第十六章液力机械传动

1、2022-4-301第十六章第十六章 液力机械传动液力机械传动和机械式无级变速器和机械式无级变速器第一节第一节 液力机械传动液力机械传动第二节第二节 机械式无级变速器机械式无级变速器2022-4-302第一节第一节 液力机械传动液力机械传动液力机械变速器：液力机械变速器： 组成：液力机械传动装置、机械变速器、操纵系统组成：液力机械传动装置、机械变速器、操纵系统优点：优点：1 1、起步更加平稳，吸收、衰减振动冲击，提高乘坐舒适性；、起步更加平稳，吸收、衰减振动冲击，提高乘坐舒适性；2 2、低速行驶稳定，通过性好；、低速行驶稳定，通过性好；3 3、自动适应道路阻力变化，提高平均行驶速度、动力性；、

2、自动适应道路阻力变化，提高平均行驶速度、动力性；4 4、实现自动换档，减轻体力消耗，提高行驶安全性。、实现自动换档，减轻体力消耗，提高行驶安全性。2022-4-303自动变速器总体结构自动变速器总体结构 液力变矩器、变速齿轮机构、供油系统和换挡液力变矩器、变速齿轮机构、供油系统和换挡操纵机构等四大部分组成。操纵机构等四大部分组成。液力变矩器液力变矩器液压控制系统液压控制系统行星齿轮机构行星齿轮机构车速信号车速信号节气门开度信号节气门开度信号连接曲轴连接曲轴2022-4-304功用：功用： 利用液压油的利用液压油的流动流动来传递扭矩，将曲轴输出的动力来传递扭矩，将曲轴输出的动力传给变速器。传给变

3、速器。 分类：分类： 液力偶合器：传递转矩，输出转矩与输入转矩相等。液力偶合器：传递转矩，输出转矩与输入转矩相等。 液力变矩器：既能传递转矩又能增大转矩。液力变矩器：既能传递转矩又能增大转矩。液力机械传动装置液力机械传动装置2022-4-305液力耦合器液力耦合器结构：结构：输入轴输入轴泵轮泵轮涡轮涡轮输出轴输出轴曲轴曲轴主动元件：主动元件：泵轮（与曲轴相连）泵轮（与曲轴相连）从动元件：从动元件：涡轮（与输出轴相连）涡轮（与输出轴相连）循环圆循环圆动力传递路线：动力传递路线：2022-4-3062022-4-307液力耦合器传动过程：泵轮液力耦合器传动过程：泵轮接受发动机传来的机械能，接受发动

4、机传来的机械能，传给工作液，使其提高动能，传给工作液，使其提高动能，然后再由工作液将动能传给然后再由工作液将动能传给涡轮。涡轮。液力耦合器实现传动的必要液力耦合器实现传动的必要条件是：工作液在泵轮和涡条件是：工作液在泵轮和涡轮之间有循环流动。循环流轮之间有循环流动。循环流动的产生，是由两个工作轮动的产生，是由两个工作轮转速不等，使两轮叶片的外转速不等，使两轮叶片的外缘产生液压差所致。缘产生液压差所致。液体质点的流线形成一个首尾相连的液体质点的流线形成一个首尾相连的环形螺旋线。环形螺旋线。2022-4-308 液力耦合器的液力耦合器的优点优点（1 1）保证汽车平稳起步；）保证汽车平稳起步；（2

5、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）显著减少换挡次数。）显著减少换挡次数。液力耦合器的液力耦合器的缺点缺点（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。2022-4-309液力变矩器液力变矩器结构：结构： 可旋转的泵轮可旋转的泵轮 可旋转的涡轮可旋转的涡轮 固定不动的导轮固定不动的导轮2022-4-30102022-4-3011泵轮：泵轮：泵轮与变矩器壳体连成一体，其

6、内部径向装泵轮与变矩器壳体连成一体，其内部径向装有许多平直的叶片，叶片内缘则装有让变速器油有许多平直的叶片，叶片内缘则装有让变速器油液平滑流过的导环。变矩器壳体与曲轴后端的驱液平滑流过的导环。变矩器壳体与曲轴后端的驱动盘相连接。动盘相连接。 导环导环叶片叶片壳体壳体2022-4-3012涡轮：涡轮：涡轮上也装有许多扭曲叶片。涡轮中心涡轮上也装有许多扭曲叶片。涡轮中心有花键孔与变速器输入轴相联。有花键孔与变速器输入轴相联。涡轮通过花键装在变速器输入轴上，泵涡轮通过花键装在变速器输入轴上，泵轮叶片与涡轮叶片相对安置，中间有轮叶片与涡轮叶片相对安置，中间有3mm4mm的间隙。的间隙。 2022-4-

7、3013导轮：导轮：导轮位于泵轮与涡轮之间，通过单向自导轮位于泵轮与涡轮之间，通过单向自由轮安装在与变速器壳体连接的导管轴上。它由轮安装在与变速器壳体连接的导管轴上。它也是由许多扭曲叶片组成。也是由许多扭曲叶片组成。 2022-4-30142022-4-30152022-4-3016变矩器工作轮展开图：将循环圆上的中间流线展开城一直线，各变矩器工作轮展开图：将循环圆上的中间流线展开城一直线，各循环圆中间流线均在同一平面上展开。泵轮、涡轮、导轮成为三循环圆中间流线均在同一平面上展开。泵轮、涡轮、导轮成为三个环形平面。个环形平面。2022-4-3017相对速度相对速度w w牵连速度牵连速度u u绝

8、对速度绝对速度v v设设nb和和Mb为常数。起步时，为常数。起步时，nw0。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Mb、Mw和和Md，根据液流受力平衡条件，根据液流受力平衡条件， MwMbMd涡轮转矩涡轮转矩Mw MwMbMd ，即液力变矩器起了增大转矩的作用。，即液力变矩器起了增大转矩的作用。汽车起步并开始加速，汽车起步并开始加速，nw增加到某一数值，增加到某一数值，Md0，则则MwMb。nw继续增大，导轮转矩方向与泵轮转矩方向相反，继续增大，导轮转矩方向与泵轮转矩方向相反，MwMbMd，输出转矩比输入转矩小。当输出转矩比输入转矩小。当nwnb时，工

9、作液停止流动，不时，工作液停止流动，不 再传递转矩。再传递转矩。2022-4-3018液力变矩器的特性：泵轮转速液力变矩器的特性：泵轮转速nb和转矩和转矩Mb不变的条件下，涡轮转不变的条件下，涡轮转矩随其转速变化的规律。矩随其转速变化的规律。液力变矩器的传动比液力变矩器的传动比 inw / nb=1变矩系数变矩系数 K Mw / Mb汽车起步、上坡或遇到较汽车起步、上坡或遇到较大阻力时，若发动机的转大阻力时，若发动机的转速和负荷不变，车速将降速和负荷不变，车速将降低，即涡轮转速降低，则低，即涡轮转速降低，则变矩系数相应增大，使驱变矩系数相应增大，使驱动轮获得较大的转矩。动轮获得较大的转矩。20

10、22-4-3019带锁止离合器的三元件液力变矩器带锁止离合器的三元件液力变矩器2022-4-3020汽车低速行驶汽车低速行驶2022-4-3021汽车中速行驶汽车中速行驶2022-4-3022汽车高速行驶汽车高速行驶2022-4-3023 为了防止汽车高速时出现变矩器的输出扭矩为了防止汽车高速时出现变矩器的输出扭矩小于输入扭矩的现象，在导轮和固定轴之间安小于输入扭矩的现象，在导轮和固定轴之间安置了单向离合器。置了单向离合器。 当在低速时，作用在导轮叶片正面的液体通当在低速时，作用在导轮叶片正面的液体通过单向离合器锁止使导轮固定，产生增大扭矩过单向离合器锁止使导轮固定，产生增大扭矩的效果。当在高

11、速时，单向离合器解除锁止。的效果。当在高速时，单向离合器解除锁止。变矩器中的导轮设置单向离合器的原因变矩器中的导轮设置单向离合器的原因2022-4-30242022-4-30252022-4-3026组成：组成：行星齿轮传动机构行星齿轮传动机构2022-4-3027由机械原理可知，单排行星齿轮机构的运动关系式为：由机械原理可知，单排行星齿轮机构的运动关系式为： n1+ n2(1+ )n3=0 = z2/ z12022-4-3028变速原理变速原理加速加速n1+ n2(1+ )n3=0 = z2/ z1i= n3/n2= /( /(1+1+ ) ) i= = n3/n1 =1/( /(1+1+

12、) ) 2022-4-3029变速原理变速原理减速减速n1+ n2(1+ )n3=0 = z2/ z1i= = n1/n3 = 1+1+ i= = n2/n3= ( (1+1+ )/ )/ 2022-4-3030变速原理变速原理倒挡倒挡n1+ n2(1+ )n3=0 = z2/ z1 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，成为直接挡。件的转速和方向必然与前两者相同，即机构锁止，成为直接挡。变速原理变速原理直接挡直接挡i= = n1/n2= - 2022-4-3031传动方案传动方案

13、主动件主动件从动件从动件固定件固定件传动比传动比动力传递情况动力传递情况1太阳轮太阳轮行星架行星架齿圈齿圈1+1+ 减速增矩减速增矩2齿圈齿圈行星架行星架太阳轮太阳轮( (1+1+ )/ )/ 3太阳轮太阳轮齿圈齿圈行星架行星架-4行星架行星架齿圈齿圈太阳轮太阳轮 /( /(1+1+ ) ) 增速减矩增速减矩5行星架行星架太阳轮太阳轮齿圈齿圈1/(1/(1+1+ ) )6齿圈齿圈太阳轮太阳轮行星架行星架- -1/ 1/ 7任意两元件连成一体任意两元件连成一体1 1直接挡直接挡8三元件自由转动三元件自由转动空挡空挡变速传动规律小结变速传动规律小结n1+ n2(1+ )n3=0 = z2/ z12

14、022-4-3032直接挡离合器直接挡离合器低速挡制动器低速挡制动器倒挡制动器倒挡制动器2022-4-30331、空挡：直接挡离合器、空挡：直接挡离合器14分分离，低速挡制动带离，低速挡制动带6和倒挡制和倒挡制动带动带7松开。各个元件不受约松开。各个元件不受约束，不传递动力。束，不传递动力。2、低速挡：直接挡离合器分、低速挡：直接挡离合器分离，倒挡制动带离，倒挡制动带7松开，低速松开，低速挡制动带挡制动带6箍紧其制动鼓，前箍紧其制动鼓，前排中心轮排中心轮13固定。固定。动力动力a前排齿圈前排齿圈12 行星架行星架8 后排行星轮。后排行星轮。动力动力b 后排中心轮后排中心轮11 后排行后排行星轮

15、。星轮。动力动力ab 后排齿圈后排齿圈9 变速器变速器第二轴第二轴10。i=1.72低速挡制动器低速挡制动器2022-4-30343、直接挡：直接挡离合器、直接挡：直接挡离合器14接合，低速挡制动带接合，低速挡制动带6和倒挡和倒挡制动带制动带7松开。前排中心轮松开。前排中心轮13与变速器第一轴与变速器第一轴16和前排齿圈和前排齿圈12连成一体，行星架连成一体，行星架8被联锁，被联锁，n13=n12=n8。后排行星齿轮机。后排行星齿轮机构也被连锁，构也被连锁，n9=n11=n8。变。变速器第一轴速器第一轴16与变速器第二轴与变速器第二轴10成为一体。成为一体。4、倒挡：倒挡制动带收紧，、倒挡：倒

16、挡制动带收紧，直接挡离合器分离，低速挡制直接挡离合器分离，低速挡制动带松开，前排中心轮动带松开，前排中心轮13自由自由转动。行星架转动。行星架8固定固定。动力动力第一轴第一轴16 后排太阳轮后排太阳轮11后排齿圈后排齿圈9 。i1直接挡离合器直接挡离合器倒挡制动器倒挡制动器i2.392022-4-3035行星齿轮机构变速执行元件行星齿轮机构变速执行元件l直接挡离合器直接挡离合器 进进油油口口2022-4-3036行星齿轮机构变速执行元件行星齿轮机构变速执行元件l制动箍带和伺服油缸制动箍带和伺服油缸 2022-4-3037液力变矩器和行星齿轮系的组合的缺点：液力变矩器和行星齿轮系的组合的缺点：

17、1、传动比不连续，只能实现分段范围内的无级变速；、传动比不连续，只能实现分段范围内的无级变速；2、液力传动的效率较低液力传动的效率较低，影响了整车的动力性能与燃料经，影响了整车的动力性能与燃料经济性；济性；3、增加变速器的挡位数来扩大无级变速覆盖范围，就必须、增加变速器的挡位数来扩大无级变速覆盖范围，就必须采用较多的执行元件来控制行星齿轮系的动力传递路线，导采用较多的执行元件来控制行星齿轮系的动力传递路线，导致自动变速器零部件数量过多，结构复杂，保养和维护不便。致自动变速器零部件数量过多，结构复杂，保养和维护不便。 所以汽车行业早就开始研究其它新型变速技术，无级变所以汽车行业早就开始研究其它新

18、型变速技术，无级变速速(CVT)技术就是其中最有前景的一种。技术就是其中最有前景的一种。 2022-4-3038 CVT (Continuously Variable Transmission)技术即无级变技术即无级变速技术，采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合传速技术，采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合传递动力。递动力。 无级变速，就是在一定传动比范围内能线性的调节传动无级变速，就是在一定传动比范围内能线性的调节传动比，理论上相当于有无数个挡位。比，理论上相当于有无数个挡位。 优点：优点：CVT可以实现传动比的连续改变，从而得到传动可以实现传动比的连续改变，从而得到传动系与发动

19、机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性和动力系与发动机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性和动力性，改善驾驶员的操纵方便性和乘员的乘坐舒适性，所以它性，改善驾驶员的操纵方便性和乘员的乘坐舒适性，所以它是理想的汽车传动装置。是理想的汽车传动装置。 第二节第二节 机械式无级变速器机械式无级变速器2022-4-3039锥型盘可在液压的推力作用下做轴向移动，锥型盘可在液压的推力作用下做轴向移动，挤压刚片链条以此来调节挤压刚片链条以此来调节V型槽的宽度。型槽的宽度。当锥型盘向内侧移动时，钢片链条在锥盘当锥型盘向内侧移动时，钢片链条在锥盘的挤压下向圆心以外的方向（离心方向）的挤压下向圆心以外的方向（离心方向）运动。这样，钢片链条带动的圆盘直径增运动。这样，钢片链条带动的圆盘直径增大，传动比也就发生了变化。大，传动比也就发生了变化。 CVT由两个锥型盘和一个钢片链条组由两个锥型盘和一个钢片链条组成。锥型盘就是把两个圆锥型的盘片成。锥型盘就是把两个圆锥型的盘片组合在一起形成一个带组合在