡轮3以及固定不动的导轮5三个零件组成。这些零件的形状如图16-5所示。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。变矩器壳2做成两半,装配后焊成一体(有的用螺栓连接)。壳体外面有起动齿圈8。涡轮3通过从动轴7与传动系统的其他部件相连。导轮5固定在不动的导轮固定套管6上。所有工作轮装配后,形成断面为循环圆的环状体。二、液力变矩器16.1液力机械传动(一)液力变矩器的工作原理图16-41—发动机曲轴2—变矩器壳3—涡轮4—泵轮5—导轮6—导轮固定套管7—从动轴8—起动齿圈液力变矩器(图16-4)主要由可旋转的泵轮4和涡轮3以及固定不动的导轮5三个零件组成。这些零件的形状如图16-5所示。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。变矩器壳2做成两半,装配后焊成一体(有的用螺栓连接)。壳体外面有起动齿圈8。涡轮3通过从动轴7与传动系统的其他部件相连。导轮5固定在不动的导轮固定套管6上。所有工作轮装配后,形成断面为循环圆的环状体。二、液力变矩器16.1液力机械传动(一)液力变矩器的工作原理图16-51—发动机曲轴2—变矩器壳3—涡轮4—泵轮5—导轮6—导轮固定套管7—从动轴8—起动齿圈液力变矩器(图16-4)主要由可旋转的泵轮4和涡轮3以及固定不动的导轮5三个零件组成。这些零件的形状如图16-5所示。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。变矩器壳2做成两半,装配后焊成一体(有的用螺栓连接)。壳体外面有起动齿圈8。涡轮3通过从动轴7与传动系统的其他部件相连。导轮5固定在不动的导轮固定套管6上。所有工作轮装配后,形成断面为循环圆的环状体。二、液力变矩器16.1液力机械传动(一)液力变矩器的工作原理图16-41—发动机曲轴2—变矩器壳3—涡轮4—泵轮5—导轮6—导轮固定套管7—从动轴8—起动齿圈与液力偶合器一样,液力变矩器正常工作时,储于环形内腔中的工作液,除有绕变矩器轴的圆周运动以外,还有在循环圆中沿图16-4中箭头所指方向的循环流动,故能将转矩从泵轮传到涡轮上。二、液力变矩器16.1液力机械传动(一)液力变矩器的工作原理与偶合器不同的是,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(反映汽车行驶速度)不同而改变涡轮输出的转矩数值。变矩器之所以能起变矩作用,是由于结构上比偶合器多了导轮机构。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。二、液力变矩器16.1液力机械传动(一)液力变矩器的工作原理下面用变矩器工作轮的展开图来说明变矩器的工作原理。展开图的制取方法如图16-6所示。将循环圆上的中间流线(此流线将液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便成为三个环形平面,且工作轮的叶片角度也清楚地显示出来。图16-6B—泵轮W—涡轮D—导轮二、液力变矩器16.1液力机械传动(一)液力变矩器的工作原理二、液力变矩器16.1液力机械传动(一)液力变矩器的工作原理

二、液力变矩器16.1液力机械传动(一)液力变矩器的工作原理二、液力变矩器16.1液力机械传动(一)液力变矩器的工作原理图16-8二、液力变矩器16.1液力机械传动(一)液力变矩器的工作原理从变矩器特性中可以看出,变矩系数K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,液力偶合器所具有的保证汽车平稳起步、衰减传动系统中的扭转振动、防止传动系统超载等功能,液力变矩器也同样具备。二、液力变矩器16.1液力机械传动(二)几种典型的液力变矩器三元件综合式液力变矩器的典型结构如图16-9所示。它由泵轮8、涡轮5和导轮9组成,最大变矩系数(即涡轮转速为零时的变矩系数)为1.9~2.5。1.三元件综合式液力变矩器图16-91—滚柱2—塑料垫片3—涡轮轮毂4—凸缘5—涡轮6—起动齿圈7—变矩器壳体8—泵轮9—导轮10—单向离合器外座圈11—单向离合器内座圈12—泵轮轮毂13—变矩器输出轴(齿轮变速器第一轴)14—导轮固定套管15—推力垫片16—单向离合器盖二、液力变矩器16.1液力机械传动(二)几种典型的液力变矩器变矩器壳体7由前后两半焊接而成。壳体前端连接着装有起动齿圈6的托盘,并用螺钉固定在曲轴后端的凸缘4上。为了在维修拆装后保持变矩器与曲轴原有的相对位置,以免破坏动平衡,螺钉在圆周上的分布是不均匀的。1.三元件综合式液力变矩器泵轮8装有径向平直叶片。焊在泵轮外壳上的泵轮轮毂12可自由转动。涡轮5有倾斜的曲面叶片。与涡轮壳体用铆钉连接的涡轮轮毂3,以花键与变矩器输出轴13相连。泵轮及涡轮的叶片和壳体均为钢板冲压件,叶片和内环采用点焊连接,与外壳采用铜焊连接。导轮用铝合金铸造,并与单向离合器外座圈10固定连接。二、液力变矩器16.1液力机械传动(二)几种典型的液力变矩器变矩器的滚柱式单向离合器的构造可用图16-10来说明。它由外座圈2、内座圈1、滚柱5及不锈钢叠片弹簧6组成。导轮3用铆钉4铆在外座圈2上(也可用花键连接)。内座圈1与固定套管(在图16-9中标号为14)用花键连接,因而内座圈是固定不动的。外座圈2的内表面有若干个偏心的圆弧面。滚柱5经常被叠片弹簧6压向内、外座圈之间滚道比较狭窄的一端,而将内、外座圈楔紧。1.三元件综合式液力变矩器图16-101—内座圈2—外座圈3—导轮4—铆钉5—滚柱6—叠片弹簧二、液力变矩器16.1液力机械传动(二)几种典型的液力变矩器当涡轮转速较低、与泵轮转速差较大时,从涡轮流出的液流冲击导轮叶片,力图使导轮3顺时针方向(虚线箭头所示)旋转。由于滚柱5楔紧在滚道的窄端,导轮便同单向离合器外座圈2一起被卡紧在内座圈1上而固定不动,此时液力变矩器起增大转矩的作用。当涡轮转速升高到一定程度,液流对导轮的冲击力反向,于是导轮自由地相对于内座圈按实线箭头方向与涡轮同向转动。这时,变矩器就转入偶合器的工作状况。这种可以转入偶合器工况的变矩器,称为综合式液力变矩器。1.三元件综合式液力变矩器图16-101—内座圈2—外座圈3—导轮4—铆钉5—滚柱6—叠片弹簧二、液力变矩器16.1液力机械传动(二)几种典型的液力变矩器1.三元件综合式液力变矩器图16-11二、液力变矩器16.1液力机械传动(二)几种典型的液力变矩器变矩器的各工作轮在一个密闭腔内工作,腔内充满液力传动油,它既是工作介质,又是液力元件的润滑剂和冷却剂。为防止气蚀现象,腔内应保持一定的补偿压力,其值视变矩器而异,通常在0.25~0.7MPa范围内。所谓气蚀是指液体流动过程中,某处压力下降到低于该温度下工作液的饱和蒸气压时液体形成气泡的现象。当液体中的气泡随液流运动到压力较高的区域时,气泡在周围液力油的冲击下迅速破裂,又凝结成液态,使体积骤然缩小而出现真空。1.三元件综合式液力变矩器图16-11二、液力变矩器16.1液力机械传动(二)几种典型的液力变矩器于是,周围的液体质点即以极高的速度填补这些空间。在此瞬间,液体质点相互强烈碰击,产生明显的噪声;同时造成很高的局部压力,致使叶片表面的金属颗粒被击破。由此可见,气蚀现象将影响变矩器正常工作,使其效率降低,并伴有噪声。因此,工作腔内必须保持足够的补偿压力。1.三元件综合式液力变矩器图16-11二、液力变矩器16.1液力机械传动(二)几种典型的液力变矩器由液压泵输出的具有一定压力的补偿油通过导轮固定套管14(图16-9)与泵轮轮毂12之间的环状空腔,从导轮与泵轮之间的缝隙进入,由涡轮与导轮之间流出,经固定套管14与变矩器输出轴13之间的环状空腔通往冷却器,使工作液得到冷却。1.三元件综合式液力变矩器图16-9由于补偿压力的存在,工作轮上受到的轴向力较大。为此,在导轮端部装有有色金属推力垫片15,在涡轮轮毂与壳体之间装有耐磨的塑料垫片2。上述三元件综合式液力变矩器结构简单,工作可靠,性能稳定,最高效率达92%。在转为偶合器工作时,高传动比区的效率可达96%。因此,它在高级轿车上应用极广,在大型客车、自卸汽车及工程车辆上的应用也逐渐增多。二、液力变矩器16.1液力机械传动(二)几种典型的液力变矩器某些起动变矩系数大的变矩器,若采用上述三元件综合式变矩器,则在最高效率工况到偶合器工况始点之间的区段上效率显著降低。为避免这个缺点,可将导轮分割成两个,分别装在各自的单向离合器上,从而形成四元件综合式液力变矩器。2.四元件综合式液力变矩器二、液力变矩器16.1液力机械传动(二)几种典型的液力变矩器2.四元件综合式液力变矩器图16-121—起动齿圈2—变矩器壳体3—曲轴凸缘4—第一导轮(Ⅰ)5—涡轮6—泵轮7—第二导轮(Ⅱ)8—单向离合器9—输出轴10—导轮固定套管二、液力变矩器16.1液力机械传动(二)几种典型的液力变矩器2.四元件综合式液力变矩器图16-13二、液力变矩器16.1液力机械传动(二)几种典型的液力变矩器因变矩器的涡轮与泵轮之间存在转速差和液力损失,变矩器的效率不如机械变速器高,故采用变矩器的汽车在正常行驶时的燃油经济性较差。为提高变矩器在高传动比工况下的效率,可采用带锁止离合器的液力变矩器(图16-14)。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,它们与泵轮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。当撤除油压时,两者分离,变矩器恢复正常工作。3.带锁止离合器的液力变矩器图16-141—起动齿圈2—锁止离合器操纵液压缸3—导向销4—曲轴凸缘5—油道6—操纵液压缸活塞(压盘)7—离合器从动盘8—传力盘9—键10—涡轮11—泵轮12—导轮13—单向离合器14—涡轮轮毂15—变矩器输出轴二、液力变矩器16.1液力机械传动(二)几种典型的液力变矩器

3.带锁止离合器的液力变矩器图16-141—起动齿圈2—锁止离合器操纵液压缸3—导向销4—曲轴凸缘5—油道6—操纵液压缸活塞(压盘)7—离合器从动盘8—传力盘9—键10—涡轮11—泵轮12—导轮13—单向离合器14—涡轮轮毂15—变矩器输出轴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。二、液力变矩器16.1液力机械传动(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,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。二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器为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所示为单排行星齿轮机构示意图,图上还标出行星轮所受到的作用力。图16-151—太阳轮2—齿圈3—行星架4—行星轮1.行星齿轮变速器的工作原理二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器作用于太阳轮1上的力矩为1.行星齿轮变速器的工作原理作用于齿圈2上的力矩为作用于行星架3上的力矩为令齿圈与太阳轮的齿数比为α,则二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器1.行星齿轮变速器的工作原理由行星轮4的力平衡条件可得因此,太阳轮、齿圈和行星架上的力矩分别为（16-1）二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器1.行星齿轮变速器的工作原理根据能量守恒定律,三个元件上输入和输出功率的代数和应等于零,即将式(16-1)代入式(16-2)中,即可得到表示单排行星齿轮机构一般运动规律的特性方程式为若以转速代替角速度,则上式可写成二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器1.行星齿轮变速器的工作原理由式(16-3)可以看出,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(即该元件的转速为某定值),则整个轮系即以一定的传动比传递动力。下面分别讨论以下情况:二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器1.行星齿轮变速器的工作原理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。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。二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器2.液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械变速器某六档液力机械式自动变速器由一个三元件综合式液力变矩器和可自动换档的六档行星齿轮变速器组成(图16-16)。行星齿轮变速器涡轮轴的前端以花键与涡轮轮毂连接,后端连接主轴部分,动力即由液力变矩器经涡轮轴输入行星齿轮变速器,然后由主轴输出。二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器2.液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械变速器图16-16变矩器模块:1—变矩器涡轮2—变矩器泵轮3—闭锁离合器4—变矩器导轮前支撑/液压泵模块:5—前支撑6—液压泵主壳体模块:7—主壳体8—C3离合器9—C4离合器10—C5离合器缓速器模块:11—缓速器壳体总成12—缓速器定子总成13—转子主轴模块:14—主轴15—P2太阳轮16—P3太阳轮行星机构模块:17—P3行星机构总成18—P2行星机构总成19—P1行星机构总成控制系统模块:20—液压-电子控制系统21—变速器油面位置传感器旋转离合器模块:22—C2离合器23—C1离合器24—涡轮轴变矩器壳体模块:25—变矩器壳体二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器2.液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械变速器某六档液力机械式自动变速器由一个三元件综合式液力变矩器和可自动换档的六档行星齿轮变速器组成(图16-16)。行星齿轮变速器涡轮轴的前端以花键与涡轮轮毂连接,后端连接主轴部分,动力即由液力变矩器经涡轮轴输入行星齿轮变速器,然后由主轴输出。整个自动变速器由九大模块组成:变矩器模块(1、2、3、4),前支撑/液压泵模块(5、6),主壳体模块(7、8、9、10),缓速器模块(11、12、13),主轴模块(14、15、16),行星机构模块(17、18、19),控制系统模块(20、21),旋转离合器模块(22、23、24),变矩器壳体模块(25)。二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器2.液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械变速器图16-17所示为某轿车液控式两档自动变速器变速传动部分示意图。其中,行星齿轮变速器由前、后两排行星齿轮机构组成。前排齿圈4和后排太阳轮11制成一体,以花键与变速器第一轴14相连,为变速器的主动件。后排齿圈8与变速器第二轴10用花键连接,为变速器的从动件。前、后两行星架12和7均以花键与倒档制动器5的制动鼓连接,故彼此是刚性相连,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,行星齿轮松套于轴上。前排太阳轮13松套在变速器第一轴14上,并以其前端凸缘盘外圈上的8个渐开线花键与低速档制动器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。直接档离合器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,实现直接档传动。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,以实现不同档位的传动。二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器2.液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械变速器图16-171—液力变矩器2—直接档离合器3—低速档制动器4—前排齿圈5—倒档制动器6—前排行星齿轮7—后排行星架8—后排齿圈9—后排行星轮10—变速器第二轴11—后排太阳轮12—前排行星架13—前排太阳轮14—变速器第一轴二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器2.液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械变速器此轿车的双排行星齿轮变速器共有一个倒档和两个前进档:低速档和高速档(直接档)。各档传动路线如图16-18所示。二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器2.液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械变速器图16-181—发动机曲轴2—第一导轮3—涡轮4—泵轮5—第二导轮6—低速档制动器7—倒档制动器8—行星架9—后排齿圈10—变速器第二轴11—后排太阳轮12—前排齿圈13—前排太阳轮14—直接档离合器15—单向离合器16—变速器第一轴二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器2.液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械变速器(1)空档直接档离合器14处于分离状态,制动器6和7都松开,此时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,即处于空档位置。(2)低速档直接档离合器14分离,倒档制动器7松开,低速档制动器6的制动带箍紧其制动鼓,使前排太阳轮13固定不动。液力变矩器输出的动力,一部分从前排齿圈12经行星架传给后排行星轮,另一部分直接经后排太阳轮11传到后排行星轮,然后两部分汇合后由后排齿圈9输出。该档传动比为1.72。二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器2.液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械变速器变速器的传动比即为第一轴16与第二轴10的转速之比。由图可见,低速档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和太阳轮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。该档传动比计算方法如下:二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器2.液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械变速器后排行星齿轮机构的运动特性方程式为将式(16-5)代入式(16-6)中,得二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器2.液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械变速器于是变速器低档传动比为二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器2.液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械变速器(3)直接档二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器2.液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械变速器(4)倒档二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器2.液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械变速器液力机械变速器的总传动比(指行星齿轮变速器第二轴输出转矩与泵轮转矩之比)为液力变矩器的变矩系数K与齿轮变速器传动比i的乘积。其中,变矩系数K的变化是无级的,而齿轮变速器传动比i的变化则是有级的。两者配合工作,则使液力机械传动在几个范围内无级变速,故称为部分无级变速器。此轿车变矩器的变矩系数为1~2.45。当行星齿轮变速器在低速档工作时,总传动比可在1.72~4.2范围内连续变化;在直接档工作时,总传动比的连续变化范围为1~2.45;在倒档工作时,总传动比变化范围为2.39~5.85。行星齿轮变速器可以由驾驶人强制操纵,也可以做成自动操纵的。自动操纵系统通常采用液压式。此轿车在转向盘下面的转向柱套管上装有选档操纵手柄。手柄有4个位置:倒档、空档、前进档和低速档,与行星齿轮变速器的档位相对应。当操纵手柄位于前进档位置时,行星齿轮变速器的液压操纵系统即能根据行驶过程中的车速和发动机负荷情况,自动地控制离合器和有关的制动器,使变速器换上直接档或低速档。二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器2.液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械变速器液力机械自动变速器中变矩器的工作油液、液压操纵系统的工作油液以及行星齿轮变速器的润滑油液,都是专用的液力传动油,由同一液压泵(图16-16中的6)供给。液压泵由变矩器泵轮轮毂驱动。图16-16二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器2.液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械变速器为了使变矩器内的油液在最有利的温度(80℃左右)范围内工作,变矩器内一部分高温油液流到置于发动机散热器下储水箱内的专用管式冷却器中进行冷却。冷却后的油液又经过细滤器并由后盖流入变速器作为润滑油,然后回到变速器的油底壳。由于冷却器位于发动机散热器下储水箱之中,所以油液不仅得到必要的冷却,而且在发动机起动后的预热过程中也能得到预热,使其黏度减小,以提高变矩器的效率。目前,国外高级轿车上普遍应用的是三元件液力变矩器和三档行星齿轮变速器组成的液力机械变速器,以便汽车具有较高的动力性和经济性。二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器3.液力变矩器与固定轴线式齿轮变速器组成的液力机械变速器某自卸汽车所采用的即为液力变矩器与固定轴线式齿轮变速器组成的液力机械变速器,其传动部分示意图如图16-19所示。该变速器由增速器、液力变矩器和固定轴线式齿轮变速器三部分组成。二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器3.液力变矩器与固定轴线式齿轮变速器组成的液力机械变速器图16-191—低压液压泵传动从动齿轮2—低压液压泵传动主动齿轮3—转向高压液压泵传动轴4、38—转向高压液压泵及低压液压泵超越传动齿轮5、19、36—单向离合器6—举升高压液压泵传动轴7—举升高压液压泵传动从动齿轮8—增速器输出轴9—高压液压泵传动主动齿轮10—增速器从动齿轮11—增速器中间齿轮12—增速器输入轴凸缘盘13—增速器输入轴14—增速器主动齿轮15—涡轮16—第一导轮17—第二导轮18—泵轮20—变矩器支座21—三档主动齿轮22—一档主动齿轮23—二档主动齿轮24—倒档传动从动齿轮25—倒档主动齿轮26—倒档轴27—倒档传动主动齿轮28—第一轴29—倒档从动齿轮30—车速里程表传动齿轮副31—动力输出凸缘盘32—第二轴33—二档从动齿轮34—一档从动齿轮35—三档从动齿轮37—转向高压液压泵及低压液压泵传动齿轮39—超越传动轴Ⅰ—一档离合器Ⅱ—二档离合器Ⅲ—三档离合器R—倒档离合器A—举升高压液压泵B—转向高压液压泵C—低压液压泵二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器3.液力变矩器与固定轴线式齿轮变速器组成的液力机械变速器液力变矩器为四元件综合式,最大变矩系数为3.65。由于该车所用的柴油机转速较低,为使液力变矩器有较高的输入转速(泵轮转速),以获得较为良好的变矩器与发动机共同工作特性,在发动机曲轴与变矩器输入轴(泵轮轴)之间装设一个传动比为0.871的增速器。增速器还用于驱动举升高压液压泵A、转向高压液压泵B和对变矩器、操纵离合器供油的低压液压泵C。所采用的固定轴线式齿轮变速器是三档两轴变速器。每个前进档都只经过一对齿轮传动,故第二轴32(图16-19)可以布置得低于第一轴28一定的距离,这样可使后桥传动轴的倾角不至过大。变速器所有齿轮副均为直齿常啮合齿轮。每对常啮合齿轮中都有一个齿轮以花键和轴连接,而另一齿轮用轴承自由地支承在轴上。在需要挂入该档工作时,可以通过一个多片式操纵离合器的接合,使之与轴连成一体而参加传动,离合器分离则退出传动(摘档)。二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器3.液力变矩器与固定轴线式齿轮变速器组成的液力机械变速器各档传动路线如下:一档:第一轴28——离合器Ⅰ——齿轮22——齿轮34——第二轴32,传动比为2.417二档:第一轴28——齿轮23——齿轮33——离合器Ⅱ——第二轴32,传动比为1.485三档:第一轴28——齿轮21——齿轮35——离合器Ⅲ——齿轮34——第二轴32,传动比为0.864(超速档)倒档:第一轴28——齿轮27——齿轮24——离合器R——齿轮25——齿轮29——第二轴32,传动比为2.412二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器3.液力变矩器与固定轴线式齿轮变速器组成的液力机械变速器使用操纵离合器换档不存在轮齿冲击问题,所以在同液力变矩器配合工作的情况下,不需要保留摩擦式主离合器。操纵离合器是用液压系统控制的,液压系统中的油压由低压液压泵C建立。驾驶人通过位于转向盘下方的变速杆和一系列杆件,直接操纵一个换档控制阀,使某档离合器的液压缸与高压油道或回油道连通,从而使该档离合器接合或分离。汽车在行驶过程中,发动机转速有时会很低(尤其是下坡和滑行时),严重影响到低压液压泵和转向高压液压泵的正常工作。为此,这两个液压泵的传动做成超越式的,即齿轮4和齿轮38与其轴之间装有自由轮机构(亦称超越离合器,其原理与导轮单向离合器相同),使得在顺时针旋转方向上(从变速器前面向后看),齿轮可以驱动轴,而轴却不能驱动齿轮。这样,当汽车正常行驶时,发动机转速足够高,致使齿轮4的超越离合器锁紧,而齿轮38的超越离合器则松脱。于是,低压液压泵C和转向高压液压泵B由发动机通过增速器齿轮9、7、4及轴3驱动;当下坡或滑行时,发动机转速很低,则由变速器第二轴通过齿轮37和齿轮38及轴3驱动低压液压泵和转向高压液压泵,此时齿轮38的超越离合器锁紧,齿轮4的超越离合器松脱。二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器3.液力变矩器与固定轴线式齿轮变速器组成的液力机械变速器汽车在行驶过程中,发动机转速有时会很低(尤其是下坡和滑行时),严重影响到低压液压泵和转向高压液压泵的正常工作。为此,这两个液压泵的传动做成超越式的,即齿轮4和齿轮38与其轴之间装有自由轮机构(亦称超越离合器,其原理与导轮单向离合器相同),使得在顺时针旋转方向上(从变速器前面向后看),齿轮可以驱动轴,而轴却不能驱动齿轮。这样,当汽车正常行驶时,发动机转速足够高,致使齿轮4的超越离合器锁紧,而齿轮38的超越离合器则松脱。于是,低压液压泵C和转向高压液压泵B由发动机通过增速器齿轮9、7、4及轴3驱动;当下坡或滑行时,发动机转速很低,则由变速器第二轴通过齿轮37和齿轮38及轴3驱动低压液压泵和转向高压液压泵,此时齿轮38的超越离合器锁紧,齿轮4的超越离合器松脱。二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器4.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近年来,国外重型货车和工程车辆上开始采用WSK系统与全同步多档变速器(四~六档)组成的液力机械变速器。所谓WSK(德文缩写)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”。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(图16-20)。图16-201—滑行单向离合器2—锁止离合器3—变矩器4—换档离合器5—全同步变速器二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器4.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

当汽车起步或在坏路面上行驶时,锁止离合器2分离,变矩器3起作用。操纵换档离合器4可换入不同档位,两者配合能得到若干个区段范围内的无级变速,以充分发挥液力传动自动适应阻力变化和减少换档次数的优点。当汽车在良好路面上行驶时,泵轮与涡轮之间的转速差减小。此时应将锁止离合器接合,使变矩器不起作用而转为机械传动,通过换档离合器选用不同档位以满足行驶要求,这样可充分发挥机械传动效率高的优点。换档离合器是单片干式离合器,仅供换档用,与汽车起步无关,故设计尺寸可较一般传动系统中的离合器小些。档离合器选用不同档位以满足行驶要求,这样可充分发挥机械传动效率高的优点。二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器4.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为保证锁止离合器能自动接合或分离,特设有两个传感器和一个电磁阀。两个传感器分别检测曲轴转速(即泵轮转速)和变速器第一轴转速(即涡轮转速),并向电子控制器发出相应的电信号。当涡轮与泵轮达到预定的传动比时,电磁阀开启,液压作用于锁止离合器的活塞上,使离合器主、从动片压紧,实现发动机与变速器的机械连接。当汽车减速,发动机转速下降到额定转速的40%左右(约为900~1100r/min)时,锁止离合器即分离。WSK系统工作时,仪表板上的信号灯开亮。当发动机与变速器直接做机械连接,而路面条件又要求换入低速档时,驾驶人可将加速踏板踩到底,接通位于加速踏板下面的转换开关。此开关立即切断对锁止离合器的供油,WSK系统即处于变矩器工作状态,使变速器的输入转矩增加而无须换档,因此明显减少了换档次数。在WSK系统处于变矩器工作阶段时,也可以在第一轴转速高于曲轴转速的条件下,由滑行单向离合器1的作用使发动机与变速器直接连接。当发动机驱动变矩器和变速器工作时,滑行单向离合器是松脱的;而当汽车下坡滑行,驱动轮转为主动件时,滑行单向离合器便锁紧,带动发动机运转,起到发动机缓速制动的作用。二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器4.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综上所述,这类液力机械变速器能保证汽车平顺起步,没有冲击和振动;明显减少换档次数;操纵轻便,利于安全行驶;可使用发动机缓速制动以及在下坡时起动发动机。因此,它可以替代重型货车上的组合式变速器。二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器5.双流液力机械传动前已述及,液力变矩器单独与发动机匹配不能满足汽车使用要求,还需要与机械变速器串联组成液力机械变速器。此外,还可以将液力变矩器与二自由度行星齿轮机构并联,而后再与机械变速器串联。在并联部分中,发动机功率的一部分经变矩器传递,其余部分经行星齿轮机构传递,因而兼有两种传动的优点。这种有并联部分的液力机械传动,即称为双流液力机械传动或液力机械分流传动。其中,并联部分可称为液力机械变矩器。汽车上采用的双流液力机械传动可分为外分流式、内分流式和复合分流式。二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器5.双流液力机械传动图16-21所示为外分流式液力机械传动的一种形式。其特点是功率分流在液力变矩器的外部实现,即发动机功率首先传给单排行星齿轮机构的行星架2,由此,一部分功率经太阳轮1直接传给变矩器输出轴7;另一部分功率经齿圈3、泵轮5和涡轮4传给变矩器输出轴7,与前者汇合后传到机械变速器。图16-211—太阳轮2—行星架3—齿圈4—涡轮5—泵轮6—导轮7—变矩器输出轴二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器5.双流液力机械传动应用外分流式液力机械传动的目的是:使现有定型生产的液力传动元件可与不同的机械传动元件配合后提高效率,还可能得到某种性能的改善,达到与发动机的良好匹配,以满足汽车行驶的要求。内分流式液力机械传动与外分流式的区别在于功率分流是在液力传动内部实现的,即发动机功率从泵轮输入后,一部分经涡轮传至输出轴;另一部分经旋转的导轮传给输出轴,两者汇合后输出到机械变速器。在涡轮与输出轴之间以及导轮与输出轴之间,可设置行星齿轮机构。应用内分流式液力机械传动的目的在于提高变矩器低传动比时的变矩系数和高传动比时的效率,并扩大高效率的范围。二、液力变矩器16.1液力机械传动(三)液力机械变速器5.双流液力机械传动复合分流式是外分流式与内分流式的综合。发动机功率首先传给单排行星齿轮机构,由此,一部分功率直接经太阳轮传给变矩器的输出轴,另一部分经泵轮、第二涡轮传至输出轴,此即外分流部分。除此之外,当功率由泵轮传经第一涡轮时,有一部分功率传至单排行星齿轮机构后又返回泵轮,使泵轮转矩增大,此即内分流部分。这种复合分流式液力机械传动与内分流式相比,具有较高的变矩系数、较高的效率值和较宽的高效率范围。二、液力变矩器16.1液力机械传动(四)液力机械传动的液压自动操纵系统液力机械传动中变速器的操纵方式分为强制操纵、半自动操纵和自动操纵。所谓自动操纵,是指汽车前进行驶过程中驾驶人按行驶需要控制加速踏板,变速器即可根据发动机负荷和汽车速度的变化,自动地换入不同档位工作。自动操纵可使驾驶操作大为简化和轻便,有利于安全行驶,并使换档过程中速度变化平顺,从而提高了汽车的动力性和舒适性。因此,虽然自动操纵系统结构复杂,制造工艺要求高,但在高级轿车上仍得到普遍应用。自动操纵系统包括动力源、执行机构和控制机构三部分。前两部分均为液压式,故整个操纵系统可按控制机构的形式分为液控液压式和电控液压式两种。以下主要介绍某轿车液力机械传动的液控液压式自动操纵系统(图16-22)。二、液力变矩器16.1液力机械传动(四)液力机械传动的液压自动操纵系统二、液力变矩器16.1液力机械传动(四)液力机械传动的液压自动操纵系统动力源是装在变矩器1与前阀体之间,由变矩器泵轮驱动的内啮合齿轮式液压泵7。它除了向控制机构、执行机构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。液压泵的排量取决于变矩器尺寸及执行机构工作缸尺寸和数目以及油路的繁简,轿车的液压泵常用排量范围为10L/1000r~20L/1000r。1.动力源2.执行机构执行机构包括直接档离合器18、低档制动器19和倒档制动器20。控制机构根据汽车不同的行驶条件,分别在上述各液压执行机构中建立或卸除油压,从而得到变速器的不同工作档位。二、液力变矩器16.1液力机械传动(四)液力机械传动的液压自动操纵系统控制机构由主油路系统、换档信号系统、换档阀系统、缓冲安全系统和滤清冷却系统组成。其作用是按照来自驾驶人和各传感器发出的控制信号,将液压泵输出压力加以精确调节,并输入执行机构。此外,还能保证换档过程的正常进行和改善换档过程的平顺性。3.控制机构1)主油路系统包括主油路调压阀3及高压油管路部分。为得到不同档位,主油路应具有不同的油压。对于空档和前进档,当发动机转速为800r/min时,主油路压力应为0.6~0.65MPa;当发动机转速为1600r/min时,倒档所需主油路压力应在1.6~1.9MPa范围内。主油路调压阀的作用即是将液压泵的输出压力精确调节到所需值后输入主油路。二、液力变矩器16.1液力机械传动(四)液力机械传动的液压自动操纵系统2)换档信号系统由节气门阀9和离心调速器阀15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,因此驾驶人操纵加速踏板即可改变节气门阀输入换档阀10的油压。离心调速器阀装在变速器第二轴14上,它可根据车速的变化改变输给换档阀的油压。这两个分别反映发动机负荷和汽车行驶速度的信号压力,各自引至换档阀的两端。在两者的综合作用下,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。3.控制机构3)换档阀系统中,除了上述的换档阀10外,还包括手控制阀8和强制低档阀11。手动控制阀有空档、前进档、低档和倒档四个位置,由装在转向盘下面转向管柱上的选档操纵手柄直接操纵。其作用是根据驾驶人的意愿,将主油路压力油送至换档阀或直接送到执行机构进行换档。此外,它还有泄油道,在需要时能排泄管路中的压力油。为高速超车而设置的强制低档阀用以强制接通低档。二、液力变矩器16.1液力机械传动(四)液力机械传动的液压自动操纵系统4)缓冲安全系统由缓冲阀12、低档限流阀16、低档单向阀17和节流孔等组成。缓冲阀和低档限流阀用来控制直接档离合器的接合、分离以及低档制动器箍紧、放松的速度,以保证换档平顺,从而防止在换档过程中车速发生突然变化而影响汽车的舒适性。单向阀和节流孔的作用在于保证换档的可靠性和平顺性。3.控制机构5)滤清冷却系统包括油液冷却器4和油液细滤器5。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。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(一般变矩器出口处最高油温不超过115~120℃)。因此,在发动机散热器下储水箱内设有油液冷却器4。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(指起动过程中的预热)后,再经过油液细滤器5流入机械变速器的润滑油道。二、液力变矩器16.1液力机械传动(四)液力机械传动的液压自动操纵系统顺便说明,为限制变矩器入口的补偿油压,使之不超过0.42MPa,还设有变矩器阀2和单向阀A,用以控制流经冷却器、细滤器的润滑油压力在0.07~0.14MPa范围内。上述液压系统中,除主油路调压阀、变矩器阀和离心调速器阀外,其他各阀均装在控制阀体内。第二节

机械式无级变速器16.2机械式无级变速器一、机械式无级变速器的工作原理机械式无级变速传动在汽车中首先获得成功应用的是V带式无级变速传动,它是由双锥体球、盘、环柱体等发展而来的。但是,由于摩擦面的摩擦因数及零件承受单位压力的限制,以及工艺和控制等问题,不能传递较大的功率。为了克服上述缺点,20世纪70年代中后期,荷兰的VanDoorne'sTransmissionb.v.公司(简称VDT)成功研制了一种新型无级变速传动系统——金属带式无级传动(ContinouslyVariableTransmission,CVT),并于1987年开始投放市场。图16-23所示为某型金属带式无级变速器。该变速器具有结构紧凑、工作可靠、寿命长、效率高且噪声低等优点。图16-2316.2机械式无级变速器一、机械式无级变速器的工作原理金属带式无级自动变速器结构示意图如图16-24所示。它由金属带、工作轮、液压泵、起步离合器和控制系统等组成。变速系统中的主、从动工作轮由固定部分4a、7a和可动部分4、7组成,工作轮的固定部分和可动部分间形成V形槽,金属带10在槽内与它啮合。图16-241—发动机飞轮2—离合器3—主动工作轮液压控制缸4—主动工作轮可动部分4a—主动工作轮固定部分5—液压泵6—从动工作轮液压控制缸7—从动工作轮可动部分7a—从动工作轮固定部分8—中间减速器9—主减速器与差速器10—金属带16.2机械式无级变速器一、机械式无级变速器的工作原理当主、从动工作轮的可动部分做轴向移动时,即可改变传动带与工作轮的啮合半径,从而改变了传动比。工作轮可动部分的轴向移动是根据汽车的行驶工况,通过控制系统进行连续地调节而实现无级变速传动的。其动力传递是由发动机飞轮1经离合器2传到主动工作轮、金属带、从动工作轮后,再经中间减速齿轮机构和主减速器,最后传给驱动轮。可见,该系统使汽车具有无级自动变速传动的功能。16.2机械式无级变速器二、CVT的关键部件金属带由多个金属片和两组金属环组成,如图16-25所示。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。在动力传递过程中,它正确地推动和引导金属片的运动。1.金属带图16-251—金属片2—金属环16.2机械式无级变速器二、CVT的关键部件主、从动工作轮由可动部分和固定部分组成,如图16-26所示,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,可连续地改变带传动工作半径,从而实现无级自动变速传动。2.工作轮图16-2616.2机械式无级变速器二、CVT的关键部件液压泵为系统控制的液压源,其类型有齿轮泵和叶片泵两种。3.液压泵16.2机械式无级变速器二、CVT的关键部件4.控制系统CVT的控制系统一般采用机械液压控制和电子液压控制。图16-27所示为CVT的机械液压控制系统工作原理示意图。当驾驶人踩下加速踏板,通过柔性钢索1带动换档凸轮2转动,控制速比控制阀3。由发动机驱动的液压泵8将压力油输送给主压力控制阀9。控制阀9根据工作轮位置传感器4的液压信号,控制速比控制阀3中油液的压力,从而控制主、从动工作轮可动部分的液压缸中油液的压力,以调节金属带与工作轮的工作半径,实现无级自动变速。图16-271—柔性钢索2—换档凸轮3—速比控制阀4—工作轮位置传感器5—主动工作轮液压缸6—从动工作轮液压缸7—金属带8—液压泵9—主压力控制阀10—加速踏板11—节气门16.2机械式无级变速器二、CVT的关键部件4.控制系统CVT的控制系统一般采用机械液压控制和电子液压控制。图16-28所示为CVT的电子液压控制系统工作原理示意图。系统中包括电磁离合器的控制和主、从动带轮的传动比控制。传动比由发动机节气门信号和主动带轮转速所决定。电子控制单元(ECU)根据发动机转速、车速、节气门开度和换档控制信号等控制主、从动带轮上伺服液压缸的压力,使主、从动工作轮的可动部分轴向移动,改变金属带与工作轮间的工作半径,从而实现无级变速。图16-2816.2机械式无级变速器三、典型应用实例基于上述原因,在汽车上单独采用金属带式无级传动(CVT)的场合较少,而是常与其他传动形式配合使用。其典型的组合形式有如下几种。16.2机械式无级变速器三、典型应用实例1.CVT与液力偶合器组成无级变速传动图16-29所示为CVT与液力偶合器组成的无级变速传动示意图。动力由发动机传给液力偶合器泵轮和涡轮,然后再传给无级传动CVT,这样可改善起步性能。前进档与倒档是用前进档离合器与倒档制动器来控制行星齿轮减速机构而实现的。增加行星齿轮变速机构6,是为了弥补高档超速传动比太小的不足。动力最后经主减速器和差速器传给驱动轮。ECU根据装在主减速器上的速度传感器的节气门开度信号与发动机节气门传感器的节气门开度信号,控制伺服缸的油压,改变工作轮的固定部分与可动部分之间的距离,从而达到CVT在该工况下所要求达到的传动比。图16-291—发动机2—液力偶合器3—固定工作轮4、9—可动工作轮5、10—伺服缸6—行星齿轮变速机构7—速度传感器8—传动带11—主减速器16.2机械式无级变速器三、典型应用实例2.CVT与电磁离合器组成无级变速传动图16-30所示为用电磁离合器代替了上述液力偶合器的结构形式。日本富士(FUSI)重工开发的就是这种类型。用磁粉式离合器与采用VDT钢带的CVT组合成的无级变速传动系统,简称为“ECVT”。磁粉式离合器是靠本身的电磁力来传递转矩的。在离合器主、从动部分之间有密闭空间,内放直径为30~50μm的磁化钢微粒(磁粉),密闭空间外缠绕有线圈。通电后散状磁粉在磁场中开始“凝固”,即磁粉在磁场中形成磁链,把从动毂与电磁铁联在一起。通电电流越大,磁链数目越多,磁链强度也越高,则磁粉式离合器传递转矩的能力就越大。当电流大到足以使磁粉离合器主、从动部分牢牢地接合在一起时,离合器便停止打滑。磁粉的粘结力特性正比于电流值,所以可通过发动机节气门开度与车速两个参数来控制线圈中电流的大小和通电时间的长短,从而实现对离合器接合时间和力的控制。这种离合器结构简单,容易实现转矩平稳增长,主、从动部分不接触、无磨损,而且电磁铁与从动毂之间的间隙在工作中不发生变化,故无须调整间隙,且允许主、从动部分存在较长时间的滑磨。因此,它不仅很理想地解决了装用CVT车辆的起步问题,而且与装用液力偶合器的CVT车辆相比,可以防止变速时爬行和消除始终存在的滑转损失;但它要求磁粉材料的化学物理性能要稳定。16.2机械式无级变速器三、典型应用实例2.CVT与电磁离合器组成无级变速传动图16-301—电磁离合器2—工作带3—CVT4—行星齿轮变速器16.2机械式无级变速器三、典型应用实例3.双状态无级变速传动液力偶合器、电磁离合器等仅解决起步平稳问题,因其均不改变转矩,所以并未扩大CVT总传动比范围。但如用液力变矩器组合,就不仅提供最佳起步性能,而且由于它的变矩作用扩大了总传动比的变化范围,降低了CVT自身的变化范围,从而使CVT传动易于调节到使发动机处于最佳燃油经济性的区域内工作。图16-31所示为德国ZF公司于1991年开发的适用于轿车的无级变速传动装置。它是CVT与综合式液力变矩器(即带锁止离合器的液力变矩器)组成的组合式无级变速传动系统。其动力传动路线是:发动机动力经液力变矩器2(或锁止离合器1)、行星齿轮机构5,再经金属带无级变速机构7、减速齿轮8,最后传给差速器9、半轴10和驱动轮。16.2机械式无级变速器三、典型应用实例3.双状态无级变速传动图16-31a)CFT20型传动系统示意图b)CFT20型结构剖面图1—锁止离合器2—液力变矩器3—液压泵4—前进档离合器5—行星齿轮机构6—倒档离合器7—金属带无级变速机构8—减速齿轮9—差速器10—半轴16.2机械式无级变速器三、典型应用实例3.双状态无级变速传动所谓双状态,是指当起步和低速时液力变矩器工作;当速度增加至变矩器偶合点工况时,转换到CVT传动,此时变矩器转换成偶合器工况下工作。这种先为液力无级变速,后转为“纯机械无级变速(CVT)”的组合,称为双状态无级变速传动。图16-32所示为双状态无级变速传动系统示意图,液力变矩器的功率通过传动链10传至差速器8,CVT无级变速传动与其平行布置。这种组合在传动比7∶1范围内效率可提高30%,在不降低起步、爬坡等性能的条件下,主减速比i0可相应降低30%,故即使在公路上行驶仍可提高燃油经济性5%~9%。因有液力变矩器,起步特别平顺。当加速行驶接近变矩器偶合点工况时,转换离合器4开始动作,CVT开始工作。传递变矩器动力的传动链10的传动比基本上与CVT钢带传动的低档传动比相同,故当液力变矩器传动转换到CVT传动时,车辆在重载、大节气门开度下工作,转换离合器基本上能与CVT的工作轮同步转换。因此,从液力无级变速换入纯机械无级变速非常平顺。16.2机械式无级变速器三、典型应用实例3.双状态无级变速传动图16-321—发动机2—扭转减振器3—液力变矩器4—转换离合器5—工作轮6、9—内、外侧万向节7—单向离合器8—差速器10—传动链F—前进档离合器R—倒档离合器第三节

电控机械式自动变速器16.3电控机械式自动变速器一、电控机械式自动变速器的工作原理电控机械式自动变速器(AutomatedManualTransmission,AMT)是在传统的手动齿轮式变速器基础上改造的,保留了绝大部分原总成部件,改变了其中手动操作系统的换档及离合器操纵部分。AMT既实现了换档操纵的自动化,又保留了手动变速器齿轮传动的效率高、成本低、结构简单、易制造的优点,是非常适合我国国情的自动变速器。它的缺点是非动力换档,会出现动力中断现象。综合来看,在几种自动变速器中,AMT的性价比最高,应用前景较广阔。图16-33所示为某重型载货汽车用AMT系统,该系统使得整车的驾驶舒适性、燃油经济性都得到显著提升。图16-3316.3电控机械式自动变速器一、电控机械式自动变速器的工作原理AMT的基本工作原理是:根据驾驶人的意图(加速踏板、制动踏板、开关、手柄控制器等)和车辆的状态(发动机转速、输入轴转速、车速、档位等),变速器电控单元总成(TCU)结合选、换档传感器的信号反馈来控制选、换档执行机构及离合器执行机构工作,从而代替驾驶人完成换档动作和离合器操纵,实现车辆的自动换档。16.3电控机械式自动变速器二、AMT执行机构电控机械式自动变速器的执行机构有电控液压式、电控气压式、全电式三种控制方式,以下分别对三种执行机构进行介绍。16.3电控机械式自动变速器二、AMT执行机构(1)离合器执行机构电控液压式离合器执行机构如图16-34所示,采用单杆型单动液压缸,由电磁阀V1、V3、V4控制1.电控液压式执行机构图16-341—液压泵2—压力继电器3—蓄能器4—电磁阀5—离合器液压缸16.3电控机械式自动变速器二、AMT执行机构(1)离合器执行机构1.电控液压式执行机构它们按需要有直径各不相同的节流孔,以满足最大接合速度;将V3、V4组合,并由TCU进行脉宽调制,便可得到不同的接合速度。其工作模式有:分离、保持分离、接合以及保持接合4种。1)分离。电磁阀V1开放,V3、V4关闭,压力油进入液压缸5使离合器分离。2)保持分离。V1、V3、V4均关闭,缸内油压封闭,液压缸活塞不运动,离合器保持分离。3)接合。V1关闭,V3、V4分别或同时工作,由TCU对其进行脉宽调制,控制接合速度,由传感器将其实际行程反馈给TCU,如与目标接合规律不一致,则进行修正,以配合汽车起步、换档等。4)保持接合。以保证汽车在新档位行驶。16.3电控机械式自动变速器二、AMT执行机构(2)电控液压式选、换档执行机构1.电控液压式执行机构电控液压式选、换档执行机构有平行式与相互正交式两种,后者称为X-Y换档器,它们各有三个停止位置,组成矩阵方式(见图16-34右下方)。对五个前进档一个倒档的AMT而言,采用正交式相比平行式可节省两个活塞缸,因而结构简单、紧凑,对于插入了选档动作的换档,其时间会比平行式略长,其液压缸是单杆型复动式,用二位三通控制油路可使活塞正确可靠地停于三个位置,其运动通过内部杆件传至拨叉,换档与手动变速器相同。以一档换二档为例说明此过程:先分离离合器,同时发动机收油;这时TCU指令换档阀V5、V6同时进液压油,摘下一档进入空档N1R;接着TCU又指令V7、V8进液压油,使杆从N1R进入N23位置;档位信号接通,表示选档到位后,换档阀V6继续通油,而换档阀V5放油,从而换入2档;换档开关接通,TCU使离合器接合,发动机恢复供油。16.3电控机械式自动变速器二、AMT执行机构2.电控气压式离合器执行机构电控气压式离合器执行机构控制系统由位移传感器和高速开关电磁阀组成。通过位移传感器反馈离合器位置,通过高速开关阀实现机构的自动进气与排气,从而实现离合器的自动分离与接合。其中高速开关电磁阀组包括四个PWM控制的两位两通电磁阀,两个是大/小进气阀,两个是大/小排气阀。图16-35所示为电控气压式离合器执行机构结构图。图16-3516.3电控机械式自动变速器二、AMT执行机构2.电控气压式离合器执行机构电控气压式离合器执行机构的工作原理是TCU控制高速开关电磁阀的开闭,实现气缸中气压的增大、减小和保持,从而实现对离合器的位置控制,其中离合器分离时,打开INValve1、INValve2阀,使高压气体进入气缸;离合器接合时,打开OUTValve1、OUTValve2使气缸内的高压气体排入大气。图16-36所示为电控气压式离合器执行机构原理图。图16-3616.3电控机械式自动变速器三、典型应用实例图16-38所示为某重型载货汽车十二档AMT系统,该变速器有十二个前进档和一个倒档,最大输入转矩为2100N·m,最大输入转速为1900r/min,速比范围广,最小传动比为0.783,最大传动比为12.158。AMT控制计算机实时采集路况、档位以及驾驶人操作加速、制动的动作,经内部计算给出目标档位,控制选、换档执行器和离合器执行器等部件自动完成换档,并实时监控系统运行状态,通过仪表显示档位、故障等信息。整个过程无须驾驶人干预就能选择经济性最好的档位进行换档,有效减轻了驾驶人疲劳度,提高了车辆燃油经济性及行车安全性。16.3电控机械式自动变速器三、典型应用实例图16-381—带止环锁圆柱滚子轴承2—右中间轴总成3—变速器壳体4—第二轴总成5—圆柱滚子轴承6、9—卡环7—端盖总成8—输入齿轮总成10—六角法兰面螺栓11—左中间轴总成12—垫片13—离合器外壳14—油泵总成15—垫圈16—油封第一轴17—后轴泵18—第一轴总成19—带止环锁深沟球轴承20—输入齿轮16.3电控机械式自动变速器三、典型应用实例该十二档AMT变速器的选、换档执行机构如图16-39所示,由选、换档电动机和传感器等部件组成,在进行选档、换档过程中,先由选、换档传感器判断当前档位,然后由直流无刷电动机驱动执行机构进行换档。16.3电控机械式自动变速器三、典型应用实例图16-391—内六角圆柱头螺钉2、11—弹簧垫片3—定位支架4—选档电动机5、15—O形环6—弹簧7、16—联轴器8、17—止推垫片9、18—推力轴承10—内六角圆柱头螺栓12—保护支架13—定位支架14—换档电动机19—定位支架20、27—空气滤清器21、22、25—内六角圆柱法兰面螺栓23—换档转角传感器24—盖板26—选档转角传感器28—通气塞29—选、换档执行器机械总成16.3电控机械式自动变速器三、典型应用实例图16-40所示为离合器执行机构,主要由四个PWM电磁阀和位置传感器组成,四个PWM电磁阀控制进气与排气实现气缸活塞移动,进而完成离合器的分离和接合动作。16.3电控机械式自动变速器三、典型应用实例图16-401、6—六角法兰面螺栓2、3—支架4—内六角圆柱头螺钉5—位置传感器7—离合器控制阀体8—弹簧9—推杆10—橡胶卡环11—摩擦环(小)12—摩擦环(大)13—油封14—活塞15—卡环16—防尘罩第四节

双离合器式自动变速器16.4双离合器式自动变速器一、双离合器式自动变速器的工作原理20世纪30年代德国的Kegresse.A研发出了双离合器式自动变速器(DualClutchTransmission,DCT),实现了动力换档。DCT是将变速器设计为两个离合器协同工作,一个离合器负责偶数档位的转矩传递,另一个离合器负责奇数档位的转矩传递。奇、偶档位的齿轮和离合器的输入轴