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1、第1章 概 述现代汽车上广泛采用火塞式内燃发动机，由于发动机的转矩变化范围较小，不能适应汽车在各种道路条件下行使的要求，常常要求汽车的牵引力和车速能在相当大的范围内变化，因此在汽车传动系中，采用了可以改变转速比和传动扭矩比的装置，即变速器。变速器是汽车底盘中的主要总成之一，它与发动机配合工作，使汽车具有良好的动力能和经济性能。汽车变速器可以扩大发动机传给驱动车轮上的转矩和转速的变化范围，以适应汽车在各种条件下行使的需要。变速器能在保持发动机转动方向不变的情况下，实现倒车；还能利用空挡暂时地切断发动机与传动系统的动力传递，使发动机处于怠速运转状态。正确地操纵变速器是驾驶员一项重要技能和繁重的工作
2、。为提高驾驶员操作的轻便性，减轻驾驶员的疲劳程度，提高汽车的动力性和经济性，人们在改进变速器的结构和换挡方法上作了很大的努力，目前已经广泛使用的自动变速器便是其杰出的代表。1.1 自动变速器的发展和应用1.1.1 自动变速器的发展1904年美国通用汽车公司的凯迪拉克（Cadillac）汽车采用了手操纵的三挡行星齿轮变速器，福特（Fort）汽车采用了二挡行星齿轮变速器；1962年别克小轿车开始使用液力机械传动的变速器；1933年美国的瑞欧汽车使用了一种半自动变速器；1938年美国克来斯勒汽车公司采用了液力偶合器，并在1939年，首先成功地研制了由液力偶合器和行星齿轮变速器组成的4挡液力变速器，并
3、装于该公司生产的轿车Oldobile上。该变速器被认为是自动变速器的代表，是当今自动变速器的原始形式。随着新技术的不发展，自动变速器结构不断得到改进，逐步走向成熟。19391950年的11年间是液力自动变速器的成长期。这时期的结构特点是液力传动部件采用液力耦合器，机械变速部分采用行星齿轮。这种形式结构虽简单，成本也低，但液力传动部分只能起到联轴节的作用，不能改变转矩，而传动转矩的改变则完全由行星齿轮机构来完成。1950年美国福特汽车公司成功研制了装用液力变矩器的3挡液力自动变速器，从此轿车用的液力自动变速器进入了成熟期。1977年后，日本丰田汽车公司成功研制了具有超速挡的液力自动变速器。该变速
4、器采用三元件液力变矩器与多挡行星齿轮相组合的结构，这不但提高了变速器的变矩比，而且使换挡圆滑，传速效率也更高。液力自动变速器行星齿轮机构的挡数和速度比范围，随着汽车的高速比，低油耗和低噪音等要求的不断提高而有增加的倾向，1977年丰田公司开发的4挡液力自动变速器和1989年的日产汽车公司开发的5挡液力自动变速器都已经装车使用。这两种变速器都是在原3挡和4挡液力变速器的基础上，加装一组行星变速齿轮机构而形成的。1983年，日产汽车公司成功研制了4挡液力自动变速器用行星齿轮机构，其最大的特点是结构紧凑，从而为液力自动变速器的多挡化提供了条件。液力变矩器的优点是可增大起步转矩，提高车辆的加速性能，降
5、低变速时传动系的冲击，可并缓和发动机曲轴的扭振作用。但由于起泵轮和涡轮之间存在转速差，使其传动效率随之降低，因此常采用锁止机构，使泵轮和涡轮在一定工况下连接成一体。这样，发动机的动力便可以直接传给变速器的行星机构，从而提高了传动效率。机械式锁止方式最早在1939年美国通用汽车公司生产的Hdramatic上使用过。1977年，美国克莱斯勒汽车公司在变速器上用由液力控制的带减振器的离合器，使锁止装置进入了成熟期。对于多挡的液力自动变速器，通常仅在最高挡时使锁止离合器结合。后来，为了减少滑转损失，1982年起在其他挡位上也开始使用。由于在变速过程中进行锁止会产生较大的冲击，故需要在变速时暂将其解除，
6、而在变速后再进行锁止，即换挡前使离合器自动分离，换挡后使离合器自动结合。为此，研制出了多种的控制方式，其中以电控方式效果较好。锁止离合器的实用化已有十几年历史，目前已非常普遍。1969年，法国雷诺汽车公司首先采用了电控液力自动变速器。其控制方式是由计算机依据检测到的车辆速度和节气门开度的电信号，来判断变速的时机，并确定变速程序。进入20世纪80年代，随着电子技术的发展和计算机的进一步微型化，变速器的控制功能和可靠性得到提高，而且成本也大为降低。1991年，美国通用汽车公司在前轮驱动的轿车上装用4T60E型电控液力自动变速器。同年，福特汽车公司也在两种前抡驱动的轿车上装用了AXODE型4挡电控液
7、力自动变速器，其电子控制装置并入福特EC-IV型发动机的中央控制系统。1978年原联邦德国奔驰汽车公司生产的轿车，装有液力自动变速器的汽车，发动机排量在4.5L以上占100%；3.5L的占80%；六缸发动机的占68%；四缸发动机占26%以车型紧凑，价格和油耗低著称于世的日本轿车，液力自动变速器的装车率也不断增长，1982年大，中，小型三种客车，平均占26%，到1986年增到41%，已达到普及阶段。我国年应用液力传动专职始于20世纪50年代，自行研制出了红旗（CA7560）三排座高级的液力 传动系统。随后，液力传动便在我国获得了稳步发展。至今。它在汽车，内燃机，拖拉机，石油机械，船舶，军事运输装
8、备等方面应用都很普遍。目前我国生产的捷达，富康，别克等部分型号的汽车上已装备了液力自动变速器。1.2 自动变速器的特点机械齿轮变速器具有效率高，工作可靠，结构比较简单等优点，故被广泛地应用在各种汽车上。但是对于诸如高级小客车，超重自卸汽车，要求高通过性的军用越野汽车及城市的大型公共汽车等车型采用自动变速器则能更好地满足其特殊的使用条件和要求。1.2.1 自动变速器的优点(1) 优异的驾驶性能汽车驾驶性能的好坏，除与汽车本身的结构有关外，还取决于正确的控制和操纵。自动变速器能通过系统的设计，使整车自动去完成这些使用要求，以获得最佳的燃料经济性和动力性。使得驾驶性能与驾驶员的技术水平关系不大，因而
9、特别适合于非职业驾驶。例如，发动机处于非经济转速区运转与处于经济转速内运转相比，其油耗相差近一倍。此外，变速器挡位不同，传动效率的高低也是有所不同。因此，要让汽车在每一种负载，路况下都能同时兼顾发动机的最低油耗和变速器的最高效率，即使对驾驶员而言也是不是容易的事。但依靠自动变速技术，按照预先设定的最佳规律变换挡位就能实现。(2) 良好的行使性能自动变速装置的挡位变换不但快而且平稳，提高了汽车的乘坐舒适性。通过液体传动及微电脑控制换挡，可以消除或降低动力传动系统中的冲击和动载。这对在地形复杂，路面恶劣条件下作业的工程车辆，军用车辆尤其重要。实验结果表明，在坏路段行使时，自动变速的车辆传动轴上最大
10、动载转矩的峰值只有手动变速器的20-40；原地起步时最大动载转矩的峰值只有手动变速器的50%-70%，且能大幅度延长发动机和系统零部件的寿命。(3) 高度的行车安全性在车辆行使过程中，驾驶员必修根据道路，交通条件的变化，对车辆的行使方向和速度进行改变和调节。以城市大客车为例，平均每分钟换挡3-5次。而每次换挡需手脚协同动作。正是由于这种连续不断的频繁操作，使驾驶员的注意力被分散，而且易产生疲劳，造成交通事故增加；或者是减少换挡，以操纵油门大小代替变速，即牺牲燃油经济性来减轻疲劳强度。自动变速的车辆，取消了离合器踏板和变速器操纵杆，只要控制油门踏板，就能自动变速，从而改善了驾驶员的劳动强度，使行
11、车事故率降低，平均车速提高。 (4) 底污染的废气排放发动机在怠速和高速运行时，排放的废气中CH或CO化合物的浓度较高。而自动变速器的应用，可使发动机经常处于经济转速区域内运转，也就是较小污排放的转速范围内工作，从而降低了排气污染。1.2.2 自动变速器的缺点 （1）结构复杂与手动变速器相比，自动变速器结构较复杂，零件加工难度大，生产成本较高，维修成本高。(2) 效率不够高与手动变速器相比，自动变速器的效率还不够高。当然，通过与发动机的匹配优化，液力变矩器锁闭，增加挡位等措施，可使自动变速器接近手动变速器的效率水平。随着汽车技术的迅速发展，尤其是汽车液力自动变速器性能的不断改进提高，最佳换挡理
12、论的实践，使液力变矩器能按照汽车所获得的最佳油耗规律进行自动换挡。因此在城市内使用时，已经有可能比装用机械变速器的轿车更省油。对此，汽车的使用者和维修人员必须有一个既全面而又正确的认识。第2章 自动变速器组成及工作过程自动变速器主要由液力变矩器，齿轮变速器，液压供油系统，控制系统等几部分组成。2.1 基本组成2.1.1 液力变矩器液力变矩器位于自动变速器的最前端，安装在发动机的飞轮上，其作用与采用手动变速器的汽车中的离合器相似。它利用油液循环流动过程中动能的变化将发动机的动力传递给自动变速器的输入轴，并能根据汽车行使阻力的变化，在一定范围内自动地，无级地改变传动比和转矩比，具有一定的减速增矩功
13、能。2.1.2 变速齿轮机构现代自动变速器中主要采用的是行星齿轮式变速机构，其主要包括行星齿轮机构和换挡执行机构两部分。 行星齿轮机构是自动变速器的重要组成部分之一，主要由太阳轮（也称中心轮）、内齿圈、行星架和行星齿轮等元件组成。行星齿轮机构是实现变速的机构，速比的改变是通过以不同的元件作主动件和限制不同元件的运动而实现的。在速比改变的过程中，整个行星齿轮组仍在运动，动力传递没有中断，因而实现了动力换挡。换挡执行机构主要是用来改变行星齿轮中的主动元件或限制某个元件的运动，改变动力传递的方向和速比，主要由多片式离合器、制动器和单向超越离合器等组成。离合器的作用是把动力传给行星齿轮机构的某个元件使
14、之成为主动件。制动器的作用是将行星齿轮机械中的某个元件抱住，使之止动。单向超越离合器也是行星齿轮变速器的换挡元件之一，其作用主要是限制某些元件的旋转方向，协助完成动力流向和发动机制动。2.1.3 油泵自动变速器的供油系统主要由油泵、滤清器、调压阀及管道所组成。油泵是自动变速器最重要的总成之一，它通常安装在变矩器的后方，由变矩器的泵轮驱动。2.1.4 自动换挡控制系统自动换挡控制系统能根据发动机的负荷（节气门开度）和汽车的行驶速度，按照设定的换挡规律，自动地接通或切断某些换挡离合器和制动器的供油油路，使离合器结合或分开、制动器制动或释放，以改变齿轮变速器的传动比，从而实现自动换挡。自动变速器的自
15、动换挡控制系统有液压控制和电子液压控制两种。液压控制系统是由阀体和各种控制阀及油路所组成的，阀门和油路设置在一个板块内，称为阀体总成。不同型号的自动变速器阀体总成的安装位置有所不同，有的装置于上部，有的装置于侧面，纵置的自动变速器一般装置于下部。在液压控制系统中，增设控制某些液压油路的电磁阀，组成了电子控制的换挡控制系统，若这些电磁阀是由电子计算机控制的，则成为电子控制的换挡系统。2.1.5 换挡操纵机构自动变速器的换挡操纵机构包括手动换挡阀的操纵机构和节气门阀的操纵机构等。驾驶员通过自动变速器的操纵手柄改变阀板内的手动阀位置，控制系统根据手动阀的位置及节气门开度、车速、控制开关的状态等因素，
16、利用液压自动控制原理或电子自动控制原理，按照一定的规律控制齿轮变速器中的换挡执行机构的工作，实现自动换挡。2.2 类型不同车型所装用的自动变速器在形式、结构上往往有很大的差异，常见的分类方法和类型如下：2.2.1 按变速方式分类汽车自动变速器按变速方式的不同，可分为有级变速器和无级变速器两种。有级变速器是具有有限几个定值传动比（一般有35个前进挡和一个倒挡）的变速器。无级变速器是能使传动比在一定范围内连续变化的变速器，无级变速器目前在汽车上应用较少。2.2.2 按汽车驱动方式分类自动变速器按照汽车驱动方式的不同，可分为后驱动自动变速器和前驱动自动变速器两种。这两种自动变速器在结构和布置上有很大的不同。 后驱动自动变速器的变矩器和齿轮变速器的输人轴及输出轴在同一轴线上，发动机
