汽车自动变速箱液力变扭器培训

1、第二章第二章 液力变扭器液力变扭器一、液力耦合器一、液力耦合器1.结构结构 泵轮泵轮:主动元件主动元件,刚性连接在外壳上，与曲轴一起旋转。刚性连接在外壳上，与曲轴一起旋转。 涡轮涡轮:从动元件从动元件,连接在从动轴上。连接在从动轴上。 循环圆：泵轮与涡轮装合后，其通过输入轴或者输出轴的断面循环圆：泵轮与涡轮装合后，其通过输入轴或者输出轴的断面为环形。为环形。 2.原理原理 工作液体在离心力工作液体在离心力的作用下，外端的动能的作用下，外端的动能高于内端的动能；因此高于内端的动能；因此工作液在绕轴线作圆周工作液在绕轴线作圆周运动的同时，沿工作轮运动的同时，沿工作轮叶片由内部向外部流动。叶片由内部

2、向外部流动。其速度取决于曲轴的速其速度取决于曲轴的速度和工作轮的半径。度和工作轮的半径。从能量转化角度看，耦合器就是实现从能量转化角度看，耦合器就是实现 机械能机械能液能液能机械能机械能 即当油液从泵轮叶片内缘冲向外缘时，实现即当油液从泵轮叶片内缘冲向外缘时，实现了将发动机的机械能转化成工作油液的能量；当了将发动机的机械能转化成工作油液的能量；当油液冲击涡轮叶片并使涡轮旋转时，涡轮就实现油液冲击涡轮叶片并使涡轮旋转时，涡轮就实现将液体的能量转换为涡轮输出轴上的机械能。将液体的能量转换为涡轮输出轴上的机械能。泵轮和涡轮封闭在一个整体内，它的过程是：泵轮和涡轮封闭在一个整体内，它的过程是： 泵轮内

3、缘泵轮内缘泵轮外缘泵轮外缘涡轮外缘涡轮外缘涡轮内缘涡轮内缘泵轮内缘泵轮内缘液体做循环运动是耦合器传递动力的必要条件。液体做循环运动是耦合器传递动力的必要条件。3.特性特性l1）耦合器的传动原理）耦合器的传动原理l发动机的动能通过泵轮传给液压油，液压油在发动机的动能通过泵轮传给液压油，液压油在循环流动的过程中又将动能传给涡轮输出。液循环流动的过程中又将动能传给涡轮输出。液压油在流动过程中没有受其他的任何外力，根压油在流动过程中没有受其他的任何外力，根据作用力与反作用力相等的原理，液压油作用据作用力与反作用力相等的原理，液压油作用于涡轮上的扭矩与泵轮作用于液压油上的扭矩于涡轮上的扭矩与泵轮作用于液

4、压油上的扭矩大小相等。大小相等。l 2）耦合器的传动效率）耦合器的传动效率泵轮转速-nb 涡轮转速-nw 耦合器传动比 bwnnibbwwnmnm）传动效率（)ibw传动比（泵轮转速（涡轮转速（）传动效率（nn液力耦合器的传动比泵轮、涡轮的转速、涡轮的输出扭矩；泵轮的输入扭矩；式中：inmmwbwbnl由上述推导知，液力耦合器的传动效率等于涡由上述推导知，液力耦合器的传动效率等于涡轮转速与泵轮转速之比。轮转速与泵轮转速之比。l涡轮与泵轮的转速差越大，传动比越小，传动涡轮与泵轮的转速差越大，传动比越小，传动效率也就越低；反之，涡轮与泵轮的转速差越效率也就越低；反之，涡轮与泵轮的转速差越小，传动比

5、越大，传动效率就越高。小，传动比越大，传动效率就越高。l液力耦合器由于在减速的同时不能增扭，而且液力耦合器由于在减速的同时不能增扭，而且在汽车低速时的传动效率极低，目前采用液力在汽车低速时的传动效率极低，目前采用液力耦合器的车型很少。但是它所具有的高传动比耦合器的车型很少。但是它所具有的高传动比工况下有较高传动效率的特性在综合式液力变工况下有较高传动效率的特性在综合式液力变扭器中得到充分使用。扭器中得到充分使用。二、二、液力变矩器液力变矩器（一）液力变矩器的构造与工作原理（一）液力变矩器的构造与工作原理 1.组成：组成： 泵轮：主动泵轮：主动 涡轮：从动轮涡轮：从动轮 导轮：固定不动导轮：固定

6、不动2.2.工作原理工作原理： 设发动机设发动机转速转速及及负荷不变负荷不变，即变矩器泵轮的转速，即变矩器泵轮的转速nbnb及转矩及转矩mbmb为为常常数数。 设泵轮、涡轮和导轮对液流的作用转矩分别为设泵轮、涡轮和导轮对液流的作用转矩分别为mbmb、mwmw和和mdmd。 1）mw=mb十十md nw、md 、mw 2）当）当nwnw1时，时， md0， mw=mb 3）当）当nwnw1时，时， mw=mbmd 4）当）当nwnb时，时， 不传递动力。不传递动力。la.在汽车起步之前在汽车起步之前倍左右。输出扭矩的扭矩可达液力变扭器的最大输出。压油的反作用扭矩之和与导轮对液在数值上等于输入扭矩

7、的输出扭矩由此可知，液力变扭器6 . 2,mm作用扭用由于涡于涡轮对液压油0wwdbwdbwmmmmmmlb.在汽车起步之后在汽车起步之后l 参照前图知，参照前图知，汽车起步后与驱动轮相连接的涡轮开汽车起步后与驱动轮相连接的涡轮开始转动，转速随汽车的加速不断增加，液力变矩器始转动，转速随汽车的加速不断增加，液力变矩器的增扭作用随之减少。并且车速愈高，涡轮转速愈的增扭作用随之减少。并且车速愈高，涡轮转速愈大，冲向导轮的液压油方向与导轮叶片的夹角愈小，大，冲向导轮的液压油方向与导轮叶片的夹角愈小，液力变扭器的增扭作用也愈小液力变扭器的增扭作用也愈小；反之，车速愈低，反之，车速愈低，液力变扭器的增扭

8、作用就愈大液力变扭器的增扭作用就愈大。说明液力变扭器增说明液力变扭器增扭值随涡轮转速的提高而减少扭值随涡轮转速的提高而减少。因此，与液力耦合。因此，与液力耦合器相比，液力变矩器在汽车低速行驶有较大的输出器相比，液力变矩器在汽车低速行驶有较大的输出扭矩，在汽车起步、上坡或遇到较大阻力时，能使扭矩，在汽车起步、上坡或遇到较大阻力时，能使驱动轮获得较大的驱动力矩。驱动轮获得较大的驱动力矩。l当当涡轮转速涡轮转速随车速的加快而增大至某一数随车速的加快而增大至某一数值时，冲向值时，冲向导轮导轮的液压油的液流绝对速度的液压油的液流绝对速度uw的方向与导轮叶片之间的夹角为的方向与导轮叶片之间的夹角为0，此时

9、，此时导轮不再受液压油的冲击作用，即导轮不再受液压油的冲击作用，即vd=0，可知可知mw=mb,即液力变扭器失去增扭作用，即液力变扭器失去增扭作用，输出扭矩等于输入扭矩。这种情况下，输出扭矩等于输入扭矩。这种情况下，液液力变扭器相当于耦合器力变扭器相当于耦合器，进入，进入耦合状态耦合状态。lc.涡轮转速进一步增大涡轮转速进一步增大l 若涡轮转速进一步增大，冲向导轮的液压油绝对速度若涡轮转速进一步增大，冲向导轮的液压油绝对速度的方向继续向前斜，使液压油冲击在导论叶片的背面，的方向继续向前斜，使液压油冲击在导论叶片的背面，导轮对液压油的反作用力矩的方向相反，涡轮输出的导轮对液压油的反作用力矩的方向

10、相反，涡轮输出的扭矩扭矩l 液力变扭器输出扭矩反而小于输入扭矩，其传动效率液力变扭器输出扭矩反而小于输入扭矩，其传动效率也随之减少。也随之减少。dbwmmmd.涡轮转速与泵轮转速相同时涡轮转速与泵轮转速相同时l当涡轮转速增大至与泵轮转速相同时，液压油当涡轮转速增大至与泵轮转速相同时，液压油将停止做循环流动，涡轮所传递的扭矩为将停止做循环流动，涡轮所传递的扭矩为0，液，液力变扭器将失去传递动力的能力。力变扭器将失去传递动力的能力。l通过以上讨论得出如下三点重要结论：通过以上讨论得出如下三点重要结论：l （1）液力变扭器由泵轮、涡轮和导轮三个工作轮组）液力变扭器由泵轮、涡轮和导轮三个工作轮组成，他

11、们是能量转换、传递动力和改变扭矩必不可成，他们是能量转换、传递动力和改变扭矩必不可少的基本元件。其中：少的基本元件。其中： 泵轮泵轮-将机械能转换为液体能量；将机械能转换为液体能量； 涡轮涡轮-将液体能量转换为涡轮轴上的机械能；将液体能量转换为涡轮轴上的机械能； 导轮导轮-通过改变液流的方向而起变扭作用。通过改变液流的方向而起变扭作用。l （2）与液力耦合器一样，液体的循环运动是液力变）与液力耦合器一样，液体的循环运动是液力变扭器传递动力的必要条件。扭器传递动力的必要条件。l （3）液力变扭器的传动效率随涡轮转速的变化而变）液力变扭器的传动效率随涡轮转速的变化而变化。化。 1）当）当nw=0时

12、，增扭矩最大，时，增扭矩最大，mw=mb+md 。 2）当）当nw逐渐增大时，逐渐增大时，mw则逐渐减少。则逐渐减少。 3）当）当nw达到一定值时，达到一定值时，md=0，则，则mw=mb，此时液力变，此时液力变扭器转化为液力耦合器。扭器转化为液力耦合器。 4）当）当nw进一步增大时，涡轮出口处液流冲击导轮叶片的进一步增大时，涡轮出口处液流冲击导轮叶片的背面，背面， mw=mb-md，液力变扭器输出扭矩小于输入扭矩。液力变扭器输出扭矩小于输入扭矩。 5）当）当nw= nb时，时，mb=0，液力变扭器失去传递动力的功能。，液力变扭器失去传递动力的功能。3.特性特性l （1）特性参数）特性参数 1

13、）转速比）转速比iwb 涡轮转速涡轮转速nw与泵轮转速与泵轮转速nb之比成为液力变扭器的转动比，之比成为液力变扭器的转动比， 2）变扭系数）变扭系数k 涡轮的输出扭矩与泵轮上的输入扭矩之比，称为液力变涡轮的输出扭矩与泵轮上的输入扭矩之比，称为液力变扭器的变扭系数，或称变扭比，扭器的变扭系数，或称变扭比， bwnnwbibdbbwmmmmmk 3）传动效率）传动效率 液力变扭器的传动效率是涡轮轴输出的功率液力变扭器的传动效率是涡轮轴输出的功率pw与泵轮输入与泵轮输入的功率的功率pb之比。之比。 液力变扭器的传动效率等于变扭系数与传动比的乘积。液力变扭器的传动效率等于变扭系数与传动比的乘积。 wb

14、bbwwbwiknmnmppl（2）特性曲线）特性曲线 1）外特性及外特性曲线）外特性及外特性曲线 外特性是指泵轮转速（扭矩）不变时，液力元件外特性参数外特性是指泵轮转速（扭矩）不变时，液力元件外特性参数与涡轮转速的关系。与涡轮转速的关系。 液力变扭器涡轮输出的扭矩是随涡轮的转速而变化的，涡轮液力变扭器涡轮输出的扭矩是随涡轮的转速而变化的，涡轮转速愈小，输出扭矩愈大，涡轮转速增大，输出扭矩减小转速愈小，输出扭矩愈大，涡轮转速增大，输出扭矩减小；当涡当涡轮转速轮转速nw =0时，时，mw达到最大值，使汽车驱动轮获得最大的驱动达到最大值，使汽车驱动轮获得最大的驱动扭矩，有利于汽车顺利起步扭矩，有利

15、于汽车顺利起步。同理，当汽车上坡或遇较大阻力时，。同理，当汽车上坡或遇较大阻力时，车速降低，涡轮转速下降，输出扭矩增大，保证了汽车能克服较车速降低，涡轮转速下降，输出扭矩增大，保证了汽车能克服较大的行驶阻力。当达到大的行驶阻力。当达到“耦合耦合”点时，液力变扭器不再有点时，液力变扭器不再有“增扭增扭”的作用，而成为耦合器；的作用，而成为耦合器；当车速再进一步增大，液力变扭器变成当车速再进一步增大，液力变扭器变成“减扭减扭”器，即涡轮输出的扭矩小于泵轮输入的扭矩器，即涡轮输出的扭矩小于泵轮输入的扭矩。2）原始特性曲线）原始特性曲线 原始特性曲线是泵轮转速不变时，变扭系数原始特性曲线是泵轮转速不变

16、时，变扭系数k和传动效率和传动效率 随传动比变化的规律曲线。随传动比变化的规律曲线。 也称为变扭特性曲线和效率特性曲线也称为变扭特性曲线和效率特性曲线 ，所以液力变矩器的传动效率，所以液力变矩器的传动效率 是随而变化的抛物是随而变化的抛物线。见下图：当线。见下图：当iwb=0 时，变扭系数时，变扭系数k值最大，因涡轮未转动，值最大，因涡轮未转动，故传动效率故传动效率 =0；当；当iwb =1时，泵轮与涡轮的转速相同，液时，泵轮与涡轮的转速相同，液力变扭器已失去传递动力的能力，因此力变扭器已失去传递动力的能力，因此k=0, =0。 )(wbwbiifk（和wbik 液力变扭器的效率在某一工况液力

17、变扭器的效率在某一工况达到最大值，偏离该工况时效达到最大值，偏离该工况时效率下降，所以液力变矩器只有率下降，所以液力变矩器只有在一定传动比范围内才具有较在一定传动比范围内才具有较高的效率。高的效率。一般一般iwb在在0.6-0.8之间时，液之间时，液力变矩器具有较高的传动效率，力变矩器具有较高的传动效率，在在80%-86%之间。之间。三三.综合式液力变扭器综合式液力变扭器 装有自动装有自动变速器汽车变速器汽车上使用的变上使用的变扭器都是综扭器都是综合式液力变合式液力变扭器。扭器。1.基本结构基本结构 综合式液力变扭器综合式液力变扭器和和液力变扭器液力变扭器的不同之的不同之处在于它的导轮不是完全

18、固定不动的，而是套处在于它的导轮不是完全固定不动的，而是套在同一个在同一个单向超越离合器单向超越离合器上，单向超越离合器上，单向超越离合器支承支承在固定于变速器壳体的导轮固定套上，由在固定于变速器壳体的导轮固定套上，由于单向超越离合器可以使导轮向于单向超越离合器可以使导轮向顺时针方向旋顺时针方向旋转转。但不能朝。但不能朝逆时针方向旋转逆时针方向旋转，因此，因此，单向超单向超越离合器对导轮具有单向锁止作用越离合器对导轮具有单向锁止作用。2.工作原理工作原理 当涡轮转速较低时，从涡轮流出的液压油从正面冲击导轮当涡轮转速较低时，从涡轮流出的液压油从正面冲击导轮叶片，此时液体对导轮施加一个逆时针方向旋

19、转的力矩，但由于叶片，此时液体对导轮施加一个逆时针方向旋转的力矩，但由于单向超越离合器在逆时针方向具有锁止作用，导轮锁止不动。单向超越离合器在逆时针方向具有锁止作用，导轮锁止不动。 此状态与液力变扭器的工作特性相同，即起增大扭矩的作用此状态与液力变扭器的工作特性相同，即起增大扭矩的作用（k1)。当涡轮转速增大至某一数值时，液压油对导轮的冲击方当涡轮转速增大至某一数值时，液压油对导轮的冲击方向与导轮叶片之间的夹角为向与导轮叶片之间的夹角为0，此时变扭系数，此时变扭系数k=1。如果涡轮转。如果涡轮转速继续增大，使得液压油冲击导轮叶片的背面，对导轮产生一个速继续增大，使得液压油冲击导轮叶片的背面，对

20、导轮产生一个顺时针方向的扭矩，由于单向超越离合器在顺时针方向可以自由顺时针方向的扭矩，由于单向超越离合器在顺时针方向可以自由转动，因此，导轮在液压油的冲击下也朝顺时针方向旋转。此时转动，因此，导轮在液压油的冲击下也朝顺时针方向旋转。此时导轮对液压油相当于没有方作用力矩，导轮对液压油相当于没有方作用力矩，md =0,液压油只受到泵轮液压油只受到泵轮和涡轮的反作用力矩的作用，因此该时变扭器不起增扭作用，其和涡轮的反作用力矩的作用，因此该时变扭器不起增扭作用，其工作特性和液力耦合器相同。工作特性和液力耦合器相同。这时涡轮转速较高，变扭器处于高这时涡轮转速较高，变扭器处于高效率的工作范围。效率的工作范

21、围。 以上分析可知，综合式液力变扭器既有变以上分析可知，综合式液力变扭器既有变扭器工况，又有耦合器工况。扭器工况，又有耦合器工况。两种工况的分界两种工况的分界点是以导轮空转的工作点来区分的点是以导轮空转的工作点来区分的。因此。因此将导将导轮开始空转的工作点称为耦合点轮开始空转的工作点称为耦合点。即涡轮转速。即涡轮转速由由0至耦合点的工作范围内按液力变扭器的工至耦合点的工作范围内按液力变扭器的工况工作，在涡轮转速超过耦合点转速之后案液况工作，在涡轮转速超过耦合点转速之后案液力耦合器的工况工作。力耦合器的工况工作。 因此因此综合式液力变扭器综合式液力变扭器利用了液力变扭器利用了液力变扭器低速时具有

22、的低速时具有的增扭特性增扭特性，又利用了耦合器在高，又利用了耦合器在高速时具有的速时具有的高传动效率特性高传动效率特性。 综合式液力变扭器有许多复杂的类型，这些类型可以用变扭器的元件综合式液力变扭器有许多复杂的类型，这些类型可以用变扭器的元件数、级数和相数来表示。数、级数和相数来表示。 （1）变扭器的元件数）变扭器的元件数 变扭器的元件数是指变扭器中泵轮、涡轮、导轮的总个数。变扭器的元件数是指变扭器中泵轮、涡轮、导轮的总个数。 （2）变扭器的级数）变扭器的级数 变扭器的级数是指涡轮的列数。只有变扭器的级数是指涡轮的列数。只有1列涡轮的称为单级变扭器，有列涡轮的称为单级变扭器，有2列列以上的称为

23、多级变扭器。以上的称为多级变扭器。 （3）变扭器的相数）变扭器的相数 变扭器在不同的工作范围内具有不同的工作特性，这种工作特性的个变扭器在不同的工作范围内具有不同的工作特性，这种工作特性的个数称为变扭器的相数。数称为变扭器的相数。 例如，综合式液力变扭器由于导轮中单向超越离合例如，综合式液力变扭器由于导轮中单向超越离合器的锁止和滑转而使该变扭器既有液力变扭器的特性，又有液力耦合器的器的锁止和滑转而使该变扭器既有液力变扭器的特性，又有液力耦合器的工作特性，因此可称为工作特性，因此可称为2相变扭器。相变扭器。 目前轿车自动变速器上使用的变扭器基本上都是目前轿车自动变速器上使用的变扭器基本上都是3元

24、件元件2相综合式液力相综合式液力变扭器。变扭器。3.工作特性工作特性 综合式液力变综合式液力变扭器既有变扭器的扭器既有变扭器的工况，又有液力耦工况，又有液力耦合器的工况，综合合器的工况，综合式液力变扭器特性式液力变扭器特性具有液力耦合器和具有液力耦合器和液力变扭器综合特液力变扭器综合特性。性。 l 由图可见，变扭器效率特性曲线由图可见，变扭器效率特性曲线 与耦合器效与耦合器效率特性曲线率特性曲线 相交于相交于a点，此时传动比点，此时传动比 在该点上，变扭器效率在该点上，变扭器效率 等于耦合器效率等于耦合器效率 ，并且并且k=1；传动比；传动比 ,变扭器效率变扭器效率 大大于耦合器效率于耦合器效

25、率 ，并且，并且k1；当；当 ，变扭器效率变扭器效率 小于耦合器效率小于耦合器效率 ，并且，并且k1。botbdwbiitbdwbiitbdwbiibbboool 综合式变扭器在综合式变扭器在a点点（耦合点）（耦合点）以前以前按按液力变扭器特性液力变扭器特性工作，在工作，在a点之后点之后按按耦合器特耦合器特性性工作，在转为耦合器工作时，高传动比的效工作，在转为耦合器工作时，高传动比的效率可达率可达96%，其效率特性为，其效率特性为oa曲线。综合式曲线。综合式液力变扭器液力变扭器综合了液力变扭器和液力耦合器的综合了液力变扭器和液力耦合器的优点优点，结构简单、性能可靠、又扩大了工作范结构简单、性能

26、可靠、又扩大了工作范围围。因而综合式液力变扭器在高级轿车上应用。因而综合式液力变扭器在高级轿车上应用极广。极广。四四.带锁止离合器的综合式液力变扭器带锁止离合器的综合式液力变扭器1.结构及其原理结构及其原理 锁止综合式变扭器锁止综合式变扭器内有一个有液压油操纵内有一个有液压油操纵的锁止离合器，锁止离的锁止离合器，锁止离合器的主动盘是变扭器合器的主动盘是变扭器的壳体，从动盘是一个的壳体，从动盘是一个可做轴向移动的压盘，可做轴向移动的压盘，它通过花键与涡轮连接。它通过花键与涡轮连接。压盘背面的液压油与变压盘背面的液压油与变扭器泵轮、涡轮中的液扭器泵轮、涡轮中的液压油相通，保持一定的压油相通，保持一

27、定的油压；压盘左侧的液压油压；压盘左侧的液压油通过变扭器输出轴中油通过变扭器输出轴中间的控制油道与阀板总间的控制油道与阀板总成上的锁止控制阀相通。成上的锁止控制阀相通。l 当锁止离合器处于分离状态时：具有低速时增扭和高速时当锁止离合器处于分离状态时：具有低速时增扭和高速时耦合两种工作状态。其动力传递路线是：耦合两种工作状态。其动力传递路线是： 发动机发动机变扭器壳变扭器壳泵轮泵轮涡轮涡轮涡轮输出轴涡轮输出轴l 当锁止离合器处于结合状态时，此时锁止离合器压盘压紧当锁止离合器处于结合状态时，此时锁止离合器压盘压紧在主动盘上，使得主动盘、泵轮、压盘、涡轮被连锁为一在主动盘上，使得主动盘、泵轮、压盘、涡轮被连锁为一整体，变扭器失去液力传递的功能，所有的动力都由锁止整体，变扭器失去液力传递的功能，所有的动力都由锁止离合器传递（离合器传递（此时锁止离合器相当于手动变速器的离合此时锁止离合器相当于手动变速器的离合器器）。其动力传递路线是：）。其动力传递路线是： 发动机发动机变扭器壳变扭器壳锁止离合器锁止离合器涡轮涡轮涡轮输出轴涡轮输出轴 1-锁止离合器压盘；锁止离合器压盘；2-涡轮；涡轮；3-变扭器壳；变扭器壳；4-导轮；导轮；5-泵轮；泵轮； 6-变扭器输出轴；变扭器输出轴；a-变扭器出油道；变扭器出油道；b、c-锁止离合器控制油道锁止离合器控制油道l