汽車構(gòu)造（下冊） 第4版 課件 第16章 汽車自動(dòng)變速器

第16章

汽車自動(dòng)變速器自動(dòng)變速器是汽車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操縱的核心總成之一,能大大減輕駕駛?cè)瞬倏v疲勞、提高駕駛舒適性和行車安全性。隨著技術(shù)進(jìn)步及市場需求日益旺盛,自動(dòng)變速器的應(yīng)用越來越廣泛。自動(dòng)變速器具有如下優(yōu)點(diǎn):1)操縱方便,消除了駕駛?cè)藫Q檔技術(shù)的差異性。2)有良好的傳動(dòng)比轉(zhuǎn)換性能,速度變換不僅快而且連續(xù)平穩(wěn),從而提高了乘坐舒適性。3)減輕駕駛?cè)似?提高行車安全性。4)降低排氣污染。第16章

汽車自動(dòng)變速器其主要缺點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造價(jià)高,傳動(dòng)效率低。目前主流自動(dòng)變速器包括:液力機(jī)械自動(dòng)變速器、無級式自動(dòng)變速器、電控機(jī)械式自動(dòng)變速器以及雙離合器式自動(dòng)變速器,它們的結(jié)構(gòu)和工作原理不同,各有優(yōu)缺點(diǎn)及適用車型。本章將主要介紹這幾種形式的自動(dòng)變速器。第一節(jié)

液力機(jī)械傳動(dòng)如圖16-1所示為液力偶合器的結(jié)構(gòu)示意圖,其主要零件形狀如圖16-2所示。一、液力偶合器圖16-11—發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸2—偶合器外殼3—泵輪4—渦輪5—從動(dòng)軸16.1液力機(jī)械傳動(dòng)圖16-2在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸1的凸緣上固定著偶合器外殼2,與外殼2剛性連接并隨曲軸一起旋轉(zhuǎn)的葉輪3,是偶合器的主動(dòng)元件,稱為泵輪;與從動(dòng)軸5相連的葉輪4為偶合器的從動(dòng)元件,稱為渦輪。泵輪與渦輪統(tǒng)稱為工作輪,在工作輪的環(huán)狀殼體中徑向排列著許多葉片。渦輪裝在密封的外殼2中,其端面與泵輪端面相對,兩者之間留有一定間隙(約3~4mm)。泵輪與渦輪裝合后,通過軸線的縱斷面呈環(huán)形,稱為循環(huán)圓。在環(huán)狀殼體中儲存有工作液。一、液力偶合器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)當(dāng)工作輪旋轉(zhuǎn)時(shí),其中的工作液也被葉片帶動(dòng)一起旋轉(zhuǎn)。在離心力作用下,工作液從葉片內(nèi)緣向外緣流動(dòng)。因此,葉片外緣處壓力較高,而內(nèi)緣處壓力較低,其壓力差取決于工作輪半徑和轉(zhuǎn)速。由于泵輪和渦輪的半徑是相等的,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大于渦輪葉片外緣的液壓。于是,工作液不僅隨著工作輪繞曲軸1和從動(dòng)軸5的軸線做圓周運(yùn)動(dòng),并且在上述壓力差作用下,沿循環(huán)圓依箭頭所示方向作循環(huán)流動(dòng)。液體質(zhì)點(diǎn)的流線形成一個(gè)首尾相連的環(huán)形螺旋線(圖16-3)。圖16-31—泵輪2—渦輪泵輪對工作液做功,使之從泵輪葉片內(nèi)緣流向外緣,在此過程中的圓周速度和動(dòng)能漸次增大;而從渦輪葉片外緣流向內(nèi)緣的過程中,其圓周速度和動(dòng)能漸次減小。因此,液力偶合器的傳動(dòng)過程是:泵輪接受發(fā)動(dòng)機(jī)傳來的機(jī)械能,傳給工作液,提高其動(dòng)能,然后再由工作液將動(dòng)能傳給渦輪。因此,液力偶合器實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的必要條件是工作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,是由兩個(gè)工作輪轉(zhuǎn)速不等,使兩輪葉片的外緣產(chǎn)生液壓差所致。因此,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。如果兩者轉(zhuǎn)速相等,液力偶合器則不起傳動(dòng)作用。一、液力偶合器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)汽車起步前,可將變速器掛上一定檔位,起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵輪旋轉(zhuǎn),而與整車牽連著的渦輪暫時(shí)仍處于靜止?fàn)顟B(tài),工作液則立即產(chǎn)生繞工作輪軸線的圓周運(yùn)動(dòng)和循環(huán)流動(dòng)。當(dāng)液流沖到渦輪葉片上時(shí),其圓周速度降低到零而對渦輪葉片造成一個(gè)沖擊力,因而對渦輪作用一個(gè)繞渦輪軸線的力矩,力圖使渦輪與泵輪同向旋轉(zhuǎn)。對于一定的偶合器,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越大,則作用于渦輪的力矩也越大。加大發(fā)動(dòng)機(jī)的供油量,使其轉(zhuǎn)速增大到一定數(shù)值時(shí),作用于渦輪上的轉(zhuǎn)矩足以克服起步阻力而使汽車起步。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的繼續(xù)增高,渦輪連同汽車也不斷加速。由于液力偶合器是用液體作為傳動(dòng)介質(zhì),泵輪與渦輪之間允許有很大的轉(zhuǎn)速差,因此裝用液力偶合器可以保證汽車平穩(wěn)地起步和加速;能夠衰減傳動(dòng)系統(tǒng)中的扭轉(zhuǎn)振動(dòng),并防止傳動(dòng)系統(tǒng)過載,從而延長傳動(dòng)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)各部件的壽命;顯著減少了需要換檔的次數(shù),甚至在暫時(shí)停車時(shí)不脫開傳動(dòng)系統(tǒng)也能維持發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。由液力偶合器工作原理可知,液體在循環(huán)流動(dòng)過程中,沒有受到其他任何附加外力,故發(fā)動(dòng)機(jī)作用于泵輪上的轉(zhuǎn)矩與渦輪所接受并傳給從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)矩相等。亦即液力偶合器只起傳遞轉(zhuǎn)矩的作用,而不起改變轉(zhuǎn)矩大小的作用,故必須有變速機(jī)構(gòu)與其配合使用。此外,由于液力偶合器不能使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)徹底分離,故在采用以移動(dòng)齒輪或接合套方法換檔的普通齒輪式變速器時(shí),僅僅為了使換檔時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器徹底分離,以減小輪齒沖擊,在液力偶合器與變速器之間還必須裝一個(gè)離合器。在此情況下使用液力偶合器,雖然具有使汽車起步平穩(wěn)、減少傳動(dòng)系統(tǒng)中沖擊載荷等優(yōu)點(diǎn),但未能完全免除操縱離合器的動(dòng)作,還會使整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量增大,縱向尺寸增加;此外,由于液力偶合器中存在液流損失,傳動(dòng)系統(tǒng)效率比單用離合器時(shí)低。因此,目前液力偶合器在汽車上的應(yīng)用日益減少。一、液力偶合器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)液力變矩器(圖16-4)主要由可旋轉(zhuǎn)的泵輪4和渦輪3以及固定不動(dòng)的導(dǎo)輪5三個(gè)零件組成。這些零件的形狀如圖16-5所示。各工作輪用鋁合金精密鑄造,或用鋼板沖壓焊接而成。泵輪4與變矩器殼2連成一體,用螺栓固定在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸1后端的凸緣上。變矩器殼2做成兩半,裝配后焊成一體(有的用螺栓連接)。殼體外面有起動(dòng)齒圈8。渦輪3通過從動(dòng)軸7與傳動(dòng)系統(tǒng)的其他部件相連。導(dǎo)輪5固定在不動(dòng)的導(dǎo)輪固定套管6上。所有工作輪裝配后,形成斷面為循環(huán)圓的環(huán)狀體。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(一)液力變矩器的工作原理圖16-41—發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸2—變矩器殼3—渦輪4—泵輪5—導(dǎo)輪6—導(dǎo)輪固定套管7—從動(dòng)軸8—起動(dòng)齒圈液力變矩器(圖16-4)主要由可旋轉(zhuǎn)的泵輪4和渦輪3以及固定不動(dòng)的導(dǎo)輪5三個(gè)零件組成。這些零件的形狀如圖16-5所示。各工作輪用鋁合金精密鑄造,或用鋼板沖壓焊接而成。泵輪4與變矩器殼2連成一體,用螺栓固定在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸1后端的凸緣上。變矩器殼2做成兩半,裝配后焊成一體(有的用螺栓連接)。殼體外面有起動(dòng)齒圈8。渦輪3通過從動(dòng)軸7與傳動(dòng)系統(tǒng)的其他部件相連。導(dǎo)輪5固定在不動(dòng)的導(dǎo)輪固定套管6上。所有工作輪裝配后,形成斷面為循環(huán)圓的環(huán)狀體。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(一)液力變矩器的工作原理圖16-51—發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸2—變矩器殼3—渦輪4—泵輪5—導(dǎo)輪6—導(dǎo)輪固定套管7—從動(dòng)軸8—起動(dòng)齒圈液力變矩器(圖16-4)主要由可旋轉(zhuǎn)的泵輪4和渦輪3以及固定不動(dòng)的導(dǎo)輪5三個(gè)零件組成。這些零件的形狀如圖16-5所示。各工作輪用鋁合金精密鑄造,或用鋼板沖壓焊接而成。泵輪4與變矩器殼2連成一體,用螺栓固定在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸1后端的凸緣上。變矩器殼2做成兩半,裝配后焊成一體(有的用螺栓連接)。殼體外面有起動(dòng)齒圈8。渦輪3通過從動(dòng)軸7與傳動(dòng)系統(tǒng)的其他部件相連。導(dǎo)輪5固定在不動(dòng)的導(dǎo)輪固定套管6上。所有工作輪裝配后,形成斷面為循環(huán)圓的環(huán)狀體。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(一)液力變矩器的工作原理圖16-41—發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸2—變矩器殼3—渦輪4—泵輪5—導(dǎo)輪6—導(dǎo)輪固定套管7—從動(dòng)軸8—起動(dòng)齒圈與液力偶合器一樣,液力變矩器正常工作時(shí),儲于環(huán)形內(nèi)腔中的工作液,除有繞變矩器軸的圓周運(yùn)動(dòng)以外,還有在循環(huán)圓中沿圖16-4中箭頭所指方向的循環(huán)流動(dòng),故能將轉(zhuǎn)矩從泵輪傳到渦輪上。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(一)液力變矩器的工作原理與偶合器不同的是,變矩器不僅能傳遞轉(zhuǎn)矩,而且能在泵輪轉(zhuǎn)矩不變的情況下,隨著渦輪的轉(zhuǎn)速(反映汽車行駛速度)不同而改變渦輪輸出的轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值。變矩器之所以能起變矩作用,是由于結(jié)構(gòu)上比偶合器多了導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)。在循環(huán)流動(dòng)的過程中,固定不動(dòng)的導(dǎo)輪給渦輪一個(gè)反作用力矩,使渦輪輸出的轉(zhuǎn)矩不同于泵輪輸入的轉(zhuǎn)矩。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(一)液力變矩器的工作原理下面用變矩器工作輪的展開圖來說明變矩器的工作原理。展開圖的制取方法如圖16-6所示。將循環(huán)圓上的中間流線(此流線將液流通道斷面分割成面積相等的內(nèi)外兩部分)展開成一直線,各循環(huán)圓中間流線均在同一平面上展開。于是在展開圖上,泵輪B、渦輪W和導(dǎo)輪D便成為三個(gè)環(huán)形平面,且工作輪的葉片角度也清楚地顯示出來。圖16-6B—泵輪W—渦輪D—導(dǎo)輪二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(一)液力變矩器的工作原理二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(一)液力變矩器的工作原理

二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(一)液力變矩器的工作原理二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(一)液力變矩器的工作原理圖16-8二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(一)液力變矩器的工作原理從變矩器特性中可以看出,變矩系數(shù)K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,車速將降低,即渦輪轉(zhuǎn)速降低。于是,變矩系數(shù)相應(yīng)增大,使驅(qū)動(dòng)輪獲得較大的轉(zhuǎn)矩,保證汽車能克服增大的阻力而繼續(xù)行駛。所以,液力變矩器是一種能隨汽車行駛阻力的不同而自動(dòng)改變變矩系數(shù)的無級變速器。此外,液力偶合器所具有的保證汽車平穩(wěn)起步、衰減傳動(dòng)系統(tǒng)中的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)、防止傳動(dòng)系統(tǒng)超載等功能,液力變矩器也同樣具備。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(二)幾種典型的液力變矩器三元件綜合式液力變矩器的典型結(jié)構(gòu)如圖16-9所示。它由泵輪8、渦輪5和導(dǎo)輪9組成,最大變矩系數(shù)(即渦輪轉(zhuǎn)速為零時(shí)的變矩系數(shù))為1.9~2.5。1.三元件綜合式液力變矩器圖16-91—滾柱2—塑料墊片3—渦輪輪轂4—凸緣5—渦輪6—起動(dòng)齒圈7—變矩器殼體8—泵輪9—導(dǎo)輪10—單向離合器外座圈11—單向離合器內(nèi)座圈12—泵輪輪轂13—變矩器輸出軸(齒輪變速器第一軸)14—導(dǎo)輪固定套管15—推力墊片16—單向離合器蓋二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(二)幾種典型的液力變矩器變矩器殼體7由前后兩半焊接而成。殼體前端連接著裝有起動(dòng)齒圈6的托盤,并用螺釘固定在曲軸后端的凸緣4上。為了在維修拆裝后保持變矩器與曲軸原有的相對位置,以免破壞動(dòng)平衡,螺釘在圓周上的分布是不均勻的。1.三元件綜合式液力變矩器泵輪8裝有徑向平直葉片。焊在泵輪外殼上的泵輪輪轂12可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。渦輪5有傾斜的曲面葉片。與渦輪殼體用鉚釘連接的渦輪輪轂3,以花鍵與變矩器輸出軸13相連。泵輪及渦輪的葉片和殼體均為鋼板沖壓件,葉片和內(nèi)環(huán)采用點(diǎn)焊連接,與外殼采用銅焊連接。導(dǎo)輪用鋁合金鑄造,并與單向離合器外座圈10固定連接。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(二)幾種典型的液力變矩器變矩器的滾柱式單向離合器的構(gòu)造可用圖16-10來說明。它由外座圈2、內(nèi)座圈1、滾柱5及不銹鋼疊片彈簧6組成。導(dǎo)輪3用鉚釘4鉚在外座圈2上(也可用花鍵連接)。內(nèi)座圈1與固定套管(在圖16-9中標(biāo)號為14)用花鍵連接,因而內(nèi)座圈是固定不動(dòng)的。外座圈2的內(nèi)表面有若干個(gè)偏心的圓弧面。滾柱5經(jīng)常被疊片彈簧6壓向內(nèi)、外座圈之間滾道比較狹窄的一端,而將內(nèi)、外座圈楔緊。1.三元件綜合式液力變矩器圖16-101—內(nèi)座圈2—外座圈3—導(dǎo)輪4—鉚釘5—滾柱6—疊片彈簧二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(二)幾種典型的液力變矩器當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速較低、與泵輪轉(zhuǎn)速差較大時(shí),從渦輪流出的液流沖擊導(dǎo)輪葉片,力圖使導(dǎo)輪3順時(shí)針方向(虛線箭頭所示)旋轉(zhuǎn)。由于滾柱5楔緊在滾道的窄端,導(dǎo)輪便同單向離合器外座圈2一起被卡緊在內(nèi)座圈1上而固定不動(dòng),此時(shí)液力變矩器起增大轉(zhuǎn)矩的作用。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速升高到一定程度,液流對導(dǎo)輪的沖擊力反向,于是導(dǎo)輪自由地相對于內(nèi)座圈按實(shí)線箭頭方向與渦輪同向轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí),變矩器就轉(zhuǎn)入偶合器的工作狀況。這種可以轉(zhuǎn)入偶合器工況的變矩器,稱為綜合式液力變矩器。1.三元件綜合式液力變矩器圖16-101—內(nèi)座圈2—外座圈3—導(dǎo)輪4—鉚釘5—滾柱6—疊片彈簧二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(二)幾種典型的液力變矩器1.三元件綜合式液力變矩器圖16-11二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(二)幾種典型的液力變矩器變矩器的各工作輪在一個(gè)密閉腔內(nèi)工作,腔內(nèi)充滿液力傳動(dòng)油,它既是工作介質(zhì),又是液力元件的潤滑劑和冷卻劑。為防止氣蝕現(xiàn)象,腔內(nèi)應(yīng)保持一定的補(bǔ)償壓力,其值視變矩器而異,通常在0.25~0.7MPa范圍內(nèi)。所謂氣蝕是指液體流動(dòng)過程中,某處壓力下降到低于該溫度下工作液的飽和蒸氣壓時(shí)液體形成氣泡的現(xiàn)象。當(dāng)液體中的氣泡隨液流運(yùn)動(dòng)到壓力較高的區(qū)域時(shí),氣泡在周圍液力油的沖擊下迅速破裂,又凝結(jié)成液態(tài),使體積驟然縮小而出現(xiàn)真空。1.三元件綜合式液力變矩器圖16-11二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(二)幾種典型的液力變矩器于是,周圍的液體質(zhì)點(diǎn)即以極高的速度填補(bǔ)這些空間。在此瞬間,液體質(zhì)點(diǎn)相互強(qiáng)烈碰擊,產(chǎn)生明顯的噪聲;同時(shí)造成很高的局部壓力,致使葉片表面的金屬顆粒被擊破。由此可見,氣蝕現(xiàn)象將影響變矩器正常工作,使其效率降低,并伴有噪聲。因此,工作腔內(nèi)必須保持足夠的補(bǔ)償壓力。1.三元件綜合式液力變矩器圖16-11二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(二)幾種典型的液力變矩器由液壓泵輸出的具有一定壓力的補(bǔ)償油通過導(dǎo)輪固定套管14(圖16-9)與泵輪輪轂12之間的環(huán)狀空腔,從導(dǎo)輪與泵輪之間的縫隙進(jìn)入,由渦輪與導(dǎo)輪之間流出,經(jīng)固定套管14與變矩器輸出軸13之間的環(huán)狀空腔通往冷卻器,使工作液得到冷卻。1.三元件綜合式液力變矩器圖16-9由于補(bǔ)償壓力的存在,工作輪上受到的軸向力較大。為此,在導(dǎo)輪端部裝有有色金屬推力墊片15,在渦輪輪轂與殼體之間裝有耐磨的塑料墊片2。上述三元件綜合式液力變矩器結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠,性能穩(wěn)定,最高效率達(dá)92%。在轉(zhuǎn)為偶合器工作時(shí),高傳動(dòng)比區(qū)的效率可達(dá)96%。因此,它在高級轎車上應(yīng)用極廣,在大型客車、自卸汽車及工程車輛上的應(yīng)用也逐漸增多。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(二)幾種典型的液力變矩器某些起動(dòng)變矩系數(shù)大的變矩器,若采用上述三元件綜合式變矩器,則在最高效率工況到偶合器工況始點(diǎn)之間的區(qū)段上效率顯著降低。為避免這個(gè)缺點(diǎn),可將導(dǎo)輪分割成兩個(gè),分別裝在各自的單向離合器上,從而形成四元件綜合式液力變矩器。2.四元件綜合式液力變矩器二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(二)幾種典型的液力變矩器2.四元件綜合式液力變矩器圖16-121—起動(dòng)齒圈2—變矩器殼體3—曲軸凸緣4—第一導(dǎo)輪(Ⅰ)5—渦輪6—泵輪7—第二導(dǎo)輪(Ⅱ)8—單向離合器9—輸出軸10—導(dǎo)輪固定套管二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(二)幾種典型的液力變矩器2.四元件綜合式液力變矩器圖16-13二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(二)幾種典型的液力變矩器因變矩器的渦輪與泵輪之間存在轉(zhuǎn)速差和液力損失,變矩器的效率不如機(jī)械變速器高,故采用變矩器的汽車在正常行駛時(shí)的燃油經(jīng)濟(jì)性較差。為提高變矩器在高傳動(dòng)比工況下的效率,可采用帶鎖止離合器的液力變矩器(圖16-14)。鎖止離合器的主動(dòng)部分是傳力盤8和操縱液壓缸活塞(即壓盤)6,它們與泵輪11一起旋轉(zhuǎn)。從動(dòng)部分是裝在渦輪輪轂14花鍵上的離合器從動(dòng)盤7。壓力油經(jīng)油道5進(jìn)入后,推動(dòng)活塞右移,壓緊從動(dòng)盤,即鎖止離合器接合,于是泵輪與渦輪接合成一體旋轉(zhuǎn),變矩器不起作用。當(dāng)撤除油壓時(shí),兩者分離,變矩器恢復(fù)正常工作。3.帶鎖止離合器的液力變矩器圖16-141—起動(dòng)齒圈2—鎖止離合器操縱液壓缸3—導(dǎo)向銷4—曲軸凸緣5—油道6—操縱液壓缸活塞(壓盤)7—離合器從動(dòng)盤8—傳力盤9—鍵10—渦輪11—泵輪12—導(dǎo)輪13—單向離合器14—渦輪輪轂15—變矩器輸出軸二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(二)幾種典型的液力變矩器

3.帶鎖止離合器的液力變矩器圖16-141—起動(dòng)齒圈2—鎖止離合器操縱液壓缸3—導(dǎo)向銷4—曲軸凸緣5—油道6—操縱液壓缸活塞(壓盤)7—離合器從動(dòng)盤8—傳力盤9—鍵10—渦輪11—泵輪12—導(dǎo)輪13—單向離合器14—渦輪輪轂15—變矩器輸出軸當(dāng)鎖止離合器接合時(shí),單向離合器即脫開,導(dǎo)輪在液流中自由旋轉(zhuǎn)。若取消單向離合器,則當(dāng)泵輪與渦輪鎖成一體旋轉(zhuǎn)時(shí),導(dǎo)輪將仍處于固定狀態(tài)而導(dǎo)致液力損失加大,效率降低。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器液力變矩器雖能在一定范圍內(nèi)自動(dòng)地、無級地改變轉(zhuǎn)矩比和傳動(dòng)比,但存在著變矩能力與效率之間的矛盾。目前應(yīng)用的變矩器的變矩系數(shù)都不夠大,難以滿足汽車的使用要求,故在汽車上廣泛采用的是液力變矩器與齒輪式變速器組成的液力機(jī)械式變速器。與變矩器配合使用的齒輪式變速器多數(shù)是行星齒輪變速器,也可以是固定軸線式齒輪變速器。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器為了解行星齒輪變速器工作原理,下面先分析單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。圖16-15所示為單排行星齒輪機(jī)構(gòu)示意圖,圖上還標(biāo)出行星輪所受到的作用力。圖16-151—太陽輪2—齒圈3—行星架4—行星輪1.行星齒輪變速器的工作原理二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器作用于太陽輪1上的力矩為1.行星齒輪變速器的工作原理作用于齒圈2上的力矩為作用于行星架3上的力矩為令齒圈與太陽輪的齒數(shù)比為α,則二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器1.行星齒輪變速器的工作原理由行星輪4的力平衡條件可得因此,太陽輪、齒圈和行星架上的力矩分別為（16-1）二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器1.行星齒輪變速器的工作原理根據(jù)能量守恒定律,三個(gè)元件上輸入和輸出功率的代數(shù)和應(yīng)等于零,即將式(16-1)代入式(16-2)中,即可得到表示單排行星齒輪機(jī)構(gòu)一般運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特性方程式為若以轉(zhuǎn)速代替角速度,則上式可寫成二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器1.行星齒輪變速器的工作原理由式(16-3)可以看出,在太陽輪、齒圈和行星架這三個(gè)元件中,可任選兩個(gè)分別作為主動(dòng)件和從動(dòng)件,而使另一元件固定不動(dòng)(即使該元件轉(zhuǎn)速為零),或使其運(yùn)動(dòng)受一定的約束(即該元件的轉(zhuǎn)速為某定值),則整個(gè)輪系即以一定的傳動(dòng)比傳遞動(dòng)力。下面分別討論以下情況:二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器1.行星齒輪變速器的工作原理如果所有元件都不受約束,即都可以自由轉(zhuǎn)動(dòng),則行星齒輪機(jī)構(gòu)完全失去傳動(dòng)作用。由幾排行星齒輪機(jī)構(gòu)組成的行星齒輪變速器,其傳動(dòng)比可根據(jù)上述單排行星齒輪機(jī)構(gòu)特性方程式推導(dǎo)出來。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器2.液力變矩器與行星齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器某六檔液力機(jī)械式自動(dòng)變速器由一個(gè)三元件綜合式液力變矩器和可自動(dòng)換檔的六檔行星齒輪變速器組成(圖16-16)。行星齒輪變速器渦輪軸的前端以花鍵與渦輪輪轂連接,后端連接主軸部分,動(dòng)力即由液力變矩器經(jīng)渦輪軸輸入行星齒輪變速器,然后由主軸輸出。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器2.液力變矩器與行星齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器圖16-16變矩器模塊:1—變矩器渦輪2—變矩器泵輪3—閉鎖離合器4—變矩器導(dǎo)輪前支撐/液壓泵模塊:5—前支撐6—液壓泵主殼體模塊:7—主殼體8—C3離合器9—C4離合器10—C5離合器緩速器模塊:11—緩速器殼體總成12—緩速器定子總成13—轉(zhuǎn)子主軸模塊:14—主軸15—P2太陽輪16—P3太陽輪行星機(jī)構(gòu)模塊:17—P3行星機(jī)構(gòu)總成18—P2行星機(jī)構(gòu)總成19—P1行星機(jī)構(gòu)總成控制系統(tǒng)模塊:20—液壓-電子控制系統(tǒng)21—變速器油面位置傳感器旋轉(zhuǎn)離合器模塊:22—C2離合器23—C1離合器24—渦輪軸變矩器殼體模塊:25—變矩器殼體二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器2.液力變矩器與行星齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器某六檔液力機(jī)械式自動(dòng)變速器由一個(gè)三元件綜合式液力變矩器和可自動(dòng)換檔的六檔行星齒輪變速器組成(圖16-16)。行星齒輪變速器渦輪軸的前端以花鍵與渦輪輪轂連接,后端連接主軸部分,動(dòng)力即由液力變矩器經(jīng)渦輪軸輸入行星齒輪變速器,然后由主軸輸出。整個(gè)自動(dòng)變速器由九大模塊組成:變矩器模塊(1、2、3、4),前支撐/液壓泵模塊(5、6),主殼體模塊(7、8、9、10),緩速器模塊(11、12、13),主軸模塊(14、15、16),行星機(jī)構(gòu)模塊(17、18、19),控制系統(tǒng)模塊(20、21),旋轉(zhuǎn)離合器模塊(22、23、24),變矩器殼體模塊(25)。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器2.液力變矩器與行星齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器圖16-17所示為某轎車液控式兩檔自動(dòng)變速器變速傳動(dòng)部分示意圖。其中,行星齒輪變速器由前、后兩排行星齒輪機(jī)構(gòu)組成。前排齒圈4和后排太陽輪11制成一體,以花鍵與變速器第一軸14相連,為變速器的主動(dòng)件。后排齒圈8與變速器第二軸10用花鍵連接,為變速器的從動(dòng)件。前、后兩行星架12和7均以花鍵與倒檔制動(dòng)器5的制動(dòng)鼓連接,故彼此是剛性相連,必要時(shí)可用帶式制動(dòng)器5使之固定不轉(zhuǎn)。前、后兩行星架上各自壓裝著三根軸,行星齒輪松套于軸上。前排太陽輪13松套在變速器第一軸14上,并以其前端凸緣盤外圈上的8個(gè)漸開線花鍵與低速檔制動(dòng)器3的制動(dòng)鼓連接,故可用帶式制動(dòng)器3使之在必要時(shí)固定不轉(zhuǎn)。直接檔離合器2的主動(dòng)部分與第一軸相連,而從動(dòng)部分則與第一排太陽輪相連。當(dāng)離合器接合時(shí),兩排行星齒輪機(jī)構(gòu)即被連鎖成一體,實(shí)現(xiàn)直接檔傳動(dòng)。因此,用離合器和制動(dòng)器可改變行星齒輪機(jī)構(gòu)中各元件的相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系,以實(shí)現(xiàn)不同檔位的傳動(dòng)。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器2.液力變矩器與行星齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器圖16-171—液力變矩器2—直接檔離合器3—低速檔制動(dòng)器4—前排齒圈5—倒檔制動(dòng)器6—前排行星齒輪7—后排行星架8—后排齒圈9—后排行星輪10—變速器第二軸11—后排太陽輪12—前排行星架13—前排太陽輪14—變速器第一軸二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器2.液力變矩器與行星齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器此轎車的雙排行星齒輪變速器共有一個(gè)倒檔和兩個(gè)前進(jìn)檔:低速檔和高速檔(直接檔)。各檔傳動(dòng)路線如圖16-18所示。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器2.液力變矩器與行星齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器圖16-181—發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸2—第一導(dǎo)輪3—渦輪4—泵輪5—第二導(dǎo)輪6—低速檔制動(dòng)器7—倒檔制動(dòng)器8—行星架9—后排齒圈10—變速器第二軸11—后排太陽輪12—前排齒圈13—前排太陽輪14—直接檔離合器15—單向離合器16—變速器第一軸二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器2.液力變矩器與行星齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器(1)空檔直接檔離合器14處于分離狀態(tài),制動(dòng)器6和7都松開,此時(shí)兩排行星齒輪機(jī)構(gòu)的各個(gè)元件均不受約束地自由轉(zhuǎn)動(dòng),故行星齒輪變速器不能傳遞動(dòng)力,即處于空檔位置。(2)低速檔直接檔離合器14分離,倒檔制動(dòng)器7松開,低速檔制動(dòng)器6的制動(dòng)帶箍緊其制動(dòng)鼓,使前排太陽輪13固定不動(dòng)。液力變矩器輸出的動(dòng)力,一部分從前排齒圈12經(jīng)行星架傳給后排行星輪,另一部分直接經(jīng)后排太陽輪11傳到后排行星輪,然后兩部分匯合后由后排齒圈9輸出。該檔傳動(dòng)比為1.72。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器2.液力變矩器與行星齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器變速器的傳動(dòng)比即為第一軸16與第二軸10的轉(zhuǎn)速之比。由圖可見,低速檔傳動(dòng)比即為后排太陽輪11與齒圈9的轉(zhuǎn)速之比,但是卻不等于齒圈9和太陽輪11的齒數(shù)比,因?yàn)樾行羌?并非固定不動(dòng),而只是受前排行星齒輪機(jī)構(gòu)的約束。該檔傳動(dòng)比計(jì)算方法如下:二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器2.液力變矩器與行星齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器后排行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性方程式為將式(16-5)代入式(16-6)中,得二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器2.液力變矩器與行星齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器于是變速器低檔傳動(dòng)比為二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器2.液力變矩器與行星齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器(3)直接檔二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器2.液力變矩器與行星齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器(4)倒檔二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器2.液力變矩器與行星齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器液力機(jī)械變速器的總傳動(dòng)比(指行星齒輪變速器第二軸輸出轉(zhuǎn)矩與泵輪轉(zhuǎn)矩之比)為液力變矩器的變矩系數(shù)K與齒輪變速器傳動(dòng)比i的乘積。其中,變矩系數(shù)K的變化是無級的,而齒輪變速器傳動(dòng)比i的變化則是有級的。兩者配合工作,則使液力機(jī)械傳動(dòng)在幾個(gè)范圍內(nèi)無級變速,故稱為部分無級變速器。此轎車變矩器的變矩系數(shù)為1~2.45。當(dāng)行星齒輪變速器在低速檔工作時(shí),總傳動(dòng)比可在1.72~4.2范圍內(nèi)連續(xù)變化;在直接檔工作時(shí),總傳動(dòng)比的連續(xù)變化范圍為1~2.45;在倒檔工作時(shí),總傳動(dòng)比變化范圍為2.39~5.85。行星齒輪變速器可以由駕駛?cè)藦?qiáng)制操縱,也可以做成自動(dòng)操縱的。自動(dòng)操縱系統(tǒng)通常采用液壓式。此轎車在轉(zhuǎn)向盤下面的轉(zhuǎn)向柱套管上裝有選檔操縱手柄。手柄有4個(gè)位置:倒檔、空檔、前進(jìn)檔和低速檔,與行星齒輪變速器的檔位相對應(yīng)。當(dāng)操縱手柄位于前進(jìn)檔位置時(shí),行星齒輪變速器的液壓操縱系統(tǒng)即能根據(jù)行駛過程中的車速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷情況,自動(dòng)地控制離合器和有關(guān)的制動(dòng)器,使變速器換上直接檔或低速檔。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器2.液力變矩器與行星齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器液力機(jī)械自動(dòng)變速器中變矩器的工作油液、液壓操縱系統(tǒng)的工作油液以及行星齒輪變速器的潤滑油液,都是專用的液力傳動(dòng)油,由同一液壓泵(圖16-16中的6)供給。液壓泵由變矩器泵輪輪轂驅(qū)動(dòng)。圖16-16二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器2.液力變矩器與行星齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器為了使變矩器內(nèi)的油液在最有利的溫度(80℃左右)范圍內(nèi)工作,變矩器內(nèi)一部分高溫油液流到置于發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器下儲水箱內(nèi)的專用管式冷卻器中進(jìn)行冷卻。冷卻后的油液又經(jīng)過細(xì)濾器并由后蓋流入變速器作為潤滑油,然后回到變速器的油底殼。由于冷卻器位于發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器下儲水箱之中,所以油液不僅得到必要的冷卻,而且在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后的預(yù)熱過程中也能得到預(yù)熱,使其黏度減小,以提高變矩器的效率。目前,國外高級轎車上普遍應(yīng)用的是三元件液力變矩器和三檔行星齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器,以便汽車具有較高的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器3.液力變矩器與固定軸線式齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器某自卸汽車所采用的即為液力變矩器與固定軸線式齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器,其傳動(dòng)部分示意圖如圖16-19所示。該變速器由增速器、液力變矩器和固定軸線式齒輪變速器三部分組成。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器3.液力變矩器與固定軸線式齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器圖16-191—低壓液壓泵傳動(dòng)從動(dòng)齒輪2—低壓液壓泵傳動(dòng)主動(dòng)齒輪3—轉(zhuǎn)向高壓液壓泵傳動(dòng)軸4、38—轉(zhuǎn)向高壓液壓泵及低壓液壓泵超越傳動(dòng)齒輪5、19、36—單向離合器6—舉升高壓液壓泵傳動(dòng)軸7—舉升高壓液壓泵傳動(dòng)從動(dòng)齒輪8—增速器輸出軸9—高壓液壓泵傳動(dòng)主動(dòng)齒輪10—增速器從動(dòng)齒輪11—增速器中間齒輪12—增速器輸入軸凸緣盤13—增速器輸入軸14—增速器主動(dòng)齒輪15—渦輪16—第一導(dǎo)輪17—第二導(dǎo)輪18—泵輪20—變矩器支座21—三檔主動(dòng)齒輪22—一檔主動(dòng)齒輪23—二檔主動(dòng)齒輪24—倒檔傳動(dòng)從動(dòng)齒輪25—倒檔主動(dòng)齒輪26—倒檔軸27—倒檔傳動(dòng)主動(dòng)齒輪28—第一軸29—倒檔從動(dòng)齒輪30—車速里程表傳動(dòng)齒輪副31—?jiǎng)恿敵鐾咕壉P32—第二軸33—二檔從動(dòng)齒輪34—一檔從動(dòng)齒輪35—三檔從動(dòng)齒輪37—轉(zhuǎn)向高壓液壓泵及低壓液壓泵傳動(dòng)齒輪39—超越傳動(dòng)軸Ⅰ—一檔離合器Ⅱ—二檔離合器Ⅲ—三檔離合器R—倒檔離合器A—舉升高壓液壓泵B—轉(zhuǎn)向高壓液壓泵C—低壓液壓泵二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器3.液力變矩器與固定軸線式齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器液力變矩器為四元件綜合式,最大變矩系數(shù)為3.65。由于該車所用的柴油機(jī)轉(zhuǎn)速較低,為使液力變矩器有較高的輸入轉(zhuǎn)速(泵輪轉(zhuǎn)速),以獲得較為良好的變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作特性,在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與變矩器輸入軸(泵輪軸)之間裝設(shè)一個(gè)傳動(dòng)比為0.871的增速器。增速器還用于驅(qū)動(dòng)舉升高壓液壓泵A、轉(zhuǎn)向高壓液壓泵B和對變矩器、操縱離合器供油的低壓液壓泵C。所采用的固定軸線式齒輪變速器是三檔兩軸變速器。每個(gè)前進(jìn)檔都只經(jīng)過一對齒輪傳動(dòng),故第二軸32(圖16-19)可以布置得低于第一軸28一定的距離,這樣可使后橋傳動(dòng)軸的傾角不至過大。變速器所有齒輪副均為直齒常嚙合齒輪。每對常嚙合齒輪中都有一個(gè)齒輪以花鍵和軸連接,而另一齒輪用軸承自由地支承在軸上。在需要掛入該檔工作時(shí),可以通過一個(gè)多片式操縱離合器的接合,使之與軸連成一體而參加傳動(dòng),離合器分離則退出傳動(dòng)(摘檔)。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器3.液力變矩器與固定軸線式齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器各檔傳動(dòng)路線如下:一檔:第一軸28——離合器Ⅰ——齒輪22——齒輪34——第二軸32,傳動(dòng)比為2.417二檔:第一軸28——齒輪23——齒輪33——離合器Ⅱ——第二軸32,傳動(dòng)比為1.485三檔:第一軸28——齒輪21——齒輪35——離合器Ⅲ——齒輪34——第二軸32,傳動(dòng)比為0.864(超速檔)倒檔:第一軸28——齒輪27——齒輪24——離合器R——齒輪25——齒輪29——第二軸32,傳動(dòng)比為2.412二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器3.液力變矩器與固定軸線式齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器使用操縱離合器換檔不存在輪齒沖擊問題,所以在同液力變矩器配合工作的情況下,不需要保留摩擦式主離合器。操縱離合器是用液壓系統(tǒng)控制的,液壓系統(tǒng)中的油壓由低壓液壓泵C建立。駕駛?cè)送ㄟ^位于轉(zhuǎn)向盤下方的變速桿和一系列桿件,直接操縱一個(gè)換檔控制閥,使某檔離合器的液壓缸與高壓油道或回油道連通,從而使該檔離合器接合或分離。汽車在行駛過程中,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有時(shí)會很低(尤其是下坡和滑行時(shí)),嚴(yán)重影響到低壓液壓泵和轉(zhuǎn)向高壓液壓泵的正常工作。為此,這兩個(gè)液壓泵的傳動(dòng)做成超越式的,即齒輪4和齒輪38與其軸之間裝有自由輪機(jī)構(gòu)(亦稱超越離合器,其原理與導(dǎo)輪單向離合器相同),使得在順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向上(從變速器前面向后看),齒輪可以驅(qū)動(dòng)軸,而軸卻不能驅(qū)動(dòng)齒輪。這樣,當(dāng)汽車正常行駛時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速足夠高,致使齒輪4的超越離合器鎖緊,而齒輪38的超越離合器則松脫。于是,低壓液壓泵C和轉(zhuǎn)向高壓液壓泵B由發(fā)動(dòng)機(jī)通過增速器齒輪9、7、4及軸3驅(qū)動(dòng);當(dāng)下坡或滑行時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很低,則由變速器第二軸通過齒輪37和齒輪38及軸3驅(qū)動(dòng)低壓液壓泵和轉(zhuǎn)向高壓液壓泵,此時(shí)齒輪38的超越離合器鎖緊,齒輪4的超越離合器松脫。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器3.液力變矩器與固定軸線式齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器汽車在行駛過程中,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有時(shí)會很低(尤其是下坡和滑行時(shí)),嚴(yán)重影響到低壓液壓泵和轉(zhuǎn)向高壓液壓泵的正常工作。為此,這兩個(gè)液壓泵的傳動(dòng)做成超越式的,即齒輪4和齒輪38與其軸之間裝有自由輪機(jī)構(gòu)(亦稱超越離合器,其原理與導(dǎo)輪單向離合器相同),使得在順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向上(從變速器前面向后看),齒輪可以驅(qū)動(dòng)軸,而軸卻不能驅(qū)動(dòng)齒輪。這樣,當(dāng)汽車正常行駛時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速足夠高,致使齒輪4的超越離合器鎖緊,而齒輪38的超越離合器則松脫。于是,低壓液壓泵C和轉(zhuǎn)向高壓液壓泵B由發(fā)動(dòng)機(jī)通過增速器齒輪9、7、4及軸3驅(qū)動(dòng);當(dāng)下坡或滑行時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很低,則由變速器第二軸通過齒輪37和齒輪38及軸3驅(qū)動(dòng)低壓液壓泵和轉(zhuǎn)向高壓液壓泵,此時(shí)齒輪38的超越離合器鎖緊,齒輪4的超越離合器松脫。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器4.帶鎖止離合器的液力變矩器、換檔離合器和全同步變速器組成的液力機(jī)械變速器近年來,國外重型貨車和工程車輛上開始采用WSK系統(tǒng)與全同步多檔變速器(四~六檔)組成的液力機(jī)械變速器。所謂WSK(德文縮寫)系統(tǒng),是由鎖止離合器、變矩器、滑行單向離合器和換檔離合器組成的“變矩器-換檔離合器系統(tǒng)”。多數(shù)情況下是把WSK系統(tǒng)和變速器裝在一起作為傳動(dòng)裝置使用,也可以把WSK系統(tǒng)和變速器分開布置(圖16-20)。圖16-201—滑行單向離合器2—鎖止離合器3—變矩器4—換檔離合器5—全同步變速器二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器4.帶鎖止離合器的液力變矩器、換檔離合器和全同步變速器組成的液力機(jī)械變速器

當(dāng)汽車起步或在壞路面上行駛時(shí),鎖止離合器2分離,變矩器3起作用。操縱換檔離合器4可換入不同檔位,兩者配合能得到若干個(gè)區(qū)段范圍內(nèi)的無級變速,以充分發(fā)揮液力傳動(dòng)自動(dòng)適應(yīng)阻力變化和減少換檔次數(shù)的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)汽車在良好路面上行駛時(shí),泵輪與渦輪之間的轉(zhuǎn)速差減小。此時(shí)應(yīng)將鎖止離合器接合,使變矩器不起作用而轉(zhuǎn)為機(jī)械傳動(dòng),通過換檔離合器選用不同檔位以滿足行駛要求,這樣可充分發(fā)揮機(jī)械傳動(dòng)效率高的優(yōu)點(diǎn)。換檔離合器是單片干式離合器,僅供換檔用,與汽車起步無關(guān),故設(shè)計(jì)尺寸可較一般傳動(dòng)系統(tǒng)中的離合器小些。檔離合器選用不同檔位以滿足行駛要求,這樣可充分發(fā)揮機(jī)械傳動(dòng)效率高的優(yōu)點(diǎn)。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器4.帶鎖止離合器的液力變矩器、換檔離合器和全同步變速器組成的液力機(jī)械變速器為保證鎖止離合器能自動(dòng)接合或分離,特設(shè)有兩個(gè)傳感器和一個(gè)電磁閥。兩個(gè)傳感器分別檢測曲軸轉(zhuǎn)速(即泵輪轉(zhuǎn)速)和變速器第一軸轉(zhuǎn)速(即渦輪轉(zhuǎn)速),并向電子控制器發(fā)出相應(yīng)的電信號。當(dāng)渦輪與泵輪達(dá)到預(yù)定的傳動(dòng)比時(shí),電磁閥開啟,液壓作用于鎖止離合器的活塞上,使離合器主、從動(dòng)片壓緊,實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器的機(jī)械連接。當(dāng)汽車減速,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降到額定轉(zhuǎn)速的40%左右(約為900~1100r/min)時(shí),鎖止離合器即分離。WSK系統(tǒng)工作時(shí),儀表板上的信號燈開亮。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器直接做機(jī)械連接,而路面條件又要求換入低速檔時(shí),駕駛?cè)丝蓪⒓铀偬ぐ宀鹊降?接通位于加速踏板下面的轉(zhuǎn)換開關(guān)。此開關(guān)立即切斷對鎖止離合器的供油,WSK系統(tǒng)即處于變矩器工作狀態(tài),使變速器的輸入轉(zhuǎn)矩增加而無須換檔,因此明顯減少了換檔次數(shù)。在WSK系統(tǒng)處于變矩器工作階段時(shí),也可以在第一軸轉(zhuǎn)速高于曲軸轉(zhuǎn)速的條件下,由滑行單向離合器1的作用使發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器直接連接。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變矩器和變速器工作時(shí),滑行單向離合器是松脫的;而當(dāng)汽車下坡滑行,驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)為主動(dòng)件時(shí),滑行單向離合器便鎖緊,帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),起到發(fā)動(dòng)機(jī)緩速制動(dòng)的作用。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器4.帶鎖止離合器的液力變矩器、換檔離合器和全同步變速器組成的液力機(jī)械變速器綜上所述,這類液力機(jī)械變速器能保證汽車平順起步,沒有沖擊和振動(dòng);明顯減少換檔次數(shù);操縱輕便,利于安全行駛;可使用發(fā)動(dòng)機(jī)緩速制動(dòng)以及在下坡時(shí)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。因此,它可以替代重型貨車上的組合式變速器。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器5.雙流液力機(jī)械傳動(dòng)前已述及,液力變矩器單獨(dú)與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配不能滿足汽車使用要求,還需要與機(jī)械變速器串聯(lián)組成液力機(jī)械變速器。此外,還可以將液力變矩器與二自由度行星齒輪機(jī)構(gòu)并聯(lián),而后再與機(jī)械變速器串聯(lián)。在并聯(lián)部分中,發(fā)動(dòng)機(jī)功率的一部分經(jīng)變矩器傳遞,其余部分經(jīng)行星齒輪機(jī)構(gòu)傳遞,因而兼有兩種傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。這種有并聯(lián)部分的液力機(jī)械傳動(dòng),即稱為雙流液力機(jī)械傳動(dòng)或液力機(jī)械分流傳動(dòng)。其中,并聯(lián)部分可稱為液力機(jī)械變矩器。汽車上采用的雙流液力機(jī)械傳動(dòng)可分為外分流式、內(nèi)分流式和復(fù)合分流式。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器5.雙流液力機(jī)械傳動(dòng)圖16-21所示為外分流式液力機(jī)械傳動(dòng)的一種形式。其特點(diǎn)是功率分流在液力變矩器的外部實(shí)現(xiàn),即發(fā)動(dòng)機(jī)功率首先傳給單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的行星架2,由此,一部分功率經(jīng)太陽輪1直接傳給變矩器輸出軸7;另一部分功率經(jīng)齒圈3、泵輪5和渦輪4傳給變矩器輸出軸7,與前者匯合后傳到機(jī)械變速器。圖16-211—太陽輪2—行星架3—齒圈4—渦輪5—泵輪6—導(dǎo)輪7—變矩器輸出軸二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器5.雙流液力機(jī)械傳動(dòng)應(yīng)用外分流式液力機(jī)械傳動(dòng)的目的是:使現(xiàn)有定型生產(chǎn)的液力傳動(dòng)元件可與不同的機(jī)械傳動(dòng)元件配合后提高效率,還可能得到某種性能的改善,達(dá)到與發(fā)動(dòng)機(jī)的良好匹配,以滿足汽車行駛的要求。內(nèi)分流式液力機(jī)械傳動(dòng)與外分流式的區(qū)別在于功率分流是在液力傳動(dòng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的,即發(fā)動(dòng)機(jī)功率從泵輪輸入后,一部分經(jīng)渦輪傳至輸出軸;另一部分經(jīng)旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)輪傳給輸出軸,兩者匯合后輸出到機(jī)械變速器。在渦輪與輸出軸之間以及導(dǎo)輪與輸出軸之間,可設(shè)置行星齒輪機(jī)構(gòu)。應(yīng)用內(nèi)分流式液力機(jī)械傳動(dòng)的目的在于提高變矩器低傳動(dòng)比時(shí)的變矩系數(shù)和高傳動(dòng)比時(shí)的效率,并擴(kuò)大高效率的范圍。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(三)液力機(jī)械變速器5.雙流液力機(jī)械傳動(dòng)復(fù)合分流式是外分流式與內(nèi)分流式的綜合。發(fā)動(dòng)機(jī)功率首先傳給單排行星齒輪機(jī)構(gòu),由此,一部分功率直接經(jīng)太陽輪傳給變矩器的輸出軸,另一部分經(jīng)泵輪、第二渦輪傳至輸出軸,此即外分流部分。除此之外,當(dāng)功率由泵輪傳經(jīng)第一渦輪時(shí),有一部分功率傳至單排行星齒輪機(jī)構(gòu)后又返回泵輪,使泵輪轉(zhuǎn)矩增大,此即內(nèi)分流部分。這種復(fù)合分流式液力機(jī)械傳動(dòng)與內(nèi)分流式相比,具有較高的變矩系數(shù)、較高的效率值和較寬的高效率范圍。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(四)液力機(jī)械傳動(dòng)的液壓自動(dòng)操縱系統(tǒng)液力機(jī)械傳動(dòng)中變速器的操縱方式分為強(qiáng)制操縱、半自動(dòng)操縱和自動(dòng)操縱。所謂自動(dòng)操縱,是指汽車前進(jìn)行駛過程中駕駛?cè)税葱旭傂枰刂萍铀偬ぐ?變速器即可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和汽車速度的變化,自動(dòng)地?fù)Q入不同檔位工作。自動(dòng)操縱可使駕駛操作大為簡化和輕便,有利于安全行駛,并使換檔過程中速度變化平順,從而提高了汽車的動(dòng)力性和舒適性。因此,雖然自動(dòng)操縱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造工藝要求高,但在高級轎車上仍得到普遍應(yīng)用。自動(dòng)操縱系統(tǒng)包括動(dòng)力源、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分。前兩部分均為液壓式,故整個(gè)操縱系統(tǒng)可按控制機(jī)構(gòu)的形式分為液控液壓式和電控液壓式兩種。以下主要介紹某轎車液力機(jī)械傳動(dòng)的液控液壓式自動(dòng)操縱系統(tǒng)(圖16-22)。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(四)液力機(jī)械傳動(dòng)的液壓自動(dòng)操縱系統(tǒng)二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(四)液力機(jī)械傳動(dòng)的液壓自動(dòng)操縱系統(tǒng)動(dòng)力源是裝在變矩器1與前閥體之間,由變矩器泵輪驅(qū)動(dòng)的內(nèi)嚙合齒輪式液壓泵7。它除了向控制機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)供應(yīng)壓力油以實(shí)現(xiàn)換檔外,還向液力變矩器供應(yīng)工作油液,向行星齒輪變速器供應(yīng)潤滑油。液壓泵的排量取決于變矩器尺寸及執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作缸尺寸和數(shù)目以及油路的繁簡,轎車的液壓泵常用排量范圍為10L/1000r~20L/1000r。1.動(dòng)力源2.執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括直接檔離合器18、低檔制動(dòng)器19和倒檔制動(dòng)器20?？刂茩C(jī)構(gòu)根據(jù)汽車不同的行駛條件,分別在上述各液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)中建立或卸除油壓,從而得到變速器的不同工作檔位。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(四)液力機(jī)械傳動(dòng)的液壓自動(dòng)操縱系統(tǒng)控制機(jī)構(gòu)由主油路系統(tǒng)、換檔信號系統(tǒng)、換檔閥系統(tǒng)、緩沖安全系統(tǒng)和濾清冷卻系統(tǒng)組成。其作用是按照來自駕駛?cè)撕透鱾鞲衅靼l(fā)出的控制信號,將液壓泵輸出壓力加以精確調(diào)節(jié),并輸入執(zhí)行機(jī)構(gòu)。此外,還能保證換檔過程的正常進(jìn)行和改善換檔過程的平順性。3.控制機(jī)構(gòu)1)主油路系統(tǒng)包括主油路調(diào)壓閥3及高壓油管路部分。為得到不同檔位,主油路應(yīng)具有不同的油壓。對于空檔和前進(jìn)檔,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為800r/min時(shí),主油路壓力應(yīng)為0.6~0.65MPa;當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1600r/min時(shí),倒檔所需主油路壓力應(yīng)在1.6~1.9MPa范圍內(nèi)。主油路調(diào)壓閥的作用即是將液壓泵的輸出壓力精確調(diào)節(jié)到所需值后輸入主油路。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(四)液力機(jī)械傳動(dòng)的液壓自動(dòng)操縱系統(tǒng)2)換檔信號系統(tǒng)由節(jié)氣門閥9和離心調(diào)速器閥15組成。節(jié)氣門閥的位置取決于節(jié)氣門的開度,即取決于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷,因此駕駛?cè)瞬倏v加速踏板即可改變節(jié)氣門閥輸入換檔閥10的油壓。離心調(diào)速器閥裝在變速器第二軸14上,它可根據(jù)車速的變化改變輸給換檔閥的油壓。這兩個(gè)分別反映發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和汽車行駛速度的信號壓力,各自引至換檔閥的兩端。在兩者的綜合作用下,換檔閥使變速器自動(dòng)地由低速檔換入直接檔,或由直接檔自動(dòng)地?fù)Q入低速檔。3.控制機(jī)構(gòu)3)換檔閥系統(tǒng)中,除了上述的換檔閥10外,還包括手控制閥8和強(qiáng)制低檔閥11。手動(dòng)控制閥有空檔、前進(jìn)檔、低檔和倒檔四個(gè)位置,由裝在轉(zhuǎn)向盤下面轉(zhuǎn)向管柱上的選檔操縱手柄直接操縱。其作用是根據(jù)駕駛?cè)说囊庠?將主油路壓力油送至換檔閥或直接送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行換檔。此外,它還有泄油道,在需要時(shí)能排泄管路中的壓力油。為高速超車而設(shè)置的強(qiáng)制低檔閥用以強(qiáng)制接通低檔。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(四)液力機(jī)械傳動(dòng)的液壓自動(dòng)操縱系統(tǒng)4)緩沖安全系統(tǒng)由緩沖閥12、低檔限流閥16、低檔單向閥17和節(jié)流孔等組成。緩沖閥和低檔限流閥用來控制直接檔離合器的接合、分離以及低檔制動(dòng)器箍緊、放松的速度,以保證換檔平順,從而防止在換檔過程中車速發(fā)生突然變化而影響汽車的舒適性。單向閥和節(jié)流孔的作用在于保證換檔的可靠性和平順性。3.控制機(jī)構(gòu)5)濾清冷卻系統(tǒng)包括油液冷卻器4和油液細(xì)濾器5。變矩器工作時(shí),相當(dāng)大一部分能量轉(zhuǎn)化成熱量,致使工作液溫度升高。變矩器的油路與液壓操縱系統(tǒng)和機(jī)械變速器的潤滑油路是相通的,為保證變矩器的效率和變速器的操縱系統(tǒng)及潤滑系統(tǒng)正常工作,應(yīng)控制工作液溫度在一定范圍內(nèi)(一般變矩器出口處最高油溫不超過115~120℃)。因此,在發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器下儲水箱內(nèi)設(shè)有油液冷卻器4。變矩器內(nèi)的部分工作液從導(dǎo)輪與渦輪之間的間隙流出,經(jīng)導(dǎo)輪固定套管與變速器第一軸之間的環(huán)形油道流過冷卻器,得到冷卻或加溫(指起動(dòng)過程中的預(yù)熱)后,再經(jīng)過油液細(xì)濾器5流入機(jī)械變速器的潤滑油道。二、液力變矩器16.1液力機(jī)械傳動(dòng)(四)液力機(jī)械傳動(dòng)的液壓自動(dòng)操縱系統(tǒng)順便說明,為限制變矩器入口的補(bǔ)償油壓,使之不超過0.42MPa,還設(shè)有變矩器閥2和單向閥A,用以控制流經(jīng)冷卻器、細(xì)濾器的潤滑油壓力在0.07~0.14MPa范圍內(nèi)。上述液壓系統(tǒng)中,除主油路調(diào)壓閥、變矩器閥和離心調(diào)速器閥外,其他各閥均裝在控制閥體內(nèi)。第二節(jié)

機(jī)械式無級變速器16.2機(jī)械式無級變速器一、機(jī)械式無級變速器的工作原理機(jī)械式無級變速傳動(dòng)在汽車中首先獲得成功應(yīng)用的是V帶式無級變速傳動(dòng),它是由雙錐體球、盤、環(huán)柱體等發(fā)展而來的。但是,由于摩擦面的摩擦因數(shù)及零件承受單位壓力的限制,以及工藝和控制等問題,不能傳遞較大的功率。為了克服上述缺點(diǎn),20世紀(jì)70年代中后期,荷蘭的VanDoorne'sTransmissionb.v.公司(簡稱VDT)成功研制了一種新型無級變速傳動(dòng)系統(tǒng)——金屬帶式無級傳動(dòng)(ContinouslyVariableTransmission,CVT),并于1987年開始投放市場。圖16-23所示為某型金屬帶式無級變速器。該變速器具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長、效率高且噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。圖16-2316.2機(jī)械式無級變速器一、機(jī)械式無級變速器的工作原理金屬帶式無級自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)示意圖如圖16-24所示。它由金屬帶、工作輪、液壓泵、起步離合器和控制系統(tǒng)等組成。變速系統(tǒng)中的主、從動(dòng)工作輪由固定部分4a、7a和可動(dòng)部分4、7組成,工作輪的固定部分和可動(dòng)部分間形成V形槽,金屬帶10在槽內(nèi)與它嚙合。圖16-241—發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪2—離合器3—主動(dòng)工作輪液壓控制缸4—主動(dòng)工作輪可動(dòng)部分4a—主動(dòng)工作輪固定部分5—液壓泵6—從動(dòng)工作輪液壓控制缸7—從動(dòng)工作輪可動(dòng)部分7a—從動(dòng)工作輪固定部分8—中間減速器9—主減速器與差速器10—金屬帶16.2機(jī)械式無級變速器一、機(jī)械式無級變速器的工作原理當(dāng)主、從動(dòng)工作輪的可動(dòng)部分做軸向移動(dòng)時(shí),即可改變傳動(dòng)帶與工作輪的嚙合半徑,從而改變了傳動(dòng)比。工作輪可動(dòng)部分的軸向移動(dòng)是根據(jù)汽車的行駛工況,通過控制系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)地調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)無級變速傳動(dòng)的。其動(dòng)力傳遞是由發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪1經(jīng)離合器2傳到主動(dòng)工作輪、金屬帶、從動(dòng)工作輪后,再經(jīng)中間減速齒輪機(jī)構(gòu)和主減速器,最后傳給驅(qū)動(dòng)輪?？梢?該系統(tǒng)使汽車具有無級自動(dòng)變速傳動(dòng)的功能。16.2機(jī)械式無級變速器二、CVT的關(guān)鍵部件金屬帶由多個(gè)金屬片和兩組金屬環(huán)組成,如圖16-25所示。每個(gè)金屬環(huán)的厚度為1.4mm。它在兩側(cè)工作輪擠壓力的作用下傳遞動(dòng)力。每組金屬環(huán)由數(shù)片厚為0.18mm的帶環(huán)疊合而成。在動(dòng)力傳遞過程中,它正確地推動(dòng)和引導(dǎo)金屬片的運(yùn)動(dòng)。1.金屬帶圖16-251—金屬片2—金屬環(huán)16.2機(jī)械式無級變速器二、CVT的關(guān)鍵部件主、從動(dòng)工作輪由可動(dòng)部分和固定部分組成,如圖16-26所示,其工作面為直線錐面體。在控制系統(tǒng)的作用下,可動(dòng)部分依靠鋼球-滑道結(jié)構(gòu)做軸向移動(dòng),可連續(xù)地改變帶傳動(dòng)工作半徑,從而實(shí)現(xiàn)無級自動(dòng)變速傳動(dòng)。2.工作輪圖16-2616.2機(jī)械式無級變速器二、CVT的關(guān)鍵部件液壓泵為系統(tǒng)控制的液壓源,其類型有齒輪泵和葉片泵兩種。3.液壓泵16.2機(jī)械式無級變速器二、CVT的關(guān)鍵部件4.控制系統(tǒng)CVT的控制系統(tǒng)一般采用機(jī)械液壓控制和電子液壓控制。圖16-27所示為CVT的機(jī)械液壓控制系統(tǒng)工作原理示意圖。當(dāng)駕駛?cè)瞬认录铀偬ぐ?通過柔性鋼索1帶動(dòng)換檔凸輪2轉(zhuǎn)動(dòng),控制速比控制閥3。由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓泵8將壓力油輸送給主壓力控制閥9。控制閥9根據(jù)工作輪位置傳感器4的液壓信號,控制速比控制閥3中油液的壓力,從而控制主、從動(dòng)工作輪可動(dòng)部分的液壓缸中油液的壓力,以調(diào)節(jié)金屬帶與工作輪的工作半徑,實(shí)現(xiàn)無級自動(dòng)變速。圖16-271—柔性鋼索2—換檔凸輪3—速比控制閥4—工作輪位置傳感器5—主動(dòng)工作輪液壓缸6—從動(dòng)工作輪液壓缸7—金屬帶8—液壓泵9—主壓力控制閥10—加速踏板11—節(jié)氣門16.2機(jī)械式無級變速器二、CVT的關(guān)鍵部件4.控制系統(tǒng)CVT的控制系統(tǒng)一般采用機(jī)械液壓控制和電子液壓控制。圖16-28所示為CVT的電子液壓控制系統(tǒng)工作原理示意圖。系統(tǒng)中包括電磁離合器的控制和主、從動(dòng)帶輪的傳動(dòng)比控制。傳動(dòng)比由發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門信號和主動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)速所決定。電子控制單元(ECU)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速、節(jié)氣門開度和換檔控制信號等控制主、從動(dòng)帶輪上伺服液壓缸的壓力,使主、從動(dòng)工作輪的可動(dòng)部分軸向移動(dòng),改變金屬帶與工作輪間的工作半徑,從而實(shí)現(xiàn)無級變速。圖16-2816.2機(jī)械式無級變速器三、典型應(yīng)用實(shí)例基于上述原因,在汽車上單獨(dú)采用金屬帶式無級傳動(dòng)(CVT)的場合較少,而是常與其他傳動(dòng)形式配合使用。其典型的組合形式有如下幾種。16.2機(jī)械式無級變速器三、典型應(yīng)用實(shí)例1.CVT與液力偶合器組成無級變速傳動(dòng)圖16-29所示為CVT與液力偶合器組成的無級變速傳動(dòng)示意圖。動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)傳給液力偶合器泵輪和渦輪,然后再傳給無級傳動(dòng)CVT,這樣可改善起步性能。前進(jìn)檔與倒檔是用前進(jìn)檔離合器與倒檔制動(dòng)器來控制行星齒輪減速機(jī)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)的。增加行星齒輪變速機(jī)構(gòu)6,是為了彌補(bǔ)高檔超速傳動(dòng)比太小的不足。動(dòng)力最后經(jīng)主減速器和差速器傳給驅(qū)動(dòng)輪。ECU根據(jù)裝在主減速器上的速度傳感器的節(jié)氣門開度信號與發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門傳感器的節(jié)氣門開度信號,控制伺服缸的油壓,改變工作輪的固定部分與可動(dòng)部分之間的距離,從而達(dá)到CVT在該工況下所要求達(dá)到的傳動(dòng)比。圖16-291—發(fā)動(dòng)機(jī)2—液力偶合器3—固定工作輪4、9—可動(dòng)工作輪5、10—伺服缸6—行星齒輪變速機(jī)構(gòu)7—速度傳感器8—傳動(dòng)帶11—主減速器16.2機(jī)械式無級變速器三、典型應(yīng)用實(shí)例2.CVT與電磁離合器組成無級變速傳動(dòng)圖16-30所示為用電磁離合器代替了上述液力偶合器的結(jié)構(gòu)形式。日本富士(FUSI)重工開發(fā)的就是這種類型。用磁粉式離合器與采用VDT鋼帶的CVT組合成的無級變速傳動(dòng)系統(tǒng),簡稱為“ECVT”。磁粉式離合器是靠本身的電磁力來傳遞轉(zhuǎn)矩的。在離合器主、從動(dòng)部分之間有密閉空間,內(nèi)放直徑為30~50μm的磁化鋼微粒(磁粉),密閉空間外纏繞有線圈。通電后散狀磁粉在磁場中開始“凝固”,即磁粉在磁場中形成磁鏈,把從動(dòng)轂與電磁鐵聯(lián)在一起。通電電流越大,磁鏈數(shù)目越多,磁鏈強(qiáng)度也越高,則磁粉式離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力就越大。當(dāng)電流大到足以使磁粉離合器主、從動(dòng)部分牢牢地接合在一起時(shí),離合器便停止打滑。磁粉的粘結(jié)力特性正比于電流值,所以可通過發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門開度與車速兩個(gè)參數(shù)來控制線圈中電流的大小和通電時(shí)間的長短,從而實(shí)現(xiàn)對離合器接合時(shí)間和力的控制。這種離合器結(jié)構(gòu)簡單,容易實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)增長,主、從動(dòng)部分不接觸、無磨損,而且電磁鐵與從動(dòng)轂之間的間隙在工作中不發(fā)生變化,故無須調(diào)整間隙,且允許主、從動(dòng)部分存在較長時(shí)間的滑磨。因此,它不僅很理想地解決了裝用CVT車輛的起步問題,而且與裝用液力偶合器的CVT車輛相比,可以防止變速時(shí)爬行和消除始終存在的滑轉(zhuǎn)損失;但它要求磁粉材料的化學(xué)物理性能要穩(wěn)定。16.2機(jī)械式無級變速器三、典型應(yīng)用實(shí)例2.CVT與電磁離合器組成無級變速傳動(dòng)圖16-301—電磁離合器2—工作帶3—CVT4—行星齒輪變速器16.2機(jī)械式無級變速器三、典型應(yīng)用實(shí)例3.雙狀態(tài)無級變速傳動(dòng)液力偶合器、電磁離合器等僅解決起步平穩(wěn)問題,因其均不改變轉(zhuǎn)矩,所以并未擴(kuò)大CVT總傳動(dòng)比范圍。但如用液力變矩器組合,就不僅提供最佳起步性能,而且由于它的變矩作用擴(kuò)大了總傳動(dòng)比的變化范圍,降低了CVT自身的變化范圍,從而使CVT傳動(dòng)易于調(diào)節(jié)到使發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳燃油經(jīng)濟(jì)性的區(qū)域內(nèi)工作。圖16-31所示為德國ZF公司于1991年開發(fā)的適用于轎車的無級變速傳動(dòng)裝置。它是CVT與綜合式液力變矩器(即帶鎖止離合器的液力變矩器)組成的組合式無級變速傳動(dòng)系統(tǒng)。其動(dòng)力傳動(dòng)路線是:發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)液力變矩器2(或鎖止離合器1)、行星齒輪機(jī)構(gòu)5,再經(jīng)金屬帶無級變速機(jī)構(gòu)7、減速齒輪8,最后傳給差速器9、半軸10和驅(qū)動(dòng)輪。16.2機(jī)械式無級變速器三、典型應(yīng)用實(shí)例3.雙狀態(tài)無級變速傳動(dòng)圖16-31a)CFT20型傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖b)CFT20型結(jié)構(gòu)剖面圖1—鎖止離合器2—液力變矩器3—液壓泵4—前進(jìn)檔離合器5—行星齒輪機(jī)構(gòu)6—倒檔離合器7—金屬帶無級變速機(jī)構(gòu)8—減速齒輪9—差速器10—半軸16.2機(jī)械式無級變速器三、典型應(yīng)用實(shí)例3.雙狀態(tài)無級變速傳動(dòng)所謂雙狀態(tài),是指當(dāng)起步和低速時(shí)液力變矩器工作;當(dāng)速度增加至變矩器偶合點(diǎn)工況時(shí),轉(zhuǎn)換到CVT傳動(dòng),此時(shí)變矩器轉(zhuǎn)換成偶合器工況下工作。這種先為液力無級變速,后轉(zhuǎn)為“純機(jī)械無級變速(CVT)”的組合,稱為雙狀態(tài)無級變速傳動(dòng)。圖16-32所示為雙狀態(tài)無級變速傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖,液力變矩器的功率通過傳動(dòng)鏈10傳至差速器8,CVT無級變速傳動(dòng)與其平行布置。這種組合在傳動(dòng)比7∶1范圍內(nèi)效率可提高30%,在不降低起步、爬坡等性能的條件下,主減速比i0可相應(yīng)降低30%,故即使在公路上行駛?cè)钥商岣呷加徒?jīng)濟(jì)性5%~9%。因有液力變矩器,起步特別平順。當(dāng)加速行駛接近變矩器偶合點(diǎn)工況時(shí),轉(zhuǎn)換離合器4開始動(dòng)作,CVT開始工作。傳遞變矩器動(dòng)力的傳動(dòng)鏈10的傳動(dòng)比基本上與CVT鋼帶傳動(dòng)的低檔傳動(dòng)比相同,故當(dāng)液力變矩器傳動(dòng)轉(zhuǎn)換到CVT傳動(dòng)時(shí),車輛在重載、大節(jié)氣門開度下工作,轉(zhuǎn)換離合器基本上能與CVT的工作輪同步轉(zhuǎn)換。因此,從液力無級變速換入純機(jī)械無級變速非常平順。16.2機(jī)械式無級變速器三、典型應(yīng)用實(shí)例3.雙狀態(tài)無級變速傳動(dòng)圖16-321—發(fā)動(dòng)機(jī)2—扭轉(zhuǎn)減振器3—液力變矩器4—轉(zhuǎn)換離合器5—工作輪6、9—內(nèi)、外側(cè)萬向節(jié)7—單向離合器8—差速器10—傳動(dòng)鏈F—前進(jìn)檔離合器R—倒檔離合器第三節(jié)

電控機(jī)械式自動(dòng)變速器16.3電控機(jī)械式自動(dòng)變速器一、電控機(jī)械式自動(dòng)變速器的工作原理電控機(jī)械式自動(dòng)變速器(AutomatedManualTransmission,AMT)是在傳統(tǒng)的手動(dòng)齒輪式變速器基礎(chǔ)上改造的,保留了絕大部分原總成部件,改變了其中手動(dòng)操作系統(tǒng)的換檔及離合器操縱部分。AMT既實(shí)現(xiàn)了換檔操縱的自動(dòng)化,又保留了手動(dòng)變速器齒輪傳動(dòng)的效率高、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、易制造的優(yōu)點(diǎn),是非常適合我國國情的自動(dòng)變速器。它的缺點(diǎn)是非動(dòng)力換檔,會出現(xiàn)動(dòng)力中斷現(xiàn)象。綜合來看,在幾種自動(dòng)變速器中,AMT的性價(jià)比最高,應(yīng)用前景較廣闊。圖16-33所示為某重型載貨汽車用AMT系統(tǒng),該系統(tǒng)使得整車的駕駛舒適性、燃油經(jīng)濟(jì)性都得到顯著提升。圖16-3316.3電控機(jī)械式自動(dòng)變速器一、電控機(jī)械式自動(dòng)變速器的工作原理AMT的基本工作原理是:根據(jù)駕駛?cè)说囊鈭D(加速踏板、制動(dòng)踏板、開關(guān)、手柄控制器等)和車輛的狀態(tài)(發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、輸入軸轉(zhuǎn)速、車速、檔位等),變速器電控單元總成(TCU)結(jié)合選、換檔傳感器的信號反饋來控制選、換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)及離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作,從而代替駕駛?cè)送瓿蓳Q檔動(dòng)作和離合器操縱,實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)換檔。16.3電控機(jī)械式自動(dòng)變速器二、AMT執(zhí)行機(jī)構(gòu)電控機(jī)械式自動(dòng)變速器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有電控液壓式、電控氣壓式、全電式三種控制方式,以下分別對三種執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行介紹。16.3電控機(jī)械式自動(dòng)變速器二、AMT執(zhí)行機(jī)構(gòu)(1)離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)電控液壓式離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)如圖16-34所示,采用單桿型單動(dòng)液壓缸,由電磁閥V1、V3、V4控制1.電控液壓式執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖16-341—液壓泵2—壓力繼電器3—蓄能器4—電磁閥5—離合器液壓缸16.3電控機(jī)械式自動(dòng)變速器二、AMT執(zhí)行機(jī)構(gòu)(1)離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)1.電控液壓式執(zhí)行機(jī)構(gòu)它們按需要有直徑各不相同的節(jié)流孔,以滿足最大接合速度;將V3、V4組合,并由TCU進(jìn)行脈寬調(diào)制,便可得到不同的接合速度。其工作模式有:分離、保持分離、接合以及保持接合4種。1)分離。電磁閥V1開放,V3、V4關(guān)閉,壓力油進(jìn)入液壓缸5使離合器分離。2)保持分離。V1、V3、V4均關(guān)閉,缸內(nèi)油壓封閉,液壓缸活塞不運(yùn)動(dòng),離合器保持分離。3)接合。V1關(guān)閉,V3、V4分別或同時(shí)工作,由TCU對其進(jìn)行脈寬調(diào)制,控制接合速度,由傳感器將其實(shí)際行程反饋給TCU,如與目標(biāo)接合規(guī)律不一致,則進(jìn)行修正,以配合汽車起步、換檔等。4)保持接合。以保證汽車在新檔位行駛。16.3電控機(jī)械式自動(dòng)變速器二、AMT執(zhí)行機(jī)構(gòu)(2)電控液壓式選、換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)1.電控液壓式執(zhí)行機(jī)構(gòu)電控液壓式選、換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)有平行式與相互正交式兩種,后者稱為X-Y換檔器,它們各有三個(gè)停止位置,組成矩陣方式(見圖16-34右下方)。對五個(gè)前進(jìn)檔一個(gè)倒檔的AMT而言,采用正交式相比平行式可節(jié)省兩個(gè)活塞缸,因而結(jié)構(gòu)簡單、緊湊,對于插入了選檔動(dòng)作的換檔,其時(shí)間會比平行式略長,其液壓缸是單桿型復(fù)動(dòng)式,用二位三通控制油路可使活塞正確可靠地停于三個(gè)位置,其運(yùn)動(dòng)通過內(nèi)部桿件傳至撥叉,換檔與手動(dòng)變速器相同。以一檔換二檔為例說明此過程:先分離離合器,同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)收油;這時(shí)TCU指令換檔閥V5、V6同時(shí)進(jìn)液壓油,摘下一檔進(jìn)入空檔N1R;接著TCU又指令V7、V8進(jìn)液壓油,使桿從N1R進(jìn)入N23位置;檔位信號接通,表示選檔到位后,換檔閥V6繼續(xù)通油,而換檔閥V5放油,從而換入2檔;換檔開關(guān)接通,TCU使離合器接合,發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)供油。16.3電控機(jī)械式自動(dòng)變速器二、AMT執(zhí)行機(jī)構(gòu)2.電控氣壓式離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)電控氣壓式離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)由位移傳感器和高速開關(guān)電磁閥組成。通過位移傳感器反饋離合器位置,通過高速開關(guān)閥實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的自動(dòng)進(jìn)氣與排氣,從而實(shí)現(xiàn)離合器的自動(dòng)分離與接合。其中高速開關(guān)電磁閥組包括四個(gè)PWM控制的兩位兩通電磁閥,兩個(gè)是大/小進(jìn)氣閥,兩個(gè)是大/小排氣閥。圖16-35所示為電控氣壓式離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。圖16-3516.3電控機(jī)械式自動(dòng)變速器二、AMT執(zhí)行機(jī)構(gòu)2.電控氣壓式離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)電控氣壓式離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理是TCU控制高速開關(guān)電磁閥的開閉,實(shí)現(xiàn)氣缸中氣壓的增大、減小和保持,從而實(shí)現(xiàn)對離合器的位置控制,其中離合器分離時(shí),打開INValve1、INValve2閥,使高壓氣體進(jìn)入氣缸;離合器接合時(shí),打開OUTValve1、OUTValve2使氣缸內(nèi)的高壓氣體排入大氣。圖16-36所示為電控氣壓式離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理圖。圖16-3616.3電控機(jī)械式自動(dòng)變速器三、典型應(yīng)用實(shí)例圖16-38所示為某重型載貨汽車十二檔AMT系統(tǒng),該變速器有十二個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)倒檔,最大輸入轉(zhuǎn)矩為2100N·m,最大輸入轉(zhuǎn)速為1900r/min,速比范圍廣,最小傳動(dòng)比為0.783,最大傳動(dòng)比為12.158。AMT控制計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集路況、檔位以及駕駛?cè)瞬僮骷铀?、制?dòng)的動(dòng)作,經(jīng)內(nèi)部計(jì)算給出目標(biāo)檔位,控制選、換檔執(zhí)行器和離合器執(zhí)行器等部件自動(dòng)完成換檔,并實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài),通過儀表顯示檔位、故障等信息。整個(gè)過程無須駕駛?cè)烁深A(yù)就能選擇經(jīng)濟(jì)性最好的檔位進(jìn)行換檔,有效減輕了駕駛?cè)似诙?提高了車輛燃油經(jīng)濟(jì)性及行車安全性。16.3電控機(jī)械式自動(dòng)變速器三、典型應(yīng)用實(shí)例圖16-381—帶止環(huán)鎖圓柱滾子軸承2—右中間軸總成3—變速器殼體4—第二軸總成5—圓柱滾子軸承6、9—卡環(huán)7—端蓋總成8—輸入齒輪總成10—六角法蘭面螺栓11—左中間軸總成12—墊片13—離合器外殼14—油泵總成15—墊圈16—油封第一軸17—后軸泵18—第一軸總成19—帶止環(huán)鎖深溝球軸承20—輸入齒輪16.3電控機(jī)械式自動(dòng)變速器三、典型應(yīng)用實(shí)例該十二檔AMT變速器的選、換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)如圖16-39所示,由選、換檔電動(dòng)機(jī)和傳感器等部件組成,在進(jìn)行選檔、換檔過程中,先由選、換檔傳感器判斷當(dāng)前檔位,然后由直流無刷電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行換檔。16.3電控機(jī)械式自動(dòng)變速器三、典型應(yīng)用實(shí)例圖16-391—內(nèi)六角圓柱頭螺釘2、11—彈簧墊片3—定位支架4—選檔電動(dòng)機(jī)5、15—O形環(huán)6—彈簧7、16—聯(lián)軸器8、17—止推墊片9、18—推力軸承10—內(nèi)六角圓柱頭螺栓12—保護(hù)支架13—定位支架14—換檔電動(dòng)機(jī)19—定位支架20、27—空氣濾清器21、22、25—內(nèi)六角圓柱法蘭面螺栓23—換檔轉(zhuǎn)角傳感器24—蓋板26—選檔轉(zhuǎn)角傳感器28—通氣塞29—選、換檔執(zhí)行器機(jī)械總成16.3電控機(jī)械式自動(dòng)變速器三、典型應(yīng)用實(shí)例圖16-40所示為離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu),主要由四個(gè)PWM電磁閥和位置傳感器組成,四個(gè)PWM電磁閥控制進(jìn)氣與排氣實(shí)現(xiàn)氣缸活塞移動(dòng),進(jìn)而完成離合器的分離和接合動(dòng)作。16.3電控機(jī)械式自動(dòng)變速器三、典型應(yīng)用實(shí)例圖16-401、6—六角法蘭面螺栓2、3—支架4—內(nèi)六角圓柱頭螺釘5—位置傳感器7—離合器控制閥體8—彈簧9—推桿10—橡膠卡環(huán)11—摩擦環(huán)(小)12—摩擦環(huán)(大)13—油封14—活塞15—卡環(huán)16—防塵罩第四節(jié)

雙離合器式自動(dòng)變速器16.4雙離合器式自動(dòng)變速器一、雙離合器式自動(dòng)變速器的工作原理20世紀(jì)30年代德國的Kegresse.A研發(fā)出了雙離合器式自動(dòng)變速器(DualClutchTransmission,DCT),實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力換檔。DCT是將變速器設(shè)計(jì)為兩個(gè)離合器協(xié)同工作,一個(gè)離合器負(fù)責(zé)偶數(shù)檔位的轉(zhuǎn)矩傳遞,另一個(gè)離合器負(fù)責(zé)奇數(shù)檔位的轉(zhuǎn)矩傳遞。奇、偶檔位的齒輪和離合器的輸入軸