自动变速器的认知

项目4：汽车自动变速器检修任务4.1自动变速器的认知时间就是生命!我们若要生活，就该为自己建造一种充满感受、思索和行动的时钟，用它来代替这个枯燥、单调、以愁闷来扼杀心灵，带有责备意味和冷冷地滴答着的时间。在今天和明天之间，有一段很长的时间；趁你还有精神的时候，学习迅速办事。放弃时间的人，时间也放弃他。任务宣言学习目标1、掌握液力变矩器和锁止离合器的作用及工作情况。2、会分析自动变速器所用行星齿轮系的工作原理。3、能区分离合器、制动器和单向离合器，叙述它们的作用。4、能叙述自动变速器液压控制系统和电子控制系统的作用和基本元件的工作情况。1.自动变速器的基本组成及作用自动变速器是一种能实现自动变速、连续变矩的动力传动装置。它从低档自动换到高档，无需驾驶员进行离合器操作。具有操作方便；换档平稳、乘坐舒适；过载保护性好等特点。但其结构较复杂，成本较高，修理较麻烦。自动变速器的基本组成如图所示。由图中可知，自动变速器由液力变矩器、齿轮变速传动装置、液压控制系统、电子控制系统等组成。此外还有自动变速器油冷却和滤清装置。自动变速器各组成部分的作用如下：（1）液力变矩器：使发动机产生的转矩成倍增长；起到自动离合器的作用，传送发动机转矩至变速器；缓冲发动机及传动系的扭转振动；兼起到飞轮的作用，使发动机转动平稳；驱动液压控制系统的油泵。（2）齿轮变速传动装置：根据行车条件及驾驶员所需，提供几种传动比，以获得适当的转矩及转动速度；为倒车提供倒档档位；提供停车时所需要的空档档位，以使发动机怠速运转。（3）液压控制系统：向变矩器提供变速器液；控制油泵产生的液压；根据发动机载荷及车速等调节系统压力；对离合器及制动器施加液压，以控制行星齿轮机构动作；用变速器液润滑转动部件及为变矩器及变速器散热。（4）电子控制系统：利用传感器采集各种数据，并且将其转换为电信号；ECU根据传感器的信息确定换档正时及锁止正时，并发出指令操纵阀体中电磁阀，调节管道压力、控制换档阀和锁止控制阀的动作，实现自动换档和变矩器锁止控制。2.自动变速器的类型自动变速器按照车辆的驱动方式可分为自动变速器（FR车）和自动变速驱动桥（FF车），如图所示。按照车辆前进的档位数可分为3速自动变速器、4速自动变速器和5速自动变速器。按照自动变速器的控制方式可分为全液压控制自动变速器和电子控制自动变速器。按照齿轮变速器的类型可分为普通齿轮式和行星齿轮式。3.液力变矩器(1)液力偶合器液力耦合器主要由泵轮、涡轮壳体组成（如图a所示）。它的工作原理可用两个对置的电风扇来描述（如图b所示），当一台接通电源的电扇（相当于泵轮）旋转时，产生的气流可以吹动不接电源的风扇（相当于涡轮）使其旋转。只是耦合器中对置的泵轮与涡轮之间使用的是液体，而不是空气。即当曲轴驱动泵轮转动时，带动泵轮中的工作液回转。随着泵轮转速升高，离心力使工作液沿着泵轮叶片表面从泵轮中心开始向外侧喷出，将工作液喷射到涡轮的叶片上，驱使涡轮转动，将动力传递至变速器输入轴。(2)液力变矩器的结构和工作原理变矩器主要由泵轮、涡轮、导轮组成，如图所示。上述三元件安装在完全充满变速器液（ATF）的密封变矩器壳体内，壳体通过驱动盘与曲轴相连。当发动机运转时，将带动泵轮一同旋转，泵轮内的ATF依靠离心力向外喷出，其喷射速度随发动机转速的提高而升高。高速喷出ATF冲击静止的涡轮使其转动。导轮叶片截住离开蜗轮的变速器液，改变其方向，使其冲击泵轮的叶片背部，给泵轮一个额外的“助推力”，使得液力变矩器能有效地增大涡轮的输出转矩。4.齿轮变速传动装置(1)齿轮机构自动变速器的齿轮变速传动装置主要由齿轮机构和换档执行元件组成。自动变速器的齿轮机构主要由行星齿轮机构和平行轴齿轮机构，目前多采用行星齿轮机构。1．单排行星齿轮机构（1）结构图示为单排行星齿轮机构。它主要由太阳轮、行星齿轮、行星架和齿圈组成，其中行星齿轮通常有３-６个，沿行星架圆周均匀布置。行星齿轮一方面可绕自己的轴线回转，另一方面又可随着行星架一起绕其固定轴线旋转，即既有自转又有公转。（2）特点行星齿轮机构在结构方面具有下列特点：①太阳轮、行星架和齿圈都是同心的，即围绕公共轴线旋转。这能够取消诸如手动变速器所使用的中间轴和中间齿轮。②所有齿轮始终相互啮合，换档时无需滑移齿轮，因此摩擦磨损小，寿命较长。③结构简单、紧凑，其载荷被分配到数量众多的齿上，强度大。④可获得多个传动比（3）变速原理及传动比设图示行星齿轮机构中的太阳轮、齿圈、行星架的转速分别为n1、n2、n3,太阳轮、齿圈的齿数分别为z1、z2，齿圈与太阳轮的齿数比为α。根据能量守恒定律，可得单一行星齿轮机构一般运动规律特性方程式：式中：α=z2/z11。由上式知，单一行星齿轮机构有两个自由度，因此它不能直接用于变速传动。为了组成具有确定传动比的齿轮机构，应将行星齿轮机构中的太阳轮、齿圈和行星架三个基本构件中的一个强制固定不动或使其运动受到一定的约束（称为制动），再将另外两个中的一个作为主动件与输入轴相连，另一个作为从动件与输出轴相连；或将某两个基本元件相互连接一起旋转，从而获得确定的传动比，实现动力传递。0)1(321nnn单排行星齿轮机构的传动方案和传动比状态固定件主动件从动件传动比旋转方向档位1太阳轮齿圈行星架相同降速档2行星架齿圈超速档3齿圈太阳轮行星架相同降速档4行星架太阳轮超速档5行星架太阳轮齿圈相反倒档（降速）6齿圈太阳轮倒档（超速）7将任意两基本构件连接在一起1:1相同直接档8太阳轮、齿圈、行星架均不固定空档备注z1——太阳轮齿数；z2——齿圈齿数；α=z2/z1。121zzi11211zzzi1112zzi11121zzi1212zzzi12zzi(a)接合(b)分离5.齿轮变速传动装置(1)换档执行元件1．离合器离合器的作用是将输入或输出轴与行星齿轮机构中某个基本元件连接起来，或将行星齿轮机构中某两个个基本元件连接在一起，使之成为一个整体转动，以传递动力。现代自动变速器中所使用的离合器多为湿式多片式离合器，它通常由离合器鼓、离合器活塞、回位弹簧、一组钢片、一组摩擦片、花键毂等组成。2．制动器制动器的作用是约束行星齿轮机构中某个基本构件，使其不能运动，以获得必要传动比。目前最常见的是湿式多片式制动器和带式制动器两种。（1）湿式多片制动器湿式多片式制动器结构与离合器结构相似，由制动器活塞、回位弹簧、制动器毂、制动器摩擦片、制动器钢片等组成。（2）带式制动器带式制动器是利用围绕在鼓周围的制动带收缩而产生制动效果的，它由制动带和伺服机构组成。制动带的内侧涂有摩擦材料，以产生较大的摩擦力，帮助夹紧离合器鼓或制动器鼓。制动带的一端固定或支撑在间隙调整装置上，另一端由伺服机构中的活塞杆或推杆驱动。制动器的伺服机构用来控制制动带的工作。它主要由壳体、活塞、活塞杆（或推杆）、弹簧和盖组成。伺服机构有直接作用式和间接作用式两种类型。直接作用式伺服机构间接作用式伺服机构3．单向离合器单向离合器的作用是单向锁止行星齿轮机构中某个基本元件的旋转。它只能沿一个方向传送转矩，其结构有楔块式和滚柱式两种（如前所述）。通常液力变矩器采用滚柱式，而行星齿轮变速器采用楔块式。单向离合器无需附加的液压或机械操纵装置，结构简单，且灵敏度高，可瞬间锁止或解除锁止，提高了换档时机的准确性。由于单向离合器在任何时候都只允许单向转动，因此在输出轴转速大于输入轴转速时，单向离合器旋转，动力不能从驱动轮传至发动机，避免了发动机制动。在降档时还可避免换档冲击。但若单向离合器打滑，将完全丧失工作效能；若单向离合器卡滞，所负责的档位还有，但会造成异响和烧蚀；而单向离合器一旦装反，会造成严重故障。前齿圈输入排列方式后齿圈输入输入排列方式1．3速辛普森式行星齿轮传动装置辛普森式行星齿轮传动装置由辛普森式行星齿轮机构和换档执行元件组成。辛普森式行星齿轮机构是由共用一个太阳轮的两组行星齿轮、两个齿圈和两个行星架组成的双排行星齿轮机构。它是应用最为广泛的一种复合式行星齿轮机构，可以提供3个前进档和一个倒档。其前后排行星齿轮机构的尺寸或齿轮的齿数不必一定相同。其尺寸和齿轮的齿数决定了辛普森式行星齿轮机构所实现的实际传动比。辛普森式行星齿轮机构的排列方式有两种：前齿圈输入式和后齿圈输入式。(2)换档传动元件在3速辛普森式行星齿轮传动装置的执行元件有2个离合器、3个制动器和2个单向离合器。它们的名称及作用见下表。3速辛普森式行星齿轮传动装置换档执行元件名称及作用元件代号名称作用C1前进档离合器将前（或后）齿圈与动力输入轴连接起来，使前（或后）齿圈成为主动元件。它在所有前进档都接合。C2高档、倒档离合器将太阳轮与动力输入轴连接起来，使太阳轮成为主动元件。它只在3档（直接档）或倒档时接合。B12档滑行制动器将公用太阳轮与变速器壳体连接使其固定。它只在变速器操纵手柄位于2（S）档时工作。B22档制动器通过固定单向离合器F1可以阻止太阳轮逆时针转动。它只在2档时工作。B3低、倒档制动器将后（或前）行星架与变速器壳体连接使其固定，可以阻止前行星架转动。它只在倒档或在变速杆位于1（L）档时工作。F12档单向离合器在其外圈被制动器B1固定时，可以阻止太阳轮逆时针转动。F21档单向离合器可以阻止后（或前）行星架逆时针转动。它只在1档时工作。3速辛普森式行星齿轮传动装置换档执行元件工作情况表操纵手柄位置档位换档执行元件C1C2B1B2B3F1F2P停车档●R倒档●●N空档D1●●2●●●3●●2（S）1●●2●●●1（L）1●●●全液压控制自动变速器电子控制自动变速器6.自动变速器控制系统自动变速器控制系统主要由动力源、控制机构和执行机构3部分组成。动力源是指由液力变矩器泵轮驱动的油泵，它除了用于向控制机构和执行机构提供压力油以实现换档外，还向液力变矩器提供冷却补偿油，向行星齿轮变速器提供润滑油。执行机构是指各离合器、制动器及其伺服装置。控制机构主要指油压调节系统、换档信号系统、换档控制系统、缓冲安全系统和锁止离合器控制系统。根据控制方式的不同，自动变速器分为全液压控制式和电子控制式两种类型。（1）液压控制系统自动变速器的液压控制系统由动力源部分（油泵）、执行机构部分（离合器、制动器等）和控制机构部分（控制阀体、蓄压器等）组成。有关离合器、制动器在前已述，故此处重点介绍油泵和控制机构等的结构和工作原理。1．油泵油泵一般位于液力变矩器和行星齿轮传动装置之间，由液力变矩器外壳驱动。常用的油泵有三种类型：齿轮泵、转子泵和叶片泵。（a）齿轮泵（b）转子泵（c）叶片泵自动变速器常用的是内啮合的齿轮泵，下图为齿轮泵的典型结构。较小的外齿轮是主动齿轮安装在较大的内齿轮中，外齿轮是从动齿轮偏心地安装在泵体中，在内外齿轮之间安装一个月牙形的隔板，将内外齿轮之间的容积分为两部分，因此这种泵俗称月牙泵。油泵主动齿轮由变矩器驱动，在齿轮转动时，月牙形隔板一侧的容积因齿轮退出啮合而增大是进油腔，另一侧容积因齿轮进入啮合而减小是出油腔。在进油腔产生一定的真空将自动变速器油吸入油泵内，油液充满齿槽在齿轮转动时被带入月牙形隔板的另一侧，在出油腔内因齿轮进入啮合，齿轮之间的间隙减小，容积减小使油液压力增加从出油口排出进入液压回路。由于主动齿轮转动一圈油泵输出的油量是固定的，因此齿轮泵是一种定量油泵。由于油泵由变矩器驱动，其转速与发动机转速完全相同，则油泵的输出油量和压力实际上在很大的范围内变化，在某些转速下机油泵的输出压力可能高于变速器工作需要的压力，这时除了油泵消耗的发动机功率会增加以外，过高的油压还会引起系统的渗漏。为避免这种现象的出现，在自动变速器的主油道上设置限压阀。油泵使用时应注意以下几点：①发动机不工作时，油泵也不工作，变速器内无控制油压，故无法采用推车方式起动发动机。②当车辆出现故障而被其他车辆拖拽时，由于发动机不工作，油泵无法运转，变速器内没有润滑油的循环流动，离合器和制动器片会出现严重磨损。因此，必须将拖拽的速度控制在30km／h以内，拖拽距离不