液力机械传动

液力机械传动液力机械式自动变速器—AT不同车型的自动变速器总体来说，主要包括：液力变矩器、齿轮变速器、油泵、控制系统、手控连杆机构、冷却系统、壳体等几个部分。发动机车轮液力变矩器作用？思考液力变矩器齿轮变速器液力机械式自动变速器—AT液力变矩器安装的位置识别自动变速驱动桥自动变速器

主要内容液力耦合器液力变矩器的结构与工作原理综合式液力变矩器一、液力耦合器

1.组成泵轮、涡轮液力耦合器

1.组成泵轮、涡轮

发动机曲轴凸缘上装有外壳，泵轮与外壳连接（或焊接）在一起，随曲轴一起转动，为液力偶合器的主动部分。与泵轮相对安装的涡轮，与输出轴连接在一起，为液力变矩器的从动部分。泵轮与变矩器壳体连成一体，其内部径向装有许多扭曲的叶片，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飞轮相连接。泵轮涡轮叶片的扭曲方向与泵轮叶片的扭曲方向相反。涡轮中心有花键孔与变速器输入轴相连。涡轮液力耦合器

2.结构泵轮和涡轮统称为工作轮，相对安装且互不接触，两轮装合后相对端面之间有3～4mm的间隙；各工作轮用铝合金精密制造，或用钢板冲压焊接而成,叶轮内部有许多径向叶片，叶片有一定的曲率；它们的内腔共同构成圆形或椭圆形的环状空腔，其轴线断面一般为圆形，此环状空腔称为循环圆，该剖面是位于通过包含泵轮、涡轮轴所作的截面，也称轴截面。液力耦合器3.工作原理水泵带动水轮机一对风扇液力耦合器传动原理：输入轴输入的机械能通过泵轮传给工作液，提高其动能，工作液在循环流动过程中又将动能传给涡轮输出。因此，液力耦合器实现传动的必要条件是工作液在泵轮和涡轮之间有循环流动。液力偶合器涡流、环流的产生耦合器油液流动轨迹视频

（1）“涡流”的产生

当泵轮随飞轮转动时，由于离心力的作用，液体沿泵轮叶片间的通道向外缘流动，外缘油压高于内缘油压，油液从泵轮外缘冲向涡轮外缘，又从涡轮内缘流入泵轮内缘，可见在轴向断面（循环圆）内，液体流动形成循环流，称为“涡流”。

（2）环流的产生因涡流的产生，液体冲向涡轮使两轮间产生牵连运动，涡轮产生绕轴旋转的扭矩。可见，循环圆内的液体绕轴旋转形成“环流”。上述两种油流的合成，形成一条首尾相接的螺旋流。液力耦合器4.油液流动（螺旋形路线）只有存在循环流运动时才能传递动力；只有存在转速差（nB>nw）才能存在环流运动；（转速差越大，传递的转矩越大）nW<nB，MW=MB

；nw=nB，MW=0。液力偶合器的传动效率为涡轮轴上的输出功率Pw

与泵轮上的输入功率Pb之比用η表示。

η＝Pw/Pb＝Ｍw·nw/（Ｍb·nb）因：Ｍb＝Ｍw

故：η＝nw/nb=i

式中:nb—泵轮转速；

nw—涡轮转速；

i—液力偶合器的传动比，即输出轴转速与输入轴转速之比。液力耦合器传动特点优点：

在没有附加其他机械操纵装置的情况下，能够通过它平稳地切断和接通发动机和驱动轮之间的动力传递，能够很好地适应汽车平稳起步的要求。“软连接”可以通过液体为介质，吸收传动系统的冲击和振动，延长零部件的寿命和减少噪声

由于液力偶合器只有传动作用，不能改变扭矩的大小，故必须有变速机构与其配合使用。它不能使发动机与传动系彻底分离，为解决换挡问题，在液力耦合器和机械变速器之间还需安装一个离合器，从而增加了传动系重量及纵向尺寸，所以换用液力变矩器。缺点：液力耦合器优缺点作用：1.起到离合器的作用，传递或切断发动机与自动变速器传动机构之间的动力传递。2.在一定范围内无级变速变扭，将发动机的扭矩增大输出。3.起到飞轮的作用，使发动机运转平稳。二、液力变矩器液力变矩器的实物图液力变矩器1.结构由泵轮、涡轮、导轮组成泵轮泵轮在变矩器壳体内，许多曲面叶片径向安装在内。在叶片的内缘上安装有导环，提供一通道使液体流动畅通。变矩器通过驱动端盖与曲轴连接。当发动机运转时，将带动泵轮一同旋转，泵轮内的液体依靠离心力向外冲出。发动机转速升高时泵轮产生的离心力亦随着升高，由泵轮向外喷射的液体的速度也随着升高。使发动机机械能液体能量涡轮

涡轮同样也是有许多曲面叶片的圆盘，其叶片的曲线方向不同于泵轮的叶片。涡轮通过花键与变速器的输入轴相啮合，涡轮的叶片与泵轮的叶片相对而设，相互间保持非常小的间隙。将液体能量涡轮轴上机械能导轮导轮是有叶片的小圆盘，位于泵轮和涡轮之间。它安装于导轮轴上，通过单向离合器固定于变速器壳体上。导轮上的单向离合器可以锁住导轮以防止反向转动。这样，导轮根据工作液冲击叶片的方向进行旋转或锁住。通过改变工作油的方向而起变矩作用单向离合器液力变矩器的工作原理同液力耦合器一样，液力变矩器在正常工作时，贮于环形腔内的油液，除有绕变矩器轴线的圆周运动（涡流）外，还有在循环圆中如箭头所示的循环流动（环流），故可将转矩从泵轮传至涡轮。与液力耦合器不同的是，液力变矩器不仅能传递转矩，而且能在泵轮转矩不变的情况下，随着涡轮转速的不同自动地改变涡轮所输出的转矩值，即“变矩”。液力变矩器的工作原理FB：泵轮对涡轮的作用力FD：导轮对涡轮的反作用力FW：涡轮上的合力此时，涡轮的输出转矩MW大于泵轮的输入转矩MB，即起到了增大转矩的作用。液力变矩器的工作原理Va:涡流方向Vb:环流方向Vc:螺旋流方向汽车将要起步，Va>Vb,所以Vc冲击导轮的正面。汽车加速行驶，涡轮转速增加，Va逐渐变小，Vb逐渐变大，使得Vc的方向发生了改变。液力变矩器的工作原理当涡轮转速是泵轮转速的0.85倍时，Vc的方向与导轮的方向相切，那么导轮对涡轮的反作用力FD消失，即MD为零，MW=MB，此时相当于耦合器，此时称谓耦合工作点。液力变矩器的工作原理当涡轮的转速与泵轮转速向接近时，Va最小，Vb最大，Vc的方向冲击导轮的背面，导轮对涡轮的反作用力使涡轮有反向运动的趋势，所以MW=MB-MD，此时，涡轮的输出扭矩小于泵轮的输入扭矩。最终，当涡轮与泵轮的转速相同时，工作液流动停止，不传递动力。液力变矩器的工作原理液力变矩器的工作特性定义：当发动机的转速和转矩一定，泵轮的转速和转矩也一定时，涡轮与泵轮之间的转矩比、转速比、和传动效率三者的变化规律。变扭比（K）=MW/Mb，一般为2~4倍。转速比（i）=nw/nb≤1传动效率（η）=输出功率/输入功率=Nw/Nb=Ki＜1注意与齿轮的传动比区别i=输入/输出液力变矩器在泵轮转速不变的条件下，涡轮转矩随其转速变化的规律，即为变矩器特性。液力变矩器的工作特性液力变矩器的工作特性i=0.85耦合点变矩器效率耦合器效率变矩器效率变矩器效率三元件综合式液力变矩器这是一种典型的轿车用液力变矩器。三元件是指其工作轮的数目为三个，即泵轮、涡轮和导轮各一个。1－滚柱2－塑料垫片3－涡轮轮毂4－曲轴凸缘5－涡轮6－起动齿圈7－变矩器壳8－泵轮9－导轮10－单向离合器外座圈11－单向离合器内座圈12－泵轮轮毂13－变矩器输出轴(齿轮变速器第一轴)14－导轮固定套管15－推力垫片16－单向离合器盖液力变矩器的单向离合器综合式液力变矩器的目的，在于当涡轮处于低速和中速段时，可利用液力变矩器增大输入转矩的特点；而在涡轮处于高转速段时，可利用液力耦合器高效率的特点，即结合了普通液力变矩器和耦合器的优点。

1－内座圈2－外座圈3－导轮

4－铆钉5－滚轮6－叠片弹簧滚柱式楔块式液力变矩器的单向离合器三元件综合式液力变矩器特性曲线耦合器效率变矩器效率四元件综合式液力变矩器为了使液力变矩器的高效率区域更宽，可将导轮分割成两个，分别装在各自的单向离合器上，从而形成双导轮。

1－起动齿圈2－变矩器壳3－曲轴凸缘4－第一导轮（Ⅰ）5－涡轮6－泵轮7－第二导轮（Ⅱ）8－自由轮机构9－输出轴10－导轮固定套管四元件综合式液力变矩器特性曲线带锁止离合器的液力变矩器

闭锁式液力变矩器可以实现液力变矩器传动和机械直接传动两种工况，把两者的优点结合于一体。a)闭锁离合器分离状态b)闭锁离合器接合状态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的液力变矩器液力机械变速器多数自动变速器是采用多排行星齿轮机构提供不同的传动比。传动比可以由驾驶员手动选择，也可以由电控系统或液压控制系统通过接合和释放换挡离合器和制动器自动选择。

液力机械变速器单排行星齿轮机构的传动原理行星齿轮机构工作时将太阳轮、齿圈和行星架这三者中的任一元件作为主动件，使它与输入轴联结，将另一元件作为被动件与输出轴联结，再将第三个元件加以约束制动。这样整个行星齿轮机构即以一定的传动比传递动力。行星齿轮变速器工作情况视频1-太阳轮；2-齿圈；3-行星架；4-行星齿轮单排行星齿轮机构的传动原理设太阳轮、齿圈和行星架的转速分别为n1、n2和n3，齿数分别为zl、z2和z3，齿圈与太阳轮的齿数比为α。根据能量守恒定律，可得单排行星齿轮机构一般运动规律的特性方程式:n1+αn2-(1+α)n3=0

其中：α=Z2/Z1＞11）齿圈固定，太阳轮主动，行星架被动

太阳轮带动行星齿轮沿静止的齿圈旋转，从而带动行星架以较慢的速度与太阳轮同向旋转，传动比为：

i13=1+α为前进降速挡，减速相对较大。2）齿圈固定，行星架主动，太阳轮被动

传动比为：i31=1/(1+α)

为前进超速挡，增速相对较大。

3）太阳轮固定，齿圈主动，行星架被动

传动比为：

i23=1+z2/z1

=1+1/α

为前进降速挡，减速相对较小。4）太阳轮固定，行星架主动，齿圈被动

传动比为：

i32=z2/(z1+z2)=α/(1+α)

为前进超速挡，增速相对较小。5）行星架固定，太阳轮主动，齿圈被动

行星架固定，行星齿轮只能自转，太阳轮经行星齿轮带动齿圈旋转输出动力。齿圈的旋转方向与太阳轮相反。传动比为：

i12=z2/z1=-α

为倒挡减速挡。

6）行星架固定，齿圈主动，太阳轮被动

行星架固定，行星齿轮只能自转，齿圈经行星齿轮带动太阳轮旋转输出动力。太阳轮的旋转方向与齿圈相反，传动比为：

i21=-z1/z2=-1/α

为倒挡超速挡。

7）直接传动

若三元件中的任两元件被连接在一起，则第三元件必然与这两者以相同的转速、相同的方向转动。

8）自由转动

若所有元件均不受约束，则行星齿轮机构失去传动作用。此种状态相当于空挡。

行星齿轮机构的工作情况

状态挡位固定部件输入部件输出部件旋转方向1降速挡齿圈太阳轮行星架相同方向2超速挡齿圈行星架太阳轮相同方向3降速挡太阳轮齿圈行星架相同方向4超速挡太阳轮行星架齿圈相同方向5倒挡位（降速）行星架太阳轮齿圈相反方向6倒挡位（超速）行星架齿圈太阳轮相反方向7直接挡没有任意两个第三元件同向同速8空挡位没有不定不定不转动

行星齿轮机构与外啮合齿轮机构相比具有以下优点：1）所有行星齿轮均参与工作，都承受载荷，行星齿轮工作更安静，强度更大。2）行星齿轮工作时，齿轮间产生的作用力由齿轮系统内部承受，不传递到变速器壳体，变速器可以设计得更薄、更轻。3）行星齿轮机构采用内啮合与外啮合相结合的方式，与单一的外啮合相比，减小了变速器尺寸。4）行星齿轮系统的齿轮处于常啮合状态，不存在挂挡时的齿轮冲击，工作平稳，寿命长。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

三、换挡执行机构

行星齿轮变速器中的所有齿轮都处于常啮合状态，挡位变换必须通过以不同方式对行星齿轮机构的基本元件进行约束(即固定或连接某些基本元件)来实现。能对这些基本元件实施约束的机构，就是行星齿轮变速器的换挡执行机构。执行机构主要由离合器、制动器和单向离合器三种执行元件组成，离合器和制动器是以液压方式控制行星齿轮机构元件的旋转，而单向离合器则是以机械方式对行星齿轮机构的元件进行锁止。1.多片离合器

(1)作用

自动变速器中的湿式多片离合器是用来连接输入轴或输出轴和某个基本元件，或将行星齿轮机构中某两个基本元件连接在一起实现转矩的传递。点击播放离合器片离合器

(2)构造：一般为多片摩擦式，是液压控制的执行元件。基本组成:离合器壳体、离合器活塞、回位弹簧、离合器片（钢片、摩擦片）、花键毂

摩擦片与旋转的花键毂的齿键连接，可轴向移动，为输入端，片上有钢基粉末冶金层或合成纤维层。从动钢片与转动毂的内花键连接也可轴向移动，可输出扭矩。活塞为环状，另外活塞上有密封圈、回位弹簧。花键毂输入轴弹簧活塞壳体主动盘压盘从动盘卡环(3)工作情况：离合器接合：当压力油经油道进入活塞左面的液压缸时，液压力克服弹簧力使活塞右移，将所有离合器片压紧。离合器分离：当控制阀将作用在离合器液压缸的油压力撤除后，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。离合器自由间隙：离合器处于分离状态时，离合器片之间有一定的轴向间隙，以保证钢片和摩擦片之间无轴向压力。工作情况（4）安全阀的功用

压力油进入液压缸时，钢球在油压作用下压紧在阀座上，安全阀处于关闭状态，保证液压缸的密封。压力油排出时，缸体内的压力下降，安全阀在离心力作用下离开阀座处于开启状态，残留在缸内的液压油因离心力作用排出，使离合器分离彻底。2.制动器

制动器的功用是固定行星齿轮机构中的基本元件，阻止其旋转。在自动变速器中常用的制动器有湿式多片式制动器和带式制动器两种。（1）片式制动器

片式制动器：其结构与片式离合器相同。不同之处是制动器从动片的外缘花键齿与固定的变速器外壳连接，可轴向移动，以便接合时将主动件制动，使行星齿轮机构改组换挡。该种制动器接合的平顺性好，间隙无须调整，其缺点是轴向尺寸大。能通过增减摩擦片数来满足不同排量发动机的要求，故小轿车使用很多。片式制动器工作过程（2）带式制动器

它由制动带、油缸、活塞和调整件组成。外弹簧为活塞的回位弹簧。内弹簧为旋转鼓反作用力的缓冲弹簧，防止活塞振动。调整点多在带的支撑端，可在体外调整或拆下油底调整。拧动调整螺栓来调整（旋紧再松2～3圈），调好后再用锁紧螺母锁紧。优点：结构简单易于安装，带式制动器轴向尺寸小可缩短变速器的长度。缺点：使变速器壳体上产生局部的高应力区；制动带磨损后需要调整间隙；工作的平顺性差，控制油路中多配有缓冲阀。调整螺钉制动带工作油路活塞杆活塞制动鼓点击播放带式制动器3.单向离合器

作用：单方向固定行星齿轮机构中某个基本元件的转动。

常见形式：滚柱斜槽式（液力变矩器常用）和楔块式（行星齿轮变速器常用）。单向离合器单向离合器工作原理四、组合式行星齿轮系统

由于单排行星齿轮机构不能满足汽车行驶中变速变矩的需要。为了增加传动比的数目，可以通过增加行星齿轮机构来实现。在自动变速器中，两排或多排行星齿轮机构组合在一起，用以满足汽车行驶需要的多种传动比。目前，常见的复合式行星齿轮机构有：辛普森式齿轮机构和拉维娜式行星齿轮机构。多排行星齿轮机构一般布置形式两排行星齿轮机构共用一个太阳轮——辛普森式行星齿轮机构。有两个太阳轮，两排行星齿轮共用一个齿圈——拉威娜式行星齿轮机构。有些附加一套单排行星齿轮机构实现超速挡。1.辛普森行星齿轮系统辛普森式行星齿轮机构由4个独立的元件组成：前齿圈、前后太阳轮组件、后行星架、前行星架和后齿圈组件。辛普森式行星齿轮机构是双排行星齿轮机构，它由两个内啮合式单排行星齿轮机构组合而成，能提供三个前进挡和一个倒挡。前面可以加一排超速行星齿轮机构。

辛普森式行星齿轮机构结构形式

1-前齿圈；2-前行星轮；3-前行星架和后齿圈组件4-前后太阳轮组件；5-后行星轮；6-后行星架辛普森式行星齿轮机构啮合形式辛普森式3挡行星齿轮变速器换档执行元件

超速挡行星架前行星架后行星架中间轴输入轴输出轴超速挡太阳轮超速挡齿圈前行星齿圈太阳轮后行星齿圈（1）结构特点B0：超速挡制动器F0：超速挡单向离合器C0：超速挡离合器B1：Ⅱ挡滑行制动器F1：Ⅱ挡单向离合器C1：前进挡离合器B2：Ⅱ挡制动器F2：低挡单向离合器C2：高挡及倒挡离合器B3：低挡及倒挡制动器工作原理自动变速器换挡手柄有六个位置：P、R、N、D、2、L。（1）换挡手柄位于“D”位时D位1挡：C0、

F0

、C1、F2工作，变速器处于D位1挡。超速挡行星架前行星架后行星架中间轴输入轴输出轴超速挡太阳轮超速挡齿圈前行星齿圈太阳轮后行星齿圈超速挡行星架前行星架后行星架中间轴输入轴输出轴超速挡太阳轮超速挡齿圈前行星齿圈太阳轮后行星齿圈D位2挡：C0、

F0

、

C1、B2、F1工作，变速器处于D位2挡。D位3挡：C0、

F0

、

C1、C2工作，变速器处于D位3挡。D位4挡：B0

、

C1、C2工作，变速器处于D位4挡。2档3档超速挡行星架前行星架后行星架中间轴输入轴输出轴超速挡太阳轮超速挡齿圈前行星齿圈太阳轮后行星齿圈