单元十三 自动变速器

PAGE17PAGE1第页教学目标知识目标：掌握液力变矩器的结构和工作原理；掌握自动变速器齿轮传动机构的结构与工作原理；掌握常见行星齿轮机构动力传递路线；了解汽车自动变速器控制系统的结构与工作原理；了解无级变速器结构与工作原理。能力目标：展望电控自动变速器的现状及发展趋势素质目标：教学重点自动变速器齿轮传动机构的工作原理教学难点自动变速器齿轮传动机构的工作原理教学手段理实一体实物讲解小组讨论、协作教学学时教学内容与教学过程设计注释单元十三自动变速器〖理论知识〗一、自动变速器概述1.自动变速器的基本组成自动变速器一般是指液力自动变速器,它是液力变扭器和齿轮自动变速器的组合。1）液力传动装置2）齿轮变速机构3）液压控制系统4）电子控制系统5）冷却滤油装置2.自动变速器的工作原理1）液控自动变速器通过机械传动方式将汽车行驶时的车速和节气门开度这两个主控制参数转变为液压控制信号。液压控制系统的阀体总成中的各控制阀根据这些液压控制信号的变化,按照设定的换挡规律,操纵换挡执行元件的动作实现自动换挡。2）电控自动变速器通过各种传感器将发动机的转速、节气门开度、车速、发动机冷却液温度、自动变速器油（ATF)温度等参数信号输入ECU,ECU根据这些信号,按照设定的换挡规律,向换挡电磁阀、油压电磁阀等发出动作控制信号,换挡电磁阀和油压电磁阀再将ECU的动作控制信号转变为液压控制信号,阀体中的各控制阀根据这些液压控制信号,控制换挡执行元件的动作,从而实现自动换挡过程。3.自动变速器的分类及优缺点1）自动变速器的分类（1）按变速方式分类。自动变速器按变速方式的不同,可分为有级变速器和无级自动变速器两种。（2）按驱动方式分类。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两种。（3)按自动变速器前进挡的挡位数不同分类。自动变速器按照变速杆置于前进挡时的挡位数,可以分为4个前进挡、5个前进挡、6个前进挡等。有的轿车还设有超速挡,改善了汽车的燃油经济性。（4)按齿轮变速器的类型分类。自动变速器按齿轮变速器的类型不同,可分为行星齿轮式和普通圆柱齿轮式两种。2）自动变速器的优缺点二、液力耦合器与液力变矩器1.液力耦合器的结构与工作原理1）液力耦合器的结构液力耦合器是一种液力传动装置,又称液力联轴器。在不考虑机械损失的情况下,输出力矩与输入力矩相等。它的主要功能:防止发动机过载，调节工作机构的转速。液力耦合器主要由壳体、泵轮、涡轮三个部分组成。2）液力耦合器的工作原理如图13-5所示。图13-5液力耦合器的工作原理2.液力变矩器的结构与工作原理1）一般式液力变矩器的结构与工作原理（1）一般式液力变矩器的结构。一般式液力变矩器有三个工作轮即泵轮、涡轮和导轮。泵轮和涡轮的构造与液力耦合器基本相同；导轮则位于泵轮和涡轮之间,并与泵轮和涡轮保持一定的轴向间隙,通过导轮固定套固定于变速器壳体上。（2）一般式液力变矩器的工作原理。发动机运转时带动液力变矩器的壳体和泵轮与之一同旋转,泵轮内的液压油在离心力的作用下,由泵轮叶片外缘冲向涡轮,并沿涡轮叶片流向导轮,再经导轮叶片内缘形成循环的液流。导轮的作用是改变涡轮上的输出转矩。由于从涡轮叶片下缘流向导轮的液压油仍有相当大的冲击力,只要将泵轮、涡轮和导轮的叶片设计成一定的形状和角度就可以利用上述冲击力来提高涡轮的输出转矩。2）综合式液力变矩器的结构与工作原理（1）综合式液力变矩器的结构。它和一般式液力变矩器的不同之处在于它的导轮不是完全固定不动的,而是通过单向超越离合器支承在固定于变速器壳体的导轮固定套上。单向超越离合器使导轮可以朝顺时针方向旋转（从发动机前面看）,但不能朝逆时针方向旋转。（2）综合式液力变矩器的工作原理。当涡轮转速较低时,从涡轮流出的液压油从正面冲击导轮叶片,对导轮施加一个朝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,将导轮锁止在导轮固定套上固定不动,此时该变矩器的工作特性和一般式液力变矩器相同,涡轮上的输出转矩大于泵轮上的输入转矩即具有一定的增扭作用。当涡轮转速增大到某一数值时,液压油对导轮的冲击方向与导轮叶片之间的夹角为0,此时涡轮上的输出转矩等于泵轮上的输入转矩。若涡轮转速继续增大,液压油将从反面冲击导轮,对导轮产生一个顺时针方向的转矩。由于单向超越离合器在顺时针方向没有锁止作用,可以像轴承一样滑转,所以导轮在液压油的冲击作用下开始朝顺时针方向旋转。由于自由转动的导轮对液压油没有反作用力矩,液压油只受到泵轮和涡轮的反作用力矩的作用。此时该变矩器的不能起增扭作用,其工作特性和液力耦合器相同。这时涡轮转速较高,该变矩器亦处于高效率的工作范围。3）锁止式液力变矩器的结构与工作原理（1）锁止式液力变矩器的结构。这种变矩器内有一个由液压油操纵的锁止离合器。锁止离合器的主动盘即为变矩器壳体,从动盘是一个可做轴向移动的压盘,它通过花键套与涡轮连接。压盘背面（图中右侧）的液压油与变矩器泵轮、涡轮中的液压油相通,保持一定的油压（该压力称为变矩器压力）；压盘左侧（压盘与变矩器壳体之间）的液压油通过变矩器输出轴中间的控制油道与阀板总成上的锁止控制阀相通。锁止控制阀由自动变速器电脑通过锁止电磁阀来控制。（2）锁止式液力变矩器的工作原理。图13-10锁止离合器工作原理示意图三、行星齿轮变速器结构与工作原理1.单排行星齿轮机构结构与变速原理1）单排行星齿轮结构行星齿轮机构有很多类型,其中最简单的行星齿轮机构是由一个太阳轮、一个齿圈、一个行星架和支承在行星架上的几个行星齿轮组成2）单排行星齿轮变速原理单排行星齿轮机构有两个自由度,因此没有固定的传动比,不能直接用于变速传动。为了组成具有一定传动比的传动机构,必须再约束一个自由度,即必须将太阳轮、齿圈和行星架这三个基本元件中的一个加以固定,或使其运动受到一定的约束,也可将某两个基本元件互相连接在一起,才能获得确定的传动比。2.复合式行星齿轮机构的结构与工作原理由于单排行星齿轮机构不能满足汽车行驶中变速变扭的需要。在自动变速器中,两排或多排行星齿轮机构组合在一起的复合式行星齿轮机构,可以满足汽车行驶需要的多种传动比。目前,复合式行星齿轮机构有辛普森式和拉威娜式。辛普森式行星齿轮机构的特点是两排行星齿轮机构共用一个太阳轮。拉威娜式行星齿轮机构的特点是两排行星齿轮机构共用一个齿圈和一个行星架。辛普森式和拉威娜式都可以获得3个前进挡和1个倒挡。拉威娜式行星齿轮机构的结构紧凑,所用构件少,相互啮合的齿较多,可传递较大转矩,但结构较复杂,传动效率略低。3.换挡执行机构结构与工作原理1）换挡离合器（1）换挡离合器的功用。①连接作用。②连锁作用。（2）换挡离合器的结构。目前普遍采用的换挡离合器是圆盘式多片湿式离合器,圆盘式多片湿式离合器的结构如图13-14（a）所示。图13-14圆盘式多片湿式离合器2）换挡制动器（1）带式制动器结构与工作原理。带式制动器在工作过程中,当液压油施加于活塞时,活塞在缸体内移至左端,压缩外弹簧,带动连杆移动,推动制动带的一端,因为制动带的另一端固定在变速器壳体上,制动带的直径即减小,因此,制动带夹持制动鼓。当液压油从缸体内排出时,活塞和推杆被外弹簧推回,释放制动鼓。（2）片式制动器结构与工作原理。制动器的摩擦片通过内花键齿与制动器毂的外花键齿相连,是主动件；而制动器的钢片则通过花键齿安装在固定于变速器壳体上的制动器毂内花键齿上,或直接安装在变速器壳体上的内花键齿圈中,是固定不动的元件。3）单向超越离合器（1）滚柱斜槽式单向超越离合器。内环通常用内花键和行星排的某个基本元件连接或者和变速器壳体连接,外环则通过外花键和行星排的另一个基本元件连接或者和变速器外壳连接。在外环的内表面制有与滚柱相同数目的楔形槽,内、外环之间的楔形槽内装有滚柱和弹簧。弹簧的弹力将各滚柱推向楔形槽较窄的一端。（2）楔块式单向超越离合器。楔块式单向超越离合器如图13-18所示。楔块在A方向上的尺寸略大于内、外环之间的距离B,而C方向上的尺寸则略小于B。当外环相对于内环朝顺时针方向旋转时,楔块在摩擦力的作用下立起,因自锁作用而被卡死在内、外环之间,使内环和外环无法相对滑转,此时单向超越离合器处于锁止状态；当外环相对于内环朝逆时针方向旋转时,楔块在摩擦力的作用下倾斜,脱离自锁状态,内外环可以相对滑转,此时单向超越离合器处于自由状态。图13-18楔块式单向超越离合器四、自动变速器的自动控制系统简介1.机械液压控制系统机械液压控制机构的作用是在汽车行驶过程中接受换挡信号,在执行机构中建立或卸除油压,控制行星齿轮系统的工作,使变速器得到不同挡位。同时,它能改善换挡平顺性,保证换挡过程正常进行。控制机构由主油路系统、换挡信号系统、换挡阀系统和缓冲安全系统组成,这些系统都由液压控制阀及相关油路构成,绝大多数控制阀都位于控制阀体总成内。自动变速器的控制阀体通常用螺栓固定于变速器壳体下部、油底壳上方,它包括上、下阀体两部分。在上、下阀体之间有垫片相隔,上、下阀体内布置着各种控制阀,并加工出相应的油道。2.电控液压系统电控液压自动变速器是通过各种传感器,将发动机的转速、节气门开度、车速、发动机冷却液温度、自动变速器油（ATF)温度等参数信号输入电子控制单元,电子控制单元根据这些信号,按照设定的换挡规律,向换挡电磁阀、油压电磁阀等发出动作控制信号,换挡电磁阀和油压电磁阀再将电子控制单元的动作控制信号转变为液压控制信号,阀体中的各控制阀根据这些液压控制信号,控制换挡执行元件的动作,从而实现自动换挡过程。电控液压系统还带有自诊断装置,并具有在发生故障时,使车辆继续行驶的失效防护功能。五、无级变速器简介1.工作轮每个工作轮都由两个带有斜面的锥盘而组成一体,其中一个锥盘是固定的,另一个锥盘可以通过液压伺服油缸来控制其移动,其相对位移可以通过控制机构来改变；两个工作轮轴间的距离和传动带的周长是固定不变的,当主动轮的半径处于较小位置时(锥盘间距离较宽),被动轮的半径处于较大位置时(锥盘间距离较窄),传动系统的传动比较大,相当于汽车低速挡行驶。反之,相当于高速挡行驶。通过控制工作轮半径的连续变化,得到连续的传动比,实现无级变速。2.金属带金属传动带由两百多个金属片和两组金属环组成,每个金属片的厚度为1.4mm,在两侧工作轮挤压力作用下传递动力。3.控制系统控制系统包括电磁离合器的控制和主、从动带轮的变速比控制。发动机油门信号和主动带轮转速决定了变速比。根据发动机转速、车速、油门位置和换挡控制信号等,ECU来控制电磁离合器以及主、从动轮上伺服液压缸的压力,从而实现无级变速。〖小结〗1.自动变速器主要由液力传动装置、齿轮变速机构、液压控制系统、电子控制系统、冷却滤油装置等组成。2.液力变矩器有三个工作轮，即泵轮、涡轮和导轮。3.最简单的行星齿轮机构由一个太阳轮、一个齿圈、一个行星架和支承在行星架上的几个行星齿轮组成。4.行星齿轮变速器的换挡执行机构由离合器、制动器和单向超越离合器三种不同的执行元件组成,它有三个基本作用,即连接、固定和锁止。5.电控液压自动变速器是通过各种传感器,将发动机的转速、节气门开度、车速、发动机冷却液温度、自动变速器油（ATF)温度等参数信号输入电子控制单元,电子控制单元根据这些信号,按照设定的换挡规律,向换挡电磁阀、油压电