3.5液力耦合器和液力变矩器课件-《汽车底盘构造与维修》同步教学（中国石油大学出版社）

变速器的结构与检修液力耦合器和液力变矩器06

液力耦合器主要由泵轮、涡轮和壳体等组成，如图3-28所示。其中泵轮与发动机曲轴相连，涡轮与从动轴（齿轮变速机构的输入轴）相连，泵轮和涡轮装在密封的液力耦合器壳体中。02

泵轮与液力变矩器壳体连成一体为主动元件，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。03

涡轮上也装有许多叶片，但涡轮叶片的扭曲方向与泵轮叶片的扭曲方向相反。涡轮悬浮在液力变矩器内，通过花键装在输入轴上。泵轮叶片与涡轮叶片相对安装，中间有3～4mm的间隙。二者之间没有刚性连接，形成环形腔，内部充满自动变速器油（ATF），靠自动变速器油的流动来传递动力。04液力耦合器1.液力耦合器的结构2.液力耦合器的工作原理3-29所示为电风扇演示耦合器的原理。电风扇A通电，电风扇B不通电，电风扇A将以空气为介质带动电风扇B转动。耦合器中对置的泵轮与涡轮之间使用的是液体，而不是空气，即当曲轴驱动泵轮转动时，带动泵轮中的工作液回转。随着泵轮转速升高，离心力使工作液沿着泵轮叶片表面从泵轮中心开始向外侧喷出，将工作液喷射到涡轮的叶片上，驱使涡轮转动，将动力传递至变速器输入轴。液力耦合器2.液力耦合器的工作原理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。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。液力耦合器上述两种油流的合成，形成一条首尾相接的螺旋流，如图3-30所示。液力耦合器实现传动的必要条件是工作油液在泵轮和涡轮之间有循环流动，如果二者速度相等，液力耦合器就不起传动作用。1.普通液力变矩器的结构

普通液力变矩器的结构如图3-31所示，包括可旋转的泵轮、涡轮和固定不动的导轮以及单向离合器等，其与液力耦合器的最大区别是增加了导轮。

液力变矩器的三个工作轮均用铝合金精密铸造，或用钢板冲压铆焊而成。各工作轮的叶片均弯成一定的弧形。泵轮与液力变矩器壳体连成一体，用螺栓固定在发动机后端的凸缘上；涡轮通过从动轮轴与传动系统其他部件连接；导轮悬浮在泵轮与涡轮之间，通过单向离合器及导轮固定套固定在变速器外壳上，单向离合器使导轮可以顺时针转动，它也由许多扭曲叶片组成。壳体做成两半，装配后焊成一体，壳体外面有启动齿圈。所有工作轮在装配后，形成断面为循环圆的环状体。三个工作轮之间都有一定的间隙，相互间没有机械联系。液力变矩器

液力耦合器能够传递转矩，但不能增大转矩。与其不同的是，液力变矩器的原理就像给两个对置的电风扇添加了一个空气管道，如图3-32所示。空气通过管道从没有电源的电风扇（就像涡轮）回流到有电源的电风扇（就像泵轮），从而增加了有电源的电风扇吹出的气流。2.液力变矩器的工作原理液力变矩器2）电子控制自动变速器

在液力变矩器中，导轮就起到这种空气管道的作用，增加了从泵轮流出ATF的动能。导轮单向离合器的作用是使其所连接的两个元件间只能相对地向一个方向转动，而无法朝相反方向转动，即它按受力关系不同，自动地实现锁定不动或分离自由旋转两种状态。实际上ATF以循环的方式流过液力变矩器，在其内部形成一条首尾相接的环形螺旋流线，如图3-33所示。液力变矩器

液力变矩器启动时，从泵轮喷射出的ATF流入静止的涡轮中形成环流。液力变矩器的工作过程如图3-34所示。当泵轮的转速较高，而涡轮的转速较低时，工作油液在涡轮的环流速度小，而涡流速度大，工作油液由涡轮叶片内缘流出后，合成液流的方向冲击导轮叶片的正面（凹面），力图使导轮逆时针旋转。因为单向离合器对导轮的逆时针旋转有锁止作用，即导轮不能相对于固定套管做逆时针旋转，导轮给工作油液的反作用力矩再次作用于涡轮上，使涡轮的输出转矩增大，同时工作油液经导轮叶片导向后，朝着有利于泵轮叶片旋转的方向进入泵轮，如图3-34（a）～图3-34（c）所示。随着涡轮转速的提高，涡轮内工作油液的环流速度升高，合成液流的方向进一步向环流方向倾斜，导轮对油液的反作用力矩减小，涡轮的输出转矩降低，但输出转矩仍大于输入转矩。2.液力变矩器的工作原理液力变矩器

当涡轮转速是泵轮转速的0.85倍时，涡轮内工作油液涡流速度减小，而环流速度增大，合成液流的方向冲击导轮的背面（凸面），力图使导轮顺时针旋转，如图3-34（d）所示。因单向离合器对导轮的顺时针旋转无锁止作用，即导轮可以相对于固定套管做顺时针旋转，导轮成为自由轮，涡轮的输出转矩和发动机的输入转矩相同。2.液力变矩器的工作原理液力变矩器

液压变矩器的输出力矩与输入力矩的比值称为液力变矩器的变矩系数（K）。导轮的空转开始点称为耦合点，耦合点实际是转变变矩器功能的转折点，因此将导轮空转的范围称为耦合范围，导轮不空转的范围称为变矩范围。2.液力变矩器的工作原理液力变矩器3.带锁止离合器的液力变矩器液力变矩器的锁止离合器位于涡轮的前端，装在涡轮轮毂上。带锁止离合器的液力变矩器由壳体、锁止离合器、涡轮、定叶轮和泵轮等组成，如图3-35所示。锁止活塞和减振盘用键连接，可前后移动；减振盘和涡轮传动板通过减振弹簧固定，能衰减在离合器接合时的扭转振动；在变矩器壳体或变矩器锁止活塞上粘有一种摩擦材料，用以防止离合器接合时打滑。液力变矩器3.带锁止离合器的液力变矩器锁止离合器的接合与分离由变矩器中液压油的流向决定。当车辆低速行驶时，由液压控制系统控制工作液流至锁止活塞的前端，使锁止活塞向后移动，如图3-36（a）所示，故锁止离合器分离。当车辆转入中高速（通常为60km/h）行驶时，由液压控制系统控制工作液流至锁止离合器的后端，使锁止活塞向前移动，如图3-36（b）所示。这样，变矩器壳体就受到锁止活塞挤压，从而使锁止离合器及前盖一起转动，即锁止离合器接合。液力变矩器动力直接由发动机、驱动盘、前盖、锁止离合器、涡轮传到变速器输入轴。由于泵轮与涡轮锁为一体，动力传递无须通过液体，从而提高了高速下液力变矩器的传动效率。行星齿轮变速机构07按齿轮的啮合方式按行星齿轮的排数按太阳轮和齿圈之间的行星齿轮组数1.按齿轮的啮合方式分类

行星齿轮变速机构按齿轮的啮合方式可分为内啮合式和外啮合式两种。因内啮合式行星齿轮变速机构结构紧凑，传动效率高，故在自动变速器上广泛应用。2.按行星齿轮的排数分类

行星齿轮变速机构按齿轮的排数可分为单排和多排两种。多排行星齿轮变速机构由几个单排行星齿轮变速机构组成。在汽车自动变速器中通常采用由两个或三个单排行星齿轮变速机构组成的多排行星齿轮变速机构。3.按太阳轮和齿圈之间的行星齿轮组数分类

行星齿轮变速机构按太阳轮和齿圈之间的行星齿轮组数可分为单行星齿轮式和双行星齿轮式两种。按行星齿轮变速机构的行星排数的不同，将仅有一个行星排的行星齿轮变速机构称为单排行星齿轮变速机构，有多个行星排的行星齿轮变速机构称为复合行星齿轮变速机构。1.同步器的组成、作用及分类一、行星齿轮变速机构的分类

单排行星齿轮变速机构主要由太阳轮、行星齿轮、行星架和齿圈组成，其中行星齿轮通常有3～6个，组成为一个行星排，如图3-37所示。位于行星齿轮变速机构中心的是太阳轮，在太阳轮周围的是行星齿轮，这些行星齿轮由行星架定位支承。行星齿轮与太阳轮和齿圈是常啮合的，齿圈位于行星齿轮机构的外层。行星齿轮一方面在行星架上可绕自己的轴线回转，另一方面又随着行星架一起绕太阳轮公转，即既有自转又有公转。行星齿轮的个数取决于变速器的设计负荷，负荷大时，可用多个行星齿轮来承担。1.单排行星齿轮变速机构的结构二、单排行星齿轮变速机构

设图3-37所示行星齿轮变速机构中的太阳轮、齿圈、行星架的转速分别为n1、n2、n3，太阳轮、齿圈的齿数分别为Z1、Z2，齿圈与太阳轮的齿数比为α。根据能量守恒定律，可得单排行星齿轮变速机构一般运动规律特性方程式为n1+αn2-（1+α）n3=02.行星齿轮变速系统的传动规律二、单排行星齿轮变速机构2.行星齿轮变速系统的传动规律

由上式知，单排行星齿轮变速机构有两个自由度，因此它不能直接用于变速传动。为了组成具有确定传动比的齿轮机构，应将行星齿轮变速机构中的太阳轮、齿圈和行星架三个基本构件中的一个强制固定不动或使其运动受到一定的约束（称为制动），再将另外两个中的一个作为主动件与输入轴相连，另一个作为从动件与输出轴相连；或将某两个基本元件相互连接在一起旋转，从而获得确定的传动比，实现动力传递。这是行星齿轮自动变速器的基本工作原理。固定的方法是：内齿圈采用制动器，太阳轮采用单向离合器或制动器，行星齿轮的固定是指固定行星架，可采用制动器或单向离合器，如表3-1所示。二、单排行星齿轮变速机构

辛普森式行星齿轮机构采用的是双排行星齿轮机构，由辛普森式行星齿轮机构和相应的换挡执行元件组成，按照两个行星排在离合器中的位置，分为前行星排和后行星排。辛普森式行星齿轮机构是由共用一个太阳轮的两组行星齿轮、两个齿圈和两个行星架组成的双排行星齿轮机构。目前大部分轿车自动变速器都采用这种行星齿轮变速器。辛普森式行星齿轮变速器可分为三前进挡（三速）和四前进挡（四速）两种。1.辛普森式行星齿轮变速器三、复合行星齿轮变速机构1）三速辛普森式行星齿轮变速器三速辛普森式行星齿轮变速器是应用最为广泛的一种复合行星齿轮变速机构，可以提供三个前进挡和一个倒挡。辛普森式行星齿轮变速器的排列方式有两种：前齿圈输入式和后齿圈输入式，如图3-38所示。其由两根轴（输入轴、输出轴）、两个离合器（C1、C2）、三个制动器（B1、B2、B3）、两个单向离合器（F1、F2）、两排行星齿轮机构（共用一个太阳轮，前排行星架、后排齿圈与输出轴相连）组成。三速辛普森式行星齿轮变速器换挡执行元件的名称及作用如表3-2所示。三、复合行星齿轮变速机构

四速辛普森式行星齿轮变速器是在三速辛普森式行星齿轮变速器的基础上发展起来的，如图3-39所示。其在三速辛普森式行星齿轮变速器基础上增加了一个行星齿轮机构和相应的换挡执行元件来产生超速挡，换挡执行元件有十个（三个离合器、四个制动器、三个单向离合器）。超速行星齿轮机构换挡执行元件名称及作用如表3-3所示，四速辛普森式行星齿轮变速器换挡执行元件工作情况如表3-4所示。2）四速辛普森式行星齿轮变速器三、复合行星齿轮变速机构2.拉威娜式行星齿轮变速器拉威娜式行星齿轮变速器由拉威娜式行星齿轮机构和换挡执行元件组成。拉威娜式行星齿轮变速器也采用双行星排：前太阳轮、长行星轮、行星架和齿圈组成一个单行星轮式行星排；后太阳轮、短行星轮、长行星轮、行星架和齿圈组成一个双行星轮式行星排。前、后行星排共用一个齿圈输出，且前、后两个行星排的行星架连为一体，如图3-40所示。三、复合行星齿轮变速机构

拉威娜式行星齿轮变速器也可分为三前进挡和四前进挡两大类。这里以四前进挡拉威娜式行星齿轮变速器为例进行说明，如图3-41所示。其传动装置的换挡执行元件包括四个离合器、两个制动器和两个单向离合器，它们的名称及作用如表3-5所示。2.拉威娜式行星齿轮变速器三、复合行星齿轮变速机构行星齿轮变速系统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：连接、固定和锁止。连接是指将行星齿轮变速系统的输入轴与行星排中的某个基本元件连接以传递动力，或将前一个行星排的某个基本元件与后一个行星排中的某个基本元件连接，以约束这两个基本元件的运动。固定是指将行星排中的某个基本元件与自动变速器的壳体连接，使之被固定而不能旋转。锁止是指把某个行星排中三个基本元件中的两个连接在一起，从而将该行星排锁止，使其三个基本元件以相同的转速旋转，产生直接传动。换挡执行机构各执行元件按要求对行星齿轮机构的某些基本元件进行连接、固定或锁止，使行星齿轮机构得到不同的传动比，从而实现挡位变换。四、行星齿轮变速系统的换挡执行机构1.多片湿式离合器1）多片湿式离合器的结构多片湿式离合器是自动变速器中最重要的换挡执行元件之一，它通常由离合器鼓、离合器活塞、复位弹簧、钢片、摩擦片及密封圈等组成，如图3-42所示。四、行星齿轮变速系统的换挡执行机构离合器活塞安装在离合器鼓内，它是一种环状活塞，由活塞内外圆的密封圈保证其密封，从而和离合器鼓一起形成一个封闭的环状液压缸，并通过离合器内圆轴颈上的进油孔和控制油道相通。钢片（主动片）和摩擦片（从动片）交错排列，两者统称为离合器片。钢片的外花键齿安装在离合器鼓的内花键齿圈上，可沿齿圈键槽做轴向移动；摩擦片由其内花键齿与离合器鼓的外花键齿连接，也可沿键槽做轴向移动。摩擦片的两面均为摩擦系数较大的铜基粉末冶金层或合成纤维层。为了保证离合器接合过程柔和及具有良好的散热性，钢片和摩擦片均浸在油中，故称为湿式离合器。1.多片湿式离合器2）多片湿式离合器的工作原理离合器鼓或离合器毂分别以一定的方式和变速器输入轴或行星排的某个基本元件相连接，一般离合器为主动件，离合器鼓为从动件。当来自控制阀的液压油进入离合器液压缸时，作用在离合器活塞上的液压油的压力推动活塞，使之克服复位弹簧的弹力而移动，将所有的钢片和摩擦片相互压紧在一起；四、行星齿轮变速系统的换挡执行机构钢片和摩擦片之间的摩擦力使离合器鼓和离合器毂连接为一个整体，分别与离合器鼓和离合器毂连接的输入轴或行星排的基本元件也因此被连接在一起，此时离合器处于接合状态，如图3-43（a）所示。1.多片湿式离合器2）多片湿式离合器的工作原理当液压控制系统将作用在离合器液压缸内的液压油的压力解除后，离合器活塞在回位弹簧的作用下压回液压缸的底部，并将液压缸内的液压油从进油孔排出。此时钢片和摩擦片相互分离，两者之间无压力，离合器鼓和离合器毂可以朝不同的方向或以不同的转速旋转，离合器处于分离状态，如图3-43（b）所示。四、行星齿轮变速系统的换挡执行机构此时，离合器活塞和离合器片或离合器片和卡环之间有一定的轴向间隙，以保证钢片和摩擦片之间无任何轴向压力，这一间隙称为离合器的自由间隙。其大小可以用挡圈的厚度来调整，一般离合器自由间隙的标准值为0.5～2.0mm。离合器自由间隙的大小取决于离合器的片数和工作条件，通常离合器片数越多或该离合器的交替工作越频繁，其自由间隙就越大。2.制动器

1）带式制动器的结构与工作原理带式制动器的结构。带式制动器又称制动带，它主要由制动鼓、制动带、弹簧及活塞等组成，如图3-44所示。带式制动器占用空间小，容易布置，过去采用较多。带式制动器将内侧粘有摩擦材料的制动带卷绕在制动鼓上，其摩擦材料与多片湿式离合器的摩擦片相同。四、行星齿轮变速系统的换挡执行机构（1）2.制动器

1）带式制动器的结构与工作原理带式制动器的工作原理。带式制动器是通过制动带和伺服机构共同作用，利用围绕在鼓周围的制动带收缩而产生制动效果的。制动带的内侧涂有摩擦材料，以产生较大的摩擦力，帮助夹紧离合器鼓或制动器鼓，其工作原理如图3-45所示。无油压时，制动带与制动鼓之间要有一定的间隙，制动鼓可随与它相连的行星排一同转动；通油压时，制动带压紧在制动鼓上，于是制动鼓被固定而不能转动，此时，制动器处于制动状态。制动解除后，液压油返回，活塞在复位弹簧的作用下返回右端，制动带被松开，制动器处于自由状态。四、行星齿轮变速系统的换挡执行机构（2）

（1）片式制动器的结构。片式制动器由制动鼓、制动器活塞、复位弹簧、钢片、摩擦片等部件组成，如图3-46所示。它的工作原理和多片湿式离合器基本相同，但片式制动器的制动鼓（相当于离合器鼓）固定在变速器壳体上。钢片通过外花键齿安装在固定于变速器壳体上的制动鼓内花键齿圈中，或直接安装在变速器壳体上的内花键齿圈中，摩擦片则通过内花键齿和制动鼓上的外花键齿连接。2）片式制动器的结构与工作原理四、行星齿轮变速系统的换挡执行机构

（2）片式制动器的工作原理。当制动器不工作时，钢片和摩擦片之间没有压力，制动鼓可以自由旋转。当制动器工作时，来自控制阀的液压油进入制动鼓内的液压缸中，油压作用在制动器活塞上，推动活塞将制动器摩擦片和钢片夹紧在一起，与行星排某个基本元件连接的制动鼓就被固定住而不能旋转，如图3-47所示。

片式制动器的工作平顺性优于带式制动器，因此近年来在轿车自动变速器中，采用片式制动器的越来越多。另外，片式制动器也易于通过增减摩擦片的数量来满足不同排量发动机的要求。2）片式制动器的结构与工作原理四、行星齿轮变速系统的换挡执行机构3.单向超越离合器（1）滚柱斜槽式单向超越离合器的结构。滚柱斜槽式单向超越离合器由外圈、内圈、滚柱