小型汽车自动变速器设计【毕业设计论文 word】

小型汽车自动变速器设计摘 要自动变速器包括了许多组件和系统的协同工作，有行星齿轮组、液压系统、密封件和垫圈、变矩器、调节器、节气门拉线、计算机控制这些都是多年来由机械式演变过来的。自动变速器车轮包含许多不同的组合，在一个变速箱内，齿轮的滑动沿轴线从一个位置到另一个位置，对各种大小齿轮的要求，有正确的传动比。在一个自动变速箱，至始至终，不是齿轮的机械移动来达到这一点的，通过行星齿轮组来完成。关键词：自动变速器；液力变矩器；油泵；行星齿轮机构The design of small vehicle automatic transmissionAbstractThe automatic transmission consists of many components and systems that designed to work together in a symphony of planetary gear sets , the hydraulic system, seals and gaskets , the torque converter , the governor and the modulator or throttle cable and computer controls that has evolved over the years into what many mechanical inclined individuals consider to be an art from . Automatic transmission contain many gears in various combinations. In a manual transmission，gears slide along shafts as you move the shift lever from one position to another , engaging various sizes gears as required in order to provide the correct gear ratio . In an automatic transmission , however , the gears are never physically moved and are always engaged to the same gears . This is accomplished through the use of planetary gear sets . KeyWords: Automatic transmission；Hydraulic torque converter；Pump； Planetary gears目 录第1章 自动变速器概述- 1 -自动变速器的发展历史- 1 -自动变速器的分类- 2 -第2章 自动变速器的基本组成- 4 -第3章 液力自动变速器工作原理- 7 -第4章 液力自动变速器液控系统- 9 -4.1 油泵- 9 -4.2 主油路系统- 9 -4.3 换档信号系统- 10 -4.4 换档阀系统- 11 - 缓冲安全系统- 12 -4.6 液力变距器控制装置- 13 - 液控系统的工作原理- 13 -第5章 液力变矩器- 14 - 液力变矩器的组成- 15 - 液力变矩器的工作原理- 15 -第6章 变速齿轮机构- 17 - 换挡执行机构- 22 - 行星齿轮变速机构档位传力过程- 24 -结 论- 30 -致 谢- 31 -参考文献- 32 -附录A 附加图- 33 -外文文献及翻译- 34 -插图清单图1-1 自动变速器结构图- 1 -图2-1 自动变速器结构图- 4 -图2-2 自动变速器- 5 -图2-3 液力自动变速器内部结构- 5 -图3-1自动变速器原理图- 7 -图4-1 变速器液控系统原理示意图- 14 -图5-1 液力变矩器构造图- 15 -图 5-2 液力变矩器结构图- 16 -图 5-3 液力变矩器原理展开图- 17 -图 6-1 行星齿轮机构组成- 19 -图6-2 多片离合器- 23 -图 6-3 片式制动器- 24 -图 6-4 滚柱式单向离合器- 25 -图 6-5 行星排- 26 -图 6-6 行星排- 26 -图 6-7 行星排- 27 -图 6-8 行星排- 27 -图 6-9 行星排- 28 -图 6-10 行星排- 29 -图 6-11 行星排- 29 -图 6-12 行星排- 30 -表格清单表6-1 行星齿轮不同组合方式下的转向和传动比-22-表6-2 自动变速器各档工作元件-35-第1章 自动变速器概述图1-11自动变速器结构图 最早在1904年出现了离合器和制动器等摩擦元件操纵变速的行星齿轮机构，该机构首先用于英国Wilson Picher汽车上。1907年福特车上大量使用行星齿轮变速器，它的出现实现了不切断动力进行的”动力换挡”，并避免了固定轴式变速器中的“同步问题”。而液力耦合器的出现为自动操作的实现提供了可能，1938年至1941年美国GM和Chrysler公司采用液力耦合器代替离合器，省去了驾驶时的离合器踏板操作。随后出现了液力自动变速器的前身，开始了车速和油门两个参数信号，用液压逻辑油路控制的液力自动变速时代。 液力自动变速阶段：该阶段以1939年的通用Oldsmobile车上Hydromantic开始，以液力自动变速器的普遍应用和迅速推广为特征。这个阶段的液力自动变速由液力变矩器和行星齿轮变速器组成，控制系统是通过液压系统来实现的，控制信号的产生，主要是通过反映油门开度大小的节气门阀和翻涌车速高低的速控阀来实现，其控制系统是由若干个复杂的液压阀和油路构成的逻辑控制系统，按照设定的换挡规律，控制换挡执行机构的动作，从而实现自动换挡。 电控自动变速阶段：1969年法国的雷诺R16TA轿车首先使用了电子控制自动变速器，与全液压的区别在于自动换挡的控制系统是由电脑来实现的，但当时电子技术不成熟，应用范围较窄，到20世纪80年代末，电子控制逐步实用化，越来越多的自动变速器采用了电子控制。自动变速器的控制系统包括电控和液控两部分，电控系统由电脑，各种传感器，电磁阀及控制电路等组成，它将控制换挡的参数通过传感器转换为电信号输送给电脑，电脑通过处理将换挡的信号作用于换挡电磁阀。从而利用液压换挡执行机构实现自动换挡。由于电脑能存储和处理多种换挡规律，在改善换挡品质控制方面，有明显的优越性，并且与整车的其他控制系统的兼容信号，最终可以实现车辆电子控制系统一体化。 智能自动变速阶段:随着车辆技术和自动变速技术的发展，人们不再满足于简单的功能实现，车辆自动变速技术即将进入智能化阶段，控制策略的不断改进成为车辆自动变速技术的特点。德国的宝马公司从1992年起，陆续推出用于四档和五档自动变速器的自适应控制系统，能够自动识别驾驶员的类型，环境条件和行驶状况，并对换挡规律做出适当调整。我国应用液力传动始于五十年代，自行研制出了内燃机车和红旗CA770三排座高级轿车的液力传动系统，随后液力传动液在我国获得了一定发展，此外，部分均匀车辆上使用了液力自动变速器，但发展速度要落后于发达国家。 汽车自动变速器常见的有四种型式：分别是液力自动变速器（AT)、机械无级自动变速器（CVT)、电控机械自动变速器（AMT)、双离合器自动变速器（Dual Clutch Transmission-DCT）。目前轿车普遍使用的是AT，AT几乎成为自动变速器的代名词。 AT是由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。其中液力变扭器是AT最重要的部件。它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，兼有传递扭矩和离合的作用。 1.2.1 按变速形式分：可分为有级变速器与无级变速器两种。有级变速器是具有有限几个定值传动比（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已逐步增多。 1.2.2 按无级变矩的种类分： 按无级变矩的种类分，自动变速器可分为：液力变矩器自动变速器，就是在液力变矩器后面装一个齿轮变速系统。 机械式自动变速器 ，它是由离合器和依据车速、油门开度改变，V型带轮的作用半径而实现无级变速的。“电动轮”无级变速，它取消了机械传动中的传统机构，而代之以电流输至电动机，以驱动和电动机装成一体的车轮。 1.2.3 按自动变速器前进挡的挡位数不同分： 自动变速器按前进挡的档位数不同，可分为2个前进挡、3个前进挡、4个前进挡三种。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。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，大大改善了汽车的燃油经济性。 1.2.4 按齿轮变速器的类型分： 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，使用较少。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。 按齿轮变速系统的控制方式分： 可分为液控自动变速器和电液控自动变速器。液控自动变速器是通过机械的手段，将汽车行驶时的车速及节气门开度两个参数转变为液压控制信号；阀板中的各个控制阀根据这些液压控制信号的大小，按照设定的换挡规律，通过控制换挡执行机构动作，实现自动换挡，现在使用较少。 电液控自动变速器是通过各种传感器，将发动机转速、节气门开度、车速、发动机水温、自动变速器液压油温度等参数转变为电信号，并输入电脑；电脑根据这些电信号，按照设定的换挡规律，向换挡电磁阀、油压电磁阀等发出电控制信号；换挡电磁阀和油压电磁阀再将电脑的电控信号转变为液压控制信号，阀板中的各个控制阀根据这些液压控制信号，控制换挡执行机构的动作，从而实现自动变速。 第2章 自动变速器的基本组成图2-12自动变速器结构图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，都是由液力变矩器和齿轮式自动变速器组合起来的。常见的组成部分有液力变矩器、行星齿轮机构、离合器、制动器、油泵、滤清器、管道、控制阀体、速度调压器等，按照这些部件的功能，可将它们分成液力变矩器、变速齿轮机构、供油系统、自动换挡控制系统和换挡操纵机构等五大部分。 液力变矩器 液力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扭矩比，具有一定的减速增扭功能。 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档执行机构两部分。 图2-23自动变速器行星齿轮机构，是自动变速器的重要组成部分之一，主要由于太阳轮（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、制动器和单向超越离合器等组成。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。单向超越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。 供油系统 图2-34液力自动变速器内部结构自动变速器的供油系统主要由油泵、油箱、滤清器、调压阀及管道所组成。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。在发动机运转时，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、自动换挡控制系统部分提供一定油压的液压油。油压的调节由调压阀来实现。 自动换挡控制系统 自动换挡控制系统能根据发动机的负荷（节气门开度）和汽车的行驶速度，按照设定的换挡规律，自动地接通或切断某些换挡离合器和制动器的供油油路，使离合器结合或分开、制动器制动或释放，以改变齿轮变速器的传动比，从而实现自动换挡。 自动变速器的自动换挡控制系统有液压控制和电液压（电子）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。不同型号的自动变速器阀体总成的安装位置有所不同，有的装置于上部，有的装置于侧面，纵置的自动变速器一般装置于下部。 在液压控制系统中，增设控制某些液压油路的电磁阀，就成了电器控制的换挡控制系统，若这些电磁阀是由电子计算机控制的，则成为电子控制的换挡系统。 换挡操纵机构 自动变速器的换挡操纵机构包括手动选择阀的操纵机构和节气门阀的操纵机构等。驾驶员通过自动变速器的操纵手柄改变阀板内的手动阀位置，控制系统根据手动阀的位置及节气门开度、车速、控制开关的状态等因素，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的工作，实现自动换挡。 第3章 液力自动变速器工作原理图3-15自动变速器原理图AT传动系统的结构与手动档相比，在结构和使用上有很大的不同。手动档主要由齿轮和轴组成，通过不同的齿轮组合产生变速变矩；而AT传动系统是由液力变矩器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。其中，液力变扭器是AT最具特点的部件，它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，它直接输入发动机动力，并传递扭矩，同时具有离合作用。泵轮和涡轮是一对工作组合，它们就好似相对放置的两台风扇，一台风扇吹出的风力会带动另一台风扇的叶片旋转，风力成了动能传递的媒介，如果用液体代替空气成为传递动能的媒介，泵轮就会通过液体带动涡轮旋转，再在泵轮和涡轮之间加上导轮，通过反作用力使泵轮和涡轮之间实现转速差就可以实现变速变矩了。由于液力变矩器自动变速变矩范围不够大，因此在涡轮后面再串联几排行星齿轮来提高效率，液压操纵系统会随发动机工作的变化而自行操纵行星齿轮，从而实现自动变速变矩。辅助机构自动换档不能满足行驶上的多种需要，例如停泊、后退等，所以还设有干预装置（即手动拨杆），标志P(停泊）、R(后位）、N(空位）、D(前进位），另在前进位中还设有“2”和“1”的附加档位，用以起步或上斜坡之用。由于将其变速区域分成若干个变速比区段，只有在规定的变速区段内才是无级的，因此AT实际上是一种介于有级和无级之间的自动变速器。 液力自动变速器通常有两种类型：一种为前置后驱动液力自动变速器；另一种为前置前驱动液力自动变速器。液力自动变速器电子控制通过动力传动控制模块（PCM)接收来自汽车上各种传感器的电信号输入，根据汽车的使用工况对这些信息处理来决定液力自动变速器运行工况。按照这些工况，动力传动控制模块给执行机构发出指令，并实现下列功能：变速器的升档和降档；一般通过操纵一对电子换档电磁阀在通/断两种状态中转换；通过电子控制压力控制电磁阀(PCS)来调整管路油压；变矩器离合器（TCC)用以控制电磁阀的结合和分离时间。 自动变速器主要是根据车速传感器（VSS)、节气门位置传感器（TPS)以及驾驶员踩下加速踏板的程度进行升位和降位控制。 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。 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，并将所获得的信息转换成电信号输入到电控单元。电控单元根据这些信号，通过电磁阀控制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。第4章 液力自动变速器液控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、执行机构三部分组成。 动力源是被液力变距器驱动的油泵，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，除此之外还向行星齿轮变速器供润滑油。 控制机构大体包括主油系统、换档信号系统，换档阀系统和缓冲安全系统。根据其换档信号系统和换档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的液压缸。 油泵 自动变速器中油泵是重要总成之一，它技术状况的好坏，对自变器的性能及使用寿命有很大影响。油泵通常装在变距器的后端，有的是在变速器的后端，但是不管何位都是变距器的泵通过轴套或轴来驱动，转速与发动机相同。 常见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）。 内啮合齿轮式油泵 内啮合齿轮在自动变速器应最为普遍，它具有尺寸小、重量轻、流量脉动小、噪声低特点。内啮合齿轮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。 4.1.2 摆线转子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。4.1.3 叶片式油泵它由转子，定子，叶片及泵体等组成。叶片内端与内环接触，外端则与定子保持接触。当转子顺时针转动时，各叶片也随着在定子内旋转，同时完成油液的吸入与排除。叶片泵的结构复杂，制造精度高，所以常用于压力较高的液压系统中，使用较少。 主油路系统 自动变速器油从油泵泵出，既进入主油路系统。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，转速从1000r/min变化，从而使得油泵的输出流量和压力变化很大。当主油路压力过高时，会引起换档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的打滑，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：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。是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，不同档位时，具有不同油压的功能要求： 1、节气门开度小时，自变器所传距较小，离合器制动器不易打滑，主油路压力可以降低一些与之相反，应使油压升高。 2、自变器处于低挡行驶，所需转距较大，主油压要高而在高档时，自变器所传距小，可降低主油压。 3、倒档使用时间较少，为减少自变器尺寸，倒档执行机构做得较小，为避免打滑应提高油压。 换档信号系统 给自变器提供换档操纵的有两个信号，就是所谓的两发控制参数：发动机的负荷和离心速控阀提供信号。 节气门阀 节气门阀反应节气门开度大小变化时的油压。根据输入方式的不同可分为机械式节气门阀、真空式节气门阀两种。 机械式节气门阀：一种常见的机械式节气门阀，它由上部是节气门阀体、回位弹簧、下部的强制低档柱塞和调压弹簧等组成。节气门阀和强制低档柱塞并不直接接触，而是通过调压弹簧联系在一起，强制低档柱塞下装有滚轮，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档阀。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，将强制低档柱塞上推，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。加速踏板往下踩，就是节气门开度越大，节气门阀凸轮转动角度也越大，强制低档柱塞上移越多，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。 真空式节气门阀：真空式节气门阀由真空气室、推杆和润滑等组成。 膜片作用在推杆的力即与膜片的弹簧力大小有关，也与真空度有关。当节气门开度较小时进气管真空度较大，真空气室膜片对阀芯的推力减小，节气门阀输出油压较低；当节气门开度较大时，进气管真空度小，真空气室膜片对阀芯推力变大，节气门阀输出油压较高。也就是说，真空节气门阀所产生的控制信号油压随负荷大小而变化。 4.3.2 离心式速控阀 也叫离心调速阀或离心调速器 其作用：为自变器换档阀提供一个随车速变化的控制油压。原理是利用轴旋转时，重块所产生的离心力来控制润滑阀芯的位置故称离心式速控阀和中间传动复合式双级速控阀。 (1) 普通复合式双级速控阀 来自油泵的主油路压力油由速控阀盖左端面上的小孔A，经盖上的轴向油道，速控阀外壳左端面上油道，从阀入口P进入速控阀内，再由阀出口O经外壳左端面油道，盖上轴向油道及轴颈外槽中的经向小孔B输出。 离心速控阀输出油压的大小由主油路压力油入口P的开度即滑阀的轴向位置决定。变速器输出轴旋转时，滑阀自身的离心力及油压使滑阀向外移动（甩开）；而另一侧重块组件的离心力却通过速控阀轴力使滑阀向内（内收）移动。当变速器输出轴转速很低时，离心力很小，不足以平油压作用力，于是滑阀外移，并通过速控阀轴把另一侧的重块组件往内拉，入口P开度减小，输出油压相应减小。当输出转速逐渐生高时，重块组件的离心力迅速增大，拉动滑阀内移，使主油压入口P开度增大，阀输出油压随车速的提高而内急剧增大。 (2)中间传动复合式双级速控阀 前驱变速器，普通复合式双级速控阀难以布置，而中间传动复合式双级速空阀因其体积小，可放开在变速器的轴管内，由装在变速器输出轴上的齿轮间接驱动。因此在自动驱动桥中较多采用中间传动复合式双级速控阀。 当来自主油路的压力油由进油口A进入后，经阀芯左端，将阀芯向右推，使A口关小，泄压口C增大，速控阀输出压力减消。当从动齿轮带动阀芯，阀体及保持架旋转时，重块组件在离心力的作用下可绕销孔向外摆动。 在输出轴转速低时，重块所受离心力小，阀芯在油压的作用下处于较右的位置A D开度减小，速控输出油压速随之降低，输出轴转速越高，重块组件所受离心力越低阀芯被向左推移得越，速控阀输出油压就越高。从而使速控输出油压能随着输出轴转速的增大而增高。 换档阀系统 换档阀组根据换档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，由此决定所处不同档位。换档阀组主要由手动阀、换档阀组成。 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受柄控制。操纵手柄的作用与普通手动变速器的换档手柄不同。 手动变速器换档手柄的工作位置就是变速器的档位。变速器有几个档位，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变速器的工作方式，与档位数并不对应。如手柄置于前进档（D）位置时，对三档自动变速器而言，变速器可根据换档信号在1至3档之间自动变换；对四档自动变速器而言，变速器则可根据换档信号在1至4档之间自动换档。当手柄置于前进低档2位（或S位）时自动变速器只能在1至2档间自动变换。当手柄置于前进低档1位（或L位）时，自动变速器被限制在1档工作。手动阀还提供倒档（R）、空挡（N）、停车档（P）等功能。 换档阀 换档阀是弹簧液压作用式的方向控制阀，它有两个工作位置，可以实现升档或降档的自动变换。 强制低档阀 通常，只有车速降低一定数值时，自动变速器才能正常的回低档。但在绝大多数自动变速器中都装有强制低档阀，其作用是：当汽车已在较高车速下行驶，而此时把发动机油门踩到底仍觉加速不够强烈，则将自动变速器瞬时强制性的降低一档，即“强制低档”。由于此时的车速较高，液压变矩器已在偶合器工况或者闭锁工况工作，变矩比为1，无增矩作用，而发动机油门几乎已踩到底，功率输出接近最大。若将自动变速器降低一档，则由于传动比增加，输出转矩增大，在短暂的时间内，能起到极其强烈的加速作用，这是在非常情况下的迅速加速时所必需的。结合低一档后，车速的下降可通过发动机转速的增加得到弥补，因此可用于短时的超车。当加速的要求得到满足后，应立即松开油门踏板，否则在加速到接近发动机最大转速时再松油门升档，会对高档摩擦元件工作不利。 强制低档阀的工作原理是，从阀输出来自主油路的压力油，作用于各换档阀与节气门阀油压作用相同的一端，其共同作用结果是将换档阀阀芯向降档方向移动，从而使自动变速器降档。 缓冲安全系统 为防止自动变速器在换档时出现冲击，装有许多起缓冲和安全作用的液压阀和减振器。这类装置统称为缓冲安全系统。 缓冲阀 下面先从一个两档的自动变速器看缓冲阀的工作原理。该变速器在高档时需结合离合器，松开制动器；而低档时则制动器工作，离合器分离。蓄压减振器 自动变速器中也常用蓄压减振器来缓冲换档冲击，蓄压减振器也称蓄能减振器或减振器，一般由减振活塞和弹簧组成。 倒档离合器顺序阀 在一些自动变速器中装有倒档离合器顺序阀，它用于自动变速器换倒档时减小换档冲击。 调整阀 换档阀动作时，如主油路压力被立即加至执行元件，将会产生较大的冲击。为进行缓冲，油路中设置了一些调整阀，如中间调整阀、滑行调整阀等。其工作原理大体上相同。 液力变距器控制装置 自动变速器在液力工况下工作时，其内部的工作油液要传递发动机的大部分功率，而由于液力变矩器效率不够高，损失的功率转化成热的形式，使得油液的温度升高，过高的油温会加速油液的老化变质，破坏密封，甚至产生沸腾，影响正常工作。另外，变矩器工作轮中有些区域，工作液体的流速高，压力低，往往出现气蚀，使得传递的转矩减小。因此，液力变矩器控制装置的作用就是把变矩器中的高温油引出加以冷却，然后加压送回到变矩器进行补偿，如果是闭锁式液力变矩器，控制装置则还要控制变矩器中的闭锁离合器。 液力变矩器控制装置有压力调节阀、锁止信号阀、锁止继动阀（也称锁止中继阀）等阀及响应的油路组成。 4.6.1 压力调节阀 变矩器压力调节阀的作用是将主油路的压力减压后送人变矩器，因为油泵输出的油压较高，而变矩器的补偿油压只需要0.2Mpa0.5Mpa。不少自动变速器的压力调节阀与主油路调压阀做为一体，直接调节由主油路输出的压力油，然后送往变矩器。液力变矩器内的热油从导轮与泵轮之间或导轮与涡轮之间的通道引出，经冷却器冷却后用于行星齿轮变速器齿轮和轴承的润滑，然后流回油底壳。 4.6.2 锁止信号阀及锁止继动阀 液力变矩器中闭锁离合器的工作是由锁止信号阀和锁止继动阀共同控制。4.7 液控系统的工作原理图4-16变速器液控系统原理示意图换挡阀控制换挡油路，工作油压在换挡阀的控制下通过高档油路进入变速机构，使自动变速器挂上高档。通过低档油路进入变速机构，挂上低档。当汽车负荷大，节气门开度大，车速低时，节气门阀输出的节气门油压高，速控阀输出的速控油压低，换挡阀左侧大于右侧油压，阀芯右移，工作油压通过换挡阀低速油路进入变速机构，使低档离合器或制动器结合，自动变速器挂上低档。当汽车负荷小，车速高时，节气门阀输出的油压低，速控阀输出的油压高，换挡阀右侧油压大于左侧油压，阀芯左移，工作油压通过高档油路进入变速机构，使高档离合器或制动器结合，自动变速器挂上高档。换挡阀的移动取决于换挡阀左右两侧的节气门油压和速控油压的油压差，阀芯移动将使不同的离合器制动器结合，从而使变速机构输出不同的档位。第5章 液力变矩器图5-17液力变矩器构造图5.1 液力变矩器的组成图5-28液力变矩器结构图液力变矩器主要由可旋转的泵轮3和涡轮2以及固定不动的导轮4三个零件组成。这些零件的形状如上图所示。各工作轮用铝合金精密制造，或用钢板冲压焊接而成。泵轮和变矩器壳7练成一体，用螺栓固定在发动机曲轴后端的凸缘上。变矩器壳做成两半，装配后焊成一体。壳体外面有启动齿圈。涡轮通过从动轴5与传动系统的其他部件相连。导轮固定在不动的导轮固定套上。所有工作轮装配后，形成断面为循环圆的环状体。 液力变矩器的工作原理与液力耦合器一样，液力变矩器正常工作时，储于环形腔内的工作液除有变矩器轴的圆周运动外，还有在循环圆的循环流动，故能将转矩从泵轮传到涡轮上。与耦合器不同的是，变矩器不仅能传递转矩，而且能在泵轮转矩不变的情况下，随着涡轮的转速（反映汽车行驶速度）不同而改变涡轮输出的转矩数值。变矩器之所以能起变矩作用，是因为结构上比耦合器多了导轮机构。在循环流动的过程中，固定不动的导轮给一个反作用力矩，使涡轮输出的转矩不同于泵轮输入的转矩。图5-39液力变矩器原理展开图下面用变矩器工作轮的展开图来说明变矩器的工作原理。展开图的制取方式如上图所示。将循环圆的中间流线展开成一直线，各循环圆中间流线均在同一平面上展开。于是在展开图上，泵轮B，涡轮A，导轮C便成为三个环形平面，且工作轮的叶片角度也清楚地显示出来。为了便于说明，设发动机转速及负荷不变，即变矩器泵轮的转速n及转矩M为常数。先讨论汽车起步状况，开始时涡轮转速 n为零，工作液在泵轮叶片带动下，以一定的绝对速度沿图中箭头3的方向冲向涡轮叶片。因涡轮静止不动，液流将沿着叶片流出涡轮并冲向导轮，液流方向如图中箭头2所示。然后液流再从固定不动的导轮叶片沿箭头1方向流入泵轮中。当液体流过叶片时，受到叶片的作用力，其方向发生变化。设泵轮，涡轮和导轮对液流的作用转矩分别为M，M和M。根据液流受力平衡条件M= M+M。由于液流对涡轮的作用转矩M与M方向相反而大小相等，因而在数值上，涡轮转矩等于泵轮转矩与导轮转矩之和。显然，此时涡轮转矩M大于泵轮转矩M，即液力变矩器起了增大转矩的作用。当变矩器输出的转矩经传动系统传到驱动轮上所产生的驱动力足以克服汽车起步阻力时，汽车即起步并开始加速，与之相联系的涡轮转速n也从零逐渐相加。这时，液流在涡轮出口处不仅具有沿叶片方向的相对速度w，而且具有沿圆周方向的牵连速度u，故冲向导轮叶片的液流的绝对速度v应是两者的合成速度。因原设泵轮转速不变，起变化的只是涡轮转速，故涡轮出口处相对速度w不变，只是牵连速度u起变化。由图可见，冲向导轮叶片的液流的相对速度v将随着牵连速度的增加而逐渐向左倾斜，使导轮上所受转矩值逐渐减小。当涡轮转速增大到某一数值，由涡轮流出的液流正好沿导轮出口方向冲向导轮时，由于液体流经导轮时方向不变，故导轮转矩M为零，于是涡轮转矩与导轮转矩相等，即M = M。若涡轮转速继续增大，液流绝对速度的方向继续向左倾斜，导轮转矩方向与泵轮转矩方向相反，则涡轮转矩为前两者之差（M = M- M），即变矩器输出转矩反而比输入转矩小。当涡轮转速增大到与泵轮转速相等时，工作液在循环圆中的流动静止，将不能传递动力。变矩器在泵轮转速n和转矩M不变的条件下，涡轮转矩M随其转速n变化的规律称为液力变矩器特性。液力变矩器传动比i的定义与齿轮变速器不同，为输出转速（即涡轮转速n）与输入转速（即泵轮转速n）之比，即i= n/n。液力变矩器输出转矩M与输入转矩（即泵轮转矩M）之比称为变矩系数，用K表示，即K= M/ M。第6章 变速齿轮机构 行星齿轮机构6.1.1 行星齿轮机构的组成行星齿轮机构，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。行星齿轮为周转式齿轮系统，与定轴式齿轮系统一样，也可以变速、变扭。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。图6-110行星齿轮机构组成 单排行星齿轮机构工作原理行星齿轮不同组合方式下的转向和传动比：表6-1 行星齿轮不同组合方式下的转向和传动比固定件主动件从动件变速传动比转向1齿圈太阳轮行星架降速相同2齿圈像星架太阳轮升速相同3太阳轮齿圈行星架降速相同4太阳轮行星架齿圈升速相同5行星架太阳轮齿圈降速相反6行星架齿圈太阳轮升速相反7任意两元件一元件同速1相同8一元件无固定输出第六种组合方式由于升速较大，主被动件转向相反，在汽车上通常不用这种组合方式，其余的几种组合方式比较常用。由于自动变速器上的主动件和被动件不能互换，所以自动变速器中只采用一排行星齿轮，不能满足各种工况的要求，通常采用两到三排行星齿轮，两到三根轴。对于相对运动，也就是站在行星架上观察时，各轮传动如定轴轮系，存在一定的转速关系，如下式所示：= （6-1）式中（n-n）-太阳轮相对行星架的转速（）；（n-n）-齿圈相对行星架的转速（）； K-齿圈齿数和太阳轮齿数之比，称为行星排特性参数（K=）.由上式可得行星排转速特性方程式。对于单行星，上式取负值，得n+K-(1+K)n=0对于双行星，上式取正值，得n-K+(K-1)n=0方程式反映了行星排是两自由度机构。它与一个自由度的定轴齿轮传动不同，定轴齿轮传动旋转构件之间有固定的转速关系，而行星排三元件中任二元件之间无固定的转速关系，他们之间的转速关系是随行星架转速的变化而变化，要使行星排的任二元件间有确定的转速关系，必须再增加一个关系式（如对行星架进行制动，使等于零，或者使行星架有一个固定的转速）。档位设置：行星齿轮架作从动件-1档或2档两元件连接后带另一元件-3档行星齿轮架作主动件-O/D档行星齿轮架固定-倒档。行星齿轮之间齿数的关系：齿圈的齿数=太阳轮的齿数+行星轮的齿数2根据桑塔纳动力参数选定：太阳轮 Z=34 行星轮 Z=21 太阳轮设计计算 选择直齿轮，虽然直齿轮在强度和性能上不及斜齿轮，但考虑到太阳轮要和离合器钢片相啮合传动动力，如果选择斜齿轮则还要另外设计伸出项以便于和离合器钢片啮合，为了减少材料浪费以及缩小空间，权衡考虑还是选择直齿轮。参数：z=34 m=2.5 b=301. 按齿面弯曲强度校核由公式 = （6-2）式中节点区域系数，查取选择2.5（标准直齿轮）重合度系数，其值与和K载荷系数，K=其中F圆周力，F=，计算得3295N齿数比，计算得=2代入数值得：又 = （6-3）其中试验齿轮的齿面接触疲劳极限，选择570 MP(调制碳钢)接触强度计算得安全系数，一般取带入数据得=655比较有，符合条件，满足要求。2. 按齿根弯曲疲劳强度校核由公式 =YYY (6-4)式中K,，F，b，m同前YYY代入数据计算得R= F-R=2160-395=1711NF=1777N又 =/式中试验齿轮齿根弯曲疲劳极限应力。查取得250 MP齿根弯曲强度计算安全系数。一般取代入数据得：=2501.5/1.25=300比较有，符合条件，满足要求。行星轮设计计算参数z=21 m=2.5 b=30=各符号含义参看太阳轮，查表计算得：=189.8 MP =2.5 =0.7 F=1098 K=1.42 b=30 d=52.5 =2代入数据得：=41比较有，符合条件，满足要求。由公式 =YYY ( 6-5)各符号含义参看太阳轮，查表计算有:K=1.42 FY=2.45 Y=1.65 Y代入数据得=0.7=73.2 MP比较有后内齿圈转速传力过程：输出轴顺转后行星架顺转行星齿轮逆转太阳轮顺转前齿圈顺转带动前行星架顺转（此时F2不起作用，前行星齿轮不转）-反拖力无法传到输入轴。 D-2档：C2、F0、C1、B2、F1工作后齿圈顺转带动后行星齿轮顺转，试图使太阳轮逆转，由于太阳轮被B2、F1单向锁止，故后行星齿轮绕太阳轮旋转，并带动后行星架顺转。此时前排行星齿轮机构处于空载运行。图6-716行星排后排行星齿轮：齿圈顺转 行星齿轮顺转 行星架顺转 太阳轮固定（被B2、F1锁止）前排行星齿轮：太阳轮固定 行星架顺转 行星齿轮顺转 齿圈顺转 处于空载运行反拖时：输出轴转后内齿圈转速传力过程：输出轴顺转后行星架顺转行星齿轮逆转太阳轮顺转（此时F1不起作用）-前齿圈顺转带动前行星架顺转（F2不起作用，前行星齿轮不转）-反拖力无法传到输入轴 D-3档（直接档）：C0、F0、C1、C2、B2工作传力过程：8与9同向同样速度旋转，后排行星齿轮机构成为一个整体。图6-817行星排后排行星齿轮：齿圈顺转 行星齿轮不转 行星架顺转 太阳轮顺转（B2制动，F1起单向作用）前排行星齿轮：太阳轮顺转 行星架顺转 行星齿轮不转 齿圈顺转反拖时：输出轴转速后内齿圈转速=太阳轮转速传力过程：输出轴顺转后行星架顺转后内齿圈顺转太阳轮顺转反拖力传到输入轴。起发动机制动作用 2-1档：C0、F0、C1、F2工作工作原理与D-1档相同。 2-2档：C0、F0、C1、B1、B2、F1工作传力过程：5-C1-6-8-11-9-12-10后齿圈顺转带动后行星齿轮顺转，由于太阳轮被B1锁止，故后行星齿轮绕太阳轮旋转，并带动后行星架顺转。此时前排行星齿轮机构处于空载运行。图6-918行星排后排行星齿轮：齿圈顺转 行星齿轮顺转 行星架顺转 太阳轮固定前排行星齿轮：太阳轮固定 行星架顺转 行星齿轮顺转 齿圈顺转 处于空载运行反拖时：输出轴转速后内齿圈转速传力过程：输出轴顺转后行星架顺转、前齿圈顺转前行星齿轮顺转前行星架顺转太阳轮固定（B1作用）-后行星齿轮顺转后齿圈顺转反拖力传到输入轴。6.3.7 L-1档：C0、F0、C1、B3、F2工作传力过程：图6-1019行星排后排行星齿轮：齿圈顺转 行星齿轮顺转 行星架顺转 太阳轮逆转前排行星齿轮：太阳轮逆转 行星架固定 行星齿轮顺转 齿圈顺转反拖时：输出轴转速后内齿圈转速传力过程：输出轴顺转后行星架顺转、前齿圈顺转前行星架固定（B3作用）-前行星齿轮顺转太阳轮逆转后行星齿轮顺转后齿圈顺转反拖力传到输入轴。 倒档：C0、F0、C2、B3工作传力过程： B3制动使行星架14固定，此时后排行星齿轮机构