自动变速器的构造与工作原理

自动变速器维修第2章自动变速器的构造与工作原理自动变速器维修自动变速器具有自动变速、连续变扭矩、换挡时不中断动力传递；操作轻便、换挡平稳、过载保护；可以减轻驾驶员的劳动强度，提高汽车行驶的机动性、安全性和越野性。因此，现在越来越多的轿车甚至货车都装有自动变速器。自动变速器维修2.1自动变速器的总体构造自动变速器维修不同车型的自动变速器在结构上往往有很大的差异。但总体来说，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。自动变速器维修一、液力变矩器液力变矩器位于自动变速器的最前端，安装在发动机的飞轮上。它利用液力传动的原理，将发动机的动力传给自动变速器的输入轴。它具有以下作用：①起到自动离合器的作用，传递或不传递发动机扭矩至变速器。②减速增扭。自动变速器维修③实现无级变速。④缓和冲击。⑤驱动控制系统的油泵。⑥起到飞轮的作用，使发动机转动平稳。自动变速器维修二、齿轮变速器它是自动变速器的主要组成部分，包括齿轮变速机构和换挡执行机构。常用的齿轮变速器主要有行星齿轮式和普通齿轮式两种。其作用是进一步扩大液力变矩器传递过来的转速、扭矩的变化范围，并使自动变速器具有空挡和倒挡，用以中断动力传递和实现倒车。自动变速器维修三、油泵油泵通常安装在液力变矩器之后，由飞轮通过液力变矩器壳直接驱动，为液力变矩器、控制系统及换挡执行机构的工作提供一定压力的液压油。自动变速器维修四、控制系统自动变速器的控制系统有液力式和电液式两种。液力式控制系统包括由许多控制阀组成的阀板总成以及液压管路。电液式控制系统除了阀板总成及液压管路之外，还包括电子控制单元、传感器、执行器及控制电路等。阀板总成通常安装在齿轮变速器下方的油底壳内。自动变速器维修驾驶员通过操纵手柄改变手动阀的位置，控制系统根据手动阀位置、节气门开度、车速等因素，利用液压自动控制和电子自动控制原理，按照一定的规律控制齿轮变速器中的换挡执行机构的工作，实现自动换挡，它影响自动变速器的功能和性能。自动变速器维修五、手控连杆机构这些连杆机构为操纵手柄及其缆绳、加速踏板和节气门缆绳。１.操纵手柄它通过一根缆绳和一连杆机构与自动变速器连接。驾驶员通过操纵手柄可以选择行驶方式。自动变速器维修自动变速器维修（１）Ｐ位（停车挡）当操纵手柄位于该位置时，自动变速器将机械地锁止输出轴，使驱动轮不能转动，防止汽车移动，如图２－２所示，同时换挡执行机构使自动变速器处于空挡状态。该位置可以起动发动机。当操纵手柄移开该位置时，停车锁止机构即被释放。自动变速器维修（２）Ｎ位（空挡位）当操纵手柄位于该位置时，换挡执行机构的动作和停车挡几乎相同，也是使自动变速器处于空挡状态。此位置可以起动发动机，此时发动机的动力虽经输入自动变速器，但只能使之空转，输出轴无动力输出。自动变速器维修（３）Ｒ位（倒车挡）当操纵手柄位于该位置时，自动变速器中输入轴的转动方向与输出轴的转动方向相反，可以用于实现停车。自动变速器维修（４）Ｄ位（前进挡）轿车自动变速器的操纵手柄位于该位置时，可以实现４个不同传动比的挡位，即１挡、２挡、３挡和超速挡，超速挡的传动比小于１。操纵手柄位与该位置时，自动变速器的液力式或电液式控制系统能根据车速、节气门开度等因素的变化，按照设定的换挡规律，自动变换挡位。该挡位可用于在一般道路上行驶或小坡道行驶时采用。自动变速器维修（５）Ｓ位（前进低挡）操纵手柄位于该位置时，自动变速器的控制系统将限制前进挡的变化范围。自动变速器只能在１挡、２挡之间自动换挡（有的自动变速器Ｓ位置锁定在２挡）。自动变速器维修（６）Ｌ位（前进低挡）当操纵手柄位于该位置时，自动变速器的控制系统将限制前进挡的变化范围。自动变速器只能在１挡、２挡之间自动换挡或只能保持在１挡。该位适用于陡坡或路况较差的道路上行驶时采用。自动变速器维修2.加速踏板加速踏板通过加速缆绳和节气门连接。加速踏板踩下的角度即节气门的开度被准确地传递到自动变速器。自动变速器根据节气门的开度来进行换挡控制和主油路压力控制。自动变速器维修六、冷却系统液力变矩器在传递动力的过程中，因传动效率低，从而使部分能量转换为液压油的热能，会使液压油的温度急剧升高。油温是影响自动变速器使用寿命的主要因素。油温过高，使油液变质，缩短使用寿命。保持正常的油温，从液力变矩器出来的液压油需经冷却后回油底壳或去润滑行星齿轮机构。油冷却器位于发动机前端水冷却器的附近。自动变速器维修七、壳体壳体是自动变速器的安装基础件。自动变动器的行星齿轮机构、执行机构、阀板总成、油泵等都是安装在壳体上。同时壳体上还加工有油道以及测压孔。另外壳体设有通风塞，以防止壳体内压力过高。自动变速器维修2.2液力传动装置自动变速器维修汽车上所采用的液力传动装置有液力偶合器和液力变矩器，两者均是利用液体在循环流动过程中液流动能的变化来传递动力的，即动液传动，俗称液力传动。现代的汽车尤其是轿车上广泛采用了液力变矩器。自动变速器维修一、液力偶合器自动变速器维修1、液力偶合器的结构自动变速器维修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。自动变速器维修泵轮与涡轮里面有许多半圆形的径向叶片，两轮装合后的相对端面之间有２～４mm的间隙，其轴线断面的内腔共同构成圆形或椭圆形的环状空腔，此环状空腔称为循环圆。循环圆内充满了液压油。两轮的每两个相邻叶片之间形成液流通道。自动变速器维修2.液力偶合器的工作原理发动机曲轴驱动泵轮时，泵轮内部的液压油也被叶片带动一起旋转，使工作油液获得了绕轴线作圆周运动的能量，同时又产生了离心力。液压油沿泵轮叶片间的通道向外缘流动。此时，泵轮外缘液压油的压力高于内缘液压油的压力。如果此时充满液压油的涡轮处于静止状态，或者其转速低于泵轮的转速，则泵轮外缘液压油的压力就高于涡轮外缘液压油压力,自动变速器维修泵轮内缘液压油的压力就低于涡轮内缘液压油的压力。由于泵轮和涡轮封闭在同一壳体内，于是被甩到泵轮外缘的液压油在压力差的作用下，冲入涡轮外缘，沿着涡轮叶片向内缘流动，再回到泵轮的内缘，而后又被泵轮再次甩到外缘并冲击涡轮的叶片。自动变速器维修液压油就靠泵轮内产生的离心力而冲向涡轮，并在泵轮与涡轮之间作循环流动，于是就将在泵轮内获得的圆周运动的能量传给涡轮，驱动涡轮旋转而输出。自动变速器维修在两轮中的液压油，除了随两轮沿其轴线转动外，还在循环圆内沿叶片作循环运动，如图２－４a所示,这两种运动的合成形成了一条首尾相接的环形螺旋线，如图２－４b所示。自动变速器维修(a)(b)自动变速器维修作环流运动的液压油不断地把能量从泵轮传给涡轮。液压油将能量从泵轮传给涡轮的关键在于液压油作环流运动，而产生环流运动的条件是泵轮与涡轮之间存在转速差。自动变速器维修转速差越大，液压油传递的扭矩越大。若两者转速相同，离心力相同，压力差等于零，循环圆的流动停止，此时液力偶合器不能起传递力矩的作用。自动变速器维修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。自动变速器维修说明液力偶合器的传动效率等于其传动比，而传动比随两轮的转速差变化。汽车起步时，nw为零，η也就等于零，此时虽然涡轮轴上获得的扭矩最大，但无功率输出。在汽车起步加速过程中，nw逐渐升高，η也随之升高，但传递的扭矩在减小，且η永远无法达到100％。自动变速器维修缺点由于液力偶合器不能改变扭矩的大小，它虽能使汽车平稳起步、加速，减少传动系的冲击载荷，但结构复杂、成本高、效率低，而且不能完全切断动力，必须装有离合器才能平顺换挡，所以很少采用。自动变速器维修二、液力变矩器自动变速器维修1.液力变矩器的结构变矩器由泵轮、涡轮和导轮三个基本元件以及外壳组成。自动变速器维修自动变速器维修各工作轮用铝合金精密铸造，或用钢板冲压焊接而成。泵轮与变矩器外壳连成一体，用螺栓固定在发动机曲轴后端的凸缘上。壳体做成两半，装配后焊成一体（有的用螺栓连接）。涡轮通过从动轴与传动系的其他部件相连。导轮则固定在不动的套管上。所有工作轮在装配后，形成断面为循环圆的环状体。自动变速器维修2.液力变矩器的工作原理液力变矩器的工作原理可以用两台电风扇作形象描述：一台电风扇接通电源就像变矩器中的泵轮，另一台电风扇不接电源就像变矩器中的涡轮。将两台电风扇对置，当接通电源的电风扇旋转时，产生的气流可以吹动不接电源的风扇使其转动。这样两个电风扇就组成了偶合器，它能够传递扭矩，但不能增大扭矩。自动变速器维修如果添加一个管道，空气就会从后面通过管道，从没有电源的电风扇回流到有电源的电风扇。这样会增加有电源电风扇吹出的气流。在液力变矩器中，导轮起到了这种管道的作用。自动变速器维修变矩器起动时，从泵轮喷射出的自动变速器油ATF流入静止的涡轮中形成环流。当泵轮转速增高时，环流作用使涡轮的扭矩增大，涡轮开始缓慢地旋转，并逐渐加快，缩小了泵轮的转速差而提高了传动效率。此时是没有导轮的情况，相当于液力偶合器。当在泵轮和涡轮中安装了导轮后，当涡轮转动时，从涡轮流出的自动变速器油ATF有残留的动能，通过导轮加在泵轮上从而增大扭矩。自动变速器维修泵轮与涡轮的转速差越大，扭矩增大也越快。液力变矩器之所以能起变矩作用，就是由于结构上比液力偶合器多了一个导轮。在自动变速器油ATF循环流动的过程中，固定不动的导轮给涡轮一个反作用力矩，使涡轮输出的扭矩不同于泵轮输入扭矩。自动变速器维修3.综合式液力变矩器图２－6所示为一种典型轿车用综合式液力变矩器，它与液力变矩器的区别在于导轮是用单向离合器与固定的套管相连。自动变速器维修自动变速器维修单向离合器也称单向超越离合器或自由轮机构。常见的单向离合器如图2-7所示。它由外座圈、内座圈、滚柱和不锈钢叠片弹簧组成。外座圈与导轮以铆钉或花键相连。内座圈与固定套管以花键相连，固定套管固定在自动变速器壳体上，因此内座圈是固定不动的。外座圈的内表面有若干偏心的圆弧面，叠片将滚柱压向内、外座圈之间滚道比较狭窄的一端，从而将内外两座圈楔紧。自动变速器维修当涡轮转速较低，由于涡轮与泵轮相对安装，油液按顺时针方向从涡轮流出冲击导轮叶片的正面，力图使导轮按顺时针方向（虚线箭头所指）转动。此时，滚柱被楔紧在滚道。自动变速器维修当涡轮转速上升到一定值时，液流冲击导轮的背面，使导轮相对于内座圈按逆时针方向（实线箭头所指）转动，滚柱被挤向滚道宽的一端，单向离合器外座圈松开，导轮成为自由轮，与涡轮作同向旋转，液流不再有反作用力矩。此时，液力变矩器相当于只有泵轮和涡轮工作，如同液力偶合器一样。这种可以转入液力偶合器工况工作的液力变矩器称为综合式液力变矩器。自动变速器维修自动变速器维修液力变矩器效率ηb与液力偶合器效率η0随传动比I变化的规律如图２－8所示。自动变速器维修在传动比iiＫ=1（变矩系数Ｋ＝１时的传动比）范围内，液力变矩器的效率高于液力偶合器，当i＞iＫ=1，ηb下降而η0却继续增高。综合式液力变矩器即在低速时按液力变矩器特性工作，而当传动比达到ik时，转为按液力偶合器特性工作，从而扩大了高效率的范围，如图2-8上实线所示。变矩系数Ｋ随传动比变化的曲线自动变速器维修4.带锁止离合器的液力变矩器因液力变矩器的涡轮和泵轮之间存在转速差和液力损失，液力变矩器的传动效率不如机械传动效率高，自动变速器维修故采用液力变矩器的汽车在正常行驶时的燃油经济性较差。为提高变矩器在高传动比工况下的效率可采用带锁止离合器的液力变矩器，如图2-9所示。自动变速器维修自动变速器维修这种由液压油操纵的锁止离合器的主动盘即为变矩器的壳体。从动盘是一个可作轴向移动的压盘，它通过花键套与涡轮连接。自动变速器维修压盘右侧的液压油与液力变矩器泵轮、涡轮中的液压油相通。压盘左侧的液压油通过液力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