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1、第十六章 液力机械传动和机械式无级变速器,第一节 概述,液控液压式自动变速器的总体组成框图,一、采用液力机械变速器的优点1. 具有良好自适应性（根据行驶阻力变化，在一定范围内无级变速，利于提高平均车速和动力性，减少排放污染）2. 提高通过性（能以很低车速稳定行驶，提高坏路上通过性）3. 提高使用寿命（因工作介质是液体，可减轻传动系承受的动载，避免因粗暴换档产生冲击载荷）据统计：发动机寿命延长47%，变速器寿命延长400%，主减速器、差速器寿命延长93%4. 提高舒适性（起步更平稳，吸收和减少振动冲击，提高乘坐舒适性）5. 降低劳动强度（驾驶操作简单，便于实现半自动化和自动化换档）,二、分类动液
2、传动 液力偶合器 靠液体循环流动过程中 液力传动 液力变矩器 动能变化传递能量静液传动液力变矩器还能根据行驶阻力在一定范围内自动、无级地改变传动比和扭矩比。 1. 按齿轮变速系统的控制方式：a. 液控液动自动变速器：手控制阀选定位置，由节气门阀和调速器阀将节气门开度和车速转变为液压信号。在换档点，此液压信号直接控制换挡阀换档。,b. 电控液动自动变速器：手控制阀选定位置，由节气门位置传感器和车速传感器将节气门开度和车速转变为电信号。输入电控单元（ECU），由电控单元控制液压阀和液压执行机构换档。,2. 按传动方式：,普通齿轮式自动变速器（变速器体积大，最大传动比较小，只有少数车型使用） 行星齿
3、轮式自动变速器（结构紧凑，能获得较大传动比，绝大多数轿车采用） 链条式自动变速器（少数）,3. 按变矩器类型：,A. 无锁止离合器的变矩器 早期变矩器中无锁止离合器，任何工况下都以液力方式传递动力，传动效率较低。 B. 有锁止离合器的变矩器 现代自动变速器都采用带锁止离合器的变矩器，当车速达一定，控制系统将锁止离合器接合，液力变矩器输入和输出部分连成一体，发动机动力以机械传递方式直接传入齿轮变速器，提高传动效率，降低油耗。,4. 按汽车的驱动方式：,前置后驱 自动变速器（FR）,前置前驱 自动变速器（FF）,三、缺点： 结构复杂，造价高，自身传动效率较低（存在液流损失） 传动比I = 涡轮转速
4、（从）/ 泵轮转速（主）1 四、组成：液力传动装置、机械变速器和操纵系统,自动变速器操纵手柄的使用,操纵手柄只改变自动变速器阀板总成中手动阀位置；变速器本身档位是由换档执行机构动作决定。换挡执行机构除了取决于手动阀位置，还受汽车车速、节气门开度等因素影响。,（一）、停车档（P位）停车档通常位于操纵手柄最前方。操纵手柄位于此位置，自动变速器中的停车锁止机构将变速器输出轴锁止，驱动轮不能转动，防止汽车移动；同时换档执行机构使自动变速器处于空档状态。当操纵手柄离开停车档位置，停车锁止机构即被释放。 （二）、空档（N位）空档常位于操纵手柄的中间位置，在倒档和前进档之间。操纵手柄位于空档，换档执行机构动
5、作和停车档相同，使变速器处于空档状态，发动机动力虽经输入轴传入自动变速器，但只能使各齿轮空转，输出轴无动力输出。,（三）、前进档（D位）前进档位于空档之后。操纵手柄位于前进档时通常可实现4个及以上不同传动比的档位，即1档、2档、3档和超速档。汽车行驶时，变速器的液压或电控系统能根据车速、节气门开度等因素变化，按设定的换档规律，自动变换档位。,（四）、前进低档（S位和L位）前进低档通常还有2个位置，S位和L位。操纵手柄位于这两个位置，变速器的控制系统将限制前进档的变化范围。操纵手柄位于S位，自动变速器只能在1挡、2档、3档之间自动变换档位；操纵手柄位于L位，自动变速器固定在1档或只能在1档和2档
6、之间自动变换档位。有些车则将S位标为2位、L位标为1位，其含义是相同的。,自动变速器控制开关的使用,新型自动变速器除了可用操纵手柄进行换档控制外，还可通过操纵手柄上或仪表板上的控制开关来控制。不同车型的自动变速器控制开关有不同的名称，其作用也不完全相同。,（一）、超速档开关（OD开关）,用来控制自动变速器的超速档。开关打开，超速档控制电路接通。此时若操纵手柄位于D位，自动变速器随着车速提高而升档，最高可升入4档（即超速档）。开关关闭，超速档控制电路断开。仪表盘上“OD OFF”指示灯亮起（限制超速档使用），自动变速器随着车速提高而升档，最高只能升至3档，无法升至超速档。,常见的控制开关,（二）
7、、模式开关,电控自动变速器的模式开关，能选择自动变速器的控制模式，满足不同使用要求。控制模式主要指自动变速器的换档规律。常见的控制模式有以下几种：(1)经济模式（ECONOMY）：以汽车获得最佳燃油经济性为目标来设计换档规律。自动变速器换档规律使发动机在行驶过程中常处在经济转速范围内运转，提高燃油经济性。(2)动力模式（POWER）：以汽车获得最大动力性为目标来设计换档规律。自动变速器换档规律使发动机在行驶过程中常处在大功率范围内运转，提高汽车动力性能及爬坡能力。(3)标准模式（NORMAL）：标准模式的换档规律介于经济模式和动力模式之间。兼顾了动力性和经济性，使汽车既保证一定动力性，又有较佳
8、的燃油经济性。模式选择开关可以根据人们的不同开车习惯来选择。如现在轿车中常见的ECO（Ecology环保、Conservation节能、Optimization最优化）,（三）、保持开关,有些电控自动变速器上设有保持开关，通常位于操纵手柄上。按下此开关，自动变速器便不能自动换档，档位完全取决于操纵手柄位置。操纵手柄位于D位、S位、L位时，变速器分别保持在3档、2档、1档。汽车在雪地行驶时，按下此开关，用操纵手柄选择档位，防止驱动轮打滑。,第二节 液力偶合器,一、组成壳体、泵轮、涡轮主动元件：泵轮。泵轮刚性连接在外壳上，与曲轴一起旋转。从动元件：涡轮。涡轮连接在从动轴上。在泵轮与涡轮上，径向焊接
9、了数目相同的叶片，用来传递动力。泵轮叶片与涡轮叶片内圆有导流环，装合后构成循环圆，可促进油液的循环流动。,二、工作过程发动机运转，曲轴带动液力偶合器壳体和泵轮一同旋转，在离心力作用下，液压油被甩向泵轮叶片外缘，因泵轮转速大于涡轮转速，所以泵轮叶片外缘的液压大于涡轮叶片外缘的液压，于是液压油不仅随轴绕轴线转动，还在外缘处冲入涡轮叶片，使涡轮叶片在液压油冲击下旋转，冲向涡轮叶片的油沿叶片向内缘流动，又返回泵轮内缘，被泵轮再甩向外缘，从而形成循环液流。 三、工作原理泵轮接受发动机传来的机械能，在工作液从泵轮叶片内缘流向外缘的过程，泵轮对其做功，使其速度和动能逐渐增大；,从涡轮叶片外缘流向内缘的过程，
10、液压油对涡轮做功，其速度和动能逐渐减小，将动能传给涡轮输出。,1）“涡流”的产生泵轮随飞轮转动，由于离心力作用，液体沿泵轮叶片间通道向外缘流动，外缘油压高于内缘油压，油液从泵轮外缘冲向涡轮外缘，又从涡轮内缘流回泵轮内缘，在轴向断面（循环圆）内，液体流动形成循环流，称为“涡流”。,2）环流的产生涡流的存在，液体冲向涡轮使两轮间产生牵连运动，涡轮产生绕轴旋转的扭矩。循环圆内的液体绕轴旋转形成“环流”。上述两种油流合成，形成一条首尾相接的螺旋流。当涡轮输出扭矩大于汽车行驶阻力矩时，汽车行驶。,图 涡流和环流的产生1泵轮 2涡轮,四、传动特点：发动机传给泵轮的转矩和涡轮上输出的转矩相等液压油在循环流动
11、中，除与泵轮、涡轮间作用力外，没受其他任何外力，根据作用力和反作用力相等原理，液压油作用在涡轮上的转矩等于泵轮作用在液压油上的转矩。传动效率：=Nw/Nb=(Mw X nw) /(Mb X nb)=nw/nb=i 传动比 Nw 涡轮输出功率Nb 发动机传给泵轮功率Mw 涡轮输出转矩Mb 发动机输入转矩（转速差越大，i越小，越低）未起步，因nw=0 ，所以=0刚起步，车速较低，nw 很小，也很小，随v ， nw ，则 nw 与 nb 转速差减小，也随之 。理论上，可达100%，实际不可能，为何？因为达100 %，即nw=nb，则涡轮与泵轮叶片外缘处液压油压力相等，使泵轮上的液压油不能冲向涡轮，液
12、压油将不再循环流动，无法传递动能输出，偶合器失去传递扭矩作用。正常工作时， nwnb，即达不到100% 。,第三节 液力变矩器,一、组成泵轮(b)、涡轮(w)、导轮(d)在液力偶合器基础上，增设导轮。导轮介于泵轮和涡轮之间，通过单向离合器单向固定。（可正转，不能逆转）,液力变矩器,二、液力变矩器工作过程,发动机运转，带动壳体和泵轮一同旋转，因离心力作用，油从泵轮叶片外缘冲向涡轮，并沿叶片流向导轮，再经导轮叶片流回泵轮叶片内缘，形成循环液流。,起步工况，液流方向沿1冲向涡轮，沿2至导轮，再沿3流回泵轮；设泵轮，涡轮，导轮对液流作用转矩分别为Mb，Mw和Md，根据液流受力平衡Mw=Mb+Md ，因
13、液流对涡轮的作用转矩Mw(即输出转矩)与Mw方向相反，大小相等，所以数值上Mw =Mb+Md，可知MwMb，起了增矩作用。（输出转矩增大部分即为固定不动导轮对循环流动液压油的反作用力矩，其大小取决于从涡轮冲向导轮的,液流速度、液流方向和导轮叶片间的夹角）,夹角越大，流速越快，反力矩越大，增矩作用就越大一般变矩器最大输出扭矩可达输入扭矩的2.6倍左右。,随车加速，使nw ，涡轮出口处的液压油不仅具有沿叶片方向的相对速度w，还具有沿圆周方向的牵连速度u，冲向导轮叶片的液流速度为两者的合成速度v，使得由涡轮下缘出口处冲向导轮的液压油方向改变，不再与出口处叶片方向相同，,而是顺涡轮转动方向向前偏斜一角
14、度，使冲击导轮液流方向与导轮叶片间夹角变小，导轮上受冲击力矩减小，增矩作用减小（车速越高，nw越大，夹角越小，增矩越小）,装有变矩器的汽车在低速时有较大输出扭矩。在车起步、上坡或遇到大行驶阻力时，若发动机转速和负荷不变，此时车速下降，即nw下降，能获得较大驱动力矩。当nw随车速提高达一定数值，冲向导轮的液压油方向与叶片间夹角为0，导轮不受液压油冲击，失去增矩作用。当nw继续增大，冲击方向继续前偏，使液压油冲击在导轮叶片的背面，此时，导轮对液压油的反作用扭矩Md方向与Mb相反，即Mw=Mb Md，变矩器输出扭矩反而小于输入扭矩，传动效率也下降。,图中VA为涡流，VB为环流，VC为合成流。 转速比
15、i=nw/nb,总结： 变矩器工作时，作用在涡轮上的扭矩（ Mw ）不仅有泵轮施加给涡轮的扭矩( Mb )，还有导轮的反作用力矩( Md )，即：MwMb+Md。 a 当nw=00.85 nb时，此时nbnw，油液速度Vc流向导轮的正面， Md 0， MwMb+Md ，可见Mw Mb ，起增矩作用。 b当nw=0.85 nb 时，油液速度Vc 与导轮叶片相切， Md =0，Mw= Mb ，为偶合器(液力联轴器)；此转速称为“偶合工作点”。 c当nw 0.85 nb时，油液速度Vc流向导轮的背面， Md为负值，导轮欲随泵轮同向旋转，导轮对油液的反作用力冲向泵轮正面，故Mw = Mb-Md 。 d
16、 当nw=nb时，循环圆内的液体停止流动，停止扭矩的传递。故nw的增大是有限度的，它与nb的比值不可能达到1，一般小于0.9。为提高传动效率，需设锁止离合器。,变矩系数:涡轮上的输出扭矩与泵轮上的输入扭矩之比K=Mw/Mb=(MbMd)/Mb=Nw/Nb=(Mw X nw)/(Mb X nb)=K X inw较低 K1 , 变矩偶合nw到一定值 K =1 , 变矩 =偶合nw再 K1 , 变矩偶合变矩比（K）=MW/Mb，一般 为2-3倍。 转速比（i）=nw/nb1 传动效率 （）=输出功率/输入功率=Nw/Nb1,（1）怠速时，Mw很小，汽车不能行使。 （2）起步时，Mw最大。 （3）车速逐渐增加，Mw减小。 （4）偶合点，K=1, Mw=Mb为提高变矩器在偶合区工作的性能，需加装单向离合器和锁止离合器，提高传动效率，降低燃料消耗。,
