课程设计论文凯迪拉克5L40E自动变速器常见故障分析和排除.doc
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1、哈 尔 滨 理 工 大 学课 程 设 计题 目:凯迪拉克5L40E自动变速器常 见故障诊断与排除 院 、 系:机械动力工程学院 车辆工程系08-1班 姓 名: 学 号: 设计任务凯迪拉克5L40E自动变速器常见故障分析和排除第一章 5L40E自动变速器概述1.1 5L40E自动变速器的基本参数5L40E型自动变速器是一个电控、5速(前进挡)、后轮驱动式自动变速器,用于上海通用生产的别克荣御和凯迪拉克轿车。其基本参数参照表1-1。型号5L40E(含义:5-5前进档;L-纵置;40-产品序列号;E-电子控制)传动比1档:3.42;2档:2.21;3档:1.60;4档:1.00;5档:0.75;R档
2、:3.03表1-1 5L40E自动变速器的基本参数1.2 5L40E自动变速器的结构特点 5L40E自动变速器的外形如图1-2所示,它的总体构造包括变矩器、2个拉式行星齿轮组、9组机械摩擦式离合器/制动器、4个单向离合器及液压控制和电子控制系统。图1-2 5L40E自动变速器的外形 1.3自动变速器的基本原理 自动变速器根据汽车速度、发动机转速、动力负荷等因素自动进行升降档位,不需由驾驶者操作离合器换档,使用很方便。特别在交通比较拥挤的城区马路行驶,自动变速器体现出很好的便利性。自动变速器比手动变速器复杂得多,有很多方面不相同,但最大的区别在于控制方面。手动变速器由驾驶员操纵档位,加档或减档由
3、人工操作,而自动变速器是由机器自动控制档位,变换档位是由液压控制装置进行的。 自动变速器的核心控制装置是液压控制装置,液压控制装置由油泵、阀体、离合器、制动器以及连接所有这些部件的液体通路所组成。关键部件是阀体,因此它是自动变速器的控制中心。阀体的作用是根据发动机和底盘传动系的负载状况(节气门开度和输出轴转速),对油泵输出到各执行机构的油压加以控制,以控制液力变矩器,控制各离合器和制动器的结合与分离实现自动换档。1.4自动变速器的工作过程 自动变速器之所以能够实现自动换挡是因为工作中驾驶员踏下油门的位置或发动机进气歧管的真空度和汽车的行驶速度能指挥自动换挡系统工作,自动换挡系统中各控制阀不同的
4、工作状态将控制变速齿轮机构中离合器的分离与结合和制动器的制动与释放,并改变变速齿轮机构的动力传递路线,实现变速器挡位的变换。传统的液力自动变速器根据汽车的行驶速度和节气门开度的变化,自动变速挡位。其换挡控制方式是通过机械方式将车速和节气门开度信号转换成控制油压,并将该油压加到换挡阀的两端,以控制换挡阀的位置,从而改变换挡执行元件(离合器和制动器)的油路。这样,工作液压油进入相应的执行元件,使离合器结合或分离,制动器制动或松开,控制行星齿轮变速器的升挡或降挡,从而实现自动变速。 电控液力自动变速器是在液力自动变速器基础上增设电子控制系统而形成的。它设置在一个板块内,称为阀体总成。通过传感器和开关
5、监测汽车和发动机的运行状态,接受驾驶员的指令,并将所获得的信息转换成电信号输入到液压控制装置的换挡阀,使其打开或关闭通往换挡离合器和制动器的油路,从而控制换挡时刻和挡位的变换,以实现自动变速。1.5 行星齿轮机构与换挡执行元件 5L40E型自动变速器采用拉维那式行星齿轮机构,由2个单排双级行星齿轮机构组成;换挡执行元件包括9组机械摩擦式离合器/制动器和4个单向离合器,各离合器的控制部件见表2。在原厂资料中,将所有9个换挡执行元件都称为“离合器”,但其中有5个在工作时是固定行星齿轮机构某部件的,业内习惯称为“制动器”,这样也便于理解其工作原理和动力传递路线路线分析。在本文的叙述中将工作时固定部件
6、的“离合器”改称为“制动器”,如原“超速离合器”改称为“超速制动器”,这一点读者在参考其它5L40E型自动变速器资料时请注意。5L40E型自动变速器行星齿轮机构与换挡执行元件的布置如图1-3所示,各换挡执行元件的作用见表1-4,不同挡位时各换挡执行元件的状态见表1-5。图1-3 行星齿轮机构与换挡执行元件(RC-倒挡离合器;DC-直接离合器;FC-前进离合器;CC-滑行离合器;FCF-前进单向离合器;OB-超速制动器;IB-中间制动器;IBF-中间单向离合器;LBF-抵挡单向离合器;L/RB-低/倒挡离合器;SB-第二制动器;SBF-第二单向离合器;SCB-第二滑行制动器)换挡执行元件作用直接
7、离台器(DC)驱动行星架。在直接离合器上有输入转速讯号轮。滑行离合器(CC)驱动后太阳轮倒挡离台器(RC)驱动前太阳轮前进离合器(FC)驱动前进单向离合器外圈前进单向离合器(FCF)锁止时驱动后太阳轮超速制动器(OB)固定前太阳轮中间单向离台器(IBF)锁止时单向固定前太阳轮中间制动器(IB)固定中间单向离合器外圈,允许前太阳办顺时针旋转,阻前太阳轮逆时针旋转。低挡单向离台器(LBF)锁止时单向固定行星架,允许行星架顺时针旋转;阻止行星架逆时针旋转。低倒挡制动器(LRB)固定行星架第二制动器(SB)固定第二单向离合器外圈第二单向离合器(SBF)锁止时单向固定前排齿圈,允许前排齿圈顺时针旋转;阻
8、止前排齿圈逆时针旋转第二滑行制动器(SCB)固定前排齿圈表1-4 各换挡执行元件的作用档位R11223345发动机制动否是否是否是是是直接离合(DC)结合结合滑行离合(CC)结合结合结合结合结合结合结合倒挡离合(RC)结合前进离合器(FC)结合结合结合结合结合结合结合结合前进单向离合器(FCF)锁止锁止锁止锁止锁止锁止锁止超速制动器(OB)结合结合中间单向离合器(IBF)锁止锁止中间制动器(IB)结合结合结合结合低档单向离合器(LBF)锁止锁止低/倒挡制动器(L/RB)结合结合第二制动器(SB)结合结合结合结合结合结合第二单向离合器(SBF)锁止锁止图1-5 不同挡位时各换挡执行元件的状态1.
9、6动力传递路线分析5L40E型自动变速器动力传递路线。现将各挡位动力传递路线分析如下:1.6.1挡动力传递路线(1)无发动机制动1挡时,前进离合器结合,前进单向离合器锁止;滑行离合器结合。前进离合器和滑行离合器同时驱动后太阳轮后太阳轮顺时针旋转行星架有逆时针旋转的趋势。因低挡单向离合器锁止,单向固定行星架;则后齿圈顺针减速旋转。因动力传递过程中。低挡单向离合器会超越打滑,没有发动机制动。动力传递路线如图1-6所示。图1-6 1档动力传递路线(无发动机制动)(2)有发动机制动 1挡时,自动变速器控制模块可根据情况控制自动变速器是否有发动机制动。当需要发动机制动时,前进离合器结合。前进离合器锁止,
10、单向固定行星架是不可缺少的条件。所以当动力由车轮传至变速器时,低挡单向离合器锁止;滑行离合器结合,前进离合器和滑行离合器同时驱动后太阳轮,后太阳轮顺时针旋转;行星架有逆时针旋转的趋势。低倒挡制动器工作。双向固定行星架;则后齿圈顺时针减速旋转(输出)。因动力传递过程中。没有单向离合器单独参与动力传递,故有发动机制动。动力传递路线如图1-7所示。图1-7 1档动力传递路线(有发动机制动)1.6.1挡动力传递路线(1) 无发动机制动 2挡时,动力输入元件与1挡一样。即前进离合器结合。前进单向离合器锁止;滑行离合器结合,前进离合器和滑行离合器同时驱动后太阳轮。后太阳轮顺时针旋转:第二制动器工作,固定第
11、二单向离合器外圈,第二单向离合器锁止,前内齿圈被单向固定。不能逆时针旋转;则后齿圈顺时针减速旋转(输出)。因动力传递过程中。第二单向离合器锁止,单向固定前排齿圈是不可缺少的条件,所以当动力由车轮传至变速器时。第二单向离合器会超越打滑。没有发动机制动,动力传递路线如图1-8所示。图1-8 1档动力传递路线(无发动机制动)(2) 有发动机制动 2挡时。自动变速器控制模块可根据情况控制自动变速器是否有发动机制动。当需要发动机制动时。前进离合器结合,前进单向离合器锁止滑行离台器结合。前进离合器和滑行离合器同时驱动后太阳轮。后太阳轮顺时针旋转;第二滑行制动器工作,双向固定前内齿圈;则后齿圈顺时针减速旋转
12、(输出)。因动力传递过程中,没有单向离合器单独参与动力传递。故有发动机制动,动力传递路线如图1-9所示。图1-9 2档动力传递路线(有发动机制动)1.6.3挡动力传递路线(1)无发动机制动3挡时。动力输入元件与1挡一样。即前进离合器结合。前进单向离合器锁止滑行离合器结合,前进离合器和滑行离合器同时驱动后太阳轮。后太阳轮顺时针旋转;中间制动器工作。固定中间单向离台器外圈。中间单向离合器锁止,单向固定前排太阳轮。则后齿圈顺时针减速旋转(输出)。因动力传递过程中,中间单向离合器锁止。单向固定前排太阳轮是不可缺少的条件。所以当动力由车轮传至变速器时,中间单向离合器会超越打滑,没有发动机制动,动力传递路
13、线如图1-10所示。图1-10 3档动力传递路线(无发动机制动)(2)有发动机制动3挡时,自动变速器控制模块可根据情况控制自动变速器是否有发动机制动。当需要发动机制动时。前进离合器结合,前进单向离台器锁止滑行离合器结合,前进离合器和滑行离合器同时驱动后太阳轮。后太阳轮顺时针旋转;超速挡制动器工作。双向固定前排太阳轮。则后齿圈顺时针减速旋转(输出)。因动力传递过程中,没有单向离合器单独参与动力传递。故有发动机制动,动力传递路线如图1-11所示。图1-11 3档动力传递路线(有发动机制动)1.6.4挡动力传递路线4挡时。输入元件与1挡相同,即前进离台器结合。前进单向离合器锁止滑行离合器结合。前进离
14、合器和滑行离合器同时驱动后太阳轮;同时直接挡离合器结合。驱动行星架。则整个行星齿轮机构以一个整体同步旋转。为直接挡。传动比为1:1。因4挡动力传递过程中。没有单向离合器单独参与动力传递。故有发动机制动。动力传递路线图1-12所示。图1-12 4档动力传递路线1.6.5挡动力传递路线5挡时,直接离合器结合。驱动行星架顺时针旋转。超速挡制动器工作。固定前排太阳轮。则后排齿圈同向增速旋转。为超速挡。因5挡动力传递过程中,没有单向离台器单独参与动力传递,故有发动机制动,动力传递路线如图1-13所示。图1-13 5档动力传递路线第二章 5L40E自动变速器的常用检测方法 图2-1显示的是一块在阀体测试仪
15、上正在进行测试的5L40E阀体,这里使用的压力要比它正常工作油压要低,这样就可以容易看到很多从阀体上间歇性喷射出的液体。而实际上在正常的工作油压下,这些液体的喷射表现为加压的喷雾形式,在当今的自动变速箱内,这样的正常泄油点会有很多个,即便在最理想的运行状态下,这些被喷出的液体也会在流向油底壳的过程中吸附一定量的空气。因此,油底壳和油泵在设计上都会有一定的处理这种气泡问题的能力,只要气泡量不要超过一定限度。当滑阀和阀孔开始磨损,油压就会出现泄漏,最终通过这些泄油点流向油底壳,于是这种由磨损引发的泄漏会造成2个后果:首先,泄漏造成油压下降,也就是控制油压漏失,这会造成滑阀以及其它执行元件不再能按正
16、常状态来移动、作用或反应;第二个后果是随着漏失的液体增多,进入油底壳的空气含量也增加了。这种气泡含量的增加很容易地就会超出油底壳消散气泡的能力,油底壳内的液体在被油泵重新抽出前必须先去除这些气泡,而5L40E的油底壳在设计上容量较小,这使得5L40E特别容易碰到这类气泡引发的问题。图2-1阀体测试台上的5L40E阀体图2-2列出了5L40E中以上这2个由磨损引起的后果所造成的常见故障现象,对这些问题的诊断方法有很多种,可以在拆卸变速箱前诊断,也有分解后的检测方法,也可以在变速箱总成测试台上进行测试或者在装车后进行测试,这个检测次序也正是实际检测所应遵循的次序。图2-2 倒挡及锁止故障的原因和检
17、测方法2.1湿气测试( L8 d* e7 v1 T; q( u 在拆卸变速箱以前就可以进行湿气测试以提供诊断方向。将油底壳拆下,并将手动阀置于倒档位置,从主油压测试口打入30-40PSI压强的压缩气,在图2-3显示的3个位置上不应看到有ATF油被吹出,否则就说明这几个阀体的关键点有磨损。图2-3 通过主油压测试口进行湿气测试2.2检查TCC电磁阀 + - g$ + C( R: v# w 遇到在低油压时倒档消失的故障时为什么要检查TCC电磁阀呢?因为在5L40E中锁止电磁阀的滤网受到阀孔中的滑阀撞击,滤网最终会破裂,滤网的碎片会随着ATF油通过TCC信号油路流到倒档锁定阀孔内(如图2-4和图2-
18、5所示),导致倒档锁止阀卡滞在靠定位夹的一侧而无法复位,因而在倒档时倒档油路无法被传递到倒档锁定油路中以作用于倒档离合器和低速/倒档离合器,于是倒档就消失了。图2-4电磁阀滤网受到锁止调压阀的撞击而破裂图2-5倒挡锁定阀被碎片卡滞2.3 TCC信号油路与倒档锁定油路交叉泄漏的检测 在5L40E中倒档问题会和锁止问题相互联系,为什么呢?问题的关键在于理解图2-5中的倒档锁定阀。它的作用是在前进档行驶时为了防止突然进入倒档,倒档锁定阀会被TCC信号油压推动从而不使倒档油压进入倒档锁定油路,从而防止车辆在前行时倒档离合器作用,而当车辆换入倒档时,倒档锁定阀被弹簧推回,于是将倒档油压传递到倒档锁定油路
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