第十六章 液力机械传动和机械式无级变速器

1、NoImage1第十六章第十六章 液力机械传动和液力机械传动和机械式无级变速器机械式无级变速器概述概述 液力机械传动液力机械传动机械式无级变速器机械式无级变速器NoImage2概概 述述液力机械变速器和机械式无级变速器在轿车上的应用越来越液力机械变速器和机械式无级变速器在轿车上的应用越来越广泛，具有如下优点：广泛，具有如下优点：1 1）操作发便，消除了驾驶员换挡技术的差异性。）操作发便，消除了驾驶员换挡技术的差异性。2 2）传动比转换性能好，连续而平稳，乘坐舒适性好。）传动比转换性能好，连续而平稳，乘坐舒适性好。3 3）减轻驾驶员疲劳，提高行车安全性。）减轻驾驶员疲劳，提高行车安全性。4 4）

2、降低排气污染。）降低排气污染。主要缺点：主要缺点：1 1）结构复杂）结构复杂2 2）造价高）造价高3 3）传动效率低）传动效率低返回返回NoImage3第一节第一节 液力机械传动液力机械传动功用：功用： 利用液压油的流动来传递扭矩，将曲轴利用液压油的流动来传递扭矩，将曲轴输出的动力传给变速器。输出的动力传给变速器。 分类：分类： 液力偶合器：传递转矩，输出转矩与输液力偶合器：传递转矩，输出转矩与输入转矩相等。入转矩相等。 液力变矩器：既能传递转矩又能增大转液力变矩器：既能传递转矩又能增大转矩。矩。NoImage4一、一、液力耦合器液力耦合器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

3、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。输入轴输入轴泵轮泵轮涡轮涡轮输出轴输出轴曲轴曲轴NoImage5工作原理工作原理演示演示： 液力耦合器的工作原理可以用水泵带动水轮机转液力耦合器的工作原理可以用水泵带动水轮机转动原理加以理解。动原理加以理解。 NoImage61 1）液力耦合器的优点）液力耦合器的优点（1 1）保证汽车平稳起步；）保证汽车平稳起步；（2 2）衰减传动系的扭转振动；）衰减传动系的扭转振动；（3 3）防止传动系过载；）防止传动系过载；（4 4）显著减少换档次数。）显著减少换档次数。2 2）液力耦合器的缺点）液力耦合

4、器的缺点（1 1）只能传递转矩，不能改变转矩大小；）只能传递转矩，不能改变转矩大小；（2 2）不能取代离合器，使传动系统纵向尺寸增加；）不能取代离合器，使传动系统纵向尺寸增加；（3 3）传动效率较低。）传动效率较低。液力耦合器的优缺点液力耦合器的优缺点：NoImage7二、二、液力变矩器液力变矩器壳壳壳壳泵轮泵轮涡轮涡轮导轮导轮起动起动齿圈齿圈 泵轮与壳连成一体为泵轮与壳连成一体为主动元件；主动元件； 壳体做成两半，用螺栓壳体做成两半，用螺栓连接，壳外有起动齿圈连接，壳外有起动齿圈 涡轮悬浮在变矩器内涡轮悬浮在变矩器内与从动轴相连；与从动轴相连； 导轮导轮悬浮在泵轮与涡轮之间，通过单向离合器及

5、导轮悬浮在泵轮与涡轮之间，通过单向离合器及导轮固定套固定在变速器外壳上，单向离合器使导轮可以顺时固定套固定在变速器外壳上，单向离合器使导轮可以顺时针方向转动，而不能逆时针方向转动。针方向转动，而不能逆时针方向转动。1 1、结构、结构1 1、结构、结构（一）基本结构与原理（一）基本结构与原理NoImage82、液力变矩器组成液力变矩器组成NoImage93 3、工作原理、工作原理依据液流方向将工作轮按泵轮依据液流方向将工作轮按泵轮涡轮涡轮导轮展开，得到下图。导轮展开，得到下图。NoImage10液力变矩器的工作原理如下：液力变矩器的工作原理如下：当当n nw w=0=0时，时，M Mw w= =

6、M Mb b+ +M Md d，涡轮受力大于泵轮；，涡轮受力大于泵轮；随着随着n nw w的增加，的增加，u u增加，使增加，使v v的方向改变，当涡轮流出的的方向改变，当涡轮流出的液流正好沿导轮出口方向冲向导轮时，液流正好沿导轮出口方向冲向导轮时，M Md d=0=0，M Mw w= =M Mb b；随着随着n nw w的继续增加，的继续增加，u u增加为增加为u u，v v的方向改变为的方向改变为v v，M Mw w= =M Mb b- -M Md d；当当n nw w= =n nb b时，工作液在循环圆中的循环流动停止，将不能时，工作液在循环圆中的循环流动停止，将不能传递动力。传递动力。

7、NoImage11 变矩器工作时，工作液除有绕变矩器轴的变矩器工作时，工作液除有绕变矩器轴的圆周运动以外，还有在循环圆中的循环流动，圆周运动以外，还有在循环圆中的循环流动，在工作液循环流动的过程中，固定不动的导轮在工作液循环流动的过程中，固定不动的导轮给涡轮一个反作用力矩，使涡轮不同于泵轮输给涡轮一个反作用力矩，使涡轮不同于泵轮输入的转矩入的转矩。 变矩器不仅能传递转矩，且能在泵轮转矩变矩器不仅能传递转矩，且能在泵轮转矩不变的情况下，随涡轮的转速（反映着汽车行不变的情况下，随涡轮的转速（反映着汽车行驶速度）不同而改变涡轮输出的转矩的数值，驶速度）不同而改变涡轮输出的转矩的数值，即实现无级变速。

8、即实现无级变速。NoImage124 4、液力变矩器特性、液力变矩器特性液力变矩器有两个重要的特性参数：液力变矩液力变矩器有两个重要的特性参数：液力变矩器传动比器传动比i i和液力变矩器变矩系数和液力变矩器变矩系数K K，其定义如，其定义如下。下。（1 1）液力变矩器传动比）液力变矩器传动比 （2 2）液力变矩器变矩系数）液力变矩器变矩系数 NoImage131 1、三元件综合式液力变矩器、三元件综合式液力变矩器（二）几种典型的液力变矩器（二）几种典型的液力变矩器NoImage14单向离合器（滚柱式）单向离合器（滚柱式） 单向离合器单向离合器作用是只允许作用是只允许导轮单向旋转，导轮单向旋转，

9、不允许其逆转。不允许其逆转。NoImage152 2、四元件综合式液力变矩器、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。的单向离合器上。NoImage16 四元件综合式液力变矩器的特性是两个变矩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。在传动比器特性和一个耦合器特性的综合。在传动比0 0i i1 1区段，两个导轮固定不动，二者的叶片组成一区段，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个弯曲

10、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。在传动比下获得大的变矩系数。在传动比i i1 1i iK K1 1区段，区段，第一导轮脱开，变矩器带有一个叶片弯曲程度较第一导轮脱开，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。当小的导轮工作，因而此时可得到较高的效率。当传动比为传动比为i iK K1 1时，变矩器转入耦合器工况，效时，变矩器转入耦合器工况，效率按线性规律增长。率按线性规律增长。NoImage173 3、带锁止离合器的液力变矩器、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

11、起步、经常加减速），锁止变工况下行驶时（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，变矩器效率液力传动，直接通过机械传动传递，变矩器效率为为1 1。NoImage18 压力油经油道进入压力油经油道进入后，推动活塞右移，压后，推动活塞右移，压紧从动盘，锁止离合器紧从动盘，锁止离合器，使泵轮与涡轮接合成，使泵轮与涡轮接合成一体旋转，变矩器不起一体旋转，变矩器不起作用。作用。 锁止离合器的接合锁止离合器的接合取决于发动机

12、转速和车取决于发动机转速和车速，并由液压自动操纵速，并由液压自动操纵控制机构进行。控制机构进行。NoImage19（三）液力机械变速器（三）液力机械变速器1 1、行星齿轮变速器工作原理、行星齿轮变速器工作原理作用于太阳轮上的力矩：作用于太阳轮上的力矩：M M1 1=F=F1 1r r1 1作用于齿圈上的力矩：作用于齿圈上的力矩：M M2 2=F=F2 2r r2 2作用于行星架上的力矩：作用于行星架上的力矩：M M3 3=F=F3 3r r3 3单排行星齿轮机构的工作原理单排行星齿轮机构的工作原理行星轮行星轮太阳轮太阳轮齿圈齿圈行星架行星架行星架行星架F3r3F2F1r1r2齿圈与太阳轮的齿数

13、比为齿圈与太阳轮的齿数比为 ： =Z=Z2 2/Z/Z1 1=r=r2 2/r/r1 1NoImage20通过行星轮的力平衡条件，及能量守恒条件，得行通过行星轮的力平衡条件，及能量守恒条件，得行星机构的动力学和运动学特性方程式如下：星机构的动力学和运动学特性方程式如下：M M1 11 1+ +M M2 22 2+ +M M3 33 3=0=0n n1 1+ +nn2 2-(1+-(1+) )n n3 3=0=0NoImage21（1 1）太阳轮）太阳轮1 1为主动件，行星架为主动件，行星架3 3为从动件，齿圈为从动件，齿圈2 2固固定定i i1313= =n n1 1/ /n n3 3=1+=

14、1+=1+=1+z z2 2/ /z z1 1 （2 2）齿圈）齿圈2 2为主动件，行星架为主动件，行星架3 3为从动件，太阳轮为从动件，太阳轮1 1固固定定i i2323= =n n2 2/ /n n3 3=(1+=(1+)/)/=1+=1+z z1 1/ /z z2 2（3 3）太阳轮）太阳轮1 1为主动件，齿圈为主动件，齿圈2 2为从动件，行星架为从动件，行星架3 3固固定定i i1212= =n n1 1/ /n n2 2=-=-=-=-z z2 2/ /z z1 1（4 4）如果太阳轮和齿圈连为一体，）如果太阳轮和齿圈连为一体，n n1 1= =n n2 2n n1 1= =n n2

15、 2= =n n3 3由上可见，单排行星齿轮机构可以获得由上可见，单排行星齿轮机构可以获得4 4种不同的传动种不同的传动比。比。关于传动比的讨论：关于传动比的讨论：NoImage22复合式行星齿轮机构的工作原理演示（以两排辛普森式为例）复合式行星齿轮机构的工作原理演示（以两排辛普森式为例）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，可以获得式行星齿轮机构，可以获得3 3个前进档和个前进档和1 1个倒档。个倒档。NoImage232 2、液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械变速器、液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械

16、变速器属于拉威挪式：属于拉威挪式： 其特点是两排行其特点是两排行星齿轮机构共用一个星齿轮机构共用一个齿圈和一个行星架。齿圈和一个行星架。行星架上的长行星轮行星架上的长行星轮与前排行星齿轮机构与前排行星齿轮机构的大太阳轮啮合，同的大太阳轮啮合，同时还与后排行星齿轮时还与后排行星齿轮机构的短行星轮相啮机构的短行星轮相啮合。短行星轮还与小合。短行星轮还与小太阳轮啮合。可以组太阳轮啮合。可以组成成3 3个前进档和个前进档和1 1个倒个倒档的行星齿轮变速器。档的行星齿轮变速器。NoImage24NoImage253 3、液力变矩器与固定轴线式齿轮变速器组成、液力变矩器与固定轴线式齿轮变速器组成 的液力机

17、械变速器（例如的液力机械变速器（例如SH380ASH380A自卸车）自卸车）NoImage264 4、带锁止离合器的液力变矩器、换档离合器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 国外重型货车和工国外重型货车和工程车辆上开始采用由程车辆上开始采用由WSKWSK系统与全同步多档系统与全同步多档变速器（变速器（4 46 6档）组成档）组成的液力机械变速器。所的液力机械变速器。所谓谓WSKWSK系统是由锁止离系统是由锁止离合器、变矩器、滑行单合器、变矩器、滑行单向离合器和换档离合器向离合器和换档离合器组成的组成的“变矩器变矩器换档换档离

18、合器系统离合器系统”的德文缩的德文缩写。多数情况下是把写。多数情况下是把WSKWSK系统和变速器装在系统和变速器装在一起作为传动装置使用，一起作为传动装置使用，也可以把也可以把WSKWSK系统和变系统和变速器分开布置。速器分开布置。NoImage27（四）液力机械传动的液压自动操纵系统（四）液力机械传动的液压自动操纵系统动力源（液压式）动力源（液压式）执行机构（液压式）执行机构（液压式）控制机构（电控、液控）控制机构（电控、液控）以下主要介绍液压自动操纵系统：以下主要介绍液压自动操纵系统：NoImage28换挡离合器换挡离合器作用：作用：连接行星齿轮变速器的输入轴和行星排的某个基本连接行星齿轮

19、变速器的输入轴和行星排的某个基本 元件，或把行星排的某两个基本元件连接起来，成元件，或把行星排的某两个基本元件连接起来，成 为一个整体传递动力。为一个整体传递动力。湿式多盘离合器结构：湿式多盘离合器结构：花键毂花键毂输入轴输入轴弹簧弹簧活塞活塞壳体壳体主动盘主动盘压盘压盘从动盘从动盘卡环卡环执行机构：换挡离合器、换挡制动器。执行机构：换挡离合器、换挡制动器。NoImage29换挡制动器换挡制动器作用：作用：用于把行星排的太阳轮、齿圈、行星三个基本元件用于把行星排的太阳轮、齿圈、行星三个基本元件 之一固定，使之不能转动。之一固定，使之不能转动。类型：类型：湿式多片制动器、外束带式制动器。湿式多片

20、制动器、外束带式制动器。外束带式制动器结构：外束带式制动器结构：调整螺钉调整螺钉制动带制动带工作油路工作油路活塞杆活塞杆活塞活塞制动鼓制动鼓NoImage30组成：组成：供油、手动选挡、参数调节、换挡时刻控制、换供油、手动选挡、参数调节、换挡时刻控制、换 挡品质控制等。挡品质控制等。1 1）供油部分：）供油部分：滤清器滤清器主调压阀主调压阀副调压阀副调压阀供油泵供油泵油冷却器油冷却器 可随节气门开度和选挡杆位置的可随节气门开度和选挡杆位置的变化，将油泵输出的油压调节至相应变化，将油泵输出的油压调节至相应规定值。规定值。 用来调节供给液力变矩器和用来调节供给液力变矩器和润滑油路油压的。润滑油路油

21、压的。 向液力变矩器和液控自动操纵向液力变矩器和液控自动操纵系统压入所需的液压油，并满足行系统压入所需的液压油，并满足行星齿轮变速器润滑的需要。星齿轮变速器润滑的需要。控制机构控制机构NoImage31内齿泵内齿泵转子泵转子泵叶片泵叶片泵从动齿轮从动齿轮主动齿轮主动齿轮月牙形凸台月牙形凸台吸油区吸油区外转子外转子内转子内转子吸油区吸油区腔室腔室转子转子定子定子叶片叶片NoImage322 2）换挡时刻控制部分：）换挡时刻控制部分：用于转换通向各换挡执行机构的油路。用于转换通向各换挡执行机构的油路。根据驾驶员的意愿，将主油路压力油送至换根据驾驶员的意愿，将主油路压力油送至换挡阀或直接送至执行机构

22、，进行换挡。挡阀或直接送至执行机构，进行换挡。高速超车时强制接通低挡。高速超车时强制接通低挡。换挡阀：换挡阀：手控阀：手控阀：强制低挡阀：强制低挡阀：3 3）锁止信号阀、锁止继动阀：）锁止信号阀、锁止继动阀：锁止信号阀：锁止信号阀：受电磁阀的控制，可输出液压信号去控制锁受电磁阀的控制，可输出液压信号去控制锁 止继动阀。止继动阀。4 4）换挡品质控制部分：）换挡品质控制部分：锁止继动阀：锁止继动阀：根据锁止信号阀的锁止信号改变通往变矩器根据锁止信号阀的锁止信号改变通往变矩器 工作液的流向，使变矩器内的锁止离合器适工作液的流向，使变矩器内的锁止离合器适 时地接合与分离。时地接合与分离。 使换挡过程

23、更加平稳柔和，一般包括液压通道上的蓄使换挡过程更加平稳柔和，一般包括液压通道上的蓄能减振器、缓冲阀、反向快出油阀、定时阀、执行力调节能减振器、缓冲阀、反向快出油阀、定时阀、执行力调节阀等。阀等。返回返回NoImage33第二节第二节 机械式无级变速器机械式无级变速器一、一、金属带式无级变速器（金属带式无级变速器（VDT-CVTVDT-CVT）工作原理）工作原理 VDT-CVT VDT-CVT是由金属带、主动工作轮、从动工是由金属带、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。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，二者之间形工作轮由固定部分和可动部分组成，二者之间形成成V V形槽，金属带在槽内与工作轮相啮合。当工形槽，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，即可改变金属带作轮的