第二章 自动变速器(1)

汽车工程学院4/18/20201汽车底盘电控技术讲课人：张靖邮箱:[e-mail]汽车工程学院24/18/2020第二章自动变速器汽车工程学院自动变速器PK手动变速器34/18/2020汽车工程学院2.1自动变速器的分类和组成44/18/2020汽车工程学院2.1.1自动变速器的分类54/18/2020液力式自动变速器由液力变矩器、机械式自动变速器和液压-电子控制系统三部分组成。目前技术成熟，应用最广。电控机械式自动变速器由传统的离合器与手动齿轮变速器采用电控进行自动变速。保留了传动效率高的优点。无级自动变速器（CVT）由V形金属钢带与可调半径的带轮得到无级变速。它与发动机之间还要有自动离合器。汽车工程学院2.1.1自动变速器的分类•三种类别的自动变速器优缺点64/18/2020液力式自动变速器结构紧凑，传动平稳，换挡冲击小。结构复杂，制造难度大，成本高，传动效率低电控机械式自动变速器保留了传动手动机械变速器的传动效率高维修方便的特点，成本低，制造容易，是今后的重要发展方向。研究热点：DSG无级自动变速器（CVT）始终使变速器处于最佳传动比，良好的行驶性能。重量轻，体积小，零件少。与液力式相比具有较高的效率。带传动易损坏，强度低。汽车工程学院2.1.2液力式自动变速器的组成•液力式自动变速器由液力变矩器、齿轮式变速系统、控制系统组成74/18/2020汽车工程学院•1.液力变矩器–液力变矩器位于自动变速器的最前端，安装在曲轴后凸缘上颚传动板（相当于飞轮）上。利用液力柔和的传递动力，具有一定的减速增扭功能，并能一定范围类实现无级变速。2.1.2液力式自动变速器的组成84/18/2020汽车工程学院2.1.2液力式自动变速器的组成•2.齿轮变速系统–齿轮传动机构液力变距器后端，它起到改变传动比和传动方向的作用。94/18/2020汽车工程学院行星排……摩擦式离合器片式制动器带式制动器单向离合器行星齿轮式变速传动系统行星齿轮机构换挡执行元件–齿轮传动系统包括：齿轮变速机构和换挡执行机构两大部分。–齿轮变速机构一种是行星齿轮式变速传动系统，它具有体积小，结构紧凑，传动效率高，便于实现自动换挡等优点，故在自动变速器上广泛应用;另一种是平行轴式变速传动系统，只在少数车型（如本田车系）的自动变速器上汽车工程学院2.1.2液力式自动变速器的组成•3控制系统114/18/2020（1）液压控制的液力传动式自动变速器液力传动式自动变速器的换挡过程示意图。汽车工程学院电子控制的液力传动式自动变速器换挡过程示意图（2）电子控制的液力传动式自动变速器汽车工程学院2.1.2液力式自动变速器的组成（补充）•（补充）•4.工作液–自动变速器油（ATF）是自动变速器的工作液，它是液力变矩器增矩的必要介质;它可以把传动件在运转中因摩擦而产生的大量热量带走，防止温升过高;它在液压控制系统中传递油液动力，使各换挡执行机构在液压下正确地工作;它可以对各传动件进行良好的润滑;另外它还起清洗、防尘作用。•5.散热系统–在自动变速器工作过程中会产生大量热量，若不及时散发，将会影响自动变速器的正常工作，所以必须设置散热系统。散热系统有的与自动变速器分开而自成一体，也有的与自动变速器合为一体。134/18/2020汽车工程学院2.1.3液力式自动变速器的分类•1.按前进挡的数目分类•2.按照汽车驱动方式分类–（1）后驱动自动变速器–（2）前驱动自动变速器：差速器变速器壳体内，又常称为自动驱动桥。••144/18/2020自动变速驱动桥自动变速器汽车工程学院2.1.3液力式自动变速器的分类•3.按变速器齿轮传动系统的结构类型分–（1）行星齿轮式自动变速器–（2）普通齿轮（平行轴）式自动变速器•4.按照液力变矩器有无锁止离合器分类•5.按自动变速器换挡的控制方式分类•154/18/2020汽车工程学院•现代轿车上一般采用四速带锁止离合器的电子控制自动变速器164/18/2020汽车工程学院2.2液力传动装置2.2.1液力耦合器1.液力耦合器的结构7—涡轮;8、9—密封圈;10—输出凸缘;11—输出轴轴承;12—球轴承;13—工作油液流动方向1—曲轴;2—飞轮;3—飞轮齿圈;4—泵轮;5—加油塞;6—导向芯;汽车工程学院184/18/2020液力耦合器采用工作油液作为动力传递介质，把发动机的动力传递给变速传动机构。汽车工程学院液力偶合器工作原理：（1）“涡流”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”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。汽车工程学院耦合器的工作特性•泵轮对工作油液做功，使之在从内缘流向外缘的过程中，圆周速度和动能逐渐增大，而在从涡轮叶片外缘流向内缘的过程中，其圆周速度和动能则逐渐减小。•因此，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要有循环流动，而循环流动的产生是由于泵轮和涡轮的转速不相等，使泵轮与涡轮叶片外缘处产生压力差所致，•所以耦合器有以下工作特性：–转速差越大，压力差越大，作用于涡轮叶片的力矩也越大。–液力耦合器在正常工作时，泵轮转速总是大于涡轮转速，当两者速度相等时，液力耦合器就不起作用。–由于液流在循环流动的过程中无外力作用，因此涡轮的扭矩(Mw)和泵轮的扭矩(Mb)的关系式为：Mw≈Mb。若不考虑液流损失,传动比为1.传动效率η1.η=Pw/Pb=Mw*nw/Mb*nb.204/18/2020汽车工程学院液力偶合器的缺点：•液力偶合器不能使输出扭矩增大，只起液力联轴离合器的作用。因此，汽车上很少采用。•它不能使发动机与传动系彻底分离.•为解决换挡问题，在液力偶合器和机械变速器之间还需安装一个换挡用变速器，从而增加了传动系重量及纵向尺寸，所以限制其推广。。。。。214/18/2020汽车工程学院2.2.2液力变矩器1.液力变矩器的结构泵轮、涡轮、导轮的装配与液力耦合器的共同点与液力耦合器的不同点壳壳泵轮涡轮导轮起动齿圈汽车工程学院234/18/2020涡轮变矩器壳发动机曲轴飞轮齿圈从动轴导轮固定套管导轮泵轮汽车工程学院导轮的作用244/18/2020汽车工程学院液力变矩器的工作原理增矩过程：MW=MB+MD汽车工程学院液力变矩器的工作原理偶合点：MW=MB汽车工程学院液力变矩器的的工作原理减矩过程：MT=MP-MS（导轮不转）MT=MP(加装单向离合器后，导轮转动)汽车工程学院284/18/2020汽车工程学院单向离合器工作特点:在低速时按变矩特性工作，在高速时按耦合特性工作。单向离合器的内座圈与导轮套管和变速器壳相连，是固定不动的。外座圈与导轮相连，可与导轮一起绕泵轮按同一方向旋转。单向离合器在液力变矩器中起着单向导通的作用。当泵轮和涡轮存在较大转速差时，单向离合器处于锁止状态，导轮不能转动。内座圈滚柱和弹簧外座圈导轮导轮套管耦合器工作点:导轮开始旋转这一点多数液力变矩器在导轮机构中增设了单向离合器：汽车工程学院单向离合器内圈通过花键安装在固定的轴套上，外圈安装在导轮内孔中。由于单向离合器内外圈之间装有滚柱斜槽式或楔块式离合器，因此外圈相对于内圈只能做单向旋转运动。汽车工程学院滚柱式单向离合器外环滚柱弹簧内环汽车工程学院斜楔式单向离合器斜楔块外环内环汽车工程学院带锁止离合器的液力变矩器增设了单向离合器后，液力变矩器在涡轮高速运转时最高传动效率仅为90％，为了进一步改善液力变矩器高速时的传动效率，在现代汽车的液力变矩器中，还增设了锁止离合器。锁止离合器将泵轮和涡轮直接接合，成为刚性连接，从而实际液力变矩器的传动效率接近100％。汽车工程学院锁止离合器工作原理344/18/2020汽车工程学院飞轮齿圈伺服油缸导向销曲轴凸缘油道活塞从动盘传力盘连接键涡轮泵轮导轮单向离合器涡轮轮毂输出轴带锁止离合器的液力变矩器汽车工程学院2.2.3液力变矩器的工作特性与特性参数1.液力变矩器的工作特性变矩特性耦合特性失速特性泵轮和涡轮的转速相差较大时，变矩比随着涡轮转速的改变而连续变化，自动变速器能够在一定范围内实现自动变速。从泵轮流入涡轮的自动变速器油的液流方向取决于泵轮和涡轮之间的转速差。当涡轮转速与泵轮转速之比达到某一特定比值时，导轮即按泵轮同一方向旋转。这时变矩器不起增矩作用，其功能同液力耦合器一样。当汽车受到极大阻力，甚至停动，使涡轮也停止转动时，泵轮仍保持旋转的特性。当自动变速器位于前进挡的情况下进行制动时，液力变矩器将会出现失速状态。汽车工程学院2.液力变矩器主要特性参数（1）变矩比（变矩系数）KK=Mw/Mb≥1（2）传动比ie=nw/nb≤1（3）传动效率ηη=Pw/Pb≤1汽车工程学院384/18/2020汽车工程学院（4）耦合点（5）失速点汽车工程学院工作特性404/18/2020汽车工程学院2.2.4液力变矩器的分类•1.按照变矩器的组成元件分类–三元件式–四元件式414/18/2020汽车工程学院三元件综合式液力变矩器滚柱塑料垫片涡轮轮毂曲轴凸缘涡轮飞轮齿圈变矩器壳泵轮导轮自由轮外座圈自由轮内座圈泵轮轮毂变矩器输出轴导轮固定套管推力垫片自由轮机构盖工作特点传动效率在达到耦合器工作点之前先达到最大值，然后有所下降，达到耦合器工作点之后又继续升高。汽车工程学院四元件综合式液力变矩器汽车工程学院四元件工作特性•在整个工作过程中，两个导轮依次导通。当涡轮转速低时，两个导轮的单向离合器都处于锁止状态，导轮均固定不动。随着涡轮转速的上升，第一导轮首先导通而与涡轮同向旋转。若涡轮转速继续上升，第二导轮也被导通，液力变矩器进入耦合器工况。汽车工程学院•2按照变矩器的工作特性分类–单相式–二相式–三相式454/18/2020汽车工程学院汽车工程学院2.2.5.液力变矩器液压油的冷却液力变矩器在传递扭矩的过程中会不可避免地损失部分能量。这部分能量绝大部分转变成自动变速器油的内能而使其温度升高。自动变速器油正常工作温度一般为50～80℃，若其温度超过正常温度10℃，自动变速器油的使用寿命将缩短一半。为了防止自动变速器油因温度升高而变质，就必须对其进行冷却。液力变矩器内自动变速器油的冷却是通过循环流动实现的，由自动变速器油泵供给冷却了的自动变速器油。自动变速器油经过变速器轴套管与导轮固定套管之间的间隙进入液力变矩器。而受热后的自动变速器油经导轮固定套管和变矩器输出轴之间的间隙流出变矩器，然后经油管进入自动变速器散热器冷却。冷却后的自动变速器油又流回自动变速器油底壳。汽车工程学院2.2.6.液力变矩器与发动机的匹配液力变矩器的性能与发动机的性能互相匹配，才能获得良好的传动效率。一般来说，较大扭矩的发动机应与较小直径的变矩器匹配。若变矩器与发动机的匹配不恰当，将不能充分发挥发动机的输出扭矩性能。不但使传动效率不良，而且会导致燃油消耗增加，甚至发生抖动、停动。汽车出厂时已由制造厂家装置相互匹配的发动机和液力变矩器，不要随意改装与发动机不匹配的液力变矩器。否则汽车将行驶不良，甚至汽车上的报警灯会亮起。汽车工程学院2.2.7液力变距器的检查•外观检查•导轮单向离合器的检查494/18/2020汽车工程学院2.2.7液力变距器的检查•导轮单向离合器的检查504/18/2020•若单向离合器打滑？液力变矩器将失去增扭作用，液流力将对泵轮“加载”，致使汽车起步加速能力变差；•若单向离合器卡滞？泵轮的附加阻力会增加，表现为汽车高速行驶时动力不足。汽车工程学院2.2.7液力变距器的检查•1.导轮单向离合器的检查514/18/2020汽车工程学院•2液力变矩器的清洗524/18/2020汽车工程学院•3.传动板的检查–端面跳动的检查–启动齿圈的检查534/18/2020汽车工程学院•4.导