北吉大《汽车构造》教案16汽车自动变速器

1提高学生动手能力、分析问题、解决问题2．通过本课程的学习，引导学生综合应用基2教学环节设计汽车自动变速器即自动操纵式变速器。它可根据发动机负荷和车速等工况的变化自动变换传动系统的传动比，使汽车获得良好的动力性和燃油经济性，同时有效减少发动机排放污染，显著提高车辆行驶的安全性、乘坐舒适性和操纵轻便（1）按传动比变化方式可分为有级式、无级（2）按齿轮变速系统的控制方式可分为液控液压和电控液压式两种。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。3一、液力耦合器1．液力耦合器的结构和工作原理液力耦合器主要由泵轮、涡轮和耦合器外壳等从动轴相连，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。液力耦合器的工作原理可以用水泵带动水轮机转动、一个风扇通过气流带动另一个风扇转动的原理加以理解。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4（3）传动效率较低。二、液力变矩器1．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，与液力耦合器的最大区别是增2）液力变矩器的工作原理依据液流方向将工作轮按泵轮→涡轮→导液力变矩器的工作原理如下：随着nw的增加，u增加，使v的方向改变，当涡轮流出的液流正好沿导轮出口方向冲向导轮时，Md=0，Mw=Mb；随着nw的继续增加，u增加为u,，v的方向改变为v,，Mw=Mb-Md；当nw=nb时，工作液在循环圆中的循环流动停止，将不能传递动力。53）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（1）液力变矩器传动比（2）液力变矩器变矩系数2．几种典型液力变矩器1）三元件综合式液力变矩器即由泵轮、涡轮和导轮三个主要元件组成的液（1）构造（2）单向离合器①滚柱式单向离合器的构造和工作原理导轮逆时针旋转时，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6括导轮）的滚动。②楔块式单向离合器的构造和工作原理楔块式单向离合器的工作原理是，内座圈固定，当外座圈顺时针旋转时，楔块顺时针旋转，L1<L，外座圈可相对楔块和内座圈旋转；反之，楔块阻止外座圈旋转。（3）三元件综合式液力变矩器的特性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θ~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下获得大的变矩系数。在传动比i1～iK＝1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7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），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：2．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（2）齿圈2为主动件，行星架3为从动件，8i23=n2/n3=(1+α)/α=1+z1/z2行星架3固定i12=n1/n2=-α=-z2/z1（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（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9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辆上开始采用由WSK系统与全同步多档变速器（4～6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系统和变速器分一、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）换档离合器宝来、捷达王轿车均采用湿式多片换档离合器作为换档执行装置。这种换档离合器因位于变速器内部，径向尺寸受到严格限制，而传递的转矩又很大，故做成多片式。（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间有一定间隙，此间隙可用调整螺钉（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。2）换档信号系统换档信号系统由节气门阀和离心调速器阀取决于发动机负荷，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。（1）节气门阀（2）离心调速阀3）换档阀系统（1）换档阀进行换档的部件。（2）手控制阀手控制阀又称选档阀，是一种手控制的多路换向阀。它可根据自动变速器选档操纵手柄的不同位置，如停车档(P)、空档（N）、倒档（R）、前进档（D）、前进低档（S、L）等，将主油路压力油送至换档阀进行换档。（3）强制换档阀用是在节气门全开或接近全开时，将自动变速器强制降低一个档位，以保证高速行驶的汽车超车时获得良好的加速性能。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。（1）缓冲阀（2）限流阀（3）断流解锁阀断流解锁阀的作用是在换档瞬间切断向锁止离合器的供油，锁止离合器解锁，使自动变速器在有液力变矩器参与的工况下工作，以便利用液力元件的减振和缓冲作用，改善换档品质。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发动机散热器下储水箱内设有冷却器。变矩器内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1．电子控制单元（ECU）电子控制单元（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，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）车速传感器以测量输出轴转速，是电磁感应式的转速传感3．控制开关控制开关包括空档起动开关、自动跳合(又称降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：①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，故可实现济性；②由于简化了液压系统，从而使结构紧凑、质量轻；③控制精度高、反应快且动作准确；④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开发周期短；⑤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。来国内外生产的自动变速器都采用了这种电控式操纵系统。一、金属带式无级变速器（VDT-CVT）组成和工作原理VDT-CVT是由金属带、主动工作轮、从动工作轮、液压泵、起步离合器和控制系统等组成。工作轮由固定部分和可动部分组成，二者之间形成V形槽，金属带在槽内与工作轮相啮合。当工作轮的可动部分作轴向移动时，即可改变金属带传动的传动比。主、从动工作轮可动部分的轴向移动是根据汽车的行驶工况，通过液压控制系统进行连续地调节而实现无级变速传动的。二、金属带式无级变速器（VDT-CVT）的主要部金属传动带是由多个(280～400片)金属片和两组金属环组成。2．工作轮液压泵是液压控制系统的液压源，其常用的结构形式有齿轮泵和叶片泵，但近年来流量可控、效率较高的径向柱塞泵应用最多。三、金属带式无级变速器（VDT-CVT）的控制系1．机械液压控制系统2．电子液压控制系统四、金属带式无级变速器（