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1、第十四章 自动变速器,主要内容,1.液力耦合器与液力变矩器的工作原理； 2. 液力机械变速器的结构与原理； 3.金属带式无级变速器；,液力传动装置(动液式),功用：利用液压油的流动来传递扭矩，将曲轴输出的动力传给变速器。 分类： 液力变矩器：既能传递转矩又能增大转矩。 液力偶合器：传递转矩，输出转矩与输入转矩相等。,概述,自动变速器是指能够根据发动机工况及汽车运行速度自动选挡和换挡的变速器。它能够克服机械变速器的动载荷大，易使零件磨损以及频繁地操纵离合器等缺点，从而减轻驾驶员的劳动强度，提高行车安全性。,自动变速器的类型,按齿轮变速机构分为 平行轴式自动变速器：普通齿轮啮合传动，体积较大，使用
2、少 行星齿轮式自动变速器：行星齿轮传动，结构紧凑、体积小，使用多。,按控制方式分类,液控液力自动变速器 电控液力自动变速器,概述,自动变速器的组成 由液力变矩器、齿轮变速器、液力控制系统、电子控制系统等几部分组成。 电控液力自动变速器的基本工作原理 在手控制阀选定位置后，把各传感器的参数转变为电信号输入电子控制单元（ECU）。在换挡点，ECU向各执行元件发出电信号，控制执行机构换挡,一、液力耦合器,主动元件：泵轮：刚性连接在外壳上，与曲轴一起旋转 从动元件：涡轮：连接在从动轴上。 原理： 泵轮与涡轮构成工作轮。 其中流动的液体在动能变化过程中吸收或者放出能量。,输入轴,泵轮,涡轮,输出轴,曲轴
3、,液力耦合器,工作原理,优点,汽车平稳起步、加速,衰减传动系扭转振动，防止传动系过载,缺点,只传递而不改变转矩,须加装离合器质量大，尺寸增加,液流损失，传动效率低,液力耦合器的特点,目前在汽车上的应用逐渐减少。,1. 液力变矩器结构,二、 液力变矩器,液力变矩器与耦合器的不同点： 结构：多一个不动的导轮。,液力变矩器,输入轴,泵轮,涡轮,输出轴,曲轴,2. 特性： 传递扭矩，在泵轮转速和转矩不变的前提下，改变涡轮转矩的大小。,？ 液力变矩器的如何变矩,将循环圆的中间流线展开一条直线,叶片,液力变矩器的工作原理,nw=0,以起步工况为例,设发动机转速和负荷不变， 即泵轮的nb 转矩Mb不变,起步
4、后,nw 0,此时由涡轮叶片出口处的速度为： v= w + u u牵连速度； w沿叶片相对速度 当v与导轮的出口方向一致时 Md=0 此时： Mw=Mb,nw 继续增大,V继续向左倾斜 Md变为负值 此时： Mw=Mb Md 直至: nw = nb,经过上述分析： 液力变矩器的输出转矩可以根据涡轮的转速变化：具体为： 涡轮速度低：转矩大于泵轮转矩； 涡轮速度等于设定值：转矩等于泵轮转矩 涡轮速度高：转矩小于泵轮转矩； 涡轮速度等于泵轮速度：不传递转矩。 液力变矩器能够改变扭矩的原因是在泵轮和涡轮之间加入了导轮。,液力变矩器的特性,传动比i： 输出速度与输入速度之比， i=nw/nb 变矩系数K
5、： 输出转矩与输入转矩之比。 k=Mw/Mb 传动效率： 涡轮输出功率与泵轮输入功率之比,泵轮（nb）和转矩（Mb）不变。,1.液力变矩器变矩比特性曲线,变矩比,变矩比随着涡轮转速的减小而增大,阻力大转矩也会变大,2.液力变矩器传动效率曲线,偶合点后传动效率急剧下降,低速时随涡轮转速增大而增大,3.液力变矩器特性曲线耦合点,K=1时，涡轮转矩等于泵轮转矩，此时称为偶合点。,偶合点,结论： 液力变矩器传动比=1，连续可变； 液力变矩器转矩随着行驶工况自动的改变。 涡轮的速度低：较大的转矩，0时的转矩最大； 涡轮的速度高：较小的转矩；nw=nb，0； 涡轮速度高于nw1：输出转矩小于输入转矩，效率
6、低 液力变矩器同时具有液力耦合器保证汽车平稳起步，衰减传动系扭转振动，防止系统过载的特点,1.三元件综合式液力变矩器,涡轮,泵轮,导轮,单向离合器,输入轴,曲轴,起动齿圈,b. 单向离合器的结构与作用,9.导轮,10.外圈,11.内圈,18.铆钉,1.滚柱,17.弹簧,导轮传力,变为耦合器,单向离合器的作用,在液力变矩器的涡轮速度达到一定的程度时，让液力变矩器转化为液力耦合器工作，以增大涡轮在高速时的输出的转矩，提高动力性。 因为这个液力变矩器可以转化为液力耦合器工况，因此称之为综合式的。,三元件综合式液力变矩器的特性,耦合器效率,变矩器效率,工况转换点,变矩器的效率：输出功率与输入功率之比。
7、 iik=1范围内：耦合器效率高 在变矩器状态下最高效率为92%，在耦合器状态下的高传动比区的效率可达96%。,2.带锁止机构的液力变矩器,原因：液力损失、泵轮与涡轮的转速差，液力变矩器的效率比机械传动低，动力性差。 锁止离合器的作用： 在良好的路面上，让液力变矩器被锁止，使输入轴和输出轴刚性连接，提高传动效率为1。,液力机械变速器,液力变矩器一般与齿轮变速器（有级式）共同组成，液力机械变速器。,原因： 1.液力变矩器的变矩系数较小，不能满足汽车的需要； 2.过大的变矩系数影响液力变矩器的效率；,注意： 与液力变矩器配合使用的一般是行星齿轮变速器（轴线旋转式）但也有采用轴线固定式的。 原因：
8、行星齿轮变速箱结构紧凑，承载能力大，可以用较小齿轮实现较大传动比，传动效率高，机构运动平衡，抗振能力强。,液力机械变速器,原因？： 液力变矩器的变矩系数较小，不能满足需要；过大的变矩系数影响液力变矩器的效率； 液力变矩器一般与齿轮变速器（有级式）共同组成，液力机械变速器。 注意： 与液力变矩器配合使用的一般是行星齿轮变速器（轴线旋转式），也有采用轴线固定式的。 行星齿轮变速箱结构紧凑，承载能力大，可以用较小齿轮实现较大传动比，传动效率高,行星齿轮机构,行星齿轮,中心齿轮,行星架,齿圈,组装图,基本结构：,行星齿轮传动机构,行星齿轮变速原理,F1=F2 F3=-2F2 M1=F1r1 M2=aF
9、1r1 M3=-(a+1)F1r1 M1w1+Mw2+Mw3=0 n1+a*n2(1+a)n3=0,r,a=z2/z1=r2/r1,n1+a*n2(1+a)n3=0 太阳轮、齿圈与行星齿轮架任意一对可作为传动件 如果有两个被固定在一起，则第三个的速度与前两个相同，传动比为1； 如三个均为自由转动，则行星齿轮不能传动，相当于空档。 行星架被固定时，太阳轮、齿圈转速相反，可作为倒档。,n1+a*n2(1+a)n3=0 任意两个作为传动件时的传动比： 1）齿圈2固定： n2=0 (大传动比）3主动 i13= n1/ n3=1+a=1+z2/z1 2）太阳轮1固定： n1=0 (小传动比） 3主动 i
10、23= n2/ n3=（1+a）/a=1+z1/z2 3）行星架3固定： n3=0 (倒挡） 2主动 i12= n1/ n2=a=z2/z1 4) n2=n1: n3=n1=n2 5) 全部自由时，不传递动力。,转速及旋转方向,液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械变速器,液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械变速器,空挡： 直接挡离合器分离、低速挡和倒挡制动器松开。,低速挡： 直接挡离合器分离、低速挡制动器制动、倒挡制动器松开。,直接挡： 直接挡离合器结合、低速挡制动器、倒挡制动器松开。 前后行星齿轮被联锁，传动比为1。,倒挡： 直接挡离合器分离、低速挡制动器松开、倒挡制动器制动。 行星
11、架被锁定，后排太阳轮与后排齿圈的旋转方向相反。,液力机械变速器的总传动比,总传动比为：液力变矩器的变矩系数K与齿轮变速器的传动比i的乘积。I=K*i 传动比越大，液力机械变速器的所传递的转矩越大，转速越低，这点与机械变速箱是一致的。 因为液力变矩器的变矩系数在一定的范围内可以连续变化，配合上机械变速机构后，液力机械变速器的传动比在几个区间内是连续变化的，称之为部分无级变速器。,多排行星齿轮机构,辛普森式行星齿轮机构,拉威挪式行星齿轮机构,辛普森式行星齿轮机构的变速原理,丰田A340E型辛普森式三行星排四挡行星齿轮变速器 结构示意图,三行星排四挡行星齿轮变速系统各挡位动力传递路线,D位1挡、2位
12、1挡动力传递路线 （无发动机制动作用）,D位2挡动力传递路线（无发动机制动作用）,D位3挡、2位3挡动力传递路线 （具有发动机制动作用）,D位4挡（OD挡）动力传递路线 （具有发动机制动作用）,三行星排四挡行星齿轮变速系统各挡位动力传递路线,2位2挡、L位2挡动力传递路线 （具有发动机制动作用）,L位1挡动力传递路线 （具有发动机制动作用）,R位动力传递路线,金属带式无级自动变速器,机械式无级变速器简称CVT(Continuously Variable Transmission)，于20世纪70年代，由荷兰的VDT(VAN Doornes Transmission b.V)公司研制成功了新型的金属带式无级自动变速器简称VDT - CVT 。 特点：结构紧凑，重量轻、成本低，适合于微型和普通轿车。,VDT CVT的主要部件,1、金属带 2、工作轮 3、液压泵 4、控制系统,VDT CVT的结构和工作原理,影片播放,VDT CVT的结构和工作原理 无级变速部分由：油泵、主动轮（可动与不可动部分）、金属带、从动轮（可动与不可动部分）和控制油缸组成。 主动轮和从动轮的直径在一定的范围内连续变化，实现传动比的连续变化。 传动比由液压控制系统根据行驶路况来调节； VDT CVT的传动比一般在0.47之间； 采用VDT CVT在结构上需要离合器，以保证汽车起步平稳；,
