自动变速器培训.ppt

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1、自动变速器培训20090830,第一节,基础知识,自动变速器迅速发展的原因,消除职业和非职业驾驶员操作技能差异,电子控制技术的快速发展，促使燃油经济性明显改善,减轻操作时的劳动强度，提高行驶安全性,可降低发动机的排放污染,自动变速器两种类型,液力变矩器式(简称AT)（Automatic Transmission）,无级钢带式(简称CVT)（Continuously Variable Transmission）,液力变矩器式自动变速器结构,自动变速器的基本组成,几种典型的国产轿车的自动变速器,上海通用：4T65E(别克新世纪、商务车GL8)上海大众：AG4-01N(桑车时代超人)、AG5-01V

2、(帕萨特)广州本田：AOYA(本田雅阁),无级钢带式自动变速器(CVT),变速器中的主、被动轮通过两轮间的钢质柔性三角带传递，钢带和主、被动轮的接触半径是可调节的。通过改变皮带轮的沟槽宽窄，就可以改变传动比。作用半径是无级的，因此速比也为无级，且可调范围较大这种变速器传动效率较高。但目前仅用于小排量轿车，传递大力矩时，钢带和轮子间发生滑转,CVT解剖图,CVT的工作原理(1),可动盘与固定盘都是锥面结构，锥面结构形成V型槽与V型金属传动带啮合。从动油缸是控制金属带的张紧力，保证来自发动机的动力高效、可靠的传递。,主动油缸控制主动轮的位置沿轴向移动，金属带沿V型槽移动，金属带的长度不变，在从动轮

3、组上金属带沿V型槽向相反的方向变化。金属带在主动轮组和从动轮组上的回转半径发生变化，实现速比的连续变化。,CVT的工作原理(2),由主动轮组、被动轮组、金属带和液压泵组成。主、被动轮组分别由可动盘和固定盘组成，靠近油缸一侧的带轮可以在轴向滑动，另一侧固定。金属带由两束金属环和几百个金属片组成。,CVT 的 结 构,CVT自动变速系统的优点,行驶中不会出现动力传递中断，传动比变化平滑，无换档冲击。更好地协调汽车和发动机的工况，发动机处于高效率区域工作，动力和经济性充分发挥，排放明显降低。最大传动比可以达到5,传动功率一般为40-120kW。,液力变矩器自动变速器的分类,按驱动方式可分成 前置前驱

4、动(FWD)前置后驱动(RWD)四轮驱动(4WD)按控制方式可分成液压控制和电子控制按机械变速器的结构可分成行星齿轮机构平行轴齿轮机构(本田雅阁),前轮驱动AT,前置前驱动自动变速器(FWD),通常发动机横向布置,德国大众例外变速器除具有变速功能外，还兼有驱动桥的功能，内含主减速器和差速器。亦称为变速驱动桥(transaxle)一个输入，两根输出轴外形呈L状或方箱形变矩器中心线和变速机构中心线平行，但不在同一中心，通常用链条和齿轮连接发动机纵置时，由于主减速器采用螺旋双曲线齿轮，因此变速器采用两种润滑油。,后轮驱动AT,前置后驱动自动变速器(RWD),发动机呈纵向布置变速器内不含主减速器和差速

5、器，这两 总成移至驱动 桥内一个输入，一根输出轴发动机曲轴、变矩器和变速器三个中心，处于 同一轴心线外形呈细长的园筒状,四轮驱动自动变速器(4WD),发动机纵置和横置均可变速器内含有主减器和差速器(供前轮驱动使用，轮间差速)，在内部还设置另外一个轴间差速器一个输入，三根输出轴,自动变速器控制框图,液控和电控换档方式的主要区别,半电子控制,在有些自动变速器中，换档控制已实现电子化，而压力调节器的控制方法仍采用机械或液控的方法，这种电子和机械混合的方法称谓半电子控制。例如通用汽车公司生产的4T60E属于半电子控制，它的换档控制实现电子化，而主回路压力调节则采用真空压力调制器。,行星齿轮变速机构,行

6、星齿轮变速机构是使用最广泛的一种机构。又称为共轴式传动。结构紧凑，传递力矩大，档位变化比较平稳，是比较理想的变速器结构形式。结构比较复杂，加工装配要求高，润滑比较困难。,行星齿轮变速机构,目前在液力变矩器式自动变速器中使用最广泛的一种机构。它又称之为共轴式传动。结构紧凑，传递力矩大，档位变化比较平稳，是一种比较理想的变速器结构形式。但结构比较复杂，加工装配要求高，润滑比较困难。,本田平行轴式自动变速器,平行轴传动变速器动力流,图1-15,平行轴式的变速机构,它保留了手动变速器的结构特征，齿轮和轴类的加工方式和手动变速器相同。在这种变速器中，原来手动变速器中的啮合套和啮合齿被多片离合器代替。其中

7、齿轮(空套于轴)和从动片构成一体，而齿轮轴则和主动片构成一体。当多片离合器作用，则齿轮和轴联接，实现力矩传递。目前日本本田公司采用这种变速器。,电控液力变矩器自动变速器的构成,变矩器(带锁止离合器TCC)复合式的行星齿轮机构的机械变速器变速执行元件液压控制系统电子控制系统,自动变速器的档位,自动变速器存在两种档位速比档位和预选杆档位预选杆档位是由驾驶员操作四档变速器P.R.N.OD.D.2(S).1(L)三档变速器,预选杆的联动装置,与P位置的驻车机构联动与档位开关联动与手动阀联动,P档位的驻车锁止装置,汽车滑行和发动机制动,汽车滑行当汽车速度达到较高状态，驾驶员松开油门，发动机处于怠速，而汽

8、车驱动轮在惯性力作用下仍维持较高转速，并通过传动轴动力逆向传入变速器内，如果来自怠速的动力和来自驱动轮的动力，在变速器内部某一元件的汇交处，两种速度加以隔离或转化成第三元件的空转，则汽车进入滑行状态。,汽车滑行和发动机制动,发动机制动和汽车滑行状态相反，当发动机进入怠速时，驱动轮逆向传入的动力和怠速传入动力，在变速器内无法实现两种速度的隔离，强制驱动轮必须把发动机转速提高，使两种速度趋于平衡，同时驱动轮的惯性力被消耗，汽车速度迅速下降，则实现了发动机制动。,自动变速器的换档规律图,采用双参数的换档方法发动机负荷(节气门开度)和汽车车速升档和降档曲线不是走同一路径，为了避免汽车工况处于曲线临界点

9、时，档位频繁更换四档变速器，应该有3条升档曲线1档升2档，2档升3档，3档升4档。3条曲线组成四个区域。凡是落在1档升2档曲线左侧的点为1档，落在1档升2档和2档升3档曲线之间点为2档，落在2档升3档和3档升4档曲线之间的点为3档。被3档升4档曲线包围的点则为4档电控自动变速器通常可以设置2种以上的换档规律经济性换档(提前换档)、动力性换档(延时换档)、雪地换档和手动换档等液控变速器的换档规律是唯一的，它由结构决定,第二节,偶合器和变矩器,偶合器的结构,变矩器内部结构,液力变矩器的主要功能,具有力矩的增大作用，在汽车启步或低速状态，其力矩增大值最大可达倍。液力偶合(软连接)可实现平稳启步和吸收

10、冲击和振动，延长传动系寿命。具有锁止离合器的变矩器，可根据行驶工况自动地进行“软连接”(液力偶合)和“硬连接”(直接机械连接)的切换。低速和坏路使用液力偶合，增大输出力矩；高速则使用直接机械连接，提高传动效率。液力变矩器可以直接或者通过与其相连的油泵驱动轴驱动油泵,预选杆档位的定义,P驻车位置，变速器输出轴锁止，允许发动机启动R倒车档位，仅允许停车时置入该位置N空车档位，减轻发动机和变矩器的负荷，允许发动机启动OD(超速档)允许在档自动切换D(直接档)允许在档自动切换。在有些变速器中该档位存 在发动机制动和汽车滑行两种状态，则称之为手动3 档，如4T65E2(手动2档)允许在1.2档自动切换。

11、下坡时具有发动机制动功 能1(或L)手动1档位，只允许在1档行驶，下坡时具有发动机制动 功能。在某些变速器中，当发动机转速超过限值，也会 自动换入2档，以保护发动机,变矩器输出力矩增大原理,在变矩器中有三个叶轮，泵轮、涡轮和导轮。泵轮由发动机驱动，涡轮输出轴和变速器输入轴连接，导轮通过单向离合器和固定轴相连。当液体离开泵冲击涡轮时，把液体能量传递给涡轮并使其转动，与此同时流经涡流的液体从涡轮中间流出，撞击导轮叶片的正面(此时单向离合器锁止)，液体受到导轮正面叶片的阻挡而产生液体折射，具有方向性的液体返回到泵轮叶片上，起到帮助发动机带动泵轮旋转的作用。流动的液体对导轮产生的作用力矩，可以使变矩器

12、的输出力矩增大1.82.5倍。,液体的内部流动,变矩器中的导轮为什么设置单向离合器？,变矩器的扭矩增大系数并不是一个常数。随着车速增加，从涡轮喷射到导轮正面的液体，逐渐在改变切入角，导轮的作用力矩随之减小。当涡轮和泵轮转速比进入偶合点时，涡轮喷射的液体已作用在导轮背面，如果导轮固定，则液体经折射重返泵轮，将成为泵轮的阻力，同时导轮作用相反方向的力矩。为此，导轮设置单向离合器。当液体作用在导轮背面时，导轮开始旋转，力矩为零。变矩器成了偶合器。,锁止离合器,发动机 泵轮 涡轮 变速器 驱动轮,软连接(低速、坏路),锁止离合器,硬连接(高速、好路),变矩器两种工况动力传动路线,液力偶合,纯机械连接,

13、发动机 泵轮 涡轮 变速器 驱动轮,软连接(低速、坏路),锁止离合器,硬连接(高速、好路),变矩器两种工况动力传动路线,液力偶合,纯机械连接,变矩器锁止离合器锁止条件,汽车处于50km/h以上的高速或三档以上的档位汽车行车制动系统处于非制动状态发动机的水温处于50-60C以上发动机节气门处于非怠速状态,油冷却器的安装,变矩器体外循环,第三节,行星齿轮机构和变速执行元件,简单的行星齿轮机构的特点,若行星架作为被动件，则它的旋转方向和主动件同向。若行星架作为主动件，则被动件的旋转方向和它同向。在简单行星齿轮机构中，太阳轮齿数最少，行星架的当量齿数最多，而齿圈齿数则介于中间。（注：行星架的当量齿数太

14、阳轮齿数齿圈齿数）若行星齿轮机构中的任意两个元件同速同方向转动，则第三元件的转速和方向必然与前两者相同，则机构锁止，成为直接档。(这是一个十分重要的特征，尽管在上述的例子没有涉及。),行星齿轮机构变速执行元件,行星齿轮机构若要实现传动比的变化或者改变输出轴旋转方向的变化，通常的方法就是改变行星齿轮的主、被动件的关系，另一个方法就是改变固定的元件。通过不同组合方式可获得不同传动比和旋转方向。使传动比和旋转方向产生变化的元件称为变速执行元件。,行星齿轮机构变速执行元件,制动箍带和伺服油缸固定行星齿轮机构中的某一构件。多片离合器把来自发动机的动力源切换给行星齿轮机构中的某一构件。在有些变速器中，也可

15、用于固定行星齿轮机构中的某一构件。单向和超越式离合器固定行星齿轮机构中的某一构件。或者有条件地锁止或释放两个具有相对运动的部件。伺服油缸和多片离合器的作用和释放需要液压控制，而单向和超越式离合器的作用和释放仅取决于运动构件的旋转方向或相对速度。,制动箍带和伺服油缸,制动箍带和伺服油缸配对使用，它的功能是用于固定行星齿轮机构中的旋转件(太阳轮、行星架和齿圈)。有时又称两者为制动器。制动箍带固定旋转件的能力(制动力矩)，除了和制动箍带上摩擦材料的摩擦系数有关之外，决定制动力矩大小是伺服油缸的油压。制动箍带是一种湿式的制动器，即使浸入油液中，仍具有制动的能力。,制动箍带几种结构型式,领蹄式和从蹄式上

16、的制动箍带假若伺服油缸作用力的方向和旋转件的运动方一致，从而使制动箍带锁止力增大，伺服油缸油压减小，则称为“领蹄式”。假若相反则称为“从蹄式”。单层式和双层式制动带为了使制动箍带和旋转件在制动状态园弧面贴合更均匀，提供更大的制动力矩，对那些制动箍带比较宽，刚度较大的，则要求使用双层制动带。这样制动过程平稳，并可提供更大的制动力矩。,制动箍带的调节,制动箍带和旋转件在制动状态时相互间的磨损是难免的。当间隙过大，会引起换档冲击或换档延时。如果在装配时，间隙过小，则会出现拖滞，过量滑转会引起表面烧蚀。通常可以调节制动箍带支承点的螺栓，实现间隙的控制。近期的自动变速器，取消了支承点的间隙调节装置，当间

17、隙过大时，更换其中一、二件另件以恢复原有的间隙。如4T60E和4T65E。,伺服油缸的三种结构型式(1),单向作用的伺服油缸是一种广泛用的伺服油缸。仅有一个油塞，而且油压仅作用在活塞的一侧，活塞的另一侧作用了回位弹簧力。伺服油缸的推杆伸出(制动箍带收紧)是依靠作用在活塞上的油压。而推杆复位，则是当活塞卸压时，依靠回位弹簧力使其复位。,伺服油缸的三种结构型式(2),双向作用的伺服油缸(又称差动式油缸)仅有一个活塞，但活塞两侧存在作用面积差别，分别通过两个油道给活塞施加作用力。首先，作用口进油，释放口回油，则油压作用在左侧小面积活塞上，推杆右移，制动箍带收紧,固定旋转件。其次，在作用口油压不卸压的

18、条件下，释放口进油，活塞两侧油压相同，利用活塞右侧作用面积大，使活塞左移，推杆恢复原位。这种结构的好处可以简化液压控制回路。,复合式伺服油缸,伺服油缸的三种结构型式(3),复合式的伺服油缸这种油缸通常有两个活塞，利用活塞上的三个面积差，实现活塞推杆的三个程序动作。在伺服油缸上有两个作用口，一个释放口。首先，中间作用口进油，其他两口均和回油相通，大小活塞均下移，推杆伸出制动箍带作用。第二，释放口进油，中间作用口油压仍维持，由于释放口活塞面积作用力加上弹回位力，大于中间层活塞作用力，因此大小活塞上移，推杆收回制动带释放。第三，上腔的第二作用口进油，其余两口仍作用油压，利用第三活塞面积参与，使大小两

19、活塞重新下移，第二次使制动带作用。,多片离合器的结构,多片离合器通常由多组摩擦片和钢片、活塞、回位弹簧、离合器壳等组成。通常钢片是外花键它和主动件的内花键相连。摩擦片是内花键，它和被动件的外花键相连。多组摩擦片和钢片、活塞、回位弹簧都被安装在离合器壳内。一般情况下，由于离合器壳是主动件，始终处于旋转状态，因此可称它为“旋转式的油缸”。为了实现对旋转油缸中的活塞施加油压，因此一定存在和旋转的离合器壳相配的分配器。实现对旋转油缸的供油。回位弹簧可保证活塞处于卸压时，使活塞在弹簧力作下，恢复初始位置。回位弹簧可以是周置螺旋弹簧，中央大螺旋弹簧或碟形弹簧。,多片离合器的功能,把来自发动机的动力源，通过

20、多片离合器切换给行星齿轮某一构件。使该构件成为行星齿轮机构的主动件。在某些自动变速器中，多片离合器也可以承担固定旋转件(太阳轮、行星架和齿圈)的作用，此时可称作制动器。,多片离合器的特征,自动变速器中的多片离合器是在潮湿的条件下工作，因此称之为湿式多片离合器。通过增加或减少离合器摩擦片和钢片的数量的方法，能方便地调节多片离合器传递力矩的能力。改变作用活塞上的油压，就能改变传递力矩的能力。多片离合器的间隙过大和作用油压过高，是影响换档冲击的重要原因。,多片离合器的工作原理(1),在多片离合器尚未进入作用状态时，钢片和摩擦片处于分离状态，但主动件(离合器壳)始终是旋转的，则活塞和钢片随主动件一起旋

21、转。当自动变速器处于档位变化时，来自换档阀的高压油，通过分配器和油道进入活塞作用腔，关闭单向阀，促使活塞克服弹簧回位力，使活塞向右移动，使钢片和摩擦片逐渐完成接合。被动件随之旋转,完成多片离合器的力矩传递。当自动变速器处于下一档位变化时，通过换档阀使作用在活塞油压卸压，在回位弹簧力的作用下，活塞回到初始位置。为了使残余油压迅速释放，通过旋转时的离心力，使单向阀打开油液直接回到油盘。,多片离合器的工作原理(2),当多片离合器作为制动器使用时，只要把多片离合器的一端和变速器的壳体相连，而另一端则和要被固定的旋转件相连。但多片离合器作用时，旋转件即被固定。在这种情况下，活塞通常是不旋转，它被安装在壳

22、体上。,单向离合器的结构,在自动变速器中广泛使用的是两种单向离合器。滚柱式单向离合器凸块式单向离合器在这两种单向离合器的内外圈之间，分别安装滚柱和“8”字型凸块，如果其中一个运动的圈，能够造成滚柱或凸块与内外圈表面间隙增大，则单向离合器超越。若趋势相反则锁止。,单向离合器和超越离合器功能,单向离合器可以有条件的固定行星齿轮机构的旋转构件，即在外圈固定的情况下，内圈往一方向旋转被锁止。此时单向离合器相当于制动器。超越式离合器可以有条件地切换两个具有相对运动构件连接，条件即为两个运动部件的相对速度。不同的相对速度，既可以使两个运动部件锁止为一体，也可以使两个运动件按各自速度、运动方向自由旋转。它相

23、当于一个离合器。,单向离合器和超越式离合器,单向离合器和超越式离合器在结构上相同，但使用场合不同。假若离合器内、外圈其中有一个固定，另一个往一个方向能自由旋转，而往另一方向旋转则锁止，这称谓单向离合器。假若离合器内、外圈都和可旋转的构件连接，当其中某圈转速大于另外一圈时，则离合器超越(内外圈自由)，当小于另外一圈时则锁止(内外圈锁止)，这称谓超越离合器。,超越式离合器,第四节,典型的复合式行星齿轮机构,典型复合式的行星齿轮机构,拉维奈(RAVIGNEAVX)行星齿轮机构辛普森(Simpson)行星齿轮机构串联式行星齿轮机构(Planetary Gear Sete In Tandem),拉维奈行

24、星齿轮机构,C1-前多片离合器 C2-后多片离合器 B1-前制动带 B2-后制动带,拉维奈机构和变速执行元件的组合,拉维奈行星齿轮机构特征,由双排行星齿轮机构组成有大小两个太阳轮有长、短6个行星轮，共用一个行星架仅有一个齿圈，并和输出轴连接具有5个变速执行元件(2个多片离合器，2个制动器和1个单向离合器)可组成3个前进档，1个倒档,拉维奈变速执行元件的状况,C1 前多片离合器切换小太阳轮动力C2 后多片离合器切换大太阳轮动力B1 前制动器作用固定大太阳轮B2 后制动器作用固定行星架F1 单向离合器作用固定行星架,拉维奈机构的档位和变速执行元件,档位 作用元件1档 C1或F12档 C1和B13档

25、(直接档)C1和C2倒档 C2和B2拉维奈1档存在两种状态汽车滑行和发动机制动。当预选杆置于“D”，1档存在汽车滑行；置于“1”，则为发动机制动。,拉维奈行星齿轮机构(三档),在行星齿轮机构中，如果有一构件既可以被单向离合器固定又可以被制动器固定，则和这一构件相关的前进档位就存在两种状态发动机制动和汽车滑行。,辛普森行星齿轮机构(三档),辛普森行星齿轮机构,辛普森行星齿轮机构特征,由两排齿轮参数完全相同的行星排组成(前后齿圈和6个行星轮具有共同的齿轮参数)前后行星排共用一个加长太阳轮前排行星架与后排齿圈为同一构件，并和输出轴连接具有5个变速执行元件(2个多片离合器，2个制动器和1个单向离合器)

26、具有3个前进档和1个倒档,辛普森变速执行元件状态,C1前多片离合器切换太阳轮的动力C2后多片离合器切换前齿圈的动力B1前制动器作用固定太阳轮B2后制动器作用固定后行星架F1单向离合器作用固定后行星架,辛普森的档位和变速执行元件,档位 作用的执行元件1档 C2和F1(或B2)2档 C2和B13档(直接档)C1和C2倒档 C2和B2辛普森1档有两种状态，当预选杆置于“D”为汽车滑行，置于“1”则为发动机制动。,改进后的辛普森三档的行星齿轮机构,辛普森行星齿轮机构(三排四档),在复合式行星齿轮机构中，如果是一种四杆机构，若机构存在二个自由度，则复合式行星齿轮机构无法输出，汽车滑行或空档由此产生。,辛

27、普森行星齿轮改进需要解决的问题,使辛普森2档也存在两种状态，即汽车滑行和发动机制动(原仅有发动机制动)解决2档升3档的运动干涉，即两个执行元件(前多片离合器C1和前制动带B1)，作用和释放不同步，引起运动干涉和失速新增单向离合器F2和制动带B3,串联式行星齿轮的改进目的,改进的主要目的,是为了原结构仅在1档有两种状态改进之后，2档和3档都有两种状态，3档存在两种状态，在自动变速器中不多见新增两个执行元件，手动1/2档制动带和1/2档单向离合器,4T65E自动变速器,串联式行星齿轮机构(简单型),改进后的串联式行星齿轮机构,串联式行星齿轮机构的特征,由双排行星齿轮机构组成前排行星架和后排齿圈为同

28、一构件前排齿圈和后排行星架为同一构件，并和输出轴连接具有10个变速执行元件(4个多片离合器，1个单向离合器，2个超越式离合器，3个制动带)可组成4个前进档，1个倒档改进后的串联式机构，1、2、3档均有两种状态，即汽车滑行和发动机制动。,串联式机构10个变速执行元件的状态,输入多片离合器通过输入超越离合器把动力传给前太阳轮二档多片离合器把动力传给前行星架和后齿圈三档多片离合器通过三档超越离合器把动力传给前太阳轮四档多片离合器固定前太阳轮和三档、输入超越离合器的内圈1/2档单向离合器在1和2速比档位可锁止后太阳轮输入超越离合器可切换输入多片离合器和前太阳轮的动力三档超越离合器可切换三档多片离合器和

29、前太阳轮的动力前进档制动带可固定1/2档单向离合器的外圈1/2档制动带可强制1/2档处于发动机制动状态倒档制动带可固定前行星架和后齿圈,4T65行星齿轮机构内部件分解图(1),4T65行星齿轮机构内部件分解图(2),输入和3档片离合器分解图,2档多片离合器分解图,输入和3档超越离合器总成,D1档动力流,OD档1档,D1动力流分解,D2档动力流,OD档2档,D2动力流分解,D3档动力流,OD档3档,D3动力流分解,D4档动力流,电控自动变速器的优点,换档平稳、快捷、可靠改善燃油经济性和排放性能自动换档时机更加精确对节气门开度的响应更平稳由于能够随时地检测变速器的工况，因此对发动机起到保护作用能够

30、消除反复循环换档的现象可自动诊断故障，并以故障码的形式进行存储和读取，便于维修可以设置多种换档规律，满足不同行驶工况的要求,与传统液控自动变速器相比；电控自动变速器的优势：,换档时机控制更准确；换档更平稳、可靠、快捷；电控系统的自适应学习使变速器能提供始终如一的换档品质；能够设计多种换档规律以适应不同的工况要求；能够自诊断故障，并以故障码的形式进行储存和读取，便于保养和维修；能够改善燃油经济性和排放性能;电控系统使许多复杂的回路和液压阀被省去，降低了成本，提高了可靠性。,控制装置输入信号的方式,输入速度传感器,汽车速度传感器,节气门位置传感器,预选杆的档位开关,手控阀位置开关传感器(TFP),该传感器共有六个液压开关(R档、Lo档、4档、3档、2档、与TCC脱开)。六个液压开关根据作用在开关上的油液压力向PCM发出信号，开关的开闭顺序将产生一种电压读数信号的组合。PCM据此得知汽车的实际档位.,温度传感器,制动踏板和驻车开关,占空比控制的概念,所谓占空比就是每一个周期内流经电磁阀线圈电流所占的时间百分比。一定时间（通常秒）内的周期数为频率。占空比有正负之分，通电时间占总时间的百分比称为(正)占空比，而断电时间占总时间的百分比称为负占空比。,电磁阀占空比控制,