汽车拖拉机底盘 课件 第一章4 自动变速器

第一章传动系统

第一节传动系统概述第二节离合器第三节手动变速器和分动器第四节自动变速器第五节万向传动装置第六节驱动桥一、自动变速器类型及组成

根据发动机负荷和汽车车速等工况自动变换传动系统的传动比，以使汽车获得良好的动力性和燃油经济性，并减少发动机的排放以及提高车辆行驶的安全性、乘坐舒适性和操纵轻便性。变扭器油泵输入轴行星轮变速器变速控制阀体输出轴油底壳第四节自动变速器自动变速器的类型（按传动比的变化范围分类）：有级式自动变速器：无级式自动变速器：综合式自动变速器：

又称为电控机械自动变速箱，是在机械式齿轮变速器的基础上加上电控部分，实现自动控制的变速箱。传动比在一定的范围内可以连续变化。可分为电力式、液力式（动液式）和金属带式无级变速箱。由液力变矩器和齿轮式有级变速器组成的液力机械变速箱。其传动比可在几个间断的区间内连续变化。自动变速器的类型（按操纵方式分类）：液控液压自动变速箱由各种控制阀将控制参数转变为液压控制信号，并由此控制信号直接操纵换档阀进行换档的自动变速箱。电控液压自动变速箱由电子控制单元（ECU）根据各种传感器测得参数，并按照其内部设定的策略控制液压阀和液压执行元件进行换档的自动变速箱。三种自动变速器介绍（AT/AMT/CVT）自动变速器的优点：消除驾驶员换挡技术的差异，减轻驾驶员的劳动强度，提高行车安全，提高车辆的平均行驶速度、动力性和经济性。自动变速器的类型：电控液力机械式：AT（AutomaticTransmission），电控机械式：AMT（AutomatedMechanicalTransmission），无级变速式：CVT（ContinuouslyVariableTransmission）。1）AT：

发展：是在液控液力机械式变速器基础上发展起来的。1939年由GM公司率先用于轿车。

组成：由液力变矩器、行星齿轮变速器、电子液压控制系统三大部分组成，是一种分段式的无级变速器。

特点：换档平顺，冲击振动很小，乘坐舒适性好；适用于各种车型；转速变化平缓，可实现不中断动力换挡，换挡控制较易实现；传动效率较低，油耗较高；结构复杂，成本较高。上海通用“别克”、“君威”轿车：4T65E，广州HONDA“雅阁”轿车：PAX，上海大众“帕萨特”B5轿车：AG4-95，神龙“富康”轿车：AL4，一汽大众“奥迪”A6轿车：Tiptronic北京“切诺基”汽车：AW4AT的实际应用:1）AT三种自动变速器的结构和性能特点:2）AMT三种自动变速器的结构和性能特点:

发展：在传统的干式离合器和定轴齿轮式有级机械手动变速系统的基础上发展而来。组成：由传统机械式有级变速装置、微机控制和液压操纵系统三部分组成。特点（与AT相比）：传动效率高（95%以上），燃油经济性好；结构简单，成本较低，仅为AT的1/3~1/4，适应各种车辆；换挡时要中断动力，换挡平稳性不如AT；

换挡涉及离合器、加速踏板和选换挡操作，控制难度比AT大。应用实例：奇瑞QQ汽车上采用了国产的AMT，是国产车中的唯一实例。1999年，德国大众公司的LUPO汽车，油耗为2.99L/100km，采用3缸TDI柴油机，5速AMT，最高车速165km/h，自重800kg。2002年该公司又研制出油耗为0.99L/100km的汽车，采用单缸DOHC柴油机，6速AMT，最高车速120km/h，自重290kg。

发展：是一种真正意义上的无级变速器，采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合传递动力。1886年，BENZ公司就将V型橡胶带式CVT应用于汽车。1984年，荷兰的VanDoone博士发明了金属V型带后，使CVT真正在汽车上得以广泛应用。组成：包括工作带轮、金属V型带、电子液压控制系统以及液力变矩器等。特点（与AT和AMT相比）：有非常平滑的变速效果，乘坐舒适性好；加速性能好，燃料经济性高；所能传递的最大功率受摩擦力矩限制，目前仅限于排量在3.0L以下的车辆；起动性能较差，一般需另加起动装置；需另加倒转机构，结构较复杂，成本偏高。3）CVT应用实例：

奥迪A4、A6，本田飞度，菲亚特派里奥，奇瑞旗云等。自动变速器的组成液力变矩器行星齿轮变速机构液压控制系统换档控制机构液压操纵执行机构液力变矩器行星齿轮变速机构电子控制系统换档控制机构液压操纵执行机构液控液压自动变速器的组成：电控液压自动变速器的组成：2.1液力变矩器a.组成：固定在发动机曲轴上固定在输出轴上固定在固定套管上。泵轮、涡轮、导轮。壳壳泵轮涡轮导轮起动齿圈主动部分，将发动机动力变成油液动能。输出部分，将动力传至机械式变速器的输入轴。反作用元件，它对油流起反作用，达到增扭作用。二、液力机械变速器2.1.1液力变矩器结构及工作原理泵轮涡轮导轮锁止离合器a液力变矩器结构组成2.1液力变矩器◎泵轮2.1液力变矩器◎涡轮2.1液力变矩器◎导轮2.1液力变矩器b液力变矩器的展开图：将循环圆的中间流线展开一条直线中间流线：将流道分割成面积相等的两部分的流线。叶片2.1液力变矩器图

液力变矩器工作轮展开示意图B.泵轮W.涡轮D.导轮c.液力变矩器的工作原理设发动机转速和负荷不变，即泵轮的转速（nb）和转矩（Mb）不变。nw=0以起步工况为例。2.1液力变矩器MbMdMwDWBnb=常数nw=0汽车实现起步nw>0此时由涡轮叶片出口处的速度为：v=w+uu—牵连速度；w—沿叶片的相对速度。当v与导轮的出口方向一致时Md=0此时：Mw=MbMbMdM’wDWBnb=常数nwvV’uu’wnw继续增大V继续向左倾斜Md变为负值此时：Mw=Mb－Md直至:

nw=nb2.1液力变矩器MbMdM’wDWBnb=常数nwvV’uu’w设泵轮、导轮、涡轮对工作液的作用转矩为：Mb、Md、M’w，则有：M’w=Mb+Md因为M’w=－Mw（涡轮输出转矩）因此：Mw〉Mb液力变矩器起到了增大转矩的作用。当涡轮的转矩随着泵轮的转速增大而增大到克服汽车的起步阻力，则汽车实现起步。2.1液力变矩器变矩器变矩原理：导轮固定－液流改变方向

当汽车行驶阻力大时涡轮转速低于泵轮转速，从涡轮流入导轮的油液方向与泵轮旋转方向相反，导轮对油流起反作用，达到增扭作用变矩器变矩原理：导轮自由旋转

当汽车行驶阻力小时，涡轮转速提高与泵轮转速接近，此时从涡轮流入导轮的油液方向与泵轮旋转方向趋于一致，导轮开始自由旋转以减少阻力泵轮转速（nb）和转矩（Mb）不变液力变矩器的特性的参数：传动比i：输出速度与输入速度之比。i=nw÷nb变矩系数K：输出转矩与输入转矩之比。k=Mw÷Mb最大变矩系数：涡轮转速为0时的变矩系数。e.液力变矩器的特性2.1液力变矩器2.1.2液力变矩器特性参数结论：液力变矩器的传动比为小于等于1的连续可变的数；液力变矩器的转矩随着汽车的行驶工况自动的改变。当涡轮的速度低时具有较大的转矩；涡轮速度为0时的转矩最大；当涡轮的速度高时具有较小的转矩；涡轮速度与泵轮的速度相等时的转矩最小为0；液力变矩器同时具有液力耦合器保证汽车平稳起步，衰减传动系的扭转振动，防止系统过载的特点。在涡轮速度高于nw1时，涡轮的输出转矩小于泵轮的输入转矩，效率低、降低了动力性。2.1液力变矩器b.单向离合器的结构与作用导轮外圈内圈铆钉滚柱弹簧导轮传力变为耦合器2.1.3液力变矩器离合装置①

单向离合器

在液力变矩器的涡轮速度达到一定的程度时，让液力变矩器转化为液力耦合器工作，以增大涡轮在高速时的输出的转矩，提高动力性。

因为这个液力变矩器可以转化为液力耦合器工况，因此称之为综合式的。一般将液力变矩器的工作状态的数目称之为相。同时，一般将导轮与泵轮、或者导轮与导轮之间的涡轮数称之为液力变矩器的级。上述液力变矩器的全称为：单级双相三元件综合式液力变矩器。b.单向离合器的结构与作用带锁止离合器的液力变矩器锁止离合器的作用：在良好的路面上，让液力变矩器被锁止，使液力变矩器的输入轴和输出轴刚性连接（涡轮与泵轮接合成一体），提高传动效率，此时的变矩器效率为1。原因：因为液力损失和泵轮与涡轮之间的转速差，液力变矩器的效率比机械传动低，导致燃油经济性差。Automobileconstruction

②

锁止离合器

锁止离合器的组成：主动部分：油缸活塞6、传力盘8，与泵轮一起旋转。从动部分：从动盘7，通过铆钉与涡轮轮毂14连接，并通过涡轮轮毂花键将动力传给输出轴15。分离（压紧）部分：油缸活塞6。注意：锁止离合器接合时，单向离合器应该分离，否则被固定的导轮仍然会带来很大的液力损失。带锁止离合器的液力变矩器称之为闭锁式液力变矩器。2.2.1单排行星齿轮变速器的工作原理行星轮太阳轮齿圈行星架行星架F3r3F2F1r1r22.2行星齿轮变速机构Automobileconstruction

太阳轮1作用在行星齿轮上的力矩：M1=F1×r1（1）齿圈2作用在行星齿轮上的力矩：M2=F2×r2(2)行星架3作用在行星齿轮上的力矩：

M3=F3×r3(3)其中：r3=r1+(r2-r1)/2=(r1+r2)/2(4)设：齿圈2与太阳轮1的齿数比为a:a=z2/z1=r2/r1

即r2=a×r1（5）代入（4）中得：

r3=(1+a)r1/2(6)行星齿轮的平衡条件：F1=F2(7)F3=－2F1=－2F2(8)将（5）~（8）带入（1）~（3）可以得到：M1=F1×r1;M2=aF1×r1;（9）M3=－(a+1)F1×r1;根据能量守恒：

M1×w1+M2×w2+M3×w3=0（10）其中w—为齿轮的角速度。｛将（9）带入（10）可以得到：w1+a*w2－(1+a)w3=0(11)将角度替换为转速，（11）可写为：n1+a*n2－(1+a)n3=0(12)n1+a*n2－(1+a)n3=0(12)从12式中可以看出：

1.太阳轮、齿圈与行星齿轮架3者任意一对可作为传动件；

2.如果有两个被固定在一起，则第三个的速度与前两个相同，传动比为1；

3.如果三个均为自由转动，则行星齿轮不能传动，相当于空档。

4.行星架被固定时，太阳轮、齿圈转速相反，可作为倒档。单排行星齿轮机构一般运动规律的特征方程：任意两个作为传动件时的传动比：n1+a*n2－(1+a)n3=0

分别讨论如下：1）齿圈2固定：n2=0

i13=n1/n3=1+a=1+z2/z12）太阳轮1固定：n1=0

i23=n2/n3=（1+a）/a=1+z1/z23）行星架3固定：n3=0

i12=n1/n2=－a=－z2/z14)n2=n1n3=n1=n25)全部自由时，不传递动力。液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械变速器2.3液力机械式变速器工作原理各档位工作示意图空档：直接档离合器分离、低速档和倒档制动器松开。低速档：直接档离合器分离、低速档制动器制动、倒档制动器松开。该档的传动比不等于后排太阳轮与后排齿圈的齿数比。直接档：直接档离合器结合、低速档制动器、倒档制动器松开。前后行星齿轮被联锁，传动比为1。倒档：直接档离合器分离、低速档制动器松开、倒档制动器制动。行星架被锁定，后排太阳轮与后排齿圈的旋转方向相反。液力机械变速器的总传动比液力机械变速器的总传动比为：液力变矩器的变矩系数K与齿轮变速器的传动比i的乘积。I=K*i传动比越大，液力机械变速器所传递的转矩越大，转速越低，这点与机械变速箱是一致的。

因为液力变矩器的变矩系数在一定的范围内可以连续变化，配合上机械变速机构后，液力机械变速器的传动比在几个区间内是连续变化的。我们称之为部分无级变速器。

自动操纵——汽车前进行驶过程中，驾驶员按行驶需要控制加速踏板，变速器根据发动机负荷和汽车行驶速度的变化，自动的换入不同的档位。

分为：液控液压操纵系统、电控液压操纵系统。特点：操纵轻便；换档过程平稳，提高舒适性；结构复杂；工艺复杂。2.4液力机械变速器自动操纵系统液力机械自动变速器供油系统执行装置控制装置换档品质控制装置主油路、换档信号系统、换档阀系统、滤清冷却系统换档离合器、换档制动器、单向离合器缓冲阀、限流阀、单向节流阀、节流孔。油泵自动变速器的操纵机构的组成

汽车构造Automobileconstruction

液力变矩器

油泵执行机构换档品质控制系统滤清冷却系统换档阀系统主油路调压阀主油路系统：主油路调压阀3、高压管路部分

将系统的油压调整到各档工作对应的压力，并输送给各部件。换档信号系统：节气门阀9、离心调速器阀15。将发动机负荷信号和车速信号发送给换档阀。换档阀系统：换档阀10、手控换档阀8、强制低档阀11。实现变速器的自动换档动作，此外也可以通过手控换档阀，实现驾驶员的意图。在高速超车时，切入强制低档阀可获得良好的动力性。换档品质控制器系统：缓冲阀12、低档限流阀16、单向阀17、节流孔。保证换档时的舒适性、可靠性和平顺性。滤清冷却系统：冷却器4、滤清器5。

保证系统内油液的工作在一定的范围内。主要部件的结构与工作原理a.换档离合器主动部分：主动片10，花键毂3，连在轴上。从动部分：从动片9，制动毂1，太阳轮2。压紧分离机构：弹簧6、活塞8。湿式离合器：离合器工作在油液环境中，具有接合柔和，散热好的特点。工作过程接合过程：高压油液自A进入活塞8的左腔，让活塞右移，将主动部分10与从动部分9压紧，前排太阳轮与1轴一起转动，于是挂入直接档。分离过程：无压力油进入A，在弹簧力的作用下，活塞左移，主动部分10与从动部分9分离。安全阀7的作用：避免主动部分10与从动部分9之间在分离后的滑磨。b.换档制动器换档制动器分为：带式和片式两种，片式的结构与换档离合器相同。片式比带式工作柔和。但其实现的最大力矩比带式小。调整螺钉制动带工作油路活塞杆活塞制动鼓c.手控制阀手控制阀又称选档阀，是一个手控的多路换向阀，一般分为：P、R、N、D四个档位，也有加入（S、L）档的。××××××××泄油口在空档、前进档、手低档时都有高压油经O1进入主油路调压阀的B腔，主油路压力在0.6~0.65MPa范围内。倒档时主油路压力在1.6~1.9MPa范围内。空档前进档手低档换档阀不受节气门阀的控制低档制动器三、机械无级自动变速器机械式无级变速器简称CVT(ContinuouslyVariableTransmission)，于20世纪70年代，由荷兰的VDT(VANDoorne’sTransmissionb.V)公司研制成功了新型的金属带式无级自动变速器简称VDT-CVT。特点：具有结构紧凑，重量轻、成本低的特点，适合于微型和普通轿车。3.1VDT–CVT的结构和工作原理无级变速部分由：液压泵、主动轮（可动与不可动部分）、金属带、从动轮（可动与不可动部分）和控制系统组成。主动轮和从动轮的直径在一定的范围内可以连续变化，从而实现传动比的连续变化。传动比由液压控制系统根据行驶路况来调节；VDT–CVT的传动比一般在0.4~7之间；采用VDT–CVT在结构上需要离合器，以保证汽车起步平稳；3.1VDT–CVT的结构和工作原理3.2VDT–CVT的主要部件金属带：金属片：1.4~1.7mm工具钢片叠成。金属环：0.18mm的带环叠成，对金属片起导向作用。金属带的工作表面是它的两个侧面。工作轮可动部分在液压力作用下可沿轴向移动；连续的变化金属带的工作直径，可实现无级变速。3.2VDT–CVT的主要部件控制系统：

机械液压控制系统电子液压控制系统3.2VDT–CVT的主要部件液压泵：为液压系统提供一定压力的油液。机械液压控制系统组成工作过程节气门开度增大换档凸轮旋转3.2VDT–CVT的主要部件3.3控制原理图1-55CVT控制系统原理1．电磁离合器2.主动带轮3.输入轴4.输出轴5.金属传动带6.从动带轮7.液压泵8.主动带轮液压控制缸四、双离合变速器与有级自动变速箱相比，DCT最大可将燃效提高15%，此外还可提高最高时速，而且在加速性能方面也要胜过自动变速箱一筹。尽管目前市场上有自动MT和有级自动变速箱等各种各样的变速箱，但适用车辆范围更广泛的是带湿式离合器的DCT。因为其燃效、响应特性以及启动性能优秀，而且可在柴油车上使用。4.1双离合变速器的两种主流双离合器结构4.1.1干式双离合器离合器的驱动盘通过支承环和双质量飞轮连接在一起。离合器K1和离合器K2位于驱动盘两侧。其中离合器K1过花键和输入轴1连接，用来选择奇数挡，离合器K2通过花键和输入轴2连接，用来选择偶数挡和倒挡。两个膜片弹簧离合器的分离杠杆支点位置不同，离合器K1的分离杠杆支点位于杠杆的中部，而离合器K2的支点位于分离杠杆的外端。4.1.2湿式双离合器图1-58DCT湿式离合器结构示意图离合器K1是多片式离合器，是外部离合器，将转矩传递到1/3/5挡和倒挡的驱动轴上。在离合器闭合时，油液被压入离合器K1的油腔。移动活塞1使离合器K1上的摩擦片压缩到一起。转矩通过内摩擦片支架传递给主动轴1。当离合器脱开后，碟形弹簧将活塞推回到原始位置。离合器K2也是多片式离合器，为内部离合器，将转矩传递到2/4/6档。在离合器闭合时，油液被压入离合器K2的油腔。活塞2使力流经过摩擦片的结合传递给驱动轴2。在离合器脱开时，螺旋弹簧再将活塞2推回到原始位置。4.1.2湿式双离合器4.2双离合变速器机械传动系统图1-59双离合变速器变速传动机构输入轴2做成中空的，与离合器2相连，为2、4、6挡提供动力；输入轴1嵌套在输入轴2内部，与离合器1相连，为1、3、5和倒挡提供动力。1、2、3、4挡从动齿轮空套在输出轴2上，且分别与固定设置在输出轴2上的相应换挡同步器相邻；5、6、R挡从动齿轮空套在输出轴1上，且分别与固定设置在输出轴1上的相应换挡同步器相邻；输出轴1、2分别通过固定联接在其轴上的输出齿轮1、2与差速器壳体齿轮啮合，实现动力输出。4.3双离合变速器的液压控制系统图1-60双离合变速器的液压控制系统双离合变速器液压控制系统主要包括离合器压力控制系统、换挡控制系统和冷却润滑系统。4.4双离合变速器的电控系统变速器中的机电控制装置由一个电控仪和一个电液控制装置组成，利用各种传感器控制各个挡位调节器、压力控制阀以及开关阀等。所有的传感器和控制仪的信号都能够进入机电控制装置中监测所有元件的运行状况，因此，机电控制装置的结构很复杂，工作时产生的热量也很大，需要用DCT油进行冷却。该机电装置虽然内部结构复杂，控制的元件众多，但其能够利用较少的信号进行控制，能够简单、快速的对元件的状况做出反应。五、动力换挡变速器动力换挡（Powershift）也称负载换挡，能在拖拉机带负载工作情况下变换不同的挡位，换挡过程中动力不中断。也即拖拉机带着载荷一边工作、一边换挡，换挡时动力不中断的一种机械变速的传动系统。5.1动力换挡变速箱的组成动力换挡变速箱一般由三类基本元件构成：（1）形成排挡的元件，即齿轮组。按齿轮组运动方式的不同，可分为定轴齿轮式和行星齿轮式两种。定轴齿轮式结构简单，所需传动比容易实现。行星齿轮式有单级式和多级式，行星机构具有以下特点：结构紧凑，轴向尺寸小，重量轻、轮齿受力小，总成没有径向载荷，但加工较复杂，安装较困难，有时速比选择受结构限制。（2）换挡执行元件——湿式离合器。通过两个离合器的接合与分离，实现两挡动力传动的