自动变速器液力系统.ppt
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1、,第4章自动变速器液力系统,4.1 液压油和液力传动油,液体传动是用液体作为介质,利用液体的压力能和动能来传动能量。通常将利用压力能的液压系统所使用的液压介质称为液压油(液);将利用液体动能的液力传动系统(变矩器)使用的介质称为液力传动油。,液压油就是利用液体压力能的液压系统使用的液压介质,在液压系统中起着能量传递、系统润滑、防腐、防锈、冷却等作用。,对于液压油来说,首先应满足液压装置在工作温度下与启动温度下对液体黏度的要求。由于油的黏度变化直接与液压动作、传递效率和传递精度有关,还要求油的黏温性能和剪切安定性应满足不同用途所提出的各种需求。,另外,液压油要对液压系统金属和密封材料有良好的配合
2、性以及过滤性;具有抗腐蚀和抗磨损能力以及抗空气夹带和起泡倾向;热稳定性及氧化安定性要好;具有抗乳化特性;对于某些特殊用途,还应具有耐燃性以及对环境不造成污染(如易于生物降解和无毒性)。,4.1.1 液 压 油1液压油的分类与牌号划分液压油的种类繁多,分类方法各异,长期以来,习惯以用途进行分类,也有根据油品类型、化学组分或可燃性分类的。,这些分类方法只反映了油品的性质,但缺乏系统性,也难以了解油品间的相互关系和发展。,1982年ISO提出了润滑剂、工业润滑油和有关产品第四部分H组分类,即ISO 6743/41982,该系统分类较全面地反映了液压油间的相互关系及其发展。,GB/T 7631.287
3、等效采用ISO 6743/4的规定。液压油采用统一的命名方式,其一般形式如下。类品种数字 LHV22,其中:L类别(润滑剂及有关产品,GB 7631.1)。HV品种(低温抗磨)。22牌号(黏度级,GB 3141)。,液压油的黏度牌号由GB 3141做出了规定,等效采用ISO的黏度分类法,以40运动黏度的中心值来划分牌号。,2液压油的规格、性能及应用在GB/T 7631.287分类中的HH、HL、HM、HR、HV、HG液压油均属矿油型液压油,这类油的品种多,使用量约占液压油总量的85%以上,汽车与工程机械液压系统常用的液压油也多属此类。,4.1.2 液力传动油液力传动油又称自动变速器油(ATF)
4、或自动传动油,用作由液力变矩器、液力耦合器和机械变速器构成的车辆自动变速器中的工作介质,借助液体的动能起传递能量的作用。,20世纪20年代初,美国材料试验协会(ASTM)和美国石油学会(API)把液力传动液分为3类,即PTF-1、PTF-2、PTF-3。,PTF-1主要用于轿车、轻型卡车的自动传动装置,包括通用汽车公司(GM)、Dexron/D/E/、福特汽车公司(Ford)、New mercon。,PTF-2主要用于重负荷功率转换器、卡车负荷较大的汽车自动传动装置、多级变矩器和液力耦合器,包括埃力逊公司(Allison C-3、C-4)、卡特彼勒公司(Caterpillar TO-3、TO-
5、4)、SAE J1285-80。,PTF-3用于农业及建筑机械的分动箱传动装置,液压、齿轮、刹车和发动机共用的润滑系统,包括约翰狄尔公司(Johndeer)J-120B、J-14B、JDT-303,福特公司(Ford)M2C41A。,变矩器专用油属PTF-2分类,它的研制、生产和应用是随着汽车安装了变矩器而发展的。变矩器能使汽车自动适应行驶阻力的变化,提高汽车的动力性能,并且起步无冲击、变速震动小,过载时还能起到保护作用,使发动机处于最佳工况。,另外,能充分利用发动机功率,并有利于消除排气污染。变矩器专用油除进行动力传递外,还要起润滑、冷却、液压控制、传动装置保护以及有助于平滑变速的作用。,变
6、矩器专用油是一种多功能、多用途的油,用于大型装载车的变速传动箱、动力转向系统,以及工业上的各种扭矩转换器、液力耦合器、功率调节泵及动力转向器等。,为了实现自动变速装置的多种功能和用途,对变矩器专用油(PTF-2)提出了既全面又苛刻的性能要求,是目前工业润滑油中技术最复杂、性能要求最高的油液之一。,(1)黏度以典型的自动传动油来看,使用温度范围为25170,要求油品具有高的黏度指数和低的凝固点。一般规定黏度指数在170以上,凝固点为40,合成油为190与50。,(2)热氧化安定性在汽车行驶过程中,液力传动油温度随汽车行驶条件的不同而不同。油温升高而氧化生成的油泥、漆膜等会使液压系统的工作不正常、
7、润滑性能恶化、金属发生腐蚀。,(3)剪切安定性 自动传动油在液力变矩器中传递动力时,会受到强烈的剪切力,使油中的黏度指数改进剂之类的高分子化合物断裂,使油的黏度降低、油压下降,最后导致离合器打滑。,(4)起泡性能1在自动传动液中有泡沫混入后,会引起油压降低,导致离合器打滑、烧结等事故发生。,(5)摩擦特性 自动传动油要求有相匹配的静摩擦系数和动摩擦系数,以适应离合器换挡时对摩擦系数的不同要求。,这两种油对油品的性能要求是不同的,液力传动油往往比液压油的要求要严格。,4.2 自动变速器液压控制系统,自动变速器的自动控制是靠液压系统来完成的。液压系统由动力源、控制机构、执行机构3部分组成。,动力源
8、是被液力变矩器驱动的油泵,它除了向控制器提供冷却补偿油液,并使其内部具有一定压力外,还向行星齿轮变速器提供润滑。,控制机构大体包括主供油系统、换挡信号系统、换挡阀系统和缓冲安全系统。根据其换挡信号系统和换挡阀系统采用的是全液压元件还是电子控制元件,可将控制机构分为液控式和电控式两种。执行机构包括各离合器、制动器及其液压缸。,4.2.1 液压系统的基本组成所有的液压系统的基本组成相同,如图4-1所示。,图4-1 液压系统的基本组成,各部分的功能如下。储液罐或油箱用以储存液体。油泵用来循环流体。回油管用来传递液体和力的管路。滑阀用来控制压力和流动。活塞等用来转化成机械力。,4.2.2 自动变速器液
9、压系统的主要部件 1储液罐储液罐也称为油底壳,用来存储流体,同时可以冷却液体。气孔可以引入大气压,否则无法正常工作。,当泵运转时,大气压使液体流向泵的低压区。回油管也是必须的,否则液压系统很快就会陷入无油的境地。,2油泵 自动变速器中的油泵是重要组成之一,它的技术状况的好坏对自动变速器的性能及使用寿命有很大影响。,油泵通常装在变矩器的后端,有的是在变速器的后端,但是不管处于何位,都是变矩器的油泵通过轴套或轴来驱动的,转速与发动机相同。,常见油泵的型式有内啮合轮泵、摆线转子泵和叶片泵等定量泵,也有少数车型采用变量泵(叶片)。,(1)内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵在自动变速器中的应用最为普遍,它具有尺寸
10、小、重量轻、流量脉动小、噪声低等特点。,内啮合齿轮泵主要由起主动作用的小齿轮、从动的内齿轮、月牙隔板、泵壳、泵盖等组成,当小齿轮被发动机驱动旋转时,与其啮合的内齿轮也一起转动月牙隔板,将工作腔分开成吸油腔和出油腔。,在下端的吸油腔,随着齿轮退出啮合,容积增大,形成局部真空,将油液带到上端的出油腔;出油腔则由于齿轮进入啮合,工作容积减少,压力增加,而将油液排出。,决定液压泵使用性能的主要是齿轮的工作间隙,特别是齿轮端面间隙的影响最大。在这些间隙处,总有一定的油液泄漏。,如果因装配成磨损的原因使得工作间隙过大,油液泄漏量就会增加,严重时会造成输出油液压力过低,从而影响系统正常工作。,(2)摆线转子
11、泵摆线转子泵具有结构简单、尺寸紧凑、噪声小、运转平稳高速性能良好等优点;其缺点是流量脉冲大、加工精度要求高。它是由一对内啮合的转子及泵壳、泵盖等组成的,如图4-3所示。,1驱动轴 2内转子 3外转子 4泵壳5进油腔 6出油腔 e偏心距,图4-3 摆线转子泵,内转子不同心,有一定的偏心距,且外转子比内转子多一个齿。发动机运转时,带动油泵内外转子朝同向旋转,但内转子的转速大于外转子,从而工作腔的容积随着转子的旋转而不断变化。,当转子顺转时,内外转子中心线右侧的各个工作腔的容积由小变大,形成真空吸油;中心线左侧的各个工作腔的容积由大变小,将液油压出。,(3)叶片泵叶片泵具有运转平稳、噪声小、泵油流量
12、均匀、容积效率高等优点。但它的结构复杂,对液压油的污染比较敏感。叶片泵是由定子、转子、叶片及壳体组成。如图4-4所示。,图4-4 叶片泵,1转子 2滑片 3滑片张紧弹簧 4储液罐(油底壳)5滤清器6进油道(管)7叶片 8泵体 9销 10油道(管),转子绕中心转动,定子固定不动,二者不同心,有一定的偏心距。当转子旋转时,叶片在离心力及叶片底部的油压作用下向外张开,紧贴在定子表面上,并随转子的转动,在转子叶片槽内做往复运动。这样,相邻叶片之间形成密封腔,转子转动工作腔,由大变小地把油压出。,4.2.3 油泵的检验油泵的检验步骤如下。,用厚薄规分别测量油泵内齿轮外圆与油泵壳体之间的间隙、小齿轮及内齿
13、轮的齿顶与月牙板之间的间隙、小齿轮及内齿轮端面与泵壳平面的端隙,将测量结果与表4-1的数值对照,如不符合标准,应更换齿轮、泵壳或油泵总成。,检查油泵小齿轮、内齿轮、泵壳端面有无肉眼可见的磨损痕迹。如有,应更换新件。,油泵的组装。用干净的煤油清洗油泵的所有零件,并用压缩空气吹干,再在清洁的零件上涂少许自动变速器用液压油(ATF),按下列步骤组装。,在油泵前端盖上装入新的油封。更换所有的O形密封圈,并在新的O形密封圈上涂ATF。,按分解时相反的顺序组装油泵的各零件。按照对称交叉的顺序,依次拧紧油泵盖紧固螺栓,拧紧力矩为10Nm。,在油泵后端轴颈上的密封环槽内涂上润滑脂,安装新的密封环。检查油泵运转
14、性能,将组装后的油泵插入液力变矩器中,如图4-6所示。转动油泵,油泵齿轮转动应平顺,无异响。,图4-6 油泵性能的检查,油泵一旦发生故障,会对整个自动变速器液压系统产生影响,而不是单独影响某一挡位的工作。油泵故障对每一挡的影响是不同的,一般对低挡的影响大,而对高挡的影响小。,总的来说,油泵故障能引起在前进挡和倒挡的车辆均不能移动、前进挡和倒挡起步无力、自动变速器打滑、叶片泵故障引起自动变速器换挡冲击、异响等故障。,4.3 液力控制机构,4.3.1 液力控制机构的组成液力控制机构一般由阀与阀板等组成。阀是机械结构用来控制液体流动、方向、压力的。大部分自动变速器的阀是滑阀。,1滑阀滑阀的主要组成如
15、图4-7所示。,图4-7 滑阀1回位弹簧 2储油腔 3顶端 4液压端工作面 5台肩 6出油口,台肩。台肩是最大的外圆,它的移动用来打开或关闭阀体上的孔,台肩的数量可以不同。,储油腔。台肩间的区域,液体在此区域流动。液压端工作面。液压端会产生液压力。,回位弹簧。在阀的另一端对阀产生作用力,当液压端没有压力时使阀回位。,2阀的类型 止回阀。如图4-8所示,启闭件靠介质的流动和力量自行开启或关闭,以防止介质倒流的阀门叫止回阀。止回阀属于自动阀类,主要用在介质单向流动的管道上,只允许介质向一个方向流动,以防止发生事故。,图4-8 止回阀1钢球 2阀座,平衡阀。如图4-9所示,平衡阀是一种滑阀,由弹簧、
16、液压力控制其移动,从而控制液体的流向。一般用作调压阀、节气门阀、正时阀、主控阀。,图4-9 平衡阀,切换阀。切换阀是通过阀体的位置来控制液体的流向,一般用作换挡阀、手控阀、制动阀、中继阀。,最典型的就是换挡阀,如图4-10所示。一端是速控阀提供的压力(随车速的增加而压力增大)、另一端是节气门阀提供的压力(随节气门开度的增加而压力增大)和弹簧力。,图4-10 换挡阀,它包含多台肩,速控阀增加足够时推动阀体移动进入升挡位置,使液体进入相应的升挡通道,控制相应的离合器和制动器工作,从而控制升挡。,3阀板大部分阀安装在阀板内,阀板是由铝或钢制造的,它还有很多液流回路。如图4-11所示,阀腔(阀孔)是圆
17、柱体精加工后安装到阀板中的,它稍大于阀体。,图4-11 阀板1滑阀 2阀腔 3阀体,4阀和阀板的维护对不同的阀和阀板的维护,需要参看维修手册,主要包括以下几方面。,注意维修流程和维修手册。确保有相应的垫片和清洁剂,注意很多垫片和密封很相像,不要混淆,否则会出现严重的后果。,从自动变速器中移出阀板。放掉变速器液到容器中。,把阀板放在干净的工作平面上,大部分阀是被销等禁锢的,小心取出阀,不要用力以及撬,取出后放在相应的可以看出取出位置的地方。,用特定的清洁剂清洁并用气枪清洁。检查相关部件。,用平面尺和塞尺检查阀板的平面度,阀板变形就会导致泄露,检查阀的毛刺、刮伤,检查阀的直线度。用细砂纸打磨阀体的
18、步骤如下。,把细砂纸放在玻璃上。用ATF弄湿细砂纸。把阀放在上面。轻轻地转动阀体。,检查阀时,先取出后清洁,用ATF润滑,安装时不用弹簧,可以保证阀可以通过自重进出。,检查球的密封性,即放置于头上看光线的通过性。如果有光线通过,则密封性能不行。,4.3.2 系统压力和节气门压力传统自动变速器系统大致有3种控制压力的形式,其他压力形式也是通过这3种形式演化而来的。,1主油路压力阀自动变速器油从油泵泵出,即进入主油路系统。由于油泵是发动机直接驱动的,因此它的输出流量和压力都受到发动机运转状况的影响。,发动机运行过程中,转速的变化范围较大,从而使得油泵的输出流量和压力变化也很大。当主油路压力过高时,
19、会引起换挡冲击和增加功率消耗。,当主油路压力太低时,又会引起离合器制动器打滑,二者都会影响液压系统的工作,因此在主油路系统中必须设置主油路调压阀。,主油路调压阀的作用是将油泵输出压力精确调节到所需的油压后再输入主油路,多余的油返回油底壳,将系统压力稳定在一定范围内。主油调压阀还应能满足主油路系统在不同工况、不同挡位时对油压的功能要求。,节气门开度小时,自动变速器所传递的扭矩较小,离合器、制动器不易打滑,主油路压力可以降低一些。相反,应使油压升高。,自动变速器处于抵挡行驶时,所需转距较大,主油压要高。而在高挡时,自动变速器所需转距小,可降低主油压。,倒挡使用时间较少,为减少自变器尺寸,倒挡执行机
20、构做得较小。为避免打滑,应提高油压。,主油路压力调节阀的一般结构如图4-12所示。,图4-12 主油路调节阀,它由上面的阀芯、下部分的柱塞套筒及调节弹簧组成。阀门上端A处受到来自油泵的压力作用,下端则受到柱塞下部C处的来自节气门所控制节气门阀的压力作用,调压弹簧根据A、C两端压力的平衡决定阀体所处位置。,如果油泵压力升高,作用在A处的压力大,使阀体下移、出油口打开,泄油,使油压到规定值。当踩下加速踏板时,发动机转速增加,油泵转速随之加快,油泵油压升高,在A处向下的压力增大。,但这时,加速踏板控制的节气阀的油压也升高,使C处向上的压力增大,于是主调压继续保持平稳,满足功率增加、油压增大的要求。,
21、倒挡时,手动阀打开另一条油路,将压力进入主调压阀柱塞的B腔,使得向上推阀体的压力增加、阀芯上移、卸油口关小、主油压升高,从而获得“D”、“2”、“L”等前进挡管路压力。,2节气门阀压力节气门阀反映节气门开度大小变化时的油压。根据输入形式的不同,其可分为机械式节气门阀和真空式节气门阀两种。,(1)机械式节气门阀图4-13所示为一种常见的机械式节气门阀。它由上部的节气门阀、回位弹簧、下部的强制低挡柱塞和调压弹簧等组成。,图4-13 机械式节气门阀,节气门阀和强制低挡柱塞并不直接接触,而是通过调压弹簧联系在一起的。强制低挡柱塞下装有滚轮,与节气门阀凸轮接触。节气门阀凸轮经钢丝绳与加速踏板相连。,来自
22、油泵的压力油由节气门阀的进油口进入,需经阀口后方能从出油口接至换挡阀。另外,节气门上还有两个控制油口,分别与来自断流阀的油压及出油口的油压相通,使阀体在A、B处受到向下的油压作用力。,当发动机怠速运行时,阀上进油口处的节流口开度很小,输出的油压很低。当踩下加速踏板时,节气门缆绳被拉动,将强制低挡柱塞上推,压阀压弹簧,调压弹簧则推动节气门阀体向上,使节流口开大,从节气门输出的油压增高。,加速踏板越往下踩,节气门开度越大,节气门阀凸轮转动角度也越大,强制低挡柱塞上移越多,节气门阀体向上移动也就越多,节流口也就越大,使得节气门的开度大小与自变器节气门阀输出的油压有了对应关系。,3速控阀速控阀的作用是
23、为自动变速器换挡阀提供一个随车速变化的控制油压。其原理是利用轴旋转时重块所产生的离心力来控制滑阀芯的位置的,故又称为离心式速控阀。,速控阀一般有普通复合式双级速控阀和中间传动复合式双级速控阀两种。,4换挡阀组换挡阀组根据换挡信号系统提供的信号,控制自动变速器中液压操纵油路的方向,由此决定所处的不同挡位。换挡阀组主要由手动阀、换挡阀组成。,(1)手动阀手动阀是安装于控制系统阀板总成中的多路换向阀,由驾驶室内的自动变速器操纵手柄控制。操纵手柄的作用与普通手动变速器的换挡手柄不同。,手动变速器换挡手柄的工作位置就是变速器的挡位。变速器有几个挡位,手柄就有几个工作位置。而自动变速器操纵手柄的位置是自动
24、变速器的工作方式,与挡位数并不对应。,如手柄置于前进挡(D)位置时,对三挡自动变速器而言,变速器可根据换挡信号在1至3挡之间自动变换;对四挡自动变速器而言,变速器则可根据换挡信号在1至4挡之间自动换挡。,当手柄置于前进低挡2位(或S位)时,自动变速器只能在1至2挡间自动变换。当手柄置于前进低挡1位(或L位)时,自动变速器被限制在1挡工作。手动阀还提供倒挡(R)、空挡(N)、停车挡(P)等功能。,手动阀的结构简图如图4-15所示。,图4-15 手动阀,在阀体上有多条油路,一条进油道与液压泵主油路相连,其余为出油道,分别通至“D”、“2”、“P”、和“R”挡位相应的滑阀或直接通往换挡执行元件。,(
25、2)换挡阀换挡阀是弹簧液压作用式的方向控制阀,它有两个工作位置,可以实现升挡或降挡的自动变换。,图4-16所示为一自动变速器换挡阀的结构简图。,图4-16 换挡阀,来自节气门阀的油压作用在换挡阀阀芯左部,连同弹簧作用力使阀芯向右;离心速控阀油压则作用在阀芯右部,其作用力使阀芯向左。,当车速较低而发动机节气门开度较大时,换挡阀阀芯左端的节气门阀油压较高,作用力大;右端的速控阀油压较小,作用力小,阀芯被推至右位,如图4-16(a)所示,主油路油压不能通往高挡位的执行元件,自动变速器在低挡工作。,当车速增大时,阀芯右端的速控阀油压随之升高,作用力增大。当油压增至某一值时,阀芯被推至左位,如图4-16
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