汽車構(gòu)造-課件-第14章汽車自動(dòng)變速器

汽車構(gòu)造

AUTOMOBILESTRUCTURE機(jī)械與汽車工程學(xué)院汽車工程系主講人：孔勝利kongsl@第14章汽車自動(dòng)變速器概述自動(dòng)變速器的工作過程典型結(jié)構(gòu)2023/2/52汽車構(gòu)造14.1概述汽車自動(dòng)變速器即通常所說的自動(dòng)操縱式變速器。它可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和車速等工況的變化自動(dòng)變換傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比，使汽車獲得良好的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)有效減少發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染，顯著提高車輛行駛的安全性、乘坐舒適性和操縱輕便性。電控自動(dòng)變速器，由電控單元根據(jù)車速、節(jié)氣門位置、選檔范圍、換擋規(guī)律等輸入信號(hào)，按事先存儲(chǔ)的程序，確定最佳的檔位和換擋時(shí)刻，發(fā)出換擋控制信號(hào)，通過各種電磁閥操縱液壓系統(tǒng)和各制動(dòng)器、離合器的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋。在自動(dòng)換擋過程中，電控系統(tǒng)還與發(fā)動(dòng)機(jī)汽油噴射系統(tǒng)相結(jié)合，在調(diào)節(jié)液體壓力的同時(shí)，也調(diào)節(jié)了發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩。2023/2/53汽車構(gòu)造概述1、分類（1）按汽車驅(qū)動(dòng)方式分類按汽車驅(qū)動(dòng)方式，可將自動(dòng)變速器分為后驅(qū)動(dòng)自動(dòng)變速器和前驅(qū)動(dòng)自動(dòng)變速器兩種。后驅(qū)動(dòng)自動(dòng)變速器的液力變矩器的輸入軸與輸出軸在同一直線上，其軸向尺寸較大。前驅(qū)動(dòng)自動(dòng)變速器除了具有與后驅(qū)動(dòng)自動(dòng)變速器相同的組成外，在自動(dòng)變速器的殼體內(nèi)還裝有主減速器和差速器。2023/2/54汽車構(gòu)造概述后驅(qū)動(dòng)自動(dòng)變速器示意圖1-發(fā)動(dòng)機(jī)；2-自動(dòng)變速器；3-傳動(dòng)軸；4-主減速器和差速器2023/2/55汽車構(gòu)造概述前驅(qū)動(dòng)自動(dòng)變速器示意圖1-驅(qū)動(dòng)軸；2-驅(qū)動(dòng)橋；3-發(fā)動(dòng)機(jī)2023/2/56汽車構(gòu)造概述（2）按變速器齒輪的類型分類按齒輪類型不同，可將變速器分為普通齒輪式和行星齒輪式變速器兩種。普通齒輪式自動(dòng)變速器體積較大，最大傳動(dòng)比較小，只有少數(shù)轎車使用。大多數(shù)轎車采用行星齒輪式自動(dòng)變速器，其結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比比較大。普通齒輪式變速器(雅閣轎車)行星齒輪式自動(dòng)變速器2023/2/57汽車構(gòu)造概述（3）按控制方式分類按控制方式不同，可將變速器分為液力控制自動(dòng)變速器和電子控制自動(dòng)變速器兩種。液力控制自動(dòng)變速器是將汽車行駛中的車速和節(jié)氣門開度兩個(gè)參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤嚎刂菩盘?hào)，各個(gè)控制閥根據(jù)這些液壓控制信號(hào)，按照設(shè)定的換擋規(guī)律，通過執(zhí)行元件的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋。電子控制自動(dòng)變速器通過各種傳感器，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、車速、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度、自動(dòng)變速器油溫等參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后輸入電控單元，電控單元根據(jù)這些電信號(hào)，按照設(shè)定的換擋規(guī)律，向換擋電磁閥發(fā)出信號(hào)，換擋電磁閥等再將電控信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤嚎刂菩盘?hào)，從而控制換擋執(zhí)行元件的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋。2023/2/58汽車構(gòu)造概述液力控制自動(dòng)變速器工作過程示意圖1-節(jié)氣門；2-液力變矩器；3-行星齒輪變速器；4-調(diào)速閥；5-控制閥總成；6-節(jié)氣門拉索電子控制自動(dòng)變速器工作過程示意圖1-發(fā)動(dòng)機(jī)；2-液力變矩器；3-行星齒輪變速器；4-控制閥總成；5~9-傳感器；10~12-開關(guān)；13-自動(dòng)變速器電控單元；14-發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元2023/2/59汽車構(gòu)造概述（4）按傳動(dòng)比變化方式分類按傳動(dòng)比變化方式不同，可將變速器分為有級(jí)式自動(dòng)變速器、無級(jí)式自動(dòng)變速器和綜合式自動(dòng)變速器三種。有級(jí)式自動(dòng)變速器：又稱電控機(jī)構(gòu)式自動(dòng)變速器AMT。無級(jí)式自動(dòng)變速器：如液力式.電力式，金屬帶式CVT。綜合式自動(dòng)變速器：一般指液力機(jī)械式自動(dòng)變速器AT。2023/2/510汽車構(gòu)造概述2、組成目前，轎車裝用的自動(dòng)變速器多為電子控制液壓行星齒輪自動(dòng)變速器。它主要由液力變矩器、行星齒輪變速器、液壓操縱系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和油冷卻系統(tǒng)等組成。2023/2/511汽車構(gòu)造概述（1）液力變矩器是自動(dòng)變速器的核心部分，它與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸相連，將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳給變速器，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器的軟連接，減少傳動(dòng)系的動(dòng)載荷，防止傳動(dòng)系超載，保證汽車平穩(wěn)起步，并在一定范圍內(nèi)實(shí)行無級(jí)變速。飛輪齒圈8傳動(dòng)軸7泵輪固定套6導(dǎo)輪5泵輪4渦輪3變矩器殼2發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸1液力變矩器示意圖2023/2/512汽車構(gòu)造概述液力變矩器的組成2023/2/513汽車構(gòu)造概述（2）行星齒輪變速器是自動(dòng)變速器的變速機(jī)構(gòu)，由行星齒輪和離合器、制動(dòng)器、自由輪機(jī)構(gòu)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。行星齒輪機(jī)構(gòu)通常由多個(gè)行星齒輪排組成。變速器通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制行星齒輪機(jī)構(gòu)的工作，使它們以不同路線傳遞動(dòng)力，完成不同檔位的動(dòng)力傳遞。單排行星齒輪機(jī)構(gòu)示意圖2023/2/514汽車構(gòu)造概述(a)行星齒輪排行星齒輪排的數(shù)目因變速器的檔位數(shù)不同而不同，一般的三檔自動(dòng)變速器具有2個(gè)行星排，具有超速檔的四檔變速器有3個(gè)行星排。每個(gè)行星排的結(jié)構(gòu)及工作原理基本相同。行星齒輪5行星齒輪軸4齒圈3行星齒輪架2太陽輪1單排行星齒輪機(jī)構(gòu)2023/2/515汽車構(gòu)造概述(b)離合器和制動(dòng)器在行星齒輪變速器中設(shè)有多片離合器和制動(dòng)器，以保證變速器中的各元件能按各種方式連接或制動(dòng)，形成降速、升速、倒轉(zhuǎn)、空轉(zhuǎn)等不同種類的動(dòng)力傳遞。多片摩擦式離合器的作用如下：將行星齒輪機(jī)構(gòu)中某一元件與主動(dòng)部件相連，使該元件成為主動(dòng)部件，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩傳遞。將行星齒輪機(jī)構(gòu)中某兩個(gè)元件連成一體，使第3個(gè)元件具有相同的轉(zhuǎn)速，行星齒輪機(jī)構(gòu)連成一個(gè)剛性的整體，實(shí)現(xiàn)直接傳動(dòng)。2023/2/516汽車構(gòu)造概述摩擦片式離合器

(a)組成示意圖(b)工作原理示意圖1-離合器殼；2，5-皮碗；3-回位彈簧；4-泄油閥；6-壓板（活塞）；7-主動(dòng)片（鋼片）；8-從動(dòng)片（摩擦片）；9-，12-卡環(huán)；10-太陽輪（從動(dòng)元件）；11-彈簧座；13-花鍵轂；14-制動(dòng)帶；15-油液2023/2/517汽車構(gòu)造概述在行星齒輪變速器中制動(dòng)器的作用是制動(dòng)和約束。它將行星齒輪機(jī)構(gòu)中某一元件與變速器殼連成一體，使該元件被約束或制動(dòng)，成為固定件，從而改變變速器中元件的組合，形成不同的傳動(dòng)路線。常用的制動(dòng)器有片式和帶式兩種。片式制動(dòng)器與多片摩擦片式離合器結(jié)構(gòu)相同，但制動(dòng)器的殼體是固定不動(dòng)的。片式制動(dòng)器結(jié)合平順性好，小量間隙不需調(diào)整，應(yīng)用廣泛，但其軸向尺寸較大。帶式換檔制動(dòng)器是將內(nèi)側(cè)粘有摩擦材料的鋼帶卷繞在制動(dòng)鼓外表面上，故又稱外束帶式制動(dòng)器。制動(dòng)帶的一端固定在自動(dòng)變速器殼體上，另一端與控制油缸的推桿相連接。不制動(dòng)時(shí)制動(dòng)帶與制動(dòng)鼓之間有一定間隙，此間隙可用調(diào)整螺釘調(diào)整。2023/2/518汽車構(gòu)造概述片式制動(dòng)器零件分解圖2023/2/519汽車構(gòu)造概述片式制動(dòng)器工作原理示意圖(左)非制動(dòng)狀態(tài)；(右)制動(dòng)狀態(tài)2023/2/520汽車構(gòu)造概述帶式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖1制動(dòng)帶2油缸3油液4活塞5回位彈簧6調(diào)整螺釘2023/2/521汽車構(gòu)造概述帶式制動(dòng)器工作原理示意圖(左)非制動(dòng)狀態(tài)；(右)制動(dòng)狀態(tài)2023/2/522汽車構(gòu)造概述(c)自由輪機(jī)構(gòu)自由輪機(jī)構(gòu)是設(shè)置在行星齒輪變速器中的單向離合器，也稱為單向離合器。它用來控制行星齒輪機(jī)構(gòu)中的某些元件，使其只能做單一方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，而不能反轉(zhuǎn)。楔塊式單向離合器2023/2/523汽車構(gòu)造概述單向離合器2023/2/524汽車構(gòu)造概述（3）液壓操縱系統(tǒng)液壓操縱系統(tǒng)示意圖液壓操縱系統(tǒng)控制離合器的結(jié)合與分離以及制動(dòng)器的制動(dòng)與釋放，以改變動(dòng)力傳遞路線，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋。向液力變矩器的潤(rùn)滑油路供油，并根據(jù)車輛的運(yùn)行情況調(diào)節(jié)作用于液力變矩器的油壓。2023/2/525汽車構(gòu)造概述（4）濾清冷卻系統(tǒng)濾清冷卻系統(tǒng)包括冷卻器和濾清器。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。而變矩器的油路與液壓操縱系統(tǒng)和機(jī)械變速器的潤(rùn)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(rùn)滑系統(tǒng)正常工作，在發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器下儲(chǔ)水箱內(nèi)設(shè)置冷卻器來保證工作液溫度在允許范圍內(nèi)。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，得到冷卻或加溫后，再經(jīng)過濾清器流入機(jī)械變速器的潤(rùn)滑油道。2023/2/526汽車構(gòu)造概述（5）電控系統(tǒng)電控系統(tǒng)組成示意圖2023/2/527汽車構(gòu)造概述（6）變速桿和控制開關(guān)裝有自動(dòng)變速器的汽車，在駕駛室內(nèi)裝有變速桿和控制開關(guān)（即模式選擇開關(guān)），用于選擇變速器的檔位和車輛的運(yùn)行模式。(a)變速桿現(xiàn)代轎車的電控自動(dòng)變速器一般都有4個(gè)前進(jìn)擋和1個(gè)倒檔。變速桿程序開關(guān)奧迪轎車自動(dòng)變速器變速桿檔位示意圖2023/2/528汽車構(gòu)造概述檔位的含義Ｐ：停車檔位。該檔位時(shí)可以啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，但發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)車輛不行駛，且車輛無法移動(dòng)。Ｒ：倒車檔位。該檔位時(shí)，若發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，車輛將向后行駛。Ｎ：空檔位。該檔位時(shí)，可以啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)車輛得不到驅(qū)動(dòng)力，但車輛可以移動(dòng)。Ｄ：前進(jìn)檔位。該檔位時(shí)，若發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，AT將根據(jù)車輛行駛的狀況自動(dòng)地在1.2.3和超速檔之間變化。S：前進(jìn)低檔位。該檔位時(shí)，若發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，AT將自動(dòng)在1和2檔之間變換。L：前進(jìn)低檔位，該檔位時(shí)，若發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，AT將只能以1檔行駛。注意：不同的變速器檔位的設(shè)置不一定一樣。2023/2/529汽車構(gòu)造概述(b)控制開關(guān)自動(dòng)變速器除了可以用操作手柄進(jìn)行換擋控制外，還可以通過控制開關(guān)來進(jìn)行一些其它控制。不同車型的變速器，常見的控制開關(guān)有以下幾種：(1)超速檔開關(guān)通常安裝在自動(dòng)變速器變速桿上，由駕駛員控制。(2)模式開關(guān)又稱為程序開關(guān)，用于選擇自動(dòng)變速器的控制模式。常見的控制模式大致有5種：經(jīng)濟(jì)模式；動(dòng)力模式；普通模式；手動(dòng)模式；雪地模式。并不是所有的電控式自動(dòng)變速器都具備以上5種控制模式，通常只具備這些模式中的幾項(xiàng)，有的甚至只具有一種模式。2023/2/530汽車構(gòu)造14.2自動(dòng)變速器的工作過程1、辛普森式(Simpson)行星齒輪機(jī)構(gòu)A340型行星齒輪變速器組成示意圖2023/2/531汽車構(gòu)造自動(dòng)變速器的工作過程A340型行星齒輪變速器原理示意圖2023/2/532汽車構(gòu)造自動(dòng)變速器的工作過程各換擋元件的功能代號(hào)名稱功能C0超速直接檔離合器連接超速檔太陽輪與超速行星架B0超速制動(dòng)檔阻止超速太陽輪沿正、反方向轉(zhuǎn)動(dòng)F0超速單向離合器當(dāng)變速器由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)時(shí)，連接超速檔太陽輪與超速行星架C1前進(jìn)擋離合器連接輸入軸及前行星齒圈C2直接檔離合器連接輸入軸及前、后行星排太陽輪B1Ⅱ檔跟蹤慣性離合器阻止前、后行星排太陽輪沿正、反方向的轉(zhuǎn)動(dòng)B2Ⅱ檔制動(dòng)器通過阻止單向離合器F1沿正、反方向的轉(zhuǎn)動(dòng)、阻止前、后行星排太陽輪反時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)B3Ⅰ檔和倒檔制動(dòng)器阻止后行星架順時(shí)針及逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)F11號(hào)單向離合器當(dāng)B2工作時(shí)，阻止前、后行星排太陽輪反時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)F22號(hào)單向離合器阻止后行星排行星架反時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)2023/2/533汽車構(gòu)造自動(dòng)變速器的工作過程該變速器有4個(gè)前進(jìn)擋，各檔動(dòng)力的傳遞路線如下：D檔傳遞路線D--Ⅰ檔傳動(dòng)路線2023/2/534汽車構(gòu)造自動(dòng)變速器的工作過程D--Ⅱ檔傳動(dòng)路線2023/2/535汽車構(gòu)造自動(dòng)變速器的工作過程D--Ⅲ檔傳動(dòng)路線2023/2/536汽車構(gòu)造自動(dòng)變速器的工作過程D--Ⅳ檔傳動(dòng)路線2023/2/537汽車構(gòu)造自動(dòng)變速器的工作過程Z檔傳遞路線Z--Ⅱ檔傳動(dòng)路線2023/2/538汽車構(gòu)造自動(dòng)變速器的工作過程L檔傳遞路線L--Ⅰ檔傳動(dòng)路線2023/2/539汽車構(gòu)造自動(dòng)變速器的工作過程R檔傳遞路線R檔傳動(dòng)路線2023/2/540汽車構(gòu)造自動(dòng)變速器的工作過程辛普森式自動(dòng)變速器檔位分析2023/2/541汽車構(gòu)造自動(dòng)變速器的工作過程2、拉威娜式(Ravigneaux)行星齒輪機(jī)構(gòu)其特點(diǎn)是兩個(gè)行星齒輪排（一個(gè)雙行星齒輪排和一個(gè)單行星齒輪排）具有公共行星架和齒圈。它具有4個(gè)獨(dú)立元件，即前太陽輪、后太陽輪、行星架和齒圈，可以組成4個(gè)前進(jìn)檔和1個(gè)倒檔的行星齒輪變速器。齒圈6長(zhǎng)行星齒輪5短行星齒輪4行星架3前太陽輪2后太陽輪1拉威娜式行星齒輪機(jī)構(gòu)示意圖2023/2/542汽車構(gòu)造自動(dòng)變速器的工作過程拉威娜式4檔行星齒輪變速器中有8個(gè)執(zhí)行元件：4個(gè)離合器、2個(gè)制動(dòng)器和2個(gè)單向離合器。拉威娜式四檔行星齒輪變速器傳動(dòng)原理圖B1-二檔及四檔制動(dòng)器；B2-低檔及倒檔制動(dòng)器；C1-前進(jìn)擋離合器；C2-倒檔離合器；C3-前進(jìn)擋強(qiáng)制制動(dòng)器；C4-高檔離合器；F1-低檔單向離合器；F2-前進(jìn)擋單向離合器2023/2/543汽車構(gòu)造自動(dòng)變速器的工作過程拉威娜式四檔行星齒輪變速器布置簡(jiǎn)圖B1-二檔及四檔制動(dòng)器；B2-低檔及倒檔制動(dòng)器；C1-前進(jìn)擋離合器；C2-倒檔離合器；C3-前進(jìn)擋強(qiáng)制制動(dòng)器；C