自动变速器原理与维修.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,自动变速器,原理,与,维修,*,第二章,行星齿轮装置,主要内容,重 点,实践应用,第一节,行星齿轮装置概述,作业习题,第二节、行星齿轮机构结构与工作原理,第三节 丰田,A140,变速器齿轮传动机构,第二章,行星齿轮装置,主要内容,重 点,实践应用,作业习题,第二章,行星齿轮装置,主要内容,重 点,实践应用,作业习题,第二章,行星齿轮装置,主要内容,重 点,实践应用,作业习题,第一节 行星齿轮装置概述,液力变矩器虽能,在一定范围内自动地、无级改变扭矩和转速比。,缺点：,存在传动效率低的缺点，且变矩范围最多只能达到倍，难以满足汽车实际使用要求。,因此，它在自动变速器中的主要作用是使汽车起步平稳，并在换挡时减缓传动系的冲击载荷。,汽车上采用液力变矩器与齿轮变速器串联组成的液力机械传动。齿轮变速器的作用是使扭矩、转速再扩倍的变化范围，同时实现倒挡和空挡。,自动变速器中采用的齿轮变速器有,普通齿轮式和行星齿轮式,两种。,目前，绝大多数轿车自动变速器中的齿轮变速器为行星齿轮式，,只有少数车型采用普通齿轮式。,第二节、行星齿轮机构结构与工作原理,最简单的行星齿轮机构由,一个太阳轮、一个内齿圈、一个行星架及若干个行星齿轮组成，一般称为单排行星齿轮机构。,太阳轮、齿圈和行星架是行星排的三个基本构件,，,并且它们具有公共的固定轴线。,1,行星齿轮机构的组成,行星齿轮机构安装于行星架的行星齿轮轴上，与齿圈和太阳轮两者啮合。行星齿轮既可绕行星齿轮轴自传，又可在齿圈内行走，绕太阳轮公转，如图,2-12,所示。这种运动方式，有两个自由度。,图,2-12,行星齿轮机构,1-,齿圈,;2-,行星齿轮,;3-,行星架,;4-,太阳轮,图,2-12,行星齿轮机构,1-,齿圈,;2-,行星齿轮,;3-,行星架,;4-,太阳轮,按齿轮排数的不同，行星齿轮机构分为,单排行星齿轮机构和多排行星齿轮机构,。图,2-13a,为单排行星齿轮机构，图,2-13b,为多排行星齿轮机构，它由几个单排行星齿轮机构组成。自动变速器中的行星齿轮变速器采用的就是多排行星齿轮机构。,图,2-13,行星齿轮机构简图,1-,太阳轮；,2-,齿圈；,3-,行星架；,4-,行星齿轮,按照太阳轮和齿圈之间行星齿轮的组数不同，又分为单星行星排和双星行星排。双星行星排在太阳轮和齿圈之间有两组互相啮合的行星齿轮，其中外面一组行星轮与齿圈啮合，里面一组行星轮与太阳轮啮合，如图,2-14,所示。,图,2-14,双星行星排,1-,太阳轮；,2-,齿轮；,3-,行星架；,4-,外行星齿轮；,5-,内行星齿轮,2,单排行星齿轮机构变速原理,设太阳轮、齿圈和行星架的转速分别为,n,1,、,n,2,和,n,3,，,齿圈与太阳轮的齿数比为。则根据能量守恒定律，由作用在该机构各元件上的力矩和结构参数可导出表示单排行星齿轮机构一般运动规律的特性方程式：,n,1,n,2,(1+,),n,3,0,由上式可知，由于单排行星齿轮机构具有两个自由度，在三个基本件中，任选两个分别作为主动件和从动件，而使另一元件固定不动（该元件转速为）或使其运动受到一定的约束（该元件的转速为定值），则机构只有一个自由度，整个轮系将以一定的传动比传递动力。,太阳轮为主动件，行星架为从动件，齿圈固定。,如图所示，特性方程中,n,2,0,，,因此有：,n,1,(1+,),n,3,0,，,传动比：,=,n,1,/,n,3,=1+,传动比,大于且为正值，因此同向降速。,齿圈为主动件，行星架为从动件，太阳轮固定,如图所示，特性方程中,n,0,，,因此有：,n,(1+,),n,0,传动比：,=,n,/,n,=(1+,),传动比大于,1,且为正值，因此同向降速。,行星架为主动件，齿圈为从动件，太阳轮固定,如图所示，特性方程中,n,0,，,因此有：,n,(1+,),n,0,传动比：,=,n,/,n,1+,1,传动比小于,1,且为正值，因此同向增速。,太阳轮为主动件，齿圈为从动件，行星架固定,如图所示，特性方程中,n,0,，,因此有：,n,+,n,0,传动比：,=,n,/,n,因传动比为负值，所以反向传力。,任意两元件互相连接,任意两元件互相连接，也就是说,n,=,n,或,n,=n,，,则由运动特性方程可知，第三个基本元件的转速必与前两个基本元件的转速相同，即行星排按直接挡传动，传动比,=1,。,任一个为主动件,任一个为主动件，无夹持部件，该机构有两个自由度，因此不论以哪两个基本元件为主动件、从动件，都不能传递动力，处于空挡状态。,3,双星行星排行星齿轮机构的变速原理,设太阳轮、齿圈和行星架的转速分别为,n,、,n,和,n,，,齿圈和太阳轮的齿数比为,，,则该行星齿轮的一般运动规律的特性方程式为：,n,n,(,1),n,0,它与单排行星轮机构有所不同，但当其中一元件受约束，另外两个基本元件一个主动，一个从动时，依然可按照前述方法计算传动比和判别旋转方向。,二、换挡执行机构的结构和工作原理,行星齿轮变速器中所有的齿轮都是处于常啮合状态，其挡位变换必须通过以不同的方式对行星齿轮机构的基本元件进行约束（即固定或连接某些基本元件）来实现。能对这些基本元件实施约束的机构，就是行星齿轮变速器的换挡执行机构。,行星齿轮变速器的换挡执行机构由,离合器、,制动器,单向离合器,三种执行元件组成，起连接、固定和锁止作用。,连接,是指将行星齿轮变速器的输入轴与行星排中的某个基本元件连接，以传递动力，或将前一个行星排的某一个基本元件与后一个行星排的某一个基本元件连接，以约束这两个基本元件的运动；,固定,是指将行星排的某一基本元件与自动变速器的壳体连接，使之被固定住而不能旋转；,锁止,是指把某个行星排的三个基本元件中的两个连接在一起，从而将该行星排锁止。,换挡执行元件按一定的规律对行星齿轮机构的某些基本元件进行连接、固定或锁止，让行星齿轮机构获得不同的传动比，从而实现挡位的变换。,作用：,连接轴和行星排的某个基本元件，或将行星排的某两个基本元件连接成一体，使之成为一个整体转动。,1,离合器结构和工作原理,自动变速器中所用的离合器为,湿式多片离合器,。它通常由离合器鼓、离合器活塞、回位弹簧、弹簧座、一组钢片、一组摩擦片、调整垫片、离合器毂及几个密封圈组成。,钢片和摩擦片,交错排列，两者统称为离合器片。,钢片,的外花键齿安装在离合器鼓的内花键齿圈上，可沿齿圈键槽作轴向移动；,摩擦片,由其内花键齿与离合器毂的外花键齿连接，也可沿键槽作轴向移动。摩擦片的两面均为摩擦片系数较大的铜基粉末冶金层或合成纤维层。,离合器鼓或离合器毂分别以一定的方式和变速器输入轴或行星排的某个基本元件相连接，一般离合器鼓为主动件，离合器毂为从动件。,当来自控制阀的液压油进入离合器液压缸时，油压推动活塞克服弹簧的作用力将钢片和摩擦片相互压紧在一起，利用两者间的摩擦力使离合器鼓和离合器连接为一个整体，使输入轴和行星排的某基本元件连接在一起，此时离合器处于接合状态。,当液压控制系统将作用在离合器液压缸内的液压油的压力解除后，活塞被回位弹簧压回液压缸的底部，并将液压缸内的压力油从进油孔排出。此时，钢片与摩擦片相互分开，两者间无压紧力，离合器处于分离状态。离合器活塞和离合器片或离合器片和卡环之间有一定的轴向间隙，以保证钢片和摩擦片之间无任何轴向压力，这一间隙称为离合器自由间隙。其大小可以用挡圈的厚度来调整。,一般离合器自由间隙为,0.5,2.0mm,。,离合器处于分离状态时，其液压缸内仍残留有少量液压油。由于离合器鼓是随变速器输入轴或行星排某一基本元件一同旋转的，残留的液压油在离心力的作用下会被甩向液压缸外缘，并在该处产生一定的油压。若离合器鼓的转速较高，这一压力有可能会推动离合大活塞压向离合器片，离合器处于半接合状态，导致钢片和摩擦片因互相接触摩擦而产生不应有的磨损，影响离合器的使用寿命。,为了防止这种情况出现，在离合器活塞或离合器鼓的液压缸壁面上设有一个由自由钢球组成的单向阀。当液压油进入液压缸时，钢球在油压的作用下压紧在阀座上，单向阀关闭，保证了液压缸的密封；当油压解除后，单向阀的钢球在离心力的作用下离开阀座。使单向阀处于开启状态，残留在液压缸内的液压油在离心力的作用下从单向阀流出，保证离合彻底分离，如图,2-17,所示。,离合器所能传递的动力的大小或者说转矩的大小与摩擦片的面积、片数及离合器片间的压紧力有关。片间压紧力的大小由作用在离合器活塞上的油压及作用面积决定，但增大油压会引起离合器接合时产生冲击。故当压紧力一定时，离合器所能传递的动力大小就取决于摩擦片的面积和片数。一般离合器中摩擦片片数为,2,6,片，钢片片数等于或多于摩擦片的片数。,制动器的作用是将行星排中的某一元件加以固定，使之不能转动。目前常见的是,带式制动器和片式制动器。,2,制动器的结构和工作原理,（,1,）片式制动器,片式制动器由,制动器鼓、制动器活塞、回位弹簧、钢片、摩擦片及制动器毂,等组成，如图,2-18,所示。,它的工作原理和湿式多片离合器基本相同，但片式制动鼓（相当于离合器鼓）是固在自动变速器壳体上的，当制动器工作时，与制动器毂相连的行星排某一元件被固定住而不能转动。,带式制动器又称制动带，它由,制动鼓、制动带、液压缸及活塞等,组成，如图,2-19,所示。制动鼓与行星排的某一基本元件连接，并随之一起转动。,（,2,）带式制动器,制动带的一端支承在变速器壳体上的支架或制动带调整螺钉上，另一端与液压缸活塞上的推杆连接。液压缸被活塞分隔为施压腔和释放腔两个部分,分别通过各自的控制油道与控制阀相通。制动带的工作受作用在活塞上的液压油压力控制。,当液压缸的施压腔和释放腔内均无液压油时，带式制动器不工作,制动带与制动鼓之间有一定的间隙，制动鼓可随与它相连的行星排基本元件一同旋转。当液压油进入施压腔时，作用在活塞上的液压油压力推动活塞，使之克服回位弹簧的作用力移动。,活塞上的推杆随之向外伸出，将制动带压紧在制动鼓上，于是制动鼓被固定住而不能旋转。此时,制动器处于制动状态。在制动器处于制动状态，若有液压油进入液压缸的释放腔时，因释放腔一侧的活塞面积大于施压腔一侧的活塞面积，,故作用在活塞上两侧的力不相等，释放腔一侧大于施压腔一侧。活塞在两侧的压力差及回位弹簧作用力的共同作用下向后移，推杆回缩，制动带被放松，制动鼓可以转动，从而使制动器由制动状态变成释放状态。这样可以使控制系统得到简化。,若将带式制动器用行星齿轮机构高速挡操纵，则因制动时制动鼓以高速旋转，制动带将会受到来自制动鼓的反作用力。活塞和推杆为刚性连接，该反作用力将使活塞产生振动。影响换挡工作的平顺性。,为防止这种情况，可将推杆通过弹簧装在活塞上如图,20,所示，当制动带受到反作用力时，推杆被推回，压缩内弹簧，从而起到缓冲的作用。,当带式制动器处于放松状态时,制动带与制动鼓之间应有一定的间隙。间隙过大或过小都会影响制动器的正常工作。这一间隙的大小可用制动带调整螺钉来调整。在安装时，一般将螺钉向内拧紧至一定力矩。然后再退回规定的圈数（通常为,23,圈）。,单向离合器在行星齿轮变速器中的作用和离合器、制动器的作用相同，也是用于固定或连接几个行星排中的某些太阳轮、行星架、齿圈等基本元件，让行星齿轮变速器组成不同传动比的挡位。它是依靠单向锁止原理来发挥固定或连接作用的，其固定和连接也只能单方向。当与之相连接的元件受力方向与锁止方向相同时，该元件即被固定或连接；当受力方向与锁止方向相反时，该元件即被释放或脱离连接。,3,单向离合器结构与工作原理,单向离合器的常见形式有两种：,滚柱斜槽式和楔块式,。滚柱斜槽式单向离合器在液力变矩器一节已有介绍。楔块式单向离合器由内环、外环、滚子（楔块）等组成。滚子是特殊形状的楔块。,楔块的一条对角线,的长度略大于内外环之间的距离,，而另一条对角线,的长度略小于,。当内环固定、外环相对内环顺时针方向旋转时，楔块在摩擦力的作用下立起，由于自锁作用被卡死在内外环之间，使内环和外环无,相对滑转，此时单向离器处于锁止状态；当外环相对内环朝逆时针方向旋转时,楔块在摩擦力的作用下倾斜，脱离自锁状态。内、外环可以相对滑转，此时单向离合器处于自由状态。当外环固定，内环相对于外环相对滑转时，情况是恰好相反。若内、外环都没有固定，则前述的自由状态变为分离状态，锁止状态变为连接状态。,不同车型自动变速器中行星齿轮变速器在结构上有很差异，主要表现在：前进挡的挡数不同，离合器、制动器、单向离合器的数目和布置方式不同，采用的行星齿轮机构的类型不同。,前进挡的数目越多，离合器、制动器、单向离合器的数目就越多。而它们的布置方式主要取决于行星齿轮变速器的前进挡挡位数和行星齿轮机构的类型。,三、行星齿轮变速器结构和,工作原理,目前，轿车上广泛采用的行星齿轮机构的类型主要有,辛普森式和拉维奈尔赫,两种。,目前大部分轿车都采用这种行星齿轮机构，辛普森式行星齿轮机构采用双行星排，其结构特点是：,前、后两个行星排的太阳轮连成一个整体，称为太阳轮组件；前排的行星架和后排的齿圈连成一体，称为前行星架和后齿圈组件,。通常输出轴与该组件相连。,（,）辛普森式行星齿轮机构,的结构,该行星机构只有四个独立元件：前排齿圈，前、后太阳轮组件，后排行星架和前行星架后齿圈组件。根据前进挡的挡数不同，可将辛普森式行星齿轮变速器分为三挡和四挡两种。,三挡辛普森式齿轮变速器设有,5,个换挡执行元件：,2,个离合器、,2,个制动器、,1,个单向离合器，使之成为一个具有,3,个前进挡和一个倒挡的行星齿轮变速器。,（,2,）三挡辛普森式行星,齿轮变速器,前进离合器,连接输入轴和前齿圈，倒挡及高挡离合器,用于连接输入轴和前、后太阳轮组件，挡制动器,用于固定前、后太阳轮组件，倒挡及低挡制动器,和低挡,F1,都用于固定后行星齿轮架。,1,挡,位挡时，离合器,2,和单向离合器,1,工作。输入轴通过离合器,2,带动前齿圈顺时针转动，因前行星架和后齿圈与输出轴相连在汽车起步前转速为（起步后转速也为一个确定的低值），,所以前行星轮在前齿圈的驱动下一方面朝顺时针方向作公转，带动前行星架朝顺时针方向转动，另一方面作顺时针方向的自转，并带动前、后太阳轮组件朝逆时针方向转动。,在后行星排中，由于和输出轴连接的后齿圈转速很低，后行星轮在后太阳轮驱动下朝顺时针方向作自转时，对后行星架产生一个逆时针方向的力矩，而单向离合器,1,对后行星架在逆转时具有锁止作用，,因此后行星架固定不动，使后齿圈在后行星轮的驱动下朝顺时针方向转动（图,2,24,）。由此可知，位挡时，由输入轴传入的动力经前后行星排同时输出，其目的是防止在传递大的扭矩时单排传力而出现过载损坏。,n,11,+,1,n,12,(,1,+1),n,13,0,（,前排）,n,21,+,2,n,22,(,2,+1),n,23,0,(,后排,),式中：,n,23,=,0;,n,11,=,n,22;,n,13,=,n,22,经整理得,:,i,=,n,12,n,13,=(1+,1,+,2,),1,1,挡传动比的计算：,当汽车在位挡工作时，若驾驶员突然松开油门踏板，发动机转速将立即降至怠速。汽车在惯性作用下仍以原车速前进，驱动车轮将通过自动变速器输出轴反向带动行星齿轮变速器运转，行星齿轮机构的前行星架和后齿圈组件成为主动件，前齿圈为从动件。,当前行星架朝顺时针方向带动前行星轮转动时，由于前齿圈转速较低，前行星轮在顺时针公转的同时也朝逆时针方向作自转，从而带动前、后太阳轮组件以较高的转速顺时针转动，,导致后太阳轮和后齿齿圈同时以较高的转速朝顺时针方向带动后行星齿轮转动，使后行星轮在自转的同时对后行星架产生一个顺时针方向的力矩。单向离合器,1,对后行星架无顺时针旋转锁止作用，后行星架在后行星轮的带动下顺时针自由转动。,此时，行星齿轮机构的四个独立元件中有两个处于自由状态，失去传力作用。来自变速器输出轴的反向力无法经行星齿轮变速器传给输入轴，即在下坡时无法利用发动机的怠速运转阻力来实现汽车的减速，称为无发动机制动。此时汽车相当于作空挡滑行。,为使装有自动变速器的汽车也能实现发动机制动，必须让它的挡有两种不同的状态，即有发动机制动和无发动机两种。这两种状态的选择通常通过改变操纵手柄的位置来实现。操纵手柄位于位时，挡无发动机制动，而位（或位）时有发动机制动。,位（或位）挡时，离合器,2,、制动器,2,工作，动力传递及传动比计算如前，只是在反向传力时制动器,2,使后行星架固定，可以反向传力，因此可以实现发动机制动。,挡,离合器,2,和制动器,1,工作。输入轴经离合器,2,带动齿圈顺时针旋转，因前、后太阳轮组件被制动器,1,制动而固定不动，所以带动前行星架顺时针转动输出。此时后行星排处于自由状态。动力只经前行星排输出（图,2,25,）。,传动比的计算：,n,11,+,1,n,12,(,1,+1),n,13,=,0,式中：,n,11,=,0,=,n,12,n,13,=(,1,+1),1,在上述挡状态下，汽车滑行时驱动轮的反向力可经行星齿轮变速器传至发动机，即具有发动机制动作用。,挡,离合器,2,和离合器,1,工作。输入轴通过离合器,1,、离合器,2,将前齿圈和前后太阳轮组件连接为一个整体。由于这时前行星排中有两个基本元件互相连接，从而使前行星排固定地连成一体而一起作反向旋转，输入轴的动力通过前行星排直接传给输出轴，其传动比,i,3,等于（图,2-26,），即为直接挡。,在挡状态下的行星齿轮变速器具有反向传递动力的能力，当汽车滑行时能实现发动机制动。,倒挡,离合器,1,和制动器,2,工作。输入轴经离合器,1,带动前后太阳轮组件顺时针旋转，在后行星排中因制动器,2,将后行星架制动，后行星架的转速为，从而带动齿圈逆时针旋转输出。此时动力经后行星排输出，前行星排处在自由状态。,图,2-27,倒挡时前后行星排的工作原理示意图,传动比的计算：,n,21,+,2,n,22,(,1,+1),n,23,=,0,式中：,n,23,=,0,i,倒,n,21,/,n,22,2,倒挡状态时，汽车有发动机制动作用。,图,2-27,倒档时前后行星排的工作原理示意图,空挡,离合器、制动器都不工作，液力变矩器的动力不能传至行星齿轮变速器，变速器为空挡。,2.,拉维奈尔赫式齿轮机构,拉维奈尔赫式齿轮机构有一些胜过辛普森式齿轮机构的优点。主要是结构紧凑，由于相互啮合的齿数较多，因此传递的扭矩较大。缺点是结构较复杂，工作原理更难理解。,它是由一个单元星排与一个双行星排组合而成的复合式行星机构，共用一行星架、长行星轮和齿圈，故它只有,4,个独立元件。其特点是：构成元件少、转速低、结构紧凑、轴向尺寸短、尺寸小、传动比变化范围大、灵活多变、适合,FF,式布置。,