自動(dòng)變速器概述及變矩器原理

1、自動(dòng)變速器概述與變矩器原理主講：湯愛國(guó)1.自動(dòng)變速器概述自動(dòng)變速器概述與變矩器原理2.變矩器原理1.自動(dòng)變速器概述1.1 發(fā)展歷史（一）國(guó)外的發(fā)展歷史；（二）中國(guó)的發(fā)展歷史；（三）性能優(yōu)點(diǎn)；1.2 安裝位置及分類特點(diǎn) （一）分類特點(diǎn)與安裝位置；（二）發(fā)展方向；2. 變矩器原理2.1 發(fā)展歷史（一）安裝位置；（二）發(fā)展歷史；（三）液力偶合器2.2 現(xiàn)代液力變矩器（Torque Converters） （一）結(jié)構(gòu)；（二）工作原理；（三）液流形態(tài)和效率； 了解自動(dòng)變速器的發(fā)展史及發(fā)展方向。 掌握自動(dòng)變速器的分類方法和主要類型。 掌握電控機(jī)械式無級(jí)變速器（CVT）的基本結(jié)構(gòu)與 工作原理。 自動(dòng)變速器概

2、述的學(xué)習(xí)要求1.1自動(dòng)變速器發(fā)展史1)1940年美國(guó)通用公司在奧茲莫比爾（Oldsmobile）汽車上安裝第一臺(tái)全自動(dòng)變速器Hydra Mastic。2）1948年美國(guó)通用公司又在別克（Buick）汽車上裝Dyne Flow全自動(dòng)變速器。3）50年代末，日本從西方引進(jìn)并研制自動(dòng)變速器，發(fā)展迅猛。當(dāng)前自動(dòng)變速器的主要生產(chǎn)商主要有：1）美國(guó)的Allison、通用；2）英國(guó)的Borg-Wamer；3）德國(guó)的ZF；4）意大利的FIAT；5）日本的TOYOTA，Asian。1）美國(guó)三大汽車公司自動(dòng)變速器的裝車率1983年： 通用公司達(dá)到94%； 福特公司達(dá)到74%； 克萊斯勒公司達(dá)到86%；1988年：

3、 三大公司都達(dá)到了94%以上；1998年： 城市內(nèi)行駛的汽車幾乎100%的裝用了自動(dòng)變速器。（一）國(guó)外的發(fā)展情況13）日本來以結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格及油耗低著稱于世的轎車 1982年大、中、小客車平均占26%； 1986年增至41%； 1992年增至60%； 1998年基本全部普及。2）德國(guó)奔馳和寶馬生產(chǎn)的轎車： 1978年裝自動(dòng)變速器的汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)排量4.5L 以上的占100%，3.5L以下的占80%。（一）國(guó)外的發(fā)展情況2（二）中國(guó)的發(fā)展情況 我國(guó)應(yīng)用液力傳動(dòng)始于20世紀(jì)50年代，自行研制出了內(nèi)燃機(jī)和紅旗CA770三排座高級(jí)轎車的液力傳動(dòng)系統(tǒng)。隨后液力傳動(dòng)也在我國(guó)獲得了一定發(fā)展，但發(fā)展速度要落后于

4、發(fā)達(dá)國(guó)家。（三）性能優(yōu)點(diǎn)1、可以不踩離合器、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換檔而且發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)熄火， 所以能有效的提高駕駛方便性，減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。2、在各種使用工況下能實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系的最佳匹配,控制更加精確、有效性能價(jià)格比大大提高。1.2 安裝位置及分類特點(diǎn)（一）分類特點(diǎn)與安裝位置按汽車驅(qū)動(dòng)方式分類 一、前輪驅(qū)自動(dòng)變速器 二、后輪驅(qū)自動(dòng)變速器 三、四輪驅(qū)自動(dòng)變速器奧迪A3前輪驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)變速器布置形式和安裝位置前驅(qū)自動(dòng)變速器外形特點(diǎn)寶馬750i后輪驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)變速器布置形式和安裝位置后驅(qū)自動(dòng)變速器外形特點(diǎn)（1）后驅(qū)自動(dòng)變速器外形特點(diǎn)（2）沃爾沃S80四輪驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)變速器布置形式和安裝位置四驅(qū)自動(dòng)變速器外形特點(diǎn)1

5、）液力-機(jī)械式自動(dòng)變速器，目前技術(shù)成熟，應(yīng)用最廣。在發(fā)達(dá)國(guó)家轎車上的裝車率已達(dá)80-90%。2）電控機(jī)械式自動(dòng)變速器，它與手動(dòng)齒輪變速器的另 部件有一定通用性，保留了傳動(dòng)效率高的優(yōu)點(diǎn)，目前在重型貨車上選用的較多。3）電控機(jī)械式無級(jí)變速器，它與發(fā)動(dòng)機(jī)之間還要有自動(dòng)離合器，目前在2.5升以下的轎車上得到采用。2）按機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制原理形式分類（二） 發(fā)展方向一、 CVT與AMT、AT比較最主要的優(yōu)點(diǎn)：1）速比變化是無級(jí)的，在各種行駛工況下都能選擇最佳的 速比。2）動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放與AT比較，大約可以改善5%左 右。3）CVT采用的金屬帶無級(jí)變速器與AT一般所用的行星齒 輪有級(jí)變速器比較，結(jié)構(gòu)相對(duì)

6、簡(jiǎn)單，據(jù)估計(jì)到2010年裝 車達(dá)到400萬輛。 二、 CVT存在的不足：1）生產(chǎn)成本高在批量相當(dāng)時(shí)成本可能低些。2）金屬帶無級(jí)傳動(dòng)是摩擦傳動(dòng)，存在效率和磨損 問題。3）CVT不能實(shí)現(xiàn)換空擋，在倒檔和起步時(shí)還得有 一個(gè)自動(dòng)離合器。4）技術(shù)不成熟，適用車型有限。 （二） 發(fā)展方向電控機(jī)械式無級(jí)變速器結(jié)構(gòu)電控機(jī)械式無級(jí)變速器工作與控制原理金屬傳動(dòng)帶 V型金屬傳動(dòng)帶由許多套在柔性鋼帶上具有V型側(cè)面金屬片組成，這種金屬帶傳動(dòng)，兩個(gè)帶輪間動(dòng)力傳遞是靠作為推力塊的金屬片的推力實(shí)現(xiàn)的。 2. 變矩器原理2.1 發(fā)展歷史（一）安裝位置；（二）發(fā)展歷史；（三）液力偶合器2.2 現(xiàn)代液力變矩器（Torque Con

7、verters） （一）結(jié)構(gòu)；（二）工作原理；（三）液流形態(tài)和效率； 學(xué)習(xí)要求 了解液力變矩器的發(fā)展史及發(fā)展方向。 掌握液力變矩器的分類方法，結(jié)構(gòu)和工作原理。 掌握電控液力變矩器的控制原理。 （一）安裝位置（1）2.1 變矩器發(fā)展歷史（一）安裝位置（2）（二） 發(fā)展歷史1)20世紀(jì)初，德國(guó)費(fèi)丁格爾教授提出通過液體動(dòng)量變化傳遞動(dòng)力，效率702)取消進(jìn)、出水管以泵輪和渦輪代替離心泵和水輪機(jī)，形成流體循環(huán)圓，功率75kw，效率833)1912年德國(guó)客輪“切勒比茨”號(hào)安裝變矩器，效率83，介質(zhì)由水改為油（三）液力偶合器（Fluid Couplings）液力偶合器的作用將發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩傳給變速器。 2

8、）液力偶合器的構(gòu)造3）液力偶合器的工作原理 液力偶合器的工作原理相當(dāng)于兩個(gè)相對(duì)放置的電風(fēng)扇， 當(dāng)一個(gè)通電轉(zhuǎn)動(dòng)后，另一個(gè)未通電的風(fēng)扇在風(fēng)能的作用下，也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。 （三）液力偶合器（Fluid Couplings）實(shí)際液力偶合器結(jié)構(gòu)和工作原理示圖 （三）液力偶合器（Fluid Couplings）4）液力偶合器中油的運(yùn)動(dòng)液力偶合器中的自動(dòng)變速器油存在兩種不同形式的運(yùn) 動(dòng)：渦流和環(huán)流。渦流是從泵輪到渦輪的液流。當(dāng)汽車負(fù)荷比較大，渦輪轉(zhuǎn)速較底時(shí)，液流以渦流為主。環(huán)流是隨曲軸飛輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，沿液力偶合器旋轉(zhuǎn)方向的液流稱為環(huán)流。當(dāng)汽車負(fù)荷比較小，泵輪和渦輪的轉(zhuǎn)速比較接近時(shí)，液流以環(huán)流為主。（三）液力偶合器

9、（Fluid Couplings）由于液力偶合器中心的環(huán)流對(duì)渦流有阻礙作用，因此在渦輪與泵輪中心設(shè)有分裂式導(dǎo)環(huán)，用于克服環(huán)流的影響,因此液力偶合器主要由泵輪、渦輪、導(dǎo)環(huán)和殼體組成。（三）液力偶合器（Fluid Couplings）（三）液力偶合器（Fluid Couplings）（三）液力偶合器（Fluid Couplings）5）液力偶合器的特點(diǎn)由泵輪旋轉(zhuǎn)的離心力，才使得偶合器中的自動(dòng)變速器油形成環(huán)流，但此時(shí)渦輪的轉(zhuǎn)速一定是小于泵輪的，如果渦輪的轉(zhuǎn)速與泵輪相等，兩輪中自動(dòng)變速器油產(chǎn)生的離心力也就相等，因此也就不會(huì)有環(huán)流了，所以泵輪和渦輪之間必須存在轉(zhuǎn)速差。轉(zhuǎn)速差愈大，兩輪邊緣處的能量差也就越

10、大，自動(dòng)變速器油傳遞的動(dòng)力也就愈大。（三）液力偶合器（Fluid Couplings）6）液力偶合器的傳動(dòng)效率液力偶合器在傳遞能量過程中，必有能量損失，用下式表示傳動(dòng)效率 （）= = 渦輪輸出功率泵輪輸出功率MB nBMW nw由于液力偶合器僅起傳遞轉(zhuǎn)矩作用，故MW=MB，有傳動(dòng)效率 （）= = 傳動(dòng)比（i）渦輪轉(zhuǎn)速（ nw ）泵輪轉(zhuǎn)速（ nB ）（三）液力偶合器（Fluid Couplings）100%1i液力偶合效率特性液力偶合效率特性（三）液力偶合器（Fluid Couplings）液力偶合器的效率特性因?yàn)橐毫ε己掀髟谡９ぷ鲿r(shí)，泵輪轉(zhuǎn)速總是大于渦輪轉(zhuǎn)速，當(dāng)渦輪與泵輪之間轉(zhuǎn)速差越大時(shí)，傳

11、動(dòng)效率也就越低；當(dāng)渦輪與泵輪之間轉(zhuǎn)速差越小時(shí)，傳動(dòng)效率也就越高。當(dāng)汽車起步時(shí)，渦輪轉(zhuǎn)速為零，傳動(dòng)效率也就為零。汽車起步后，渦輪轉(zhuǎn)速逐漸增加，傳動(dòng)效率也隨之提高。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速等于泵輪轉(zhuǎn)速時(shí)，環(huán)流不存在，液力偶合器失去傳遞動(dòng)力作用，所以當(dāng)傳動(dòng)比i接近等于1時(shí)，傳動(dòng)效率就會(huì)突然下降為零。也就是說液力偶合器傳動(dòng)效率永遠(yuǎn)達(dá)不到100。（三）液力偶合器（Fluid Couplings）2.2 現(xiàn)代液力變矩器（Torque Converters）（一）現(xiàn)代液力變矩器結(jié)構(gòu)（1）（一）現(xiàn)代液力變矩器結(jié)構(gòu)（2）（一）現(xiàn)代液力變矩器結(jié)構(gòu)（3） 泵輪工作原理 泵輪與變矩器外殼做成一體，發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪與變矩器外殼連接，飛輪驅(qū)

12、動(dòng)外殼也就驅(qū)動(dòng)了泵輪，通過離心力使流體從內(nèi)向外流動(dòng)。（二）現(xiàn)代液力變矩器部件的工作原理（1） 渦輪工作原理流體向心流動(dòng)，液流改變方向，同時(shí)驅(qū)動(dòng)與其連接的變速器輸入軸（通過花鍵連接）（二）現(xiàn)代液力變矩器部件的工作原理（2） 導(dǎo)輪工作原理 導(dǎo)輪靜止不動(dòng)時(shí)，大角度地改變流體方向，使之與泵輪 入角。（二）現(xiàn)代液力變矩器部件的工作原理（3） 導(dǎo)輪單向離合器的工作原理單向離合器的組成： 由外座圈，內(nèi)座圈、保持架、楔塊等組成。（二）現(xiàn)代液力變矩器部件的工作原理（4） 單向離合器工作原理（二）現(xiàn)代液力變矩器部件的工作原理（4） 單向離合器工作原理（二）現(xiàn)代液力變矩器部件的工作原理（4） 單向離合器工作原理2)

13、 工作原理：當(dāng)內(nèi)座圈固定時(shí)，外座圈順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)楔塊不鎖止，外座圈可自由轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)外座圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，楔塊鎖止，外座圈不能轉(zhuǎn)動(dòng)。保持架的作用是使楔塊總是朝著鎖止外座圈的方向略微傾斜，以加強(qiáng)楔塊的鎖止功能。（二）現(xiàn)代液力變矩器部件的工作原理（4） 鎖止離合器（TCC）工作原理鎖止離合器的結(jié)構(gòu)：（二）現(xiàn)代液力變矩器部件的工作原理（5）鎖止離合器的結(jié)構(gòu)：（二）現(xiàn)代液力變矩器部件的工作原理（5） 鎖止離合器（TCC）工作原理 由泵輪與渦輪之間的轉(zhuǎn)速差最少也有45，這相當(dāng)于泵輪與渦輪之間存在有滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象，因而無法達(dá)到100效率，所以采用帶鎖止離合器的液力變矩器可以解決泵輪與渦輪的轉(zhuǎn)速差問題，進(jìn)而提高液力變矩

14、器的效率，使其達(dá)到100。 鎖止離合器的作用：（二）現(xiàn)代液力變矩器部件的工作原理（5） 鎖止離合器（TCC）工作原理 如圖所示，該變矩器的鎖止離合器與外殼相連，也就是與泵輪相接，而鎖止離合器片與渦輪相接，帶鎖止離合器的液力變矩器的活塞在油壓的作用下，可以將多片式鎖止離合器的盤與片壓緊成為一體，這就使渦輪與泵輪連接成一體，此時(shí)液力傳動(dòng)變?yōu)殡x合器傳動(dòng)，提高了傳動(dòng)效率達(dá)到100，同時(shí)還使得油溫不再升高。（二）現(xiàn)代液力變矩器部件的工作原理（5） 鎖止離合器（TCC）控制原理（二）現(xiàn)代液力變矩器部件的工作原理（5） 鎖止離合器（TCC）控制原理（二）現(xiàn)代液力變矩器部件的工作原理（5） 鎖止離合器（TCC

15、）控制原理（二）現(xiàn)代液力變矩器部件的工作原理（5）鎖止離合器分離（別克在OD檔處于3檔時(shí)4T60-E）（二）現(xiàn)代液力變矩器部件的工作原理（5）鎖止離合器結(jié)合（別克在OD檔處于3檔時(shí)4T60-E）（二）現(xiàn)代液力變矩器部件的工作原理（5）（三）現(xiàn)代液力變矩器工作原理（1）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸帶動(dòng)泵輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，泵輪帶動(dòng)自動(dòng)變速器油一起旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，自動(dòng)變速器油從葉片的內(nèi)緣向外緣流動(dòng)。沖擊渦輪的葉片，自動(dòng)變速油沿著渦輪葉片由外向內(nèi)流動(dòng)，沖擊到導(dǎo)輪葉片，然后沿著導(dǎo)輪葉片流動(dòng)，回到泵輪進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。 （三）現(xiàn)代液力變矩器工作原理（2） 液流形態(tài)（三）現(xiàn)代液力變矩器工作原理（2）1、我們把從泵輪、渦輪、導(dǎo)

16、輪又到泵輪的液體流動(dòng)叫 渦流。 液流形態(tài) 2、自動(dòng)變速器油在進(jìn)行渦流的同時(shí)，又繞曲軸中心線 旋轉(zhuǎn)，我們把液體繞軸線旋轉(zhuǎn)的流動(dòng)，稱為環(huán)流。 3、 變矩器中液體流動(dòng)是渦流和環(huán)流的混合。實(shí)際上， 液體的混合流動(dòng)是呈螺旋狀轉(zhuǎn)動(dòng)。只不過根據(jù) 轉(zhuǎn)速不同以哪種為主的問題。（三）現(xiàn)代液力變矩器工作原理（3） 增矩原理工作圖(1)（三）現(xiàn)代液力變矩器工作原理（3） 增矩原理(2) 汽車起步之前 （三）現(xiàn)代液力變矩器工作原理（3） 增矩原理(2) 汽車起步之前 Mw=MB+MD由于Mw= -Mw可以得到：|Mw | = | MB+MD |導(dǎo)輪反作用力矩的大小和方向都是隨渦輪轉(zhuǎn)速的變化而變化，故液力矩值也隨之變化（

17、三）現(xiàn)代液力變矩器工作原理（3） 增矩原理(3) 汽車起步之后 （三）現(xiàn)代液力變矩器工作原理（3） 偶合原理工作圖（三）現(xiàn)代液力變矩器工作原理（3） 液力變矩器內(nèi)油的流動(dòng)方向（三）現(xiàn)代液力變矩器工作原理（3） 液力變矩器內(nèi)油的流動(dòng)方向（三）現(xiàn)代液力變矩器工作原理（4） 液力變矩器的效率液力變矩器的扭矩比和速比1）液力變矩器扭矩比是輸出扭矩與輸入扭矩之比； 2）速比是渦輪轉(zhuǎn)速與泵輪轉(zhuǎn)速之比。（三）現(xiàn)代液力變矩器工作原理（4） 液力變矩器的效率 液力變矩器 扭矩比變化 規(guī)律（三）現(xiàn)代液力變矩器工作原理（4） 液力變矩器的效率失速點(diǎn)：當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速為零時(shí)，稱失速點(diǎn)。變矩器輸出最大 轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩比達(dá)1.7-2.5。變矩區(qū)：隨著渦輪轉(zhuǎn)速升高，速比增大，轉(zhuǎn)矩比減小。偶合區(qū)：速比升高到0.85時(shí)，轉(zhuǎn)矩比等于1； 輸入轉(zhuǎn)矩等于輸出轉(zhuǎn)矩，進(jìn)入偶合區(qū)。 （三）現(xiàn)代液力變矩器工作原理（4） 液力變矩器的效率 液力變矩器 效率 （三）現(xiàn)代液力變矩器工作原理（4） 液力變矩器的效率 綜上所述，液力變矩器的變矩效率是隨渦輪轉(zhuǎn)速的變化 而變化的。 （1）渦輪轉(zhuǎn)速為零時(shí)，變