对辛普森式自动变速器的研究

河南机电高等专科学校毕业论文论文题目：对辛普森式自动变速器的研究系部汽车工程系专业汽车检测与维修班级学生姓名学号指导教师2013年10月22日摘要行星齿轮机构速比大、体积小、操纵容易、同时获得空档和倒档,加大变速器的变矩范围,可以实现变速和动力传动,因此在AT上被广泛的应用。但是由于液力变矩器的使用,效率不够高是AT的致命弱点,其效率明显低于手动变速器。它的效率等于液力变矩器的效率和行星齿轮机构效率的乘积。为了尽量提高液力自动变速器的传动效率,提高其动力性,本文主要以液力变速器的行星齿轮机构为研究对象,对其传动原理、传动方案、传动效率进行分析研究,并对行星齿轮机构传动部分设计研究。具体研究内容如下:1)根据常用行星齿轮变速机构的机构特点,以自动变速器双行星排式4档辛普森式自动变速器作为研究对象。并分析了它在各个档位时的动力传递路线。2)根据自动变速器中行星齿轮机构的变速特性,以2K-H型行星齿轮机构为研究对象,分析其不同的传动方案,对不同的传动比、不同的制动力矩以及传动效率进行分析研究。3)为了提高液力自动变速器的动力性能,着重对液力自动变速器中行星齿轮机构作为研究对象,对其行星机构中齿轮的啮合传动效率进行分析研究,推导了各自的计算公式,对变速器行星机构的升速、减速的传动效率进行分析研究。关键词：自动变速器行星齿轮机构传动原理传动方案优化设计

目录摘要2绪论4第一章自动变速器的概况61.1自动变速器的发展概况61.2自动变速器的类型及组成61.3自动变速器的优缺点7第二章辛普森式自动变速器的结构与原理82.1液力变矩器92.2行星齿轮变速器的工作原理分析152.3行星齿轮中的换档执行元件的结构及工作原理202.4辛普森式行星齿轮机构的特点22第三章辛普森式自动变速器的故障及原因223.1换档执行元件故障223.2自动变速器油故障223.3动力不足故障23结论25致谢26参考文献27绪论自动变速器的发展历程1908年,福特T型车最早采用一种两个速比的自动变速器。其构造是采用多组齿轮,并且分成中央齿轮和周边齿轮,最外边则是一个转轮,随着中央齿轮从发动机引入的扭矩不同,齿轮组相机行事,从而得到高低不一的转速,包括倒车档的反向旋转。从那以后,自动变速器的构造原理并无大的改变,但材料技术的进步与润滑油性能的提高,使这种变速器的速比更为丰富。美国在第二次世界大战之前就生产过一种3个速比的自动变速器,只要把变速杆推至D的位置上,便可由油门踏板随意地改变车速。传统的离合器由一个涡轮转换器所取代。后来,又有人发明了涡流转换器的锁止机构,消除了加速时打滑的感觉,从而大大地降低了油耗。转轮式自动变速器存在一个缺点,即起步加速时令人有一种车轮打滑的感觉,于是驾车人会猛加油门,但车速又并不随即增高。驾车者根本无需扳动手柄,便可以轻松自如地改变车速。随着发动机燃油喷射与点火装置的不断完善,自动变速器也有新的花样,如设置了“运动式”或“雪地行驶”等不同的操控方式,有的在仪表盘上设有一个印有S字母的按钮,可以在加速时变得格外迅捷;或者印有雪花图案代表雪地行驶的按钮,可避免在起步时打滑。更有甚者,新一代“随机应变式”变速器还可以顺应驾车者不同的习惯、相应的反应、使驾驶变得更加得心应手。近年,保时捷公司又发明了一种“手控/自动变速器”,凭靠一组复杂的电子装置,可以使驾车者在自动与手动变速之间任意选择。例如,在市内行驶时,由于需要频繁地变换速度,使用自动变速器便显得非常方便;而一旦来到高速公路或其它开阔的地方,则又可将自动变速的功能关掉,转为由手控制,以此来领略驾车中的多种乐趣。这一点已逐渐成为高档车的特性。现在轿车的自动变速器在现代轿车上,常见的是采用电控的液力自动变速器,主要是由自动离合器和自动变速器两大部分组成。它能够根据油门的开度和车速的变化,自动地进行换档。与无级变速器相比,液力自动变速器最大的不同是在结构上,它是由液压控制的齿轮变速系统构成。因此,液力自动变速器并不是真正的无级变速,还是有档位的。其所能实现的是在两档之间的无级变速。而无级变速器则是两组变速轮盘和一条传动带组成的,因此,其比传统自动变速器结构简单,体积更小。另外,它可以自由改变传动比,从而实现全程无级变速,使汽车的车速变化平稳,没有传统变速器换档时那种“顿”的感觉。自动变速器多档化虽能扩大自动变速的范围,但它并非安全迅速,只在有级变速与无级变速之间,理想的无级变速器是在整个传动范围内能连续的、无档比的切换变速比,使变速器始终按最佳换档规律自动变速。无级化是对自动变速器的理想追求。现代无级变速器传动效率提高,油门反应快、油耗低,随着汽车技术的进步,已经越来越不满足于液力自动变速器,希望彻底改进无级变速器,从而实现汽车从有级变速阶段向无级变速阶段的飞跃。福特、菲亚特、奥迪等企业纷纷推出了能够匹配大排量发动机的无级变速器。目前国内的自动档基本上全是液力自动变速器,只有奥迪采用了无级变速器。奥迪无级/手动一体式变速器,其就在原有的无级变速器基础上,进行多项技术上的创新、改进和提高。无级变速装备有自动控制装置,行车中可根据车速自动调整档位,无需人工操作,省去许多换档及踏踩离合的工作。4.自动变速器的分类一般车用变速器可分为手动变速器和自动变速器两大类。目前汽车上常用的自动变速器的类型有:液力自动变速器、液压传动自动变速器、电力传动自动变速器、有级式机械自动变速器和无级式机械自动变速器等。自动变速器按照汽车驱动方式的不同,可分为后驱动自动变速器和前驱动自动变速器即自动驱动桥。后驱动自动变速器的变矩器和齿轮变速器的输入轴及输出轴在同一轴线上,发动机的动力经变矩器、变速器、传动轴、后驱动桥的主减速器、差速器和半轴传给左右两个后轮。前驱动自动变速器在自动变速器的壳体内还装有主减速器和差速器。纵置发动机前驱动变速器的结构和布置与后驱动自动变速器基本相同;横置发动机前驱动变速器由于汽车横向尺寸的限制,要求有较小的轴向尺寸,通常将输入轴和输出轴设计成两个轴线的方式,变矩器和齿轮变速器输入轴布置在上方,输出轴布置在下方,减少了变速器总体的轴向尺寸,但增加了它的高度。无级变速器是自动变速器的一种手动变速器,结构简单、准确有效,但是,也存在操纵复杂、长期使用容易疲劳,换档时冲击较大等不足之处。自动档(又称无级变速)装备有自动控制装置,行车中可根据车速自动调整档位,无需人工操作,省去了许多换档及踏踩离合的工作。无级变速器可以从一种扭矩(或转速)平稳地转变为另一种扭矩(或转速),在变化过程中不是一级一级(或一档一档)地跃变,而是稳定、缓和地渐变。第一章自动变速器的概况1.1自动变速器的发展状况汽车变速器的主要任务是传递动力，并在动力的传递过程中改变传动比，以调节或变换发动机的特性，同时通过变速来适应不同的驾驶要求。手动变速器必须根据汽车运行条件的变化，由驾驶员随时变换挡位，要求驾驶员能对离合器踏板、油门踏板及变速操纵杆进行准确地协调配合，从而保证汽车具有良好的动力性和经济性，因此手动机械变速器换挡频繁、劳动强度大、会分散驾驶员的注意力，增加了不安全因素。自动变速器能根据路面状况自动变速、变矩，具有更好的驾驶性能、行驶性能、安全性能及排放性能。欧美在20世纪4。年代就开始研制自动变速器，特别是20世纪90年代初，大量的电子技术应用使得自动变速器得到了飞速发展。20世纪90年代在美国的新车型上已把自动变速器作为标准配置，其装车率已经超过90%，日本也达到73肠，欧洲为30%。现在我国生产的轿车和豪华大客车安装自动变速器也已呈普及之势，由于我国对自动变速器的研究工作起源于20世纪80年代，同时还受到多方面条件的制约，因此目前主要依赖进口，2002年进口就已达3.07亿美元。近年来随着政府和企业对自动变速器的重视程度提高和支持力度的加大，我国相关单位在自动变速器研发上取得了可喜的进展，本文将对其进行综述并对下一步的研究工作进行展望。1.2自动变速器的类型及组成汽车自动变速器常见的有四种型式：分别是液力自动变速器(AT)、机械无级自动变速器(CVT)、电控机械自动变速器(AMT)、双离合器自动变速器（DualClutchTransmission--DCT）。目前轿车普遍使用的是AT，AT几乎成为自动变速器的代名词。AT是由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。其中液力变扭器是AT最重要的部件，它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，兼有传递扭矩和离合的作用。1.3自动变速器的优缺点汽车自动变速器常见的有三种型式，分别是液力自动变速器（简称AT）、机械无级自动变速器（简称CVT)、电控机械自动变速器（简称AMT）。目前轿车普遍使用的是AT，AT几乎成为自动变速器的代名词。本文先着重介绍AT。AT自动变速器结构与手动变速器相比，液力自动变速器（AT）在结构和使用上有很大的不同。手动变速器主要由齿轮和轴组成，通过不同的齿轮组合产生变速变矩；而AT是由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。其中液力变扭器是AT最具特点的部件，它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，直接输入发动机动力传递扭矩和离合作用。原理：泵轮和涡轮是一对工作组合，它们就好似相对放置的两台风扇，一台风扇吹出的风力会带动另一台风扇的叶片旋转，风力成了动能传递的媒介，如果用液体代替空气成为传递动能的媒介，泵轮就会通过液体带动涡轮旋转，再在泵轮和涡轮之间加上导轮，通过反作用力使泵轮和涡轮之间实现转速差就可以实现变速变矩了。由于液力变矩器自动变速变矩范围不够大，因此在涡轮后面再串联几排行星齿轮提高效率，液压操纵系统会随发动机工作变化自行操纵行星齿轮，从而实现自动变速变矩。辅助机构自动换档不能满足行驶上的多种需要，例如停泊、后退等，所以还设有干预装置即手动拨杆，标志P(停泊）、R(后档)、N(空档)、D(前进),另在前进档中还设有"2"和"1"的附加档位,用以起步或上斜坡之用。由于将其变速区域分成若干个变速比区段，只有在规定的变速区段内才是无级的，因此AT实际上是一种介于有级和无级之间的自动变速器。AT不用离合器换档，档位少变化大，连接平稳，因此操作容易，既给开车人带来方便，也给坐车人带来舒适。但缺点也多，一是对速度变化反应较慢，没有手动变速器灵敏，因此许多玩车人士喜欢开手动波车；二是费油不经济，传动效率低变矩范围有限，近年引入电子控制技术改善了这方面的问题；三是机构复杂，修理困难。在液力变扭器内高速循环流动的液压油会产生高温，所以要用指定的耐高温液压油。第二章辛普森式自动变速器的结构与原理图1辛普森式变速器2.1液力变矩器液力变矩器的组成：常见的两级三元件综合式液力变矩器由泵轮总成、涡轮总成、导轮总成、闭锁离合器总成和后盖组成，导轮通过单向离合器与变速箱壳体固定连接。泵轮与后盖焊接成一个整体里面充满了传动油，并与发动机连接，起主动作用。涡轮与变速箱输入轴连接，起动力输出作用。变矩器工作时，泵轮在发动机带动下将传动油冲入涡轮，从而带动涡轮转动，实现了动力由发动机向传动系统的传递。导轮总成中，如果单向离合器工作，液力变矩器则起变矩器作用，从而增加扭矩的输出；如果单向离合器不工作（导轮反转），此时变矩器起到了偶合器的作用。功用：液力变矩器位于发动机和机械变速器之间，以自动变速器油（ATF）为工作介质，主要完成以下功用：(1)传递转矩。发动机的转矩通过液力变矩器的主动元件，再通过ATF传给液力变矩器的从动元件，最后传给变速器。(2)无级变速。根据工况的不同，液力变矩器可以在一定范围内实现转速和转矩的无级变化。(3)自动离合。液力变矩器由于采用ATF传递动力，当踩下制动踏板时，发动机也不会熄火，此时相当于离合器分离；当抬起制动踏板时，汽车可以起步，此时相当于离合器接合。(4)驱动油泵。ATF在工作的时候需要油泵提供一定的压力，而油泵一般是由液力变矩器壳体驱动的。同时由于采用ATF传递动力，液力变矩器的动力传递柔和，且能防止传动系过载。2．组成如图4－6所示，液力变矩器通常由泵轮、涡轮和导轮三个元件组成，称为三元件液力变矩器。也有的采用两个导轮，则称为四元件液力变矩器。2.2行星齿轮变速器的工作原理分析辛普森式行星齿轮变速器是由辛普森式行星齿轮机构和相应的换档执行元件组成的，目前大部分轿车自动变速器都采用这种行星齿轮变速器。辛普森行星齿轮机构是一种十分著名的双排行星齿轮机构，根据这两排在变速器中的位置，分别称之为前行星齿轮机构和后行星齿轮机构，这两组齿轮机构由共用的太阳轮相连接。前后行星轮机构有两种连接方式，一种是前行星齿轮机构的齿圈和后行星齿轮机构的行星架相连，称为前齿圈和后行星架组件，输出轴通常与前齿圈和后行星架组件连接。另一种是前行星齿轮机构的行星架和后行星齿轮机构的齿圈相连，称为前行星架和后齿圈组件，输出轴通常与前行星架和后齿圈组件连接。经过上述组合，该机构成为一种具有四个独立元件的行星齿轮机构。根据前进档的档数不同，可将辛普森式行星齿轮变速器分为三速和四速两种。在辛普森式行星齿轮机构中设置了二个离合器、二个制动器和一个单向离合器，共有五个换档执行元件，即可使之成为一个具有三个前进档和一个倒档的行星齿轮变速器，各换档执行元件的功能见下表。来自输入轴的动力由前进离合器C1输入到后齿圈或由高、倒档离合器C2传至前后太阳轮组件，不同工况下，各换档元件起作用，使动力经前齿圈和后行星架输出至输出轴。辛普森式三速行星齿轮变速器换档执行元件功能表换档执行元件功能前进离合器C1用来连接输入轴和后齿圈高、倒档离合器C2用来连接输入轴和前后太阳轮组件2档制动器B2用来制动前后太阳轮组件低、倒档制动器B3用来制动前行星架单向离合器F1防止前行星架逆转表2-1

辛普森式三速行星齿轮变速器的工作规律选档杆档位离合器制动器单向离合器C1C2B2B3F1

D1档○

○2档○

○

3档○○

R倒档

○

○

SL或211档○

○

2档○

○

表2-2注：○-接合、制动或锁止；

由表2-2可知:当行星齿轮变速器处于停车档和空档之外的任何一个档位时，五个换档执行元件中都有两个处于工作状态，即接合、制动或锁止状态，其余三个不工作，即分离、释放或自由状态。处于工作状态的两个换档执行元件中至少有一个是离合器C1或C2，以便使输入轴和行星排连接。当变速器处于任一前进档时，离合器C1都处于接合状态，此时输入轴与行星齿轮机构的后齿圈接合，使后齿圈成为主动件，因此，离合器C1也称前进离合器。倒档时，离合器C2接合，C1分离，此时输入轴与行星齿轮机构的前后太阳轮组件接合，使前后太阳轮组件成为主动件。另外，离合器C2在三档时也接合，因此离合器C2也称高、倒档离合器。制动器B2仅在二档时才工作，称为二档制动器。制动器B3在一档和倒档时都工作，称为低、倒档制动器。由此可知，换档执行元件的不同组合决定了行星齿轮变速器所处的档位。下面分析辛普森式三速行星齿轮变速器各档的动力传递情况。1）一档当将选档杆置于“D”位，此时车速较低而节气门阀开度较大，也就是需要较大加速力时，前进离合器C1和单向离合器F1起作用。来自液力变扭器的发动机动力经输入轴、前进离合器C1传给后齿圈，使后齿圈朝顺时针方向转动。在后行星排中，由于后行星架经输出轴0和驱动轮相连，在汽车起步之前其转速为，汽车起步后以一档行驶时，其转速也很低，因此后行星轮在后齿圈的驱动下一方面朝顺时针方向作公转，带动后行星架朝顺时针方向转动，另一方面作顺时针方向的自转，并带动前后太阳轮组件朝逆时针方向转动。在前行星排中，由于和输出轴连接的前齿圈转速很低，当前行星轮12在太阳轮的驱动下朝顺时针方向作自转时，对前行星架产生一个逆时针方向的力矩，而单向离合器F1对前行架在逆时针方面有锁止作用，此时，相当于前行星架被固定，使前齿圈在后行星轮的驱动下朝顺时针方向转动。因此，在前进一档时，输入轴的转矩，即通过前行星排机构，又通过后行星排机构传到功率输出轴。这样行星轮机构所承受的负载分为两部分，防止齿轮受力过大。其传动路线如下：

图2-1

设前、后行星排齿圈和太阳轮的齿数之比分别为α1、α2，前后太阳轮组件、前齿圈和后行星架组件、前行星架的转速分别为n1、n2、n3，后齿圈的转速为n2’。根据单排行星齿轮机构的运动特性方程，可以分别得出前、后行星排的运动特性方程。前排：n1+α1n2-(1＋α1)n3＝0后排:n1+α2n2’-(1＋α2)n2＝0由于前行星架的转速n3＝0，代入(1)式得：n1＋α1n2＝0代入(2)式，整理后可以得到一档的传动比为：i1＝n2’/n2＝（1+α1+α2）/α2当汽车在一档行驶时，若驾驶员突然松开油门踏板，发动机转速立即降至怠速。此时汽车在惯性的作用下，仍以原来的车速前进，而与驱动轮连接的自动变速器输出轴的转速并未立即下降，反向带动行星齿轮变速器运转。行星齿轮机构的后行星架和前齿圈组件成为主动件，后齿圈则成为从动件。当后行星架朝顺时针转动，后齿圈朝顺时针转动的速度较低，后行星轮在向顺时针方向公转的同时也朝逆时针方向作自转，从而带动前后太阳轮组件以较高转速向顺时针方向转动，导致前太阳轮和前齿圈同时以较高的转速朝顺时针方向带动前行星轮转动，使前行星轮在自转的同时对前行星架产生一个顺时针方向的力矩。由于单向离合器F1只能防止前行星架的逆转，因此，前行星架顺时针自由转动。在这种情况下，辛普森式行星齿轮机构的四个独立元件中有两个处于自由状态，使行星齿轮机构失去传递动力的作用，与驱动轮连接的输出轴的反向驱动力无法经过行星齿轮变速器传给变速器输入轴，此时汽车相当于作空档滑行，这种情况在一般使用条件下有利于提高汽车的乘坐舒适性和燃油经济性，但在汽车下陡坡时却无法利用发动机的怠速运转阻力来实现发动机制动，让汽车减速。为了使装用自动变速器的汽车也能实现发动机制动，必须让它在前进一档有两种不同的选择状态，即有发动机制动和无发动机制动两种，这两种状态的选择通常是改变自动变速器选档杆的位置来实现。当选档杆位于D位时，自动变速器的一档处于不能产生发动机制动作用的状态；当选档杆位于L位或1位时，自动变速器的一档处于能产生发动机制动作用的状态。2）有发动机制动作用的一档具有发动机制动作用的一档是通过低、倒档制动器B3来实现的。当选档杆位于L位或1位时，若行星齿轮变速器处于一档，前进离合器C1和低、倒档制动器B3同时起作用，此时行星齿轮变速器的工作状态和D位一档相同，但由于低、倒档制动器B3处于制动状态，无论是踩下油门踏板加速，还是松开油门踏板滑行，前行星架都是固定不动的，因此行星齿轮变速器的传动比也都是固定不变的。当汽车滑行，发动机处于怠速工况而车速仍较高时，驱动轮在汽车惯性的作用下通过变速器输出轴带动行星齿轮变速器运转，驱动行星齿轮变速器输入轴以原来的转速旋转，导致与行星齿轮变速器输入轴连接的变扭器涡轮转速高于与发动机曲轴连接的变扭器泵轮的转速，来自汽车驱动车轮的反向驱动力通过变扭器作用于发动机曲轴。同样，发动机怠速运转的牵制阻力通过变速器和行星齿轮变速器作用于驱动轮，使驱动轮转速下降，汽车随之减速，实现了发动机制动。3）二档汽车以一档行驶，当车速达到一定速度时，由于1-2换档阀的作用，使二档制动器B2起作用，前进离合器C1同时继续起作用，行星齿轮变速器处于二档。此时输入轴仍经前进离合器C1和后齿圈连接，同时前后太阳轮组件被二档制动器B2制动。发动机动力经液力变扭器和行星齿轮变速器输入轴传给后齿圈，使之顺时针方向转动，由于后太阳轮转速为0，因此后行星轮在后齿圈的驱动下一方面朝顺时针方向自转，另一方面朝顺时针方向公转，同时带动后行星架及输出轴顺转。此时前行星排处于自由状态，前行星轮在前齿圈的驱动下朝顺时针方向一边自转一边公转，带动前行星架朝顺时针方向空转。因此二档时发动机的动力是全部经后行星排传至输出轴的。二档时前、后行星排工作原理示意图二档的传递路线为:输入轴→前进离合器C1→后齿圈→后行星轮→后行星架（B2使太阳轮固定不动）→输出轴后行星排的运动特性方程：n1＋α2n2’－(1＋α2)n2＝0又n1＝0故二档传动比：i2＝n2/n2’=（1＋α2）/α2在上述二档状态下，汽车滑行时驱动轮的反向驱动力可经过行星齿轮变速器传至发动机，即具有发动机制动作用。４）三档当车速从二档继续上升到一定的车速时，由于2-3档换档阀的作用，使高、倒档离合器C2接合，前进离合器C1同时继续接合，把输入轴与后齿圈和前后太阳轮组件连接为一个整体，行星齿轮变速器升入三档，由于此时后行星排中有两个基本元件相互连接，从而使后行星排固定地连成一体而旋转，输入轴的动力通过后行星排直接传给输出轴，其传动比i3=1，即为直接档传动。此时前行星轮在前齿圈的驱动下带动前行星架朝顺时针方向空转。三档的传递路线为:输入轴→前进离合器C1和高、倒档离合器C2→前后行星排锁在一起→输出轴在三档状态下，汽车滑行时，行星齿轮变速器具有反向传递动力的能力，能实现发动机制动。５）倒档当位于倒档时，高、倒档离合器Ｃ2起作用，使输入轴和前后太阳轮组件连接，同时制动器Ｂ3产生制动，将前行星架固定，此时发动机动力经输入轴传给前后太阳轮组件，使前后太阳轮顺时针方向转动。由于前行星架固定不动，因此在前行星排中，前行星轮在前后太阳轮组件的驱动下朝逆时针自转，并带动前齿圈朝逆时针方向转动，输出轴即朝逆时针方向转动，从而改变了动力的传动方向，实现了倒档。此时，后行星排中由于后齿圈可以自由转动，因此后行星排处于自由状态，后齿圈在后行星轮的带动下朝逆时针方向自由转动。其传动路线是:输入轴→离合器C2→前后太阳轮组件→前行星轮（制动器Ｂ3起作用，前行星架固定）→前齿圈→输出轴倒档时的动力是由前行星排传给输出轴的，根据单排行星齿轮机构的运动特性方程，可知：n1+α1n2-(1+α1)n3=0由于n3=0倒档传动比iＲ＝－α12.3行星齿轮中的换档执行元件的结构及工作原理行星齿轮变速器的换档执行元件包括离合器、制动器和单向离合器。单向离合器的结构、原理同导轮单向离合器，检查方法如图2-2所示，要求在箭头所示的方向自由转动，而反方向锁止，必要时更换或重新安装。下面重点介绍离合器和制动器。图2-2

单向离合器的检查

1．离合器离合器的功用是连接轴和行星齿轮机构中的元件或是连接行星齿轮机构中的不同元件。1)结构、组成离合器主要由离合器鼓、花键毂、活塞、主动摩擦片、从动钢片、回位弹簧等组成，如图2-3所示。图2-3

离合器零件分解图l－卡环

2－弹簧座

3－活塞

4－O形圈

5－离合器鼓

6－回位弹簧

7－碟形弹簧

8－从动钢片

9－主动摩擦片

10－压盘

11－卡环离合器鼓是一个液压缸，鼓内有内花键齿圈，内圆轴颈上有进油孔与控制油路相通。离合器活塞为环状，内外圆上有密封圈，安装在离合器鼓内。从动钢片和主动摩擦片交错排列，二者统称为离合器片，均使用钢料制成，但摩擦片的两面烧结有铜基粉末冶金的摩擦材料。为保证离合器接合柔和及散热，离合器片浸在油液中工作，因而称为湿式离合器。钢片带有外花键齿，与离合器鼓的内花键齿圈连接，并可轴向移动，摩擦片则以内花键齿与花键毂的外花键槽配合，也可作轴向移动。花键毂和离合器鼓分别以一定的方式与变速器输入轴或行星齿轮机构的元件相连接。碟形弹簧的作用是使离合器接合柔和，防止换档冲击。可以通过调整卡环或压盘的厚度调整离合器的间隙。2)工作原理离合器的工作原理如图2-4所示。图2-4

离合器工作原理a)分离状态

b)接合状态1－控制油道

2－回位弹簧

3－活塞

4－离合器鼓

5－主动片

6－卡环

7－压盘

8－从动片

9－花键毂

10－弹簧座当一定压力的ATF油经控制油道进入活塞左面的液压缸时，液压作用力便克服弹簧力使活塞右移，将所有离合器片压紧，即离合器接合，与离合器主、从动部分相连的元件也被连接在一起，以相同的速度旋转。当控制阀将作用在离合器液压缸的油压撤除后，离合器活塞在回位弹簧的作用下回复原位，并将缸内的变速器油从进油孔排出，使离合器分离，离合器主从动部分可以不同转速旋转。为了快速泄油，保证离合器彻底分离，一般在液压缸中都有一个单向球阀，如图2-5所示。当ATF油被撤除时，球体在离心力的作用下离开阀座，开启辅助泄油通道，使ATF油迅速撤离。图2-5

带单向安全阀的离合器a)接合时

b)分离时1－单向球阀

2－液压缸

3－油封

4－辅助泄油通道

5－活塞3)检修离合器总成分解后要对每个零件进行清洗和检查，如离合器鼓、花键毂、离合器片、压盘等是否磨损严重、变形，回位弹簧是否断裂、弹性不足，单向球阀是否密封良好等，必要时更换零部件和总成。离合器重新装配后要检查离合器的间隙。间隙过大会使换档滞后、离合器打滑；间隙过小会使得离合器分离不彻底。检查离合器间隙一般是用厚薄规（塞尺）进行，如图2-6所示。图2-6

检查离合器间隙1－离合器总成

2－厚薄规2．制动器制动器的功用是固定行星齿轮机构中的元件，防止其转动。制动器有片式和带式两种形式。片式制动器与离合器的结构和原理相同，不同之处是离合器是起连接作用而传递动力，而片式制动器是通过连接而起制动作用。下面介绍带式制动器。1)结构、组成带式制动器由制动带和控制油缸组成，如图2-7所示为带式制动器的零件分解图。制动带是内表面带有镀层的开口式环形钢带。制动带的一端支承在与变速器壳体固连的支座上，另一端与控制油缸的活塞杆相连。图2-7

带式制动器的零件分解图1－卡环

2－活塞定位架

3－活塞

4－止推垫圈

5－垫圈

6－锁紧螺母

7－调整螺钉

8－制动带

9－活塞杆

10－回位弹簧

11－O形圈

2)工作原理制动器的工作原理如图2-8所示，制动带开口处的一端通过支柱支承于固定在变速器壳体的调整螺钉上，另一端支承于油缸活塞杆端部，活塞在回位弹簧和左腔油压作用下位于右极限位置，此时，制动带和制动鼓之间存在一定间隙。制动时，压力油进入活塞右腔，克服左腔油压和回位弹簧的作用力推动活塞左移，制动带以固定支座为支点收紧。在制动力矩的作用下，制动鼓停止旋转，行星齿轮机构某元件被锁止。随着油压撤除，活塞逐渐回位，制动解除。图2-8制动器的工作原理1－调整螺钉（固定支承端）

2－制动带

3－制动鼓

4－油缸盖

5－活塞

6－回位弹簧

7－支柱3)检修检查制动带是否破裂、过热、不均匀磨损、表面剥落等情况，如果有任何一种，制动带都应更换。检查制动鼓表面是否有污点、划伤、磨光、变形等缺陷。制动器装配后要调整工作间隙，原因与离合器间隙的调整是一样的。方法是：将调整螺钉上的锁紧螺母拧松并退回大约五圈，然后用扭力扳手按规定转矩将调整螺钉拧紧，再按维修手册的要求将调整螺钉退回一定圈数，最后用锁紧螺母紧固。2.4辛普森式行星齿轮机构的特点辛普森式行星齿轮机构有两个单级行星排，这两个行星排的元件却有两个太阳轮、两个行星架和两个齿圈。但是这两个行星排的太阳轮是公共的，也就是说两个行星排共用一个太阳轮；第二个特点是一个行星排的齿圈和另一个行星排的行星架连接，成为一个共同旋转的组件，称为前齿圈后行星架组件，这个组件被被用于输出。1－公共太阳轮；2－前排行星架；3－后排齿圈；4－前齿圈后行星架组件（用作输出）；辛普森式行星齿轮机构可这实现三个前进档和一个倒档，现采用丰田A340E自动变速器的结构分析辛普森式行星齿轮机构需要的执行元件（离合器、制动器和单向离合器）换档过程：有两个离合器C1和C2，离合器C1连接的输入与后排齿圈，离合器C2连接输入与公共太阳轮。注意制动器B2和单向离合器F2，这两个执行元件均负责前排行星架，制动器B2制动前排行星架，而单向离合器F2可以单向的制动前排行星架，即只允许前排行星架单向旋转。制动器B3、B1和单向离合器F1负责制动公共电太阳轮。制动器B3双向的制动公共太阳轮，而制动器B1制动的是单向离合器F1，而单向离合器F1只能单向的制动太阳轮，即当制动器B1制动后，F1单向锁止公共太阳轮。第三章辛普森式自动变速器的故障及原因自动变速器由于结构类型较多，而且较为复杂，除了机械系统之外，还有十分复杂的液压系统和电控系统，因此产生故障的原因是多方面的，其中掌握每一个变速器的每一个档位的传动路线是诊断故障的主线，变速执行元件的作用或释放都是为传动路线服务的。多片离合器、制动箍带以及单向、超越式离合器都是比较容易损坏的机械部件，一旦变速执行元件失去功能，就可能影响档位的传动路线。由于每一个变速器中的复合行星齿轮机构不同，因此变速执行元件对传动路线的影响也不同。自动变速器中的液压系统主要是为变速执行元件中的多片离合器和伺服油缸服务的，使它们作用或释放。影响多片离合器或伺服油缸正常工作的最主要的因素是主回路油压。而影响主回路油压的因素很多，但关键是油泵的密封件磨损，调压阀卡滞或磨损以及液压回路的内部泄漏等。自动变速器的电子传感器主要收集换档信息和改善换档品质，以及监控报警信息，如果这些变速器的耳目发生损坏，则ECU无法执行正确的程序，无法正确地处理信息。自动变速器电控系统的执行元件主要指各种控制阀的电磁线圈，线圈的开路或短路以及电阻值发生变化是经常出现的故障，它直接影响电磁阀的工作。总之，由于影响自动变速器故障的因素很多，在诊断过程中要比较充分地加以考虑，可以采用比较法和筛选法，逐一加以判断。下面所列的故障及原因，具有典型性。3.1换档执行元件故障1．换档过程有明显冲击原因：多片离合器或制动箍带因磨损而产生比较大的间隙，“飞车”或“丢速”引起换档冲击烽擦副的表面状态已变化；储能器活塞卡滞，峰值油压无法衰减；调压阀阀体卡滞。2．液控自动变速器的换档点不准确低档换高档时车速提前的原因：节气门开度阀联动的钢绳索调整过松，使开度阀弹簧预紧力偏小；真空压力调制器滑阀发卡；调速阀滑阀发卡。低档换高档时车速延迟的原因：主回路油压偏高；节气门开度阀联动的钢绳索调整过紧，使开度阀弹簧预紧力偏大；调速阀单向阀座泄漏；真空压力调制器的真空管破裂或滑间发卡；换档阀滑阀发卡。3．电控自动变速器的换档点不准确原因：换档规律开关选择不正确或损坏aCU控制程序有故障；节气门位置传感器和车速传感器有故障或连接导线松脱。换档电磁阀线圈故障或滑阀发卡。4．换档错位或输出轴不转原因：手动阀位置调整不准确或滑阀磨损泄漏；换档电磁阀线圈故障或换档阀发卡；ECU电源处于失电状态；主回路油压偏低，多片离合器或制动箍带打滑；单向或超越式离合器损坏；多片离合器活塞、伺服油缸活塞以及换档阀发卡，使它们无法作用或释放。3.2自动变速器油故障1．自动变速器油温过高原因：油底壳中液面位置过低；长期处于大扭矩，大负载下工作浓车辆长期处于等待状态时，制动踏板没有释放（变矩器中的液体严重“剪切”）；主回路油压偏低，多片离合器、制动箍带或变矩器锁止离合器（TCC）处于打滑状态；油冷却器管路或单向阀污垢堵塞。2．主回路油压偏低原因：液面高度偏低或滤清器堵塞；油泵磨损泄漏；液压回路中的密封环、单向阀座。活塞以及滑阀磨损、发卡引起泄漏；上、下阔板连接螺栓松动；节气门开度阀联动钢绳索调节过松；真空压力调制器滑阀发卡；调压阀滑阀发卡；预紧弹簧断裂