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23 三、自动变速箱 1. 基础知识 1简介 自动变速器的目的是提供空档、倒档和前进档等自动变速档位以适应不同的需要。 基本上说自动变速器就象一个杠杆它可以使发动机用较小的力去驱动较沉重的负载。当沉重负载或车辆移动时需要的是较小杠杆作用和传动比以保持其移动。 在整个行驶行程中通过提供适宜的档位或多种扭力传动比改进性能和提高经济性才是可能的。自动变换档位减轻了驾驶员在各种情况下选择最佳传动比的责任并使得驾驶更轻松。 无论何种型号的自动变速器其每个部件的基本功能和操作均是相似的。 无论是对前轮驱动或后轮驱动的车辆其液力变矩器的原理和操作也均是相同的。 行星齿轮以相同的原理进行操作以在各种制造方式和车型的自动变速器上获得所期望的结果。 一旦掌握了这些原理就可以很容易地将其应用到任何制造方式或车型的变速器上。 理解了设计上的变化那么事情就相对简单了这些相同的原理均适用于美国制造的或其它国家的车辆。 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 上汽通用五菱发动机变速箱维修 上汽通用五菱发动机变速箱维修 242液力变矩器 液力变矩器是发动机与变速器之间的连接装置。它与被称之为挠性板的发动机飞轮连接在一起以使其与发动机同转。因而液力变矩器是这样一个部件它将动力从发动机传递至变速器。 液力变 矩器 发动机 变速器 图1 液力变矩器 液力变矩器采用的是液体耦合的基本原理这可以用两个风扇来揭示证明。有动力的风扇可以驱动另一个风扇的叶片完成了动力的传递。这个显示使用的是空气流传递动力。Hydra - matic 变速器使用的也是这一基本原理。只不过用自动变速器油流来代替空气流。 图2 液体耦合原理 液力变矩器的作用是 1. 将发动机的扭力从发动机传送至变速器。 2. 多重发动机扭力将发动机扭力增加并在一些特定的状况下根据需要减少变速器输出转速。 3. 吸收驱动齿轮系和发动机扭力振动。 4. 起自动离合器的作用。 5. 驱动变速器液压泵。 6. 因其作用象一个发动机飞轮可以使发动机运转平稳。 液力变矩器的形状可以比喻为切割成两半的钢环这两个半个的钢环面对在一 起。它们的内表面排列着叶片或肋片并且充满了自动变速器油。其中一个是被发动机驱动的即驱动泵。对面的一个称为涡轮器驱动变速器齿轮。当液力变矩器转动时其形状可使液流加速至自动变速器以进行有效的液力传递。 液体流 图3 液体耦合的设计 25 充满自动变速器油的总成装置现在可以进行动力传递了。利用液体耦合的原理液体从一侧流向另一侧。这项工作做起来很简单。其中一个是以发动机的转速被发动机旋转的。对面的一个被液体旋转并且驱动变速器的齿轮。 变速器箱 发动机 挠性板 甩出的液流图4 液体耦合泵 涡轮器 从发动机至驱动轮动力流的第二个联接装置是涡轮器。涡轮器接收从变矩器泵输送来的自动变速器油。该油液的力促使涡轮器转动。发动机转速愈快变矩器泵转速愈快涡轮器也就旋转愈快。 发动机 液流元件 图5 液体耦合器总成 上汽通用五菱发动机变速箱维修 上汽通用五菱发动机变速箱维修 26 至发动机 至变速器齿轮 图6 液体耦合总成 泵 变矩器盖与发动机挠性板栓接在一起。变矩器泵?敫酶呛附釉谝黄鹨允狗亩蚺毫渚仄鞅谩馐变速器上从发动机至驱动轮上传输的一个基本的或者第一套联接装置。液力变矩器泵的操作产生自动变速器液流。 变速器输入轴 至变速器齿轮 接收液流 图7 液体耦合涡流器 耦合器与变矩器 泵轮产生液流涡轮接收该液流。泵轮和涡轮是两个单独的装置两者的共同工作产生液流图9。变速器输入轴与涡轮用花键接合这是发动机至变速器齿轮的联接装置。安装在箱体上的油泵使耦合器总成充满了自动变速器油。在定轮未加上以前耦合器总成并不是一个真正的液力变矩器。 - - - 27- - 定轮总成和滚柱离合器 液流 液流的改向涡轮 定轮锁定 泵 图8 定轮锁定 定轮的目的是使油液从涡轮返回并改变其方向。因而自动变速器的油液的能量也用于帮助发动机旋转该泵。定轮增加油液驱动涡轮的力并且做为结果成倍地增加扭力或扭转的力。锁定在其位置上的定轮可以使发动机的扭力增加两倍或更多。 液流 自由液流定轮自由旋转 涡轮 泵 图9 定轮自由旋转 定轮自由旋转 上汽通用五菱发动机变速箱维修 上汽通用五菱发动机变速箱维修 28 定轮总成 滚柱离合器可以使定轮锁定或自由旋转。当导向液流需要增加扭力时滚柱将定轮锁定在定轮轴上。当不再需要增加扭力时滚柱释放定轮开始自由旋转 滚柱离合器的挤靠 定轮锁定 图10 定轮滚柱离合器 定轮 离合器 涡轮 变矩器泵盖 变矩器泵 图11 变矩器分解图 液力变矩器离合器用于在发动机和变速器输入轴之间提供一个直接的机械耦合这种机械耦合可以使发动机与驱动轮之间的扭力传递更为有效因为它消除了发生在油液耦合或液力变矩器中的微小的“滑动”。 液力变矩器离合器总成包含安装在同一泵盖上一个常规的配备有一个附加压力板的液力变矩器。压力板与涡轮以花键接合并在特定的转速下被操作。 当压力板被操作后这种发动机至变矩器齿轮的机械耦合可以改善燃油的经济性。当压力被释放后该总成的操作就象一般的液力变矩器一样。 29 箱体 泵总成 变矩器总成 螺栓 图12 液力变矩器油泵驱动 液力变矩器的另一个功能是机械性地驱动变速器油泵。该油泵的壳体与变速器箱体用螺栓紧固地连接在一起。当液力变矩器旋转时它将驱动油泵齿轮或旋转叶片。 液力变扭器概述 液力变扭器一般由以下部件组成 变扭器壳体盖总成 变扭器泵总成 定子总成 涡轮总成 压力板总成或粘液离合器压力板总成 变扭器壳体盖总成用螺栓与飞轮连接并焊接到变扭器泵总成上。 涡轮总成与涡轮轴相连。涡轮轴把发动机的动力从液力变扭器传递到变速器。 定子总成用来在低车速时加大扭矩。这一扭矩增加可以帮助汽车从静止状态起动。 压力板总成提供了发动机与变速器之间的机械连接。 液力变扭器是一个液力耦合装置。液力变扭器内的变速器油用来在发动机和变速器之间传递动力。液力变扭器以下述方式工作 变扭器泵的叶片以发动机转速旋转并将变速器油传导至涡轮叶片。 汽车制动器松开后流过叶片的变速器油使涡轮按照变扭器泵的方向开始旋转随着车速提高涡轮的速度开始接近泵的速度。在液力变扭器离合器啮合前涡轮和泵之间会有一定的转速差。 当汽车停下来时汽车制动器使涡轮停止转动。因为涡轮与变扭器泵之间没有机械连接变扭器泵可以上汽通用五菱发动机变速箱维修 上汽通用五菱发动机变速箱维修 30继续转动而不会使发动机失速。 失速速度就是在涡轮不转动时发动机能够驱动变扭器泵的最大速度。 定子用来提供起动车辆所需的巨大扭矩。定子以下述方式工作 定子与一个滚柱式单向离合器相连。在低车速时滚柱式离合器阻止定子转动而在较高车速时允许定子转动。 当定子保持静止时它的弯曲的叶片使离开涡轮叶片的变速器油改变方向流向变扭器泵的叶片这样就增加了变速器油的压力。 当涡轮速度开始接近变扭器泵的转速时滚柱或离合器允许定子与涡轮及变扭器泵一起旋转。 液力耦合不能将发动机功率全部进行传递有些功率以热的形式损失了。变扭器是变速器里最大的热源。压力板总成液力变扭器离合器用来把涡轮以机械方式连接到变扭器壳体盖上这样能防止液力耦合装置的功率损失和产生热量。 液力变扭器的故障 以下内容是液力变扭器故障的概述。这里所列举的并不包括液力变扭器所有的可能故障。 液力变扭器离合器没有啮合会造成过热和燃油经济性不好。 在停车或接近停车时发动机失速可能是液力变扭器离合器没有分离的结果。 低速时加速不良可能是定子滚柱式离合器没有保持锁定的结果。 高速时加速不良可能是定子滚柱式离合器始终处于锁定状态的结果。这个故障也会导致过热变速器 油颜色变黑以及液力变扭器变蓝色。 变速器内部液力耦合装置的故障会造成传动失效和/或功率损失。 液力变扭器离合器啮合时发生扭转振动可能是减振板或弹簧损坏的结果。 液力变扭器可能是产生噪声、震动和渗漏的原因。 大多数变扭器噪声都发生在自动档变速范围内节气门开度小而又施加制动的情形下。 震动的产生可能是丢失配重或发动机和变扭器不平衡等所造成的。 31 液力变扭器离合器采用纤维离合器片。如果离合器片损坏会造成液力变扭器离合器啮合上的故障。 啮合颤动发生在液力变扭器离合器啮合时的颤动。 急促颤动发生在加速时的颤动。 - - - - - - - - 上汽通用五菱发动机变速箱维修 上汽通用五菱发动机变速箱维修 32 图13 齿轮 1档 2档 4档 5档 3行星齿轮 大多数变速器无论是早期的还是现代的均使用齿轮来控制发动机的功率和转速。 不管是自动的还是手动的齿轮都象是汽车变速器的肌肉。齿轮进行着动力和扭力的传递并且可以变换车辆的进行速度和方向。 扭力扭动的或旋转的力以英 尺 - 磅或英寸 - 磅做为测量单 位。 动力做功的比率或被应用的力。 对于机械用扭力乘以速度做为动 力的计量单位用马力来表示。 尽管变速器是由许多其它部件共同构成组成该系统的、被称为行星 齿轮组件的钢齿轮仍然是自动变速器的最基本部分。 自动变速器中的行星齿轮组件 行星齿轮的基本用途是将发动机动力进行成倍数的传递。它之所以被称之为行星齿轮是因为其外在的形状。行星齿轮组件包括一个中心或太阳齿轮一个支承小齿轮的行星架和一个内部齿轮。 行星齿轮与手动滑移式的齿轮相比具有许多优势。分布在许多齿上的力会产生更大的力量。它们总在啮合状态并不需要做出变换以进行齿轮的再次组合。因此它们不全象其它类型的齿轮在啮合和分离时会产生拼撞。因为行星齿轮是以相同旋转轴线方式排列这种设计使其成为一个非常紧凑的结构。 行星齿轮可以用于直接驱动。增力或减少扭力和转速或用于倒档。许多现代的自动变速器使用两个或更多的行星齿轮组件。 33 图14 太阳齿轮 架 单独的小齿轮 图15 行星齿轮架 图16 内齿轮 行星齿轮架 太阳齿轮 内齿轮 图17 行星齿轮总成 太阳齿轮 太阳齿轮是行星齿轮组件的中心齿轮。就象我们的太阳系一样其他齿轮是围绕其旋转的。因此它被称之为太阳齿轮。 行星齿轮总成 在行星齿轮组件中每一个齿轮的齿牙总是和另一个齿轮的齿牙保持啮合。因而当一个齿轮被驱动时其它齿轮也会受到影响。 行星齿轮组件的最后一名成员是内齿轮。它是最外圈的成员之所以得到这样的名字是因为它的齿牙位于自身的内圆。 内齿轮 小齿轮均安装在行星架上它们围绕着太阳齿轮做旋转就象行星围绕着太阳旋转一样。因而小齿轮被称之为小行星齿轮架被称为行星架。行星架和小行星齿轮的作用如同单独的装置。 行星架 上汽通用五菱发动机变速箱维修 上汽通用五菱发动机变速箱维修 34行星齿轮可以提供 直接驱动 同时转动两个齿轮第3个齿轮将以同样的转速和同方向转动因而可以获得直接驱动或更高的齿轮比。 减小转速 两个齿轮主动 没有齿 轮被锁定 太阳齿轮主动 内齿轮 被锁定 行星架 主动 太阳齿轮或内齿轮主动 内齿轮 被锁定 行星架 被锁定 转动太阳齿轮锁定内齿轮行星小齿轮架将会以相同的方向较慢的转速转动因而可以减小转速或得到低的齿轮比。 另一个减小转速的方法是锁定太阳齿轮并转动内齿轮。这同样使行星架以相同的方向较慢的转速转动。 超速 转动行星齿轮架锁定内齿轮太阳齿轮将以相同的方向更快的转速转动因而可以获得超速。 另一个获得超速的方法是锁定太阳齿轮转动行星架。行星架将以相同的方向更快的转速转动。 倒档 锁定行星架将会使其他齿轮以相反的方向转动。 图18 上汽通用五菱发动机变速箱维修 35 行星齿轮组 大多数Hydra - matic变速驱动桥使用两套行星齿轮组和一套最终传动机构 输?胄行齿轮组 被动行星齿轮组 在许多情况下一个行星齿轮组的某个部件往往与另一个行星齿轮组的某个部件相接合或作为另一个部件的一部分。 例如一个行星齿轮组的行星齿轮架常常是另一个行星齿轮组内齿轮的一部分。 为了提供不同的传动比行星齿轮组的每个部件都必须执行下述功能的一种 驱动输入行星齿轮组的驱动部件是将输入扭矩发动机输出的扭矩传递给行星齿轮组的部件。 可以有一个以上的驱动部件。 从动输出行星齿轮组的从动部件是将扭矩从行星齿轮组传递出去的部件。有时候由于 扭矩通过行星齿轮组而随之转动的部件也列入从动部件。 锁定行星齿轮组的锁定部件是保持静止的部件被接合部件连接到壳体上。可以有一个以 上的锁定部件。 液压自动变速驱动桥的行星齿轮组有下述几种工作方式 减速输出扭矩大于输入扭矩输出速度小于输入速度。 直接驱动输出速度和扭矩等于输入速度和扭矩通过以相同速度驱动同一行星齿轮组的两 个部件来实现。 超速输出速度大于输入速度输出扭矩小于输入扭矩3T40没有超速功能。 反向在变速驱动桥中反向属于减速档。实现反向的方式是使行星齿轮架保持不动以行 星齿轮作为中间齿轮从而使输出部件以与输入部件相反的方向旋转。 操纵装置 在讨论行星齿轮后可以了解到通过驱动和/或锁定行星齿轮组件中的不同齿轮可以获得不同的齿轮比。采用操纵装置可以得到选择转动或锁定行星齿轮组件中不同齿轮的方法。 自动变速器中使用的操纵装置包括 多盘离合器 单向离合器 制动带 4多盘离合器 多盘离合器包括两种类型的盘摩擦盘和钢盘。这些摩擦盘和钢盘交替叠加在一起。这种盘的叠加被称之为“离合器组盘总成”图20。 上汽通用五菱发动机变速箱维修 36摩擦盘 摩擦盘表面粘合有摩擦材料。齿牙的切口在内径侧。 钢盘 钢盘具有平整表面而且非常光滑所以它可以和摩擦盘进行充分的接合。钢盘的齿牙的切口是在外缘上。 离合器组盘总成 交替叠加的钢盘和摩擦盘 图19 多盘离合器 变速器箱体太阳齿轮 离合器轴套 输入轴 离合器盘 离合器壳体 离合器盘 前内齿轮 后行星架总成 后内齿轮 图20 驱动离合器 图21 锁定离合器 多盘驱动离合器 通过一组盘与输入源以花键方式接合另一交替组盘与被驱动机件接合一个盘式离合器可以做为一个驱动机件使用。图20 在这种情况下摩擦盘与在外缘的轴套花键接合钢盘之间交替的与内圈的变速器箱体花键接合。只要在摩擦盘与钢盘之间有间隙轴套就在任意方向上转动。 象可以驱动一样多盘离合器也可以锁定齿轮组件中的一个齿轮。 在这个例子中钢盘与在输入轴上的离合器壳体花键接合摩擦盘与齿轮部件花键接合在它们接合的情况下离合器壳体和齿轮可以自由转动直至它们被液压挤靠在一起。 多盘锁定离合器 当离合器啮合后在两组盘之间的摩擦盘将阻止轴套的转动。因而轴套被锁定在箱体上直至离合器盘被释放。 上汽通用五菱发动机变速箱维修 37 操作中的多盘离合器 离合器壳体 作用 活塞 摩擦盘离合器轴套 油通道 输入轴 释放弹簧 钢盘 离合器壳体离合器已释放 离合器盘分开 作用活塞 油通道离合器正被加压所有 的离合器盘挤压在一起 油液压 迫活塞 为啮合离合器上面右侧放大的剖面示意图显示了油液的流动。这个液流可以移动活塞和将离合器盘锁止在一起。这个作用将带有花键的盘、壳体和轴套连接为一体象一个装置一样转动。 的加压油液 图22 操作中的多盘离合器 多盘离合器总成包含5个交叉在钢盘之间的摩擦盘。它们均浸没在自动变速器油液中。这样油包裹着机件并使它们可独立地转动。当离合器总成被操作时这些分开的盘会被液压挤压在一起。 6单向离合器 单向离合器是另一种类型的操纵装置它可以锁定和驱动转动的机件。单向离合器只可使机件向一个方向转动。滚柱离合器和楔块式单向离合器与其它的操纵装置比较更具优势因为它们的工作不需要液压驱动。 这种类型的离合器可以 用于单向驱动座圈。 防止座圈反向转动。 单向离合器锁定可以设计为顺时针方向或逆时针方向。 上汽通用五菱发动机变速箱维修 38滚柱离合器 外座圈 自由转动 外座圈 锁定 座圈分开转动 内机件的逆时针转动迫使滚柱移动至斜槽窄的部位这种作用将两个机件均锁定。 座圈锁定在一起 内机件的顺时针转动将滚柱移动至斜槽的宽空间内使外圈的机件可以自由转动。 滚柱自由转动滚柱锁定 外座圈 内座圈 图23 滚柱离合器 内、外座圈均自由转动 楔块式单向离合器 动由 转自内、外座圈均被锁定 楔块式单向离合器运用与滚柱离合器同样的原理进行工作。内座圈向一个方向转动时可以使楔块“脱离”内外座圈内座圈向另一个方向转动时可以使楔块锁定内外座圈。 图24 楔块式单向离合器 -.