第2章-液力自動(dòng)變矩器的結(jié)構(gòu)和工作原理課件

1、第2章 液力自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)和工作原理學(xué)習(xí)目標(biāo)了解液力耦合器的結(jié)構(gòu)和工作原理掌握液力變矩器的結(jié)構(gòu)和工作原理學(xué)會(huì)液力變矩器的增距作用原理了解閉鎖式液力變矩器的結(jié)構(gòu)及其作用液力變矩器液力偶合器只傳遞轉(zhuǎn)矩但不能改變轉(zhuǎn)矩，早期的自動(dòng)變速器多用可傳遞轉(zhuǎn)矩又能改變轉(zhuǎn)矩 利用液體在循環(huán)流動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能的變化來(lái)傳遞動(dòng)力的不同型號(hào)的液力變矩器，結(jié)構(gòu)和原理相同？自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)相同嗎？為什么？ 本章主要介紹基本的液力偶合器和液力變矩器的結(jié)構(gòu)和工作原理2.1 液力耦合器2.1.1 液力耦合器的結(jié)構(gòu)圖2-1 液力偶合器結(jié)構(gòu)示意圖液力偶合器的結(jié)構(gòu)：由殼體、泵輪和渦輪組成，內(nèi)部設(shè)有導(dǎo)環(huán)。傳動(dòng)介質(zhì)：自動(dòng)變速器油（ATF）液力

2、偶合器殼體與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪相連接，渦輪與齒輪機(jī)構(gòu)的輸入軸相連接。工作原理：以ATF作為傳動(dòng)介質(zhì)，利用液體在主、從動(dòng)元件之間循環(huán)流動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能的變化來(lái)傳遞動(dòng)力。能量傳遞的線路：發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪液力耦合器外殼泵輪ATF渦輪齒輪機(jī)構(gòu)輸入軸2.1.2 液力耦合器的工作原理 液力偶合器的工作原理 動(dòng)力傳輸：將電扇A與電扇B隔開(kāi)幾厘米，相對(duì)放置，然后打開(kāi)電扇A，則A會(huì)在兩電扇間產(chǎn)生流動(dòng)的空氣，由電扇A產(chǎn)生的氣流沖擊電扇B的葉片，使電扇B轉(zhuǎn)動(dòng)。 換句話說(shuō)，電扇A與B之間的動(dòng)力傳送是以空氣為介質(zhì)而實(shí)現(xiàn)的。偶合器的工作原理也是如此，泵輪相當(dāng)于電扇A，渦輪相當(dāng)于電扇B。只是現(xiàn)在是以變速器液為介質(zhì)，而不是以空氣。2.1.2

3、液力耦合器的工作原理圖2-2 液力偶合器工作示意圖 由于泵輪和渦輪的半徑相等，故當(dāng)泵輪的轉(zhuǎn)速大于渦輪的轉(zhuǎn)速時(shí)，泵輪葉片外緣的液壓力大于渦輪葉片外緣的液壓力，于是，油液不僅隨工作輪繞其旋轉(zhuǎn)軸線作圓周運(yùn)動(dòng)，而且在上述壓力差的作用下，沿循環(huán)圓作如箭頭所示方向的循環(huán)流動(dòng)。其形成的流線如同一個(gè)首尾相連的環(huán)形螺旋線。2.1.2 液力耦合器的工作原理 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，曲軸帶動(dòng)液力偶合器的殼體和泵輪旋轉(zhuǎn)，泵輪葉片內(nèi)的液壓油在泵輪的帶動(dòng)下隨泵輪一同旋轉(zhuǎn)。在離心力的作用下，液壓油從泵輪葉片內(nèi)緣被甩向外緣，并從外緣沖向渦輪葉片，使渦輪在液壓油的沖擊作用下旋轉(zhuǎn)；沖向渦輪葉片的液壓油沿渦輪葉片向內(nèi)緣流動(dòng)，返回到泵輪的內(nèi)

4、緣，被泵輪再次甩向外緣。2.1.2 液力耦合器的工作原理 液力偶合器實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的必要條件： 油液在泵輪和渦輪之間有循環(huán)流動(dòng)，而循環(huán)流動(dòng)的產(chǎn)生是由于兩個(gè)工作輪轉(zhuǎn)速不等，使兩輪葉片的外緣處產(chǎn)生液壓差所致。 故液力偶合器在正常工作時(shí)，泵輪轉(zhuǎn)速總是大于渦輪轉(zhuǎn)速，如果二者轉(zhuǎn)速相等，則液力偶合器不會(huì)起傳動(dòng)作用。 由于液體在液力偶合器中作循環(huán)流動(dòng)時(shí)，沒(méi)有受到其他任何附加外力，故發(fā)動(dòng)機(jī)作用在泵輪上的轉(zhuǎn)矩與渦輪所接受并傳給從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)矩相等，即液力偶合器不起傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，而不改變轉(zhuǎn)矩大小。2.1.3 液力耦合器的工作效率MB=MW 液力偶合器的傳動(dòng)效率等于其轉(zhuǎn)速比。渦輪與泵輪的轉(zhuǎn)速差越大，轉(zhuǎn)速比越小，傳動(dòng)效率越低

5、。反之，轉(zhuǎn)速比越大，傳動(dòng)效率越高。圖2-3 液力耦合器的特性曲線0(%)i=1i 理論上說(shuō)，當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速等于泵輪轉(zhuǎn)速時(shí)，效率為100%。實(shí)際上，如渦輪轉(zhuǎn)速等于泵輪轉(zhuǎn)速，則渦輪與泵輪葉片外緣處的液壓力相等，從而使得偶合器內(nèi)的循環(huán)流動(dòng)停止，泵輪與渦輪間不再有能量傳遞，故傳遞效率為0.一般而言，液力偶合器的最高效率可達(dá)97%左右。 偶合器的缺陷 液體流動(dòng)的過(guò)程如左圖所示，當(dāng)泵輪的液體沖擊渦輪之后，返回到泵輪，此時(shí)液體作用的結(jié)果在阻止泵輪的旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率損失。泵輪渦輪泵輪問(wèn)： 液力偶合器能夠傳遞扭矩，但是為何現(xiàn)在沒(méi)有在自動(dòng)變速器中采用？阻力液力偶合器的優(yōu)勢(shì)與不足優(yōu)勢(shì)：1、泵輪和渦輪允許存在轉(zhuǎn)速差，

6、發(fā)動(dòng)機(jī)可以在傳動(dòng)系不斷開(kāi)時(shí)保持運(yùn)轉(zhuǎn)；2、ATF作為傳動(dòng)介質(zhì)，能保證汽車起步和加速的穩(wěn)定性；3、能夠緩沖和衰減傳動(dòng)系的運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)，防止傳動(dòng)系過(guò)載；不足：液力偶合器只傳遞轉(zhuǎn)矩，而不能改變轉(zhuǎn)矩的大小。2.2 液力變矩器2.2.1 液力變矩器的結(jié)構(gòu)圖2-4 液力變矩器結(jié)構(gòu)示意圖液力變矩器的結(jié)構(gòu)：由殼體、泵輪、渦輪和導(dǎo)輪組成；液力變矩器液力變矩器和液力偶合器結(jié)構(gòu)上的區(qū)別：1、泵輪和渦輪葉片的形狀設(shè)計(jì)能將工作液流動(dòng)的擾動(dòng)降到最小，減少能量的損失；2、增加了導(dǎo)輪具有增大轉(zhuǎn)矩的作用。結(jié)構(gòu)形式：組裝式（可拆）和焊接式（不可拆）。2.2.2 液力變矩器的工作原理 泵輪由曲軸驅(qū)動(dòng)，渦輪轉(zhuǎn)輪與變速器輸入軸連接，導(dǎo)輪由單

7、向離合器及定輪軸與變速器殼體固定，所有這些部件則全部安裝于變矩器殼體內(nèi)。變矩器內(nèi)充滿由泵提供的自動(dòng)變速器油。變速器油被泵輪甩出，成為一股強(qiáng)大油流，推動(dòng)變矩器蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)。2.2.2 液力變矩器的工作原理圖2-5 液力變矩器工作輪展開(kāi)示意圖B-泵輪；W-渦輪；D-導(dǎo)輪圖2-6 液力變矩器工作原理圖2.原理泵輪的力矩MB，渦輪的力矩MW，導(dǎo)輪推動(dòng)油的力矩MD MB + MD = MW MWMB三 .液力變矩器 當(dāng)液流沖擊進(jìn)入渦流時(shí)，對(duì)渦輪有一作用力矩，此為泵輪給液流的力矩；當(dāng)液流從渦輪流出沖擊導(dǎo)輪時(shí)，對(duì)導(dǎo)輪也有一作用力矩，因?qū)л啽还潭ㄔ谧兯倨鳉んw上，從而導(dǎo)輪給液流的反作用力矩通過(guò)液流再次作用在渦輪上，

8、使得渦輪的轉(zhuǎn)矩等于泵輪轉(zhuǎn)矩與導(dǎo)輪轉(zhuǎn)矩之和。 當(dāng)nw , 液流絕對(duì)速度v方向繼續(xù)向左傾，如圖v3所示，液流沖擊導(dǎo)輪葉片反面，導(dǎo)輪轉(zhuǎn)矩方向與泵輪轉(zhuǎn)矩方向相反，則渦流轉(zhuǎn)矩為前二者轉(zhuǎn)矩之差，MW=MB-MD所以變矩器輸出轉(zhuǎn)矩反而比輸入轉(zhuǎn)矩小。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速增大到與泵輪轉(zhuǎn)速相等時(shí)，工作液在循環(huán)圓內(nèi)的循環(huán)流動(dòng)停止，不能傳遞動(dòng)力。2.2.3 液力變矩器特性及工作效率，MW0nB=常數(shù)=f(nW)MW=f(nW)MW=f(nW)nW圖2-7 液力變矩器的特性曲線 渦輪轉(zhuǎn)矩是隨渦輪轉(zhuǎn)速的改變而連續(xù)變化的。當(dāng)汽車起步，上坡或遇到較大阻力時(shí)，如果發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷不變則車速將下降，即渦輪轉(zhuǎn)速降低。于是渦輪轉(zhuǎn)矩相應(yīng)增大，

9、因而使驅(qū)動(dòng)輪獲得較大的力矩，保證汽車能克服增大的阻力而繼續(xù)行駛。所以液力變矩器本身就是一種能隨汽車行駛阻力的不同而自動(dòng)改變輸出轉(zhuǎn)矩的無(wú)級(jí)變速器。此外，液力變矩器同樣也具備使汽車平穩(wěn)起步，衰減傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，防止傳動(dòng)系超載等作用。由圖中也可看出，液力變矩器的效率曲線隨渦輪轉(zhuǎn)速變化呈兩頭小，中間大的形態(tài)，最高效率接近90%。2.2.4 典型液力變矩器介紹1.三元件綜合式液力變矩器 綜合式液力變矩器：可以轉(zhuǎn)入液力偶合器工況工作的變矩器。組成：泵輪、渦輪、導(dǎo)輪、單向離合器特點(diǎn)：變矩器殼體由前半部外殼與泵輪兩部分焊接而成。圖2-8 三元件綜合式液力變矩器圖2-9 液力變矩器的單向離合器為什么要使用綜合

10、式液力變矩器？ 因?yàn)楫?dāng)渦輪處于低速和中速段時(shí)，可利用液力變矩器能增大輸入轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，而在渦輪處于高速段時(shí)，可利用液力偶合器高效率的特點(diǎn)，即結(jié)合了普通液力變矩器和偶合器的優(yōu)點(diǎn)。，KKbaK=1ik=10i圖2-10 三元件綜合液力變矩器特性 1.變矩系數(shù)K為液力變矩器輸出轉(zhuǎn)矩與輸入轉(zhuǎn)矩之比。 K=MW/MB2.轉(zhuǎn)速比i=nw/nb3. b為變矩器的效率， a為偶合器的效率。 所以說(shuō)，液力變矩器在低速時(shí)按變矩器特性工作，當(dāng)轉(zhuǎn)速比i=ik-1后，轉(zhuǎn)為偶合器特性工作，從而擴(kuò)大了高效率工作范圍。偶合工況點(diǎn)2、四元件綜合式液力變矩器 具備雙導(dǎo)輪，使得高效率的區(qū)域更寬。圖2-11 四元件綜合式液力變矩器圖2

11、-11 四元件綜合式液力變矩器兩個(gè)導(dǎo)輪具有不同的葉片進(jìn)口角度 工作原理： 兩個(gè)導(dǎo)輪具有不同的葉片進(jìn)口角度，在低轉(zhuǎn)速比時(shí)，兩個(gè)導(dǎo)輪均被單向離合器鎖住，按變矩器工作。在中轉(zhuǎn)速比時(shí)，渦流出口液流開(kāi)始沖擊第一導(dǎo)輪葉片背面，第一單向離合器松開(kāi)，第一導(dǎo)輪與渦輪同向旋轉(zhuǎn)，僅第二導(dǎo)輪仍在起變矩作用。在高轉(zhuǎn)速比時(shí)，渦輪出口液流沖擊第二導(dǎo)輪葉片背面，其單向離合器松開(kāi)，第二導(dǎo)輪也與渦輪作同向旋轉(zhuǎn)，變矩器全部轉(zhuǎn)入偶合器工況工作。 20世紀(jì)60年代到80年代我國(guó)生產(chǎn)的紅旗CA770高級(jí)轎車的液力變矩器，采用的就是雙導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)，增大了變矩器的高效率工作范圍，但因結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，近十多年已經(jīng)很少使用。 汽車使用液力變矩器，具有

12、很多優(yōu)點(diǎn)，如提高了汽車起步性能、加速性能和換檔性能，增加了動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的減振隔振，減小了動(dòng)載荷，使工作壽命延長(zhǎng)等。但是液力變矩器存大著液力損失，與機(jī)械傳動(dòng)相比其效率降低，且效率曲線隨工況變化，最高效率也只有85%-90%，因而在正常行駛時(shí)油耗較高，經(jīng)濟(jì)性差。同時(shí)其效率低，損失的能量轉(zhuǎn)變成熱量，必須進(jìn)行強(qiáng)制散熱，從而增大了自動(dòng)變速器的體積和質(zhì)量。 在平坦路面上行駛時(shí)，液力傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)不太明顯，相反機(jī)械傳動(dòng)，則可提高效率，改善經(jīng)濟(jì)性。這種情況下，出現(xiàn)了閉鎖式液力變矩器，可實(shí)現(xiàn)液力變矩器傳動(dòng)和機(jī)械直接傳動(dòng)兩種工況，將兩種傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)3、閉鎖式液力變矩器 在平坦路面上及高速行駛時(shí)可實(shí)現(xiàn)直接傳動(dòng)，將

13、液力變矩器傳動(dòng)和機(jī)械直接傳動(dòng)兩種優(yōu)點(diǎn)結(jié)合于一體。 內(nèi)部有一個(gè)由液壓操縱的閉鎖離合器，或稱鎖止離合器。 圖2-12 閉鎖式液力變矩器從動(dòng)盤（壓盤）主動(dòng)盤鎖止控制閥接通變矩器壓力油路時(shí)鎖止控制閥接通變矩器回油路時(shí)鎖止控制閥接通變矩器壓力油路時(shí) 壓盤兩側(cè)的壓力相同，閉鎖離合器呈分離狀態(tài)，動(dòng)力須經(jīng)液力變矩器傳遞，可充分發(fā)揮液力傳動(dòng)減振吸振、自適應(yīng)行駛阻力劇烈變化的優(yōu)點(diǎn)，適合于汽車起步、換檔或在壞路面上行駛工況使用。鎖止控制閥接通變矩器回油路時(shí) 閉鎖離合器接合，動(dòng)力經(jīng)閉鎖離合器實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)，此時(shí)泵輪與渦輪成為剛性聯(lián)接發(fā)，傳動(dòng)效率高，提高了汽車行駛速度和燃油經(jīng)濟(jì)性。 閉鎖離合器接合時(shí)，導(dǎo)輪單向離合器即脫開(kāi)

14、，導(dǎo)輪自由旋轉(zhuǎn)，渦輪與泵輪同速轉(zhuǎn)動(dòng)，但與導(dǎo)輪有一定的轉(zhuǎn)速差，因此變矩器內(nèi)仍有少量的油液循環(huán)流動(dòng)，從而有一定的液力損失，即成為機(jī)械傳動(dòng)，此時(shí)傳動(dòng)效率略低于100%。 鎖止控制閥的操縱，可以根據(jù)車速、節(jié)氣門參數(shù)按比例轉(zhuǎn)換的液壓信號(hào)進(jìn)行控制?，F(xiàn)在在多采用的是根據(jù)車速、節(jié)氣門參數(shù)按比例轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)，郵電腦控制。2.2.5 液力變矩器的冷卻補(bǔ)償系統(tǒng) 液力變矩器工作時(shí)總存在一些功率損失，這些損失的能量大都被變矩器內(nèi)的油液以內(nèi)部摩擦的形式轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?。如果這些熱量不及時(shí)散出，變矩器內(nèi)的油液溫度就會(huì)急劇升高，導(dǎo)致變矩器不能工作，因此必須對(duì)變矩器內(nèi)的油液進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。圖2-13 變矩器冷卻補(bǔ)償油路系統(tǒng)圖本章小結(jié)1.液力偶合器只傳遞轉(zhuǎn)矩而不能改變轉(zhuǎn)矩，而液力變矩器，既可傳遞轉(zhuǎn)矩又可改變轉(zhuǎn)矩。2.液力偶合器傳遞動(dòng)力的過(guò)程是：泵輪接受發(fā)動(dòng)機(jī)傳來(lái)的機(jī)械能，在液體從泵