第2讲_液力变矩器结构与原理

汽车自动变速器理论第2讲液力变矩器结构与原理复习：第1讲汽车自动变速器概述1.汽车的传动方式2.汽车变速器分类3.汽车自动变速器类型4.汽车自动变速器特点5.汽车自动变速器发展趋势变速器分类•按传动比变化方式，变速器可分为有级式、无级式和综合式；•按操纵方式，变速器可分为手动变速器、自动变速器、半自动变速器和手自一体；•按结构形式，自动变速器可分为液力机械式AT、电控机械式AMT、无级式CVT；•按照控制形式来分：液压控制式、电子控制式•按照汽车驱动方式来分：后驱动自动变速器、前驱动自动变速器•按照前进挡的档位数来分：•按照齿轮变速器的类型来分：定轴齿轮式和行星齿轮式后驱动自动变速器前驱动自动变速器汽车自动变速器特点1）操作简单且省力2）提高了行车安全和降低了劳动强度3）提高了乘坐舒适性4）延长了机件的使用寿命5）提高了汽车的动力性6）减少空气污染7）具有良好的自适应性8）结构复杂9）传动效率低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。第2讲液力变矩器发动机车轮液力变矩器作用？思考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.结构主动的泵轮从动的涡轮一、液力耦合器1.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。一、液力耦合器2.工作原理水泵带动水轮机一对风扇一、液力耦合器2.工作原理传动原理：输入轴输入的动能通过泵轮传给工作油，工作油在循环流动过程中又将动能传给涡轮输出。输入轴传给泵轮的力矩与涡轮输出的力矩相等。液力偶合器涡流、环流的产生（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。只有当涡轮的扭矩大于汽车的行驶阻力矩时，汽车才能行驶。一、液力耦合器3.油液流动（螺旋形路线）4.总结只有存在环流运动时才能传递动力；只有存在转速差（nBnw）才能存在环流运动；（转速差越大，传递的转矩越大）nWnB，MW=MB；nw=nB，MW=0。η=PW/PB=nW/nB=I只能传递扭矩，不能改变扭矩（缺点）一、液力耦合器二、液力变矩器1.结构由泵轮、涡轮、导轮组成与变矩器的区别和偶合器相比，变矩器在结构上多了导轮（stator）导轮通过导轮座固定于变速器壳体上液力变矩器的实物图泵轮涡轮导轮二、液力变矩器导轮结构各工作轮用铝合金精密制造，或用钢板冲压焊接而成；•泵轮：与液力变矩器壳连成一体，用螺栓固定在发动机曲轴后端的凸缘或飞轮上，壳体做成两半，装配后焊成一体(有的用螺栓连接)；使发动机机械能液体能量•涡轮：通过从动轴与变速器的其他部件相连；将液体能量涡轮轴上机械能•导轮：则通过导轮座与变速器的壳体相连，所有工作轮在装配后，形成断面为循环圆的环状体。通过改变工作油的方向而起变矩作用二、液力变矩器2.工作原理•发动机运转时带动液力变矩器的壳体和泵轮一同旋转，泵轮内的工作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，再经导轮叶片流回泵轮叶片内缘，形成循环的工作油。•在液体循环流动过程中，导轮给涡轮一个反作用力矩，从而使涡轮输出力矩不同于泵轮输入力矩，具有“变矩”功能。•导轮的作用：改变涡轮的输出力矩。二、液力变矩器泵轮涡轮导轮液力变矩器涡流、环流、循环圆二、液力变矩器2.工作原理受力分析受力分析二、液力变矩器3.输出转矩——随着涡轮转速的变化而变化。a.涡轮转速低时（nw=0），nBnw，液体流向导轮正面，涡轮转矩大于泵轮转矩，MD0，MW=MB+MD，b.随着涡轮转速的升高（nw0），接近0.85nB时，涡轮出口处工作油流向与导轮叶片相切，涡轮转矩等于泵轮转矩，MD=0，Mw=MB（耦合点）c.涡轮转速继续升高，涡轮出口处工作油冲击导轮叶片背面，此时涡轮转矩小于泵轮输入转矩，MD0，Mw=MB-MDd.当涡轮转速与泵轮转速（nB=nw）时，不再传递扭矩，Mw=0液力变矩器的扭矩曲线液力变矩器的效率曲线二、液力变矩器结论：液力变矩器不仅传递力矩，且能在泵轮力矩不变的情况下，随着涡轮的转速不同而改变涡轮输出的力矩。存在问题：液力变矩器只在中等转速比范围内具有较高效率，但汽车经常需要在高传动比情况下行驶，此时液力变矩器效率反而下降。解决办法：综合式液力变矩器三、综合式液力变矩器•不同之处：导轮通过单向离合器（one-wayoverrunningclutch）固定于变速器壳体上•只允许导轮单方向旋转三、综合式液力变矩器单向离合器单向离合器常见形式：（1）滚柱斜槽式（液力变矩器常用）（2）楔块式（行星齿轮变速器常用）（1）滚柱斜槽式单向离合器（1）滚柱斜槽式单向离合器（1）滚柱斜槽式单向离合器•外座圈与导轮连为一体•内座圈与导轮轴刚性连接（导轮轴固定不动）•若工作油冲击导轮叶片正面，外座圈按顺时针方向转动，滚柱将卡死在内、外圈之间的楔形槽内，导轮锁定而固定不动；•若工作油冲击导轮叶片的背面，外座圈按逆时针方向转动，滚柱向楔形槽较宽的一端移动，使内、外圈座不能楔紧而处于分离状态，于是外圈可以朝逆时针方向自由地转动；•单向离合器对导轮有单向锁定作用。（2）楔块式单向离合器综合式液力变矩器•导轮锁定时：变矩状态•导轮未锁定时：偶合状态导轮作用：增加涡轮的输出力矩典型三元件综合液力变矩器•结构典型三元件综合液力变矩器•工作原理•涡轮转速较低、与泵轮转速差较大时，从涡轮出口处流出的工作油冲击导轮正面，导轮顺时针旋转，单向离合器锁止；（变矩状态）•当涡轮转速升高到一定值时，工作油冲击导轮背面，导轮逆时针旋转，单向离合器分离；（耦合状态）四元件综合式液力变矩器三元件由变矩状态到耦合状态效率显著下降，为避免这个缺点，将导轮分割成两个，分别装在各自的自由轮上，组成四元件。四元件综合式液力变矩器•当涡轮转速较低时，涡轮出口处工作油冲击在两导轮正面，此时两导轮的单向离合器锁住，导轮固定，如同液力变矩器工况工作；•当涡轮转速增加到一定程度，工作油对第一导轮的冲击力反向，第一导轮便因单向离合器松脱而与涡轮同向旋转，此时只有第二导轮仍起变矩作用；•当涡轮转速继续升高到接近泵轮转速时，第二导轮也受到工作油的反向冲击力而与涡轮及第一导轮同向转动，于是液力变矩器全部转入偶合器工况。带锁止离合器综合式液力变矩器•液力变矩器靠工作油传递动力，存在能量损失，传动效率低，尤其当nW=nB时，不再传递动力。•在综合式液力变矩器的基础上增加一个由工作油操纵的锁止离合器。•锁止离合器功用：把液力变矩器的泵轮、涡轮刚性连在一起，减少液力变矩器在高速比时的能量损耗，提高传动效率，并防止油液过热。带锁止离合器综合式液力变矩器•锁止离合器的主动部分：液力变矩器泵轮壳体，与输入轴相连•被动部分：可作轴向移动的压盘，通过花键套与涡轮输出轴相连•压盘背面(右侧)的工作油与泵轮、涡轮中的工作油相通，保持一定的油压(该压力称为液力变矩器压力)；•压盘左侧的工作油通过液力变矩器输出轴中间的控制油道与控制阀总成上的锁止控制阀相通，由ECU通过锁止电磁阀来控制，锁止离合器的接合和分离即由此专门的控制机构来控制。锁止离合器摩擦片、减震弹簧锁止离合器通常采用湿式、片式摩擦离合器锁止离合器的工作原理1）锁止离合器分离状态当车辆低速行驶时，油液流至锁止离合器片的前端。锁止离合器片前端与后端的压力相同，使锁止离合器分离；2）锁止离合器接合状态当车速以中速至高速行驶时，油液流至锁止离合器的后端。这样，锁止离合器处于接合状态，使锁止离合器片与前盖一起转动。带锁止离合器综合式液力变矩器带锁止离合器综合式液力变矩器工作原理•当锁止离合器处于分离状态时，仍具有变矩和偶合两种工作情况；•当锁止离合器处于接合状态时，此时发动机功率经输入轴、液力变矩器壳体和锁止离合器直接传至涡轮输出轴，液力变矩器不起作用，这种工况称为锁止工况。•既利用了液力变矩器在涡轮转速较低时具有的增扭特性，又利用了液力偶合器在涡轮转速较高时所具有的高传动效率的特性。液力变矩器的相数•定义：液力变矩器可能有的工况数单相三元件液力变矩器两相三元件液力变矩器三相四元件液力变矩器