《汽车底盘构造与维修》第4章自动变速器(1)

第4章自动变速器4.1.1自动变速器的特点1.自动变速器的优点（1）自动变速器对驾驶员的操作技能要求不高。（2）电子控制技术使自动变速器传动效率获得了极大提高。（3）自动变速器可以提高发动机排放水平。2.自动变速器的缺点技术复杂、零件加工难度大、传动效率低、维修难度大，维护成本高。4.1自动变速器概述4.1.2自动变速器的类型1．按照控制方式分类液力机械自动变速器（HMT）、机械无级自动变速器（CVT）、机械自动变速器（AMT）。2．按照汽车驱动方式分类后轮驱动、前轮驱动和四轮驱动自动变速器。3．按自动变速器传动比分类有级式自动变速器和无级式自动变速器。4.1.3自动变速器挡位P-R-N-D-S-LP-R-N-D-2-1P-R-N-D-3-2-1P-R-N-D4-D3-2-1Ｐ：停车档位，手柄置于该位置时，可以启动发动机，但发动机运转时车辆不行驶，且车辆无法移动。Ｒ：倒车档位，发动机运转时，手柄置于此位置，车辆将向后行驶。Ｎ：空档位，手柄置于该位置时，可以启动发动机，发动机运转时车辆得不到驱动力，但车辆可以移动。Ｄ：前进档位，当发动机运转，手柄置于该位置时，AT将根据车辆行驶的状况自动地在1.2.3和O/D档之间变化。S：前进低档位，当发动机运转，手柄置于该位置时，AT将自动地在1和2档之间变换。L：前进低档位，当发动机运转，手柄置于该位置时，AT将只能以1档行驶。4.2.1液力机械式自动变速器的基本组成1.液力变矩器2.行星齿轮变速器3.液压控制系统4.计算机控制系统5.冷却装置6.自动变速器油滤清器4.2液力机械式自动变速器4.2.2液力传动装置1.液力偶合器（1）组成。1-泵轮；2-涡轮；3-偶合器壳2.原理泵轮带动油的力矩MP，油带动涡轮的力矩MT，导轮推动油的力矩MDMP+MD=MT（2）液力偶合器工作原理。导轮的作用是：增加涡轮的输出力矩（2）液力偶合器工作原理。导轮不转时，变矩状态。导轮转动时，偶合状态。导轮通过单向离合器与轴套相连2．三组件综合式液力变矩器1-变矩器壳；2-泵轮；3-导轮；4-输出轴；5-输入轴；6-单向离合器；7-涡轮（1）三组件综合式液力变矩器的结构。（2）单向离合器。单向离合器有滚柱式和楔块式两种类型。单向离合器用来控制导轮的转动方向，即增加扭矩时导轮停止转动。图4-7滚柱式单向离合器1-内座圈；2-滚柱；3-弹簧；4-外座圈图4-8楔块式单向离合器1-外座圈；2-楔块；3-回位弹簧；4-内座圈（3）导轮增矩原理。图4-9导轮改变液流方向变矩器中的导轮位于涡轮液体流动的出口，当具有动能的油液从涡轮的弯曲叶片上流出时，冲击到导轮叶片上。由于导轮单向离合器锁止不动，使导轮固定不动。导轮弯曲的叶片，一方面给涡轮一个反作用力，使涡轮的输出力矩近一步增加，另一方面强制液体改变流动方向，使油液从导轮流出时具有与泵轮相同的运动方向（4）锁止离合器。1-离合器壳；2-隔垫；3-离合器活塞；4-垫片；5-涡轮；6-导轮；7-隔垫；8-泵轮锁止离合器的组成锁止离合器作用是将泵轮与涡轮刚性连接，以提高传动效率。4.3.1行星齿轮机构1.组成1-内齿圈；2-太阳轮；3-行星架；4-行星轮4.3电控液力自动变速器行星齿轮变速机构的特点：三元件同轴，行星齿轮既有公转又有自转，采用斜齿常啮合，结构紧凑，改变各元件的运动状态，可获得多个传动比。2.行星齿轮机构的变速原理1-太阳轮2-齿圈3-行星架4-行星齿轮假设α＝z2／z1=r2／r1，ω1、ω2、ω3、n1、n2、n3分别为太阳轮、齿圈和行星架的角速度和转速，r3＝（r1＋r2）/2=（1－α）r1/2由行星齿轮4的力平衡条件可知F1＝F2、F3＝－2F1根据能量守恒关系F1r1ω1＋αF1r1ω2－（α＋1）F1r1ω3＝0则ω1＋αω2－（α＋1）ω3＝0n1＋αn2－（α＋1）n3＝0根据所选固定件的不同，形成以下几种传动形式：①太阳轮为主动件，行星架为从动件，齿圈固定（n2＝0），则传动比为i13＝n1／n3＝1＋α＝1＋z2／z1因为齿圈的齿数z2大于太阳轮的齿数z1，因而这一传动比的数值大于2。②齿圈2为主动件，行星架3为从动件，太阳轮固定（n1＝0），则传动比为i23＝n2／n3＝（1＋α）／α＝1＋z1／z2由于z1小于z2，则其传动比大于1而小于2。③太阳轮为主动件，齿圈为从动件，行星齿轮架固定（n3＝0），则动比为i12＝n1／n2＝－α＝－z2／z1此时，n1与n2符号相反，故为倒挡传动情况。④若使n1＝n2n3＝（n1＋αn2）／（1＋α）＝n1＝n2太阳轮，行星架和齿圈三者中，有任意两个构件被连锁成一体，即转速相等，各齿轮间均无相对运动，整个行星轮机构将成为一个整体而旋转，此时为直接挡传动，传动比i＝1。2．辛普森式行星齿轮变速器结构与工作原理（1）三挡式辛普森行星齿轮变速器的基本组成。C1-前离合器；B1-前制动器；C2-后离合器；B2-后制动器；F1-单向离合器；（2）三挡式辛普森式行星齿轮变速器各挡动力传递途径。①D位1挡：如图4-15a所示，后离合器C2接合使前排齿圈与输入轴连成一体共同成为动力输入组件。前排齿圈顺时针方向转动，带动前排行星轮也沿顺时针方向自转，使前、后排太阳轮沿逆时针方向转动，如图4-15b所示。在单向离合器F1作用下后排行星轮沿顺时针方向自转，使后排齿圈沿顺时针方向转动而输出动力。如图4-15c所示，同时也带动前排行星架沿顺时针方向绕前排太阳轮转动。①D位1挡：如图4-15a所示，后离合器C2接合使前排齿圈与输入轴连成一体共同成为动力输入组件。前排齿圈顺时针方向转动，带动前排行星轮也沿顺时针方向自转，使前、后排太阳轮沿逆时针方向转动，如图4-15b所示。在单向离合器F1作用下后排行星轮沿顺时针方向自转，使后排齿圈沿顺时针方向转动而输出动力。如图4-15c所示，同时也带动前排行星架沿顺时针方向绕前排太阳轮转动。①D位1挡：后离合器C2接合使前排齿圈与输入轴连成一体共同成为动力输入组件。前排齿圈顺时针方向转动，带动前排行星轮也沿顺时针方向自转，使前、后排太阳轮沿逆时针方向转动。在单向离合器F1作用下后排行星轮沿顺时针方向自转，使后排齿圈沿顺时针方向转动而输出动力。同时也带动前排行星架沿顺时针方向绕前排太阳轮转动。②D位2挡：如图4-16a，所示后离合器C2接合使前排齿圈与输入轴连接成一体而成为输入组件。前制动器B1处于锁止状态使太阳轮固定不动。前排齿圈按顺时针方向转动带动前排行星轮绕轴顺时针方向自转的同时还环绕太阳轮公转（如图4-16c所示），带动前排行星架沿顺时针方向如图4-16b所示，最后动力经行星架输出。③D位3挡（直接挡）：如图4-17a所示，前离合器C1接合，后离合器C2接合，使太阳轮和前排齿圈分别与输入轴连成一体，导致前排行星架三者一同转动而构成直接挡传动方式，如图4-17b所示。如图4-17c所示，后排行星齿轮的太阳轮与齿圈也锁定成直接挡。动力便不经改变而通过变速器输出轴直接输出。④L位1挡：后离合器C2处于接合状态使前排齿圈与输入轴连成一体共同成为动力输入组件。后制动器B2处于锁止状态使后排行星架固定不动。其工作过程同D位1挡。传动路线为：输入轴→后离合器C2→前排齿圈→前排行星轮→太阳轮→后排行星轮→后排齿圈与前排行星架（一体结构）→输出轴。⑤R位（倒挡）：如图4-18a所示，前离合器C1接合将太阳轮与输入轴连成一体共同成为动力输入组件。后制动器B2锁止使后排行星架固定不动。太阳轮按顺时针方向转动，如图4-18b所示，后排行星轮按逆时针方向自转，同时带动后排齿圈沿逆时针方向转动，如图4-18c所示。⑥P位（停车挡）：换挡杆置于P位时，驻车锁止机构将变速器输出轴锁止以实现驻车。停车锁止机构的结构，如图4-19所示，由锁止棘轮、锁止棘爪、锥销和输出轴外齿圈组成。锁止棘爪一端与固定在变速器壳体上的支撑销相连。1-锁止棘轮；2-输出轴；3-锁止棘爪；4-锁止凸轮4.3.2电控系统电控系统在实车上的布置位置。1-变速器传感器壳体；2-手动指示灯；3-超速挡关闭开关指示灯；4-节气门位置传感器；5-MPA传感器；6-空调离合器；7-从分电器出来的点火电子；8-制动开关；9-传动系统控制模块；10-手动换挡杆位置传感器；11-4轮驱动开关；12-车速传感器；13-变速器油温传感器传感器电控单元执行装置节气门位置传感器车速传感器冷却液温度传感器油温传感器空挡启动开关强制降挡开关制动灯开关模式选择开关超速挡（O/D）开关换挡控制锁止控制自诊断失效保护1#电磁阀（换挡电磁阀）2#电磁阀（换挡电磁阀）3#电磁阀（锁止电磁阀）4#电磁阀（油压电磁阀）O/DOFF指示灯1．信息输入设备（1）磁电式速度传感器。磁电式速度传感器用于检测自动变速器输出轴转速，电控单元根据车速传感器输入的信号计算出车速，并以此信号控制自动变速器的换挡和锁止离合器的锁止。1-永久磁铁；2-线圈；3-螺栓；4-齿圈a-结构示意图；b-输出波形（2）节气门位置传感器。1-滑动变阻器滑片；2-电阻膜片；3-怠速触点；a-节气门；b-输出特性；c-工作原理节气门位置传感器用于将节气门开启角度转换为电压信号送至电子控制单元，作为换挡和变矩器锁止时机的基本信号之一。（3）开关量传感器。①空挡起动开关。②超速挡开关（O/DOFF开关）。③强制降挡开关。④制动开关。图4-30空挡起动开关图4-31强制降挡开关（4）油温传感器。图4-32温度传感器a-构造；b-负温度特性油温传感器安装在自动变速器油底壳内或液压阀阀板上，用来检测自动变速器油的温度，作为电控单元进行换挡控制、油压控制等的依据。3．执行装置执行装置是用来执行计算机指令驱动电磁阀或电动机实现自动控制的，以此实现机械运动、液力压力调节或液流方向的改变。电磁阀根据功能不同可以分为换挡电磁阀、锁止离合器电磁阀和油压电磁阀。图4-33电磁阀工作结构图1-衔铁；2-挡块；3-弹簧；4-线圈；5-柱塞；6-空气间隙（1）开关型电磁阀。开关型电磁阀是用来开启或关闭液压油路，通常用于控制换挡阀和部分车型锁止离合器的工作。aba-常闭式；b-常开式图4-34关型电磁阀（2）占空比型电磁阀占空比与平均电压的关系式式中，Α为占空比系数；U为电平电压；Ua为平均电压；TON为高电平通电时间。4．电子控制液压换挡工作原理当电磁阀通电时，泄油口被打开，导致控制油压下降，在弹簧力作用下换挡阀右移，恢复油路原状态，如图4-37a所示。当电磁阀断电时，电磁阀控制的泄油口被关闭，控制油压升高致使换挡阀向左移动，改变了油路状态，如图4-37b所示。图4-37换挡阀控制原理图1-回位弹簧；2-换挡阀；3-控制油路；4-电磁阀；5-节流孔；6-主油压力