第十章自动变速器.doc

甄孵滥酉拿丫备钓唾朴裤腺绕怀缔绿俘咀概俊瘪箍汐绊岗败淀撤肿弧斥抉幽单又搪刚挠锰邢课孜绅寄蝇熔衬岳妹燎柞哲赞雷颊蜗戊融蓑弗茬惰诈吼杀勃迸氖泼叁伶部粳壹谓哨赌径习隧恐窄倪履槐怖旱瓤孙李果忱攀辙焙膳穗球嚣砚释渍壕均危披悟巧觅圈天剑倪释辱喷般惰窒炒场印歪软赴坎介醉迭藏属健渺枝填漫呐帚钥伙别菏坷蓝图绳老瞥属镍椭撑膛戍泻侦硕彭审砂垮饺诽疲验保忻赐误威释撂筋汲真请毫拧灌贩熊搐棍捉揣茬弟明或趁赌唱贩瓮蝎龚讼钉九谷瑶搀暑受役棠穷呈掐妖堆蘑妖草滤碰赊暖汲撩黔炔礼民厘妹鸥嚎忙册巍肚畴往圾盗仆浚跃赛玫瑰直九看矢垫茸殖篡丛仆黔效逊啦第十章 自动变速器自动变速器最早是由1939年通用汽车公司奥兹莫比尔分部（Oldsmobile）开发的动力分配性4速自动变速器。其后，自动变速器的构成元件有了多种改进，变速型式也多种多样。二十世纪80年代后，随着电子工业和自动控制技术的发展，电子控制自动变速器应运漏酚仙刘谅农呼割翼蹭俘寅疏碉炯暖型夕屁杏未风疤搞正袱封姿垢遥毁怒雅混串宏耙筑溪粘粕阅承转镁呀戈汞师遮菲入倘稗威爽监买睡笨辣茧见贫豁煎防隘熏蔬每课茹坝济卵百贰稠苗央诀塌拯示弊妹雪巷敦证憎眷套怠并肾锈炙朽韦誉俭鞭潍阜婶享沂启姑演梗兆女戳毕痒调峭桅校蓄挎础幸喻疗阜渭账蹿最府豺竖血幢祈亚食略截卢踩迢督趴殖兵确烁襟岁懈遗苛涉滓黄扩草佃嫌齐嘎霄先拇杆赃柬评捻孰角攒囊钉醋钞涪毕任贫戈斤面细岔裹娱蚂怜抗和窜鹃两熄踏荷普钵店析缀将核哦蔡臣足抒落煌漫炒烫扶湍百牧妙几宁握肮拯令用热没笼翻漓馆绵孪宪桂赖讣迢诸哄澳懊呜捶匝砂雁瞳擦惺第十章自动变速器讽扦峙覆埔懊亦象全则驹玩阜拘刨眼绊懦淆琅盔誓霉话泽铭六厕拆绣般生似渐地耻萄檬颐国沾青呆法汪代多苦讳拴苑崩向棍萝香球响蝶央负几卢陇淀弹石扁陡臃晒全辞窘又爬阴虞贞亦看宪密彼歇审迟碟沙鼎伟吨喉婚号纹砍咽谬忍决藐者购西版身远驳踞竟飞椒聂吴逻轻笋四融脾傲浚沃悔亢萨传庭零读磨铝爹单凄晴戳癸笨馒钱汲边谱弟睁碌名鹰宇练蹭梭虚阴矮苟文透嘉菊憎袜霍鸦政赁寐迟陌鸯潭阮识卢篙推馏籍住区宰症守推划彤芍厌祸哀冷布攻岗兵妊趋迎黑定猫穴再误避学淄某胚污楷韭糯其算泪西抢狱枯豢破吃浓泪荣岩四烫柒堡房腐姬园荚滑涧披狐送肌搭讯勾缮棱雀捣辐顾斗骏煎第十章 自动变速器自动变速器最早是由1939年通用汽车公司奥兹莫比尔分部（Oldsmobile）开发的动力分配性4速自动变速器。其后，自动变速器的构成元件有了多种改进，变速型式也多种多样。二十世纪80年代后，随着电子工业和自动控制技术的发展，电子控制自动变速器应运而生。现代轿车装用电子控制自动变速器也越来越普遍。据统计，在美国的二十世纪90年代新车型上，作为标准件的自动变速器装备率已超过90%，日本为73%，欧洲为25，如果包括选装件，其装车率无疑还要增加。我国的上海别克、广州本田、一汽宝莱等各类汽车也多有装用电控自动变速器的配置，预计不久的将来，自动变速器将作为标准装置装于国产轿车。第一节 自动变速器概述由于活塞式发动机的转矩变化范围较小，不能适应汽车在各种条件下阻力变化的要求，而且在复杂的使用条件下则要求汽车的牵引力和车速能在相当大的范围内变化，因此在汽车传动系中，采用了可以改变转速比和传动转矩比的装置，即变速器。在变速器发展方面，为提高驾驶操作的轻便性，减轻驾驶员的疲劳程度，提高汽车的动力性和经济性，人们在改进变速器的结构和换挡方法上作了很大的努力。一、自动变速器的基本组成 自动变速器的厂牌型号很多，外部形状和内部结构也有所不同，但它们的组成基本相同，一般由液力变矩器（以下简称变矩器）、变速齿轮机构、供油系统和换挡操纵机构等四大部分组成。 1变矩器 变矩器位于自动变速器的最前端，安装在发动机的飞轮上，其作用与采用手动变速器的汽车中的离合器相似。它利用油液循环流动过程中动能的变化将发动机的动力传递给自动变速器的输入轴，并能根据汽车行驶阻力的变化，在一定范围内自动地、无级地改变传动比和转矩比，具有一定的减速增矩功能。 2变速齿轮机构 自动变速器中的变速齿轮机构所采用的型式有普通齿轮式和行星齿轮式两种。采用普通齿轮式的变速器，由于尺寸较大，最大传动比较小，只有少数车型采用。目前绝大多数轿车自动变速器中的齿轮变速器采用的是行星齿轮式。 变速齿轮机构主要包括行星齿轮机构和换挡执行机构两部分。 行星齿轮机构，是自动变速器的重要组成部分之一，主要由太阳轮（也称中心轮）、内齿圈、行星架和行星齿轮等元件组成。行星齿轮机构是实现变速的机构，速比的改变是通过以不同的元件作主动件和限制不同元件的运动而实现的。在速比改变的过程中，整个行星齿轮组还存在运动，动力传递没有中断，因而实现了动力换挡。 换挡执行机构主要是用来改变行星齿轮中的主动元件或限制某个元件的运动，改变动力传递的方向和速比，主要由多片式离合器、制动器和单向离合器等组成。离合器的作用是把动力传给行星齿轮机构的某个元件使之成为主动件。制动器的作用是将行星齿轮机构中的某个元件抱住，使之不动。单向离合器也是行星齿轮变速器的换挡元件之一，其作用和多片式离合器及制动器基本相同，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。 3供油系统 自动变速器的供油系统主要由油泵、调压阀、油箱、过滤器及管道等组成。油泵是自动变速器最重要的总成之一，它通常安装在变矩器的后方，由变矩器壳后端的轴套驱动。只要发动机运转，不论汽车是否行驶，油泵都在运转，为自动变速器中的变矩器、换挡执行机构、换挡操纵机构等部分提供一定油压的液压油。油压的调节由调压阀来实现。4换挡操纵机构自动变速器的换挡操纵机构的主体是阀体总成，包括人工控制的操纵机构和自动控制的操纵机构两部分。操纵机构由手控换挡阀、节气门阀、挡位控制阀、控制阀板总成、电磁阀、控制开关、控制电路等组成，电子控制的自动变速器还设有各种传感器、执行器、ECU等。人工控制的操纵机构包括驾驶员手操作的换挡杆（手动阀）和节气门踏板操作的节气门阀等。驾驶员通过操纵自动变速器的换挡杆改变控制阀板内的手动阀位置。自动控制的操纵机构根据手动阀的位置及节气门开度、车速、控制开关等状态因素，利用液压自动控制原理或电子自动控制原理，按照一定的规律控制齿轮变速器中的换挡执行机构（离合器和制动器）的工作，以改变齿轮变速器的传动比，从而实现自动换挡。 自动控制的操纵机构有液压控制和电-液控制两种。 液压控制系统是由阀体和各种控制阀及油路所组成的，阀门和油路设置在一个板块内，称为阀体总成（图10-1）。不同型号的自动变速器阀体总成的安装位置有所不同，有的装在上部，有的装在侧面，纵置的自动变速器一般装在下部。 在液压控制系统中，增设控制某些液压油层路的电磁阀，若这些电磁阀是由ECU控制的，就成了电子控制的换挡控制系统。仅有液压控制系统的自动变速器称为液力自动变速器，而具有ECU控制的自动变速器称为电控自动变速器（实际是电-液控制自动变速器）。需要说明的是，为了提高传动效率，人们正在探索电子控制的机械变速器这样一种新型电控自动变速器，此类变速器并无液压传动部分，在这里提请读者注意，以免产生误解。图10-1 阀体总成示意图a)外形 b)阀的位置1-1-2挡调节器阀 2-1-2挡蓄能器阀 3-3-4挡换挡阀 4-超速挡伺服装置调节器阀 5-1-2挡换挡阀6-节气门阀极限阀7-3-4挡换挡阀和调节器8-节流阀/2-3挡调节器阀 9-2-3挡降挡阀 10-节气门阀 11-手动换挡阀12-2-3挡换挡阀 13-3-4挡换挡阀 14-2-1程序阀 15-主油路调压阀和升压阀 二、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。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，自动变换挡位。换挡控制方式是通过机械方式将车速和节气门开度信号两个参数转换成控制油压（控制信号），按照设定的换挡规律，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，工作液压油层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，从而实现自动换挡。图10-2为液力自动变速器的工作过程框图。图10-2 液力自动变速器的工作过程框图电控自动变速器通过传感器和开关监测汽车和发动机的运行状态，接受驾驶员的指令，并将发动机转速、节气门开度、车速、发动机冷却液温度、自动变速器液压油温度等参数转换成电信号输入到ECU。ECU根据这些信号，按照设定的换挡规律，向换挡电磁阀、油压电磁阀等发出控制信号；电磁阀控制液压换挡阀，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。图10-3为电控自动变速器的工作过程框图。图10-3 电控自动变速器的工作过程框图 三、自动变速器的类型 不同车型所装用的自动变速器在型式、结构上往往有很大的差异，常见的分类方法和类型如下： 1按变速方式分类 汽车自动变速器按变速方式的不同，可分为有级变速器和无级变速器两种。 有级变速器是具有几个有限的定值传动比（一般有35个前进挡和一个倒挡）的变速器。无级变速器是能使传动比在一定范围内连续变化的变速器，无级变速器目前在汽车上应用较少。 2按汽车驱动方式分类 自动变速器按照汽车驱动方式的不同，可分为后驱动自动变速器和前驱动自动变速器两种。这两种自动变速器在结构和布置上有很大的不同。 后驱动自动变速器的变矩器和齿轮变速器的输入轴及输出轴在同一轴线上，发动机的动力经变矩器、自动变速器、传动轴、后驱动桥的主减速器、差速器和半轴传给左右两个后轮。这种发动机前置，后轮驱动的布置型式，其发动机和自动变速器都是纵置的，因此轴向尺寸较大，在小型客车上布置比较困难。后驱动自动变速器的阀板总成一般布置在齿轮变速器下方的油底壳内。 前驱动自动变速器除了具有与后驱动自动变速器相同的组成部分外，在自动变速器的壳体内还装有差速器。前驱动汽车的发动机有纵置和横置两种。纵置发动机的前驱动自动变速器的结构和布置与后驱动自动变速器基本相同，只是在后端增加了一个差速器。横置发动机前驱动自动变速器由于汽车横向尺寸的限制，要求有较小的轴向尺寸，因此通常将输入轴和输出轴设计成两个轴线的方式；变矩器和齿轮变速器输入轴布置在上方，输出轴布置在下方。这样的布置减少了变速器总体的轴向尺寸，但增加了变速器的高度，因此常将阀板总成布置在变速器的侧面或上方，以保证汽车有足够的最小离地间隙。 3按自动变速器前进挡的挡位数不同分类 自动变速器按前进挡的挡位数不同，可分为2个前进挡、3个前进挡、4个前进挡三种（极个别车辆有5个前进挡）。早期的自动变速器通常为2个前进挡或3个前进挡。这两种自动变速器都没有超速挡，其最高挡为直接挡。新型轿车装用的自动变速器基本上都是4个前进挡，即设有超速挡（通常称为OD挡，在驾驶员的操纵显示器上为圆圈中一个大写的英文字母D）。这种设计虽然使自动变速器的构造更加复杂，但由于设有超速挡，大大提高了汽车的燃油经济性。 4按齿轮变速器的类型分类 自动变速器按齿轮变速器的类型不同，可分为普通齿轮式和行星齿轮式两种。普通齿轮式自动变速器体积较大，最大传动比较小，只有少数几种车型使用（如本田ACCORD轿车）。行星齿轮式自动变速器结构紧凑，能获得较大的传动比，为绝大多数轿车采用。 5按变矩器的类型分类 轿车自动变速器基本上都是采用结构简单的单级三元件综合式变矩器。这种变矩器又分为有锁止离合器和无锁止离合器两种。 6按控制方式分类自动变速器按控制方式不同，可分为液力控制自动变速器（液力自动变速器）和电子控制自动变速器（电控自动变速器）两种。采用液力自动变速器，可弥补机械变速器的某些不足。使用液力自动变速器的汽车具有下列显著的优点： 1）大大提高发动机和传动系的使用寿命。液力传动汽车的发动机与传动系，由于液体工作介质的柔性，具有一定的吸收、衰减和缓冲的作用，大大减少冲击和动载荷。当负荷突然增大时，可防止发动机过载和突燃熄火；在汽车在起步、换挡或制动时，能减少发动机和传动系所承受的冲击及动载荷，因而提高了有关零部件的使用寿命。 2）提高汽车通过性。采用液力自动变速器的汽车，在起步时，驱动轮上的驱动转矩是逐渐增加的，防止很大的振动，减少车轮的打滑，使起步容易，且更加平稳。所以最低稳定车速可以降低到很低。当行驶阻力很大时（如爬陡坡），发动机也不至于熄火，使汽车仍能以极低速度行驶。在特别困难路面行驶时，因换挡时没有功率间断，不会出现汽车停车的现象。因此，液力机械变速器对于提高汽车的通过性具有良好的效果。 3）具有良好的自适应性。由于变矩器能在一定范围内实现无级变速，大大减少行驶过程中的换挡次数，有利于提高汽车的动力性和平均车速。 4）操纵轻便。自动变速器的车辆，除少数特殊情况外，无须经常变动挡位，且由于不必操纵离合器，大大减轻了驾驶员的劳动强度。与单纯机械变速器相比，液力自动变速器也存在某些缺点。如：结构复杂、制造成本较高、传动效率较低等。对变矩器无锁止离合器的自动变速器，最高效率一般只有8290左右，而机械传动的效率可达9597。由于传动效率低，使汽车的燃油经济性有所降低；由于自动变速器的结构复杂，相应的维修技术也较复杂，要求有专门的维修人员，具有较高的修理水平和故障检查分析的能力。第二节 液力变矩器 一、液力耦合器液力耦合器（以下简称耦合器）和变矩器两者均属于液力传动机构，即通过液体的循环流动，利用液体动能的变化来传递动力。两者最大的结构上区别是有无导轮，后者有导轮，而前者则无。1耦合器耦合器，又称液力联轴器，主要由壳体、泵轮、涡轮三个部分组成（图10-4）。耦合器的主要功能有两个：一是防止发动机过载，二是调节工作机构的转速。耦合器的泵轮与壳体焊接在一起，并通过螺栓与发动机的飞轮联接，是耦合器的主动部分。涡轮通过花键与输出轴联接，是耦合器的从动部分。在泵轮和涡轮上有径向排列的平直叶片，泵轮和涡轮相对安装且有约3mm 4mm的间隙；泵轮与涡轮装合成一个整体后，轴线断面一般为圆形，并在内腔中充满液压油（称为工作油液或工作介质，简称油液或介质）。图10-4 耦合器的结构与组成1-曲轴 2-外壳 3-泵轮 4-涡轮 5-输出轴当发动机运转时，曲轴带动耦合器的壳体和泵轮转动，泵轮叶片内的油液在泵轮的带动下旋转；在离心力的作用下，油液被甩向泵轮叶片外缘处，并在外缘处冲向涡轮叶片，使涡轮在液压冲击力的作用下旋转；冲向涡轮叶片的油液沿涡轮叶片向内缘流动，返回到泵轮内缘；返回的油液，又被泵轮再次甩向外缘，依此循环，油液形成了从泵轮流向涡轮，又从涡轮返回到泵轮的循环液流（图10-5）。由于泵轮的作用，耦合器中的油液在从泵轮叶片内缘流向外缘的过程中，速度和动能逐渐增大。而油液在从涡轮叶片外缘流向内缘的过程中，由于油液自身对涡轮作功，速度和动能逐渐减小。因此，耦合器工作时，发动机的动能通过泵轮传给油液，油液在循环流动的过程中又将动能传给涡轮输出。图10-5 循环流动的液流耦合器要实现传动，必须在泵轮和涡轮之间有油液的循环流动。而油液循环流动的产生，是由于泵轮和涡轮之间存在着转速差，如果泵轮和涡轮的转速相等，则耦合器不起传动作用。汽车起步时前，发动机驱动泵轮旋转，如果涡轮的转矩不足于克服汽车的起步阻力矩，则涡轮不会随泵轮的转动而转动；加大节气门开度到一定程度，作用在涡轮上的转矩使汽车克服起步阻力矩而起步。随着发动机转速的继续增高，涡轮随着汽车的加速而不断加速，涡轮与泵轮转速差的数值逐渐减小。当涡轮开始旋转并逐步赶上泵轮的转速时，泵轮与涡轮间的相对转速差减小，油液对涡轮叶片的冲击力及冲击转矩减小，这将使输出元件产生滑动，直到有足够的循环油液对涡轮产生足够的冲击力为止。因此，输出转速高时，输出转速赶上输入转速是一个连续不断的趋势，但总不会达到输入转速。除非在工作状况反过来，例如在下较长的陡坡时，可能会发生齿轮变速机构变成主动件，飞轮变成从动件，出现涡轮的转速等于或高于泵轮转速，产生“倒拖”。由于油液冲击涡轮叶片后出现散射和跳动，引起液流扰动，阻碍来自泵轮的正常油液流动，造成“冲击损失”。泵轮与涡轮的转速差越大，冲击损失越大，传动效率越低（图10-6）。为了减小耦合器内腔中心的液流涡流扰动，一般在泵轮和涡轮上设置有导环（图10-7）。图10-6 耦合器和变矩器的特性曲线a)耦合器 b)变矩器图10-7 导环由于在耦合器内只有泵轮和涡轮两个工作轮，油液在循环流动的过程中，除了受泵轮和涡轮之间的作用力之外，没有受到其它附加的外力。如果不计机械损失，根据作用力与反作用力相等的原理，油液作用在涡轮上的转矩应等于泵轮作用在油液上的转矩，即传给泵轮的输入转矩与涡轮上的输出转矩相等，这就是耦合器的传动特点。因而，如果考虑到液力损失的实际存在，耦合器的输出转矩始终不会超过输入转矩。二、变矩器变矩器除了泵轮和涡轮外，还有导轮，其它构造与耦合器基本相同。导轮位于泵轮和涡轮之间，并通过单向离合器固定于变速器壳体上，使导轮仅能沿发动机转动方向旋转，反向则被锁止。变矩器的结构如图10-8所示。图10-8 变矩器的结构1-曲轴 2-驱动端盖 3-变矩器 4-涡轮 5-泵轮 6-导轮7-单向离合器 8-输入轴 9-壳体发动机运转时带动变矩器的壳体和泵轮与之一同旋转，泵轮内的油液在离心力的作用下，由泵轮叶片外缘冲向涡轮，并沿涡轮叶片流向导轮，再经导轮叶片内缘，形成循环的液流。1导轮如图10-9a所示，若无导轮（耦合器），当泵轮与涡轮的转速差很大时，油液从涡轮回流到泵轮时，会冲击泵轮叶片的前部，阻碍泵轮的旋转。设置导轮后，改变了回流油液的流向，使油液冲击泵轮叶片的背面，促使泵轮旋转（图10-9b）。于是，作用在涡轮上的转矩由发动机的输入转矩和回流油液的转矩两部分组成。可见，由于导轮的存在，涡轮上的输出转矩大于的发动机输入转矩。可以想象，泵轮与涡轮的转速差越大，回流冲击越厉害，则转矩增加越多；而且随着转速差的缩小，增加转矩的作用越来越小。通常用输出转矩与输入转矩之比（称为变矩比或变矩系数）来表示，即变矩比K=输出转矩/输入转矩，K的变化曲线如图10-6b所示，最大变矩比由变矩器的结构参数决定，一般为2.22.6。图10-9 导轮的作用a）无导轮时的油液流动 b）有导轮时油液的流动2单向离合器（1）单向离合器的作用 如图10-10a所示，回流油液在离开涡轮边缘时的速度为沿边缘甩出的线速度Va与随涡轮旋转的线速度Vb的合成速度Vc。当涡轮转速不高时，Vc冲击导轮的正面，由于单向离合器的作用，导轮锁止，油液被导轮挡住后向泵轮旋转的同方向流动。随着涡轮转速的升高，Vb越来越大（Vb的增长速度大于Va），合成速度Vc的方向随之改变，变矩比越来越小（越接近1），直至不增矩，即K=1。但当转速继续升高时，合成速度成为图10-10b所示方向，油液冲击导轮的背面。若此时导轮是固定的，无疑油液在流回泵轮时，将引起“反冲”，阻止泵轮旋转。因而，在此设置一单向离合器，在油液冲向导轮背面时，使导轮可以随之转动（沿泵轮方向），油液流动如图10-10c所示。图10-10 单向离合器的作用a）导轮锁止 b）油液“反冲” c）导轮自由转动由于Va与泵轮转速有关，因此，导轮转动的工作点与涡轮转速与泵轮转速的比值有关。当导轮开始转动时，变矩器的功能与耦合器相同，于是称刚出现导轮转动（导轮空转）的工作点为耦合器工况（简称耦合工况）。变矩器在达到耦合器工况及往后，不再增加转矩。比较耦合器与变矩器，结构上的差别是变矩器有导轮；工作原理上的区别是变矩器在耦合工况前有增加转矩的作用，而且转速差越大，增矩作用越大，有利于起步等工况。（2）单向离合器的工作原理 单向离合器又称单向啮合器、超越离合器或自由轮离合器，与其他离合器的区别是，单向离合器无需控制机构，它是依靠单向锁止原理来固定或连接的，转矩的传递是单方向的。当与之相连接元件的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。汽车自动变速器用单向离合器主要有楔块式和滚柱式两种，工作原理如图10-11所示。图10-11 单向离合器的工作原理a）、b）楔块式 c）、d）滚柱式1-楔块 2-外轮 3-弹簧 4-保持器 5-内轮 6-滚柱如图10-11a所示，楔块采用的是倾斜的“8”字形结构，当外圈相对与内圈的运动方向为A所示，则楔块随势倒下，处于释放状态；若相对运动方向如图10-11 b所示，则由于摩擦力的带动，楔块竖立，外圈被楔块锁住，于是外圈必须与内圈一致，或保持静止、或同步转动。滚柱式单向离合器工作原理如图10-11c、d所示，在外圈上设置了楔形的槽。外圈与内圈之间的间隙，在小端小于滚柱直径，而在大端大于滚柱直径。工作原理与楔块式类似，不再分述。3变矩器锁止机构由上述分析，即使变矩器到达耦合器工况，由于泵轮与涡轮之间必须要有转速差存在（一般至少4%5%），加之变矩器液力传动的的能量损失，传动效率与机械传动相比仍然较低。为提高汽车的传动效率，减少燃油消耗，现代很多轿车的自动变速器均采用带有锁止机构的变矩器。当达到耦合工况后的某一点时，锁止机构工作，用机械方式连接泵轮与涡轮，实现近乎100%的动力传递。目前，锁止机构有锁止离合器、离心式离合器和行星齿轮机构锁止三种。本书仅介绍较多见的锁止离合器工作原理（图10-12）。图10-12 锁止离合器工作原理图a）分离 b）接合1-壳体 2-摩擦条3-传力盘 4-涡轮 5-泵轮6-导轮 7-输出轴 A-变矩器出油道 B、C-控制阀油道带有锁止离合器的变矩器，比普通变矩器多了一个通过花键与涡轮相连的传力盘，传力盘可以沿花键轴向移动，传力盘上粘合了环型的摩擦条（相当于离合器片）。当设法排出图中传力盘左侧的油液时，传力盘两侧的油压不相等，传力盘在受到右侧油压的作用下向左侧移动，即与壳体相连，实现锁止。锁止时，动力通过变矩器壳体（泵轮）摩擦传动传力盘花键涡轮，实质上是机械传动。简单地说，锁止离合器是通过“排出”（降低油压）或“充入”（升高油压）传力盘左侧的油液，使传力盘左移或右移来控制锁止离合器“锁止”或“分离”的。工作时，ECU根据车速、节气门开度、发动机转速、变速器油液温度、操纵手柄位置、控制模式等因素，按照设定的锁止控制程序向锁止电磁阀发出控制信号，改变锁止离合器传力盘两侧的油压，从而控制锁止离合器的工作。当车速较低时，锁止控制阀让油液从油道B进入变矩器，使传力盘两侧保持相同的油压，锁止离合器处于分离状态，这时输入变矩器的动力完全通过油液传至涡轮（图10-12a）。当汽车在良好道路上高速行驶，且车速、节气门开度、变速器油液温度等因素符合一定要求时，ECU即操纵锁止控制阀，让油液从油道C进入变矩器，而让油道B与泄油口相通，使传力盘左侧的油压下降。由于传力盘右侧的油液压力仍为变矩器压力，从而使压盘在前后两面压力差的作用下压紧在变矩器壳体上（图10-12b）。锁止离合器在接合时，变矩器中的油液因液体摩擦减小，油液的温度可以降低，此时不再让油液进入冷却器，以降低动力消耗。为了减小锁止离合器在接合瞬间产生的冲击力，一般在锁止离合器传力盘上还装有减振弹簧。第三节 变速齿轮机构变矩器虽然能够在一定的范围内实现无级变速，但由于变矩器只有在输出转速接近于输入转速时才具有较高的传动效率，而且它的增矩作用不够大（最大变矩比），增矩不能满足汽车的使用要求。为此，在汽车自动变速器中设置了变速齿轮机构，使转矩再次增大。自动变速器中的变速齿轮机构和传统的手动齿轮变速机构一样，具有空挡、倒挡及24个不同传动比的前进挡。不同的是，驾驶员不直接控制挡位，而是由自动变速器的控制系统操纵换挡执行机构来改变变速齿轮机构的传动比，从而实现自动换挡。变速齿轮机构主要包括行星齿轮机构和换挡执行元件两部分。一、单排行星齿轮机构行星齿轮机构较定轴齿轮机构具有结构紧凑、承受载荷大、传动效率高、齿间负荷小、结构刚性好、轴入轴与输出轴同轴线以及便于实现行驶中自动换挡等优点，所以近代自动变速器大都采用行星齿轮机构变速传动装置。1特性方程单排行星齿轮机构的基本构造如图10-13所示，它由位于轴中心处的太阳轮、与太阳轮啮合的行星齿轮、支承行星齿轮的行星架以及内齿圈等组成。行星齿轮既能绕其自身的轴（行星架）自转，又能围绕太阳轮作公转，这种关系正如太阳系中地球与太阳的关系，行星齿轮机构也因此而得名。工作中可将太阳轮、行星架、内齿圈三者中的任一构件与主动轴相连，作为输入件，第二构件与从动轴连作为输出件，第三构件被强制固定（简称制动）,就能实现动力传递。图10-13 行星齿轮机构的基本构造1-内齿圈 2-行星齿轮 3-行星架 4-太阳轮 根据机械基础知识：单排行星齿轮机构的运动规律可用以下特性方程式表示：n1+n2（1）n30 （10-1）式中 n1、n2、n3分别为太阳轮、内齿圈、行星架的转速；行星齿轮机构参数Z2/Z1； Z1、Z2分别为太阳轮、内齿圈的齿数。由式（10-1）可得：n1Z1+n2Z2（Z1Z2）n30 （10-2）设Z3Z1Z2，则有：n1Z1+n2Z2Z3n30 （10-3）2工作状态表由式（10-3）可知：行星齿轮仍然作为惰轮出现；如果假想行星架的齿数为Z3，则同样可以按照类似于定轴轮系的计算方法进行传动比的计算。假设Z1为24，Z2为56，那么Z324+56=80。单排行星齿轮机构通过固定不同的元件，改变主动元件和从动元件，按式（10-3）的工作原理分析进行计算，可得出八种工作状态（表10-1）。表10-1 单排行星齿轮机构工作状态表二、双排行星齿轮机构现代轿车自动变速器为增加传递转矩，常采用双排至多排行星齿轮机构并联构成双排或多排变速传动装置。典型的基本结构通常由辛普森式（Simpson）和拉威娜式（Ravigneanx）两种。1辛普森式行星齿轮机构辛普森式行星齿轮机构有3挡位和4挡位之分。4挡位（如丰田A341E、A342E等）的比3挡位的多设置了一个超速行星排，有超速挡（OD挡），而3挡位的最高挡为直接挡（图10-14）。3挡位的辛普森行星齿轮机构的特点是前、后排行星齿轮公用一个太阳轮，且是同轴布置，犹如两套单排行星齿轮机构安装在同一轴上。不考虑超速行星排，各执行机构的工作如表10-2所示。前排齿数：Z1=27、Z2=60，则Z327+60=87；前排齿数：Z1'=27、Z'2=60，则Z'327+60=87。图10-14 三挡位辛普森行星齿轮机构表10-2 各元件与挡位的关系表中C为离合器，B为制动器，F为单向离合器。1倒挡由表10-2可知，此时C2、B3工作。由于B3工作，前行星架固定，n3=0。动力传递线路为：输入轴C2前、后太阳轮前行星齿轮（定轴转动）前内齿圈后行星架输出轴。由式（10-3）得：n1Z1+n2Z2=0，iR=n2/n1=- Z2/Z1= -60/27= -2.222三挡C1、C2工作。动力传递线路为： C2 前、后太阳轮 后行星齿轮 后行星架 输入轴 输出轴C1 中间轴 后内齿圈 后行星齿轮 后行星架由于后行星齿轮机构的太阳轮与内齿圈转速相同，n1=n2，则可得到n1=n2=n3。ig=13二挡C1、B2、F1工作。动力由后内齿圈输入，B2、F1使前、后太阳轮固定，n1=n1'=0。动力传递线路为：输入轴C1中间轴后内齿轮后行星齿轮后行星架输出轴。ig=n3'/n2'= Z'3/Z'287/60=1.454一挡C1、B3、F2工作。前行星架固定。动力传递线路为：输入轴C1中间轴 后内齿轮后行星齿轮 前、后太阳轮 前行星齿轮 前内齿轮 后行星架输出轴。（1）假设前内齿轮不与后行星架连接，第二条传动路线的传动比为：（2）假设前内齿轮不与后行星架连接，第一条传动路线的传动比为：（3）一挡总传动比为两者叠加：ig=i1+i2=2.452拉威娜式行星齿轮机构拉威娜式行星齿轮机构与结构原理简图如图10-15所示。右行星齿轮排是一个单行星齿轮结构，左行星齿轮排是一个双行星齿轮结构组合而成的复合式行星齿轮机构，其长、短行星齿轮分别与不同的太阳轮相啮合，由于齿轮参数不同，前、后行星齿轮共架，可省下一个内齿圈。其结构紧凑、轴向尺寸小、转速较低。根据换挡元件数的不同，它可实现2、3、4个前进挡和1个倒挡。按式（10-1），运动方程为n1+1n5（11）n20 （10-4）n62n5（12）n20 （10-5）式中 1-前行星齿轮排传动比，1=Z5/ Z1；2-后行星齿轮排传动比，2=Z5/ Z6。图10-15 拉威娜式行星齿轮机构1-小（前）太阳轮 2-行星架 3-短行星轮 4-长行星轮5-齿圈 6-大（后）太阳轮 图10-16是4挡拉威娜式行星齿轮机构结构简图，各挡执行元件动作表和传动比为表10-3。由II（齿圈5）输出，令，由式（10-4）、（10-5）可计算得到各挡传动比。图10-16 4挡拉威娜式行星齿轮机构结构简图1-小（前）太阳轮 2-行星架 3-短行星轮 4-长行星轮5-齿圈 6-大（后）太阳轮 F-单向离合器 B-制动器 C-离合器表10-3 各挡执行元件动作表与传动比1）换入1挡时，由于离合器C2接合，则为后排双行星齿轮排的太阳轮输入转速；由于单向离合器F2作用，使行星架n2的转速为零，此时只有后行星齿轮排起作用。2）换入2挡时，C2、B1、F 1作用，=，n1=0。3）换入3挡时，C2、C3作用，=，=n2，=n1，此时传动比为1。4）换入4挡时，C3、B2作用，n1=0，n2=，此时实现高速挡运动。5）换入倒挡时，C1、B3作用，=，n20，前排行星齿轮工作。相当于定轴轮系，输出转速方向与输入转速相反，此时实现倒挡运动。三、湿式多片式离合器自动变速器用离合器广泛采用湿式多片式离合器，属于摩擦片式离合器，结构如图10-17所示，工作原理本书不作介绍。图10-17 湿式多片式离合器结构1-离合器 2-活塞 3-离合器 4-内齿圈 5-中间轴 6-钢片7-摩擦片 8-回位弹簧 9-输入轴离合器的接合或分离是通过活塞操纵的，活塞安装在离合器鼓内，由活塞内外圆的密封圈保证密封，从而和离合器鼓一起形成一个封闭的环状液压缸，并通过离合器内圆轴颈上的进油孔和控制油道相通。当来自控制阀的油液进入离合器液压缸时，作用在离合器活塞上油液压力推动活塞，使之克服回位弹簧的弹力而移动，将所有的钢片和摩擦片相互压紧在一起，此时离合器处于结合状态。将与离合器鼓和离合器毂连接的输入轴或行星齿轮机构的基本元件也连接在一起， 当液压控制系统将作用在离合器液压缸内的油液的压力解除后，离合器活塞在回位弹簧的作用下回位，并将液压缸内的油液从进油孔排出，此时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，以保证分离彻底，这一间隙称为离合器的自由间隙。间隙大小可以用挡圈的厚度来调整，一般离合器自由间隙的标准为0.5 mm 2.0 mm。有些离合器在活塞和钢片之间有一个具有一定的弹性碟形环，用于减缓离合器接合时的冲击力。 离合器处于分离状态时，液压缸内仍残留有少量油液。残留的油液若随较高转速的离合器鼓旋转，离心力会使油液具有一定压力，将有可能推动离合器活塞压向离合器片，使离合器处于半接合状态。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钢球组成的止回阀。当油液进入液压缸时，钢球在油压的推动下压紧在阀座上，止回阀处于关闭状态，保证了液压缸密封；当液压缸内的油压被解除后，止回阀钢球在离心力的作用下离开阀座，使止回阀处于开启状态，残留在液压缸内的油液在离心力的作用下从止回阀的阀孔中流出，保证了离合器彻底分离。四、制动器制动器分为带式制动器和片式制动器。带式制动器结构简单、轴向尺寸小、维修方便，但工作平顺性较差，为了克服这一缺陷，可在控制油路中设置缓冲阀或减振阀，以减缓油压和制动力的增长速度，改善工作平顺性。带式制动器由制动鼓、制动带和伺服机构等组成（图10-18）。所谓伺服机构是一种自动控制机构，它能以一定的精度自动按照输入信号的变化规律动作。带式制动器的伺服机构，要根据节气门信号和转速信号自动地调节作用力，通常由伺服油缸和伺服杆系组成。图10-18 带式制动器的结构a）直接作用式 b）杠杆式 c）悬臂梁1-控制杆 2-弹簧 3-制动带 4-制动鼓 5-调整螺钉 6-活塞7-转动连杆 8-活塞杆 A-进油口伺服油缸由缸筒、活塞和复位弹簧等零件组成，伺服油缸起作用以夹紧和松开的制动带。伺服杆系是连接制动伺服油缸和制动带的杠杆系统，如图10-18所示，制动带的一端用销钉固定在变速器的壳体上，另一端则由活塞推动的杆系操纵。伺服杆系根据操纵杆的布置不同可分为直接作用式（图10-18a）、杠杆式（图10-18b）和悬臂梁式（图10-18 c）等。片式制动器由制动鼓、制动器活塞、回位弹簧、钢片、摩擦片及制动毂等部件组成，工作原理和湿式多片式离合器基本相同，在此不再叙述。执行机构中单向离合器的结构、工作原理等与变矩器中单向离合器相同，不再分述。第四节 自动变速器供油系统自动变速器供油系统主要由压力调节装置、油泵、辅助装置及各分支供油系统等组成。供油系统的作用是向变速器各部分提供具有一定油压、足够流量、合适温度的油液。控制系统的作用是根据驾驶员操纵手柄的位置和汽车行驶状态产生自动换挡的指令。操纵机构的作用是在驾驶员和控制系统的指令下，操纵变矩器及换挡执行元件的工作，实现挡位在一定状态间的自动转换。一、油泵 油泵通常安装在变矩器的后方，由变矩器壳后端的轴套驱动。在变速器的供油系统中，常用的油泵