畢業(yè)設(shè)計（論文）-汽車自動變速器的故障分析.doc

河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校2006級畢業(yè)設(shè)計第1章 概 述現(xiàn)代汽車上廣泛采用火塞式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，由于發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩變化范圍較小，不能適應(yīng)汽車在各種道路條件下行使的要求，常常要求汽車的牽引力和車速能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化，因此在汽車傳動系中，采用了可以改變轉(zhuǎn)速比和傳動扭矩比的裝置，即變速器。變速器是汽車底盤中的主要總成之一，它與發(fā)動機(jī)配合工作，使汽車具有良好的動力能和經(jīng)濟(jì)性能。汽車變速器可以擴(kuò)大發(fā)動機(jī)傳給驅(qū)動車輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)汽車在各種條件下行使的需要。變速器能在保持發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動方向不變的情況下，實現(xiàn)倒車；還能利用空擋暫時地切斷發(fā)動機(jī)與傳動系統(tǒng)的動力傳遞，使發(fā)動機(jī)處于怠速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。正確地操縱變速器是駕駛員一項重要技能和繁重的工作。為提高駕駛員操作的輕便性，減輕駕駛員的疲勞程度，提高汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性，人們在改進(jìn)變速器的結(jié)構(gòu)和換擋方法上作了很大的努力，目前已經(jīng)廣泛使用的自動變速器便是其杰出的代表。1.1 自動變速器的發(fā)展和應(yīng)用1.1.1 自動變速器的發(fā)展1904年美國通用汽車公司的凱迪拉克（cadillac）汽車采用了手操縱的三擋行星齒輪變速器，福特（fort）汽車采用了二擋行星齒輪變速器；1962年別克小轎車開始使用液力機(jī)械傳動的變速器；1933年美國的瑞歐汽車使用了一種半自動變速器；1938年美國克來斯勒汽車公司采用了液力偶合器，并在1939年，首先成功地研制了由液力偶合器和行星齒輪變速器組成的4擋液力變速器，并裝于該公司生產(chǎn)的轎車oldobile上。該變速器被認(rèn)為是自動變速器的代表，是當(dāng)今自動變速器的原始形式。隨著新技術(shù)的不發(fā)展，自動變速器結(jié)構(gòu)不斷得到改進(jìn)，逐步走向成熟。19391950年的11年間是液力自動變速器的成長期。這時期的結(jié)構(gòu)特點是液力傳動部件采用液力耦合器，機(jī)械變速部分采用行星齒輪。這種形式結(jié)構(gòu)雖簡單，成本也低，但液力傳動部分只能起到聯(lián)軸節(jié)的作用，不能改變轉(zhuǎn)矩，而傳動轉(zhuǎn)矩的改變則完全由行星齒輪機(jī)構(gòu)來完成。1950年美國福特汽車公司成功研制了裝用液力變矩器的3擋液力自動變速器，從此轎車用的液力自動變速器進(jìn)入了成熟期。1977年后，日本豐田汽車公司成功研制了具有超速擋的液力自動變速器。該變速器采用三元件液力變矩器與多擋行星齒輪相組合的結(jié)構(gòu)，這不但提高了變速器的變矩比，而且使換擋圓滑，傳速效率也更高。液力自動變速器行星齒輪機(jī)構(gòu)的擋數(shù)和速度比范圍，隨著汽車的高速比，低油耗和低噪音等要求的不斷提高而有增加的傾向，1977年豐田公司開發(fā)的4擋液力自動變速器和1989年的日產(chǎn)汽車公司開發(fā)的5擋液力自動變速器都已經(jīng)裝車使用。這兩種變速器都是在原3擋和4擋液力變速器的基礎(chǔ)上，加裝一組行星變速齒輪機(jī)構(gòu)而形成的。1983年，日產(chǎn)汽車公司成功研制了4擋液力自動變速器用行星齒輪機(jī)構(gòu)，其最大的特點是結(jié)構(gòu)緊湊，從而為液力自動變速器的多擋化提供了條件。液力變矩器的優(yōu)點是可增大起步轉(zhuǎn)矩，提高車輛的加速性能，降低變速時傳動系的沖擊，可并緩和發(fā)動機(jī)曲軸的扭振作用。但由于起泵輪和渦輪之間存在轉(zhuǎn)速差，使其傳動效率隨之降低，因此常采用鎖止機(jī)構(gòu)，使泵輪和渦輪在一定工況下連接成一體。這樣，發(fā)動機(jī)的動力便可以直接傳給變速器的行星機(jī)構(gòu)，從而提高了傳動效率。機(jī)械式鎖止方式最早在1939年美國通用汽車公司生產(chǎn)的hdramatic上使用過。1977年，美國克萊斯勒汽車公司在變速器上用由液力控制的帶減振器的離合器，使鎖止裝置進(jìn)入了成熟期。對于多擋的液力自動變速器，通常僅在最高擋時使鎖止離合器結(jié)合。后來，為了減少滑轉(zhuǎn)損失，1982年起在其他擋位上也開始使用。由于在變速過程中進(jìn)行鎖止會產(chǎn)生較大的沖擊，故需要在變速時暫將其解除，而在變速后再進(jìn)行鎖止，即換擋前使離合器自動分離，換擋后使離合器自動結(jié)合。為此，研制出了多種的控制方式，其中以電控方式效果較好。鎖止離合器的實用化已有十幾年歷史，目前已非常普遍。1969年，法國雷諾汽車公司首先采用了電控液力自動變速器。其控制方式是由計算機(jī)依據(jù)檢測到的車輛速度和節(jié)氣門開度的電信號，來判斷變速的時機(jī)，并確定變速程序。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，隨著電子技術(shù)的發(fā)展和計算機(jī)的進(jìn)一步微型化，變速器的控制功能和可靠性得到提高，而且成本也大為降低。1991年，美國通用汽車公司在前輪驅(qū)動的轎車上裝用4t60e型電控液力自動變速器。同年，福特汽車公司也在兩種前掄驅(qū)動的轎車上裝用了axode型4擋電控液力自動變速器，其電子控制裝置并入福特ec-iv型發(fā)動機(jī)的中央控制系統(tǒng)。1978年原聯(lián)邦德國奔馳汽車公司生產(chǎn)的轎車，裝有液力自動變速器的汽車，發(fā)動機(jī)排量在4.5l以上占100%；3.5l的占80%；六缸發(fā)動機(jī)的占68%；四缸發(fā)動機(jī)占26%以車型緊湊，價格和油耗低著稱于世的日本轎車，液力自動變速器的裝車率也不斷增長，1982年大，中，小型三種客車，平均占26%，到1986年增到41%，已達(dá)到普及階段。我國年應(yīng)用液力傳動專職始于20世紀(jì)50年代，自行研制出了紅旗（ca7560）三排座高級的液力 傳動系統(tǒng)。隨后，液力傳動便在我國獲得了穩(wěn)步發(fā)展。至今。它在汽車，內(nèi)燃機(jī)，拖拉機(jī)，石油機(jī)械，船舶，軍事運(yùn)輸裝備等方面應(yīng)用都很普遍。目前我國生產(chǎn)的捷達(dá)，富康，別克等部分型號的汽車上已裝備了液力自動變速器。1.2 自動變速器的特點機(jī)械齒輪變速器具有效率高，工作可靠，結(jié)構(gòu)比較簡單等優(yōu)點，故被廣泛地應(yīng)用在各種汽車上。但是對于諸如高級小客車，超重自卸汽車，要求高通過性的軍用越野汽車及城市的大型公共汽車等車型采用自動變速器則能更好地滿足其特殊的使用條件和要求。1.2.1 自動變速器的優(yōu)點(1) 優(yōu)異的駕駛性能汽車駕駛性能的好壞，除與汽車本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還取決于正確的控制和操縱。自動變速器能通過系統(tǒng)的設(shè)計，使整車自動去完成這些使用要求，以獲得最佳的燃料經(jīng)濟(jì)性和動力性。使得駕駛性能與駕駛員的技術(shù)水平關(guān)系不大，因而特別適合于非職業(yè)駕駛。例如，發(fā)動機(jī)處于非經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)與處于經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)相比，其油耗相差近一倍。此外，變速器擋位不同，傳動效率的高低也是有所不同。因此，要讓汽車在每一種負(fù)載，路況下都能同時兼顧發(fā)動機(jī)的最低油耗和變速器的最高效率，即使對駕駛員而言也是不是容易的事。但依靠自動變速技術(shù)，按照預(yù)先設(shè)定的最佳規(guī)律變換擋位就能實現(xiàn)。(2) 良好的行使性能自動變速裝置的擋位變換不但快而且平穩(wěn)，提高了汽車的乘坐舒適性。通過液體傳動及微電腦控制換擋，可以消除或降低動力傳動系統(tǒng)中的沖擊和動載。這對在地形復(fù)雜，路面惡劣條件下作業(yè)的工程車輛，軍用車輛尤其重要。實驗結(jié)果表明，在壞路段行使時，自動變速的車輛傳動軸上最大動載轉(zhuǎn)矩的峰值只有手動變速器的20-40；原地起步時最大動載轉(zhuǎn)矩的峰值只有手動變速器的50%-70%，且能大幅度延長發(fā)動機(jī)和系統(tǒng)零部件的壽命。(3) 高度的行車安全性在車輛行使過程中，駕駛員必修根據(jù)道路，交通條件的變化，對車輛的行使方向和速度進(jìn)行改變和調(diào)節(jié)。以城市大客車為例，平均每分鐘換擋3-5次。而每次換擋需手腳協(xié)同動作。正是由于這種連續(xù)不斷的頻繁操作，使駕駛員的注意力被分散，而且易產(chǎn)生疲勞，造成交通事故增加；或者是減少換擋，以操縱油門大小代替變速，即犧牲燃油經(jīng)濟(jì)性來減輕疲勞強(qiáng)度。自動變速的車輛，取消了離合器踏板和變速器操縱桿，只要控制油門踏板，就能自動變速，從而改善了駕駛員的勞動強(qiáng)度，使行車事故率降低，平均車速提高。 (4) 底污染的廢氣排放發(fā)動機(jī)在怠速和高速運(yùn)行時，排放的廢氣中ch或co化合物的濃度較高。而自動變速器的應(yīng)用，可使發(fā)動機(jī)經(jīng)常處于經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，也就是較小污排放的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作，從而降低了排氣污染。1.2.2 自動變速器的缺點 （1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜與手動變速器相比，自動變速器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，零件加工難度大，生產(chǎn)成本較高，維修成本高。(2) 效率不夠高與手動變速器相比，自動變速器的效率還不夠高。當(dāng)然，通過與發(fā)動機(jī)的匹配優(yōu)化，液力變矩器鎖閉，增加擋位等措施，可使自動變速器接近手動變速器的效率水平。隨著汽車技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是汽車液力自動變速器性能的不斷改進(jìn)提高，最佳換擋理論的實踐，使液力變矩器能按照汽車所獲得的最佳油耗規(guī)律進(jìn)行自動換擋。因此在城市內(nèi)使用時，已經(jīng)有可能比裝用機(jī)械變速器的轎車更省油。對此，汽車的使用者和維修人員必須有一個既全面而又正確的認(rèn)識。第2章 自動變速器組成及工作過程自動變速器主要由液力變矩器，齒輪變速器，液壓供油系統(tǒng)，控制系統(tǒng)等幾部分組成。2.1 基本組成2.1.1 液力變矩器液力變矩器位于自動變速器的最前端，安裝在發(fā)動機(jī)的飛輪上，其作用與采用手動變速器的汽車中的離合器相似。它利用油液循環(huán)流動過程中動能的變化將發(fā)動機(jī)的動力傳遞給自動變速器的輸入軸，并能根據(jù)汽車行使阻力的變化，在一定范圍內(nèi)自動地，無級地改變傳動比和轉(zhuǎn)矩比，具有一定的減速增矩功能。2.1.2 變速齒輪機(jī)構(gòu)現(xiàn)代自動變速器中主要采用的是行星齒輪式變速機(jī)構(gòu)，其主要包括行星齒輪機(jī)構(gòu)和換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分。 行星齒輪機(jī)構(gòu)是自動變速器的重要組成部分之一，主要由太陽輪（也稱中心輪）、內(nèi)齒圈、行星架和行星齒輪等元件組成。行星齒輪機(jī)構(gòu)是實現(xiàn)變速的機(jī)構(gòu)，速比的改變是通過以不同的元件作主動件和限制不同元件的運(yùn)動而實現(xiàn)的。在速比改變的過程中，整個行星齒輪組仍在運(yùn)動，動力傳遞沒有中斷，因而實現(xiàn)了動力換擋。換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是用來改變行星齒輪中的主動元件或限制某個元件的運(yùn)動，改變動力傳遞的方向和速比，主要由多片式離合器、制動器和單向超越離合器等組成。離合器的作用是把動力傳給行星齒輪機(jī)構(gòu)的某個元件使之成為主動件。制動器的作用是將行星齒輪機(jī)械中的某個元件抱住，使之止動。單向超越離合器也是行星齒輪變速器的換擋元件之一，其作用主要是限制某些元件的旋轉(zhuǎn)方向，協(xié)助完成動力流向和發(fā)動機(jī)制動。2.1.3 油泵自動變速器的供油系統(tǒng)主要由油泵、濾清器、調(diào)壓閥及管道所組成。油泵是自動變速器最重要的總成之一，它通常安裝在變矩器的后方，由變矩器的泵輪驅(qū)動。2.1.4 自動換擋控制系統(tǒng)自動換擋控制系統(tǒng)能根據(jù)發(fā)動機(jī)的負(fù)荷（節(jié)氣門開度）和汽車的行駛速度，按照設(shè)定的換擋規(guī)律，自動地接通或切斷某些換擋離合器和制動器的供油油路，使離合器結(jié)合或分開、制動器制動或釋放，以改變齒輪變速器的傳動比，從而實現(xiàn)自動換擋。自動變速器的自動換擋控制系統(tǒng)有液壓控制和電子液壓控制兩種。液壓控制系統(tǒng)是由閥體和各種控制閥及油路所組成的，閥門和油路設(shè)置在一個板塊內(nèi)，稱為閥體總成。不同型號的自動變速器閥體總成的安裝位置有所不同，有的裝置于上部，有的裝置于側(cè)面，縱置的自動變速器一般裝置于下部。在液壓控制系統(tǒng)中，增設(shè)控制某些液壓油路的電磁閥，組成了電子控制的換擋控制系統(tǒng)，若這些電磁閥是由電子計算機(jī)控制的，則成為電子控制的換擋系統(tǒng)。2.1.5 換擋操縱機(jī)構(gòu)自動變速器的換擋操縱機(jī)構(gòu)包括手動換擋閥的操縱機(jī)構(gòu)和節(jié)氣門閥的操縱機(jī)構(gòu)等。駕駛員通過自動變速器的操縱手柄改變閥板內(nèi)的手動閥位置，控制系統(tǒng)根據(jù)手動閥的位置及節(jié)氣門開度、車速、控制開關(guān)的狀態(tài)等因素，利用液壓自動控制原理或電子自動控制原理，按照一定的規(guī)律控制齒輪變速器中的換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作，實現(xiàn)自動換擋。2.2 類型不同車型所裝用的自動變速器在形式、結(jié)構(gòu)上往往有很大的差異，常見的分類方法和類型如下：2.2.1 按變速方式分類汽車自動變速器按變速方式的不同，可分為有級變速器和無級變速器兩種。有級變速器是具有有限幾個定值傳動比（一般有35個前進(jìn)擋和一個倒擋）的變速器。無級變速器是能使傳動比在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的變速器，無級變速器目前在汽車上應(yīng)用較少。2.2.2 按汽車驅(qū)動方式分類自動變速器按照汽車驅(qū)動方式的不同，可分為后驅(qū)動自動變速器和前驅(qū)動自動變速器兩種。這兩種自動變速器在結(jié)構(gòu)和布置上有很大的不同。 后驅(qū)動自動變速器的變矩器和齒輪變速器的輸人軸及輸出軸在同一軸線上，發(fā)動機(jī)的動力經(jīng)變矩器、齒輪變速器、傳動軸、后驅(qū)動橋的主減速器、差速器和半軸傳給左右兩個后輪。這種發(fā)動機(jī)前置、后輪驅(qū)動的布置形式，其發(fā)動機(jī)和自動變速器都是縱置的，因此軸向尺寸較大，在小型客車上布置比較困難。后驅(qū)動自動變速器的閥板總成一般布置在齒輪變速器下面的油底殼內(nèi)。 前驅(qū)動自動變速器除了具有與后驅(qū)動自動變速器相同的組成部分外，在自動變速器的殼體內(nèi)還裝有差速器。前驅(qū)動汽車的發(fā)動機(jī)有縱置和橫置兩種?？v置發(fā)動機(jī)的前驅(qū)動自動變速器的結(jié)構(gòu)和布置與后驅(qū)動自動變速器基本相同，只是在后端增加了一個差速器。橫置發(fā)動機(jī)前驅(qū)動自動變速器由于汽車橫向尺寸的限制，要求有較小的軸向尺寸，因此通常將輸人軸和輸出軸設(shè)計成平行軸線的方式：變矩器和齒輪變速器輸人軸布置在上方，輸出軸布置在下方。這樣的布置減少了變速器總體的軸向尺寸，但增加了變速器的高度，因此常將閥板總成布置在變速器的側(cè)面或上方，以保證汽車有足夠的最小離地間隙。2.2.3 按自動變速器前進(jìn)擋的擋位數(shù)不同分類自動變速器按前進(jìn)擋的擋位數(shù)不同，主要可分為2個前進(jìn)擋、3個前進(jìn)擋、4個前進(jìn)擋3種。早期的自動變速器通常為2個前進(jìn)擋或3個前進(jìn)擋。這兩種自動變速器都沒有超速擋，其最高擋為直接擋。新型轎車裝用的自動變速器基本上都是4個前進(jìn)擋，即設(shè)有超速擋。這種設(shè)計雖然使自動變速器的構(gòu)造更加復(fù)雜，但由于設(shè)有超速擋，大大改善了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。2.2.4 按齒輪變速器的類型分類自動變速器按齒輪變速器的類型不同，可分為普通齒輪式和行星齒輪式兩種。普通齒輪式自動變速器體積較大，最大傳動比較小，只有少數(shù)幾種車型使用（如本田accord轎車）。行星齒輪式自動變速器結(jié)構(gòu)緊湊，能獲得較大的傳動比，為絕大多數(shù)轎車采用。2.2.5 按變矩器的類型分類轎車自動變速器基本上都是采用結(jié)構(gòu)簡單的單級三元件綜合式液力變矩器。這種變矩器又分有鎖止離合器和無鎖止離合器兩種。早期的變矩器中沒有鎖止離合器，在任何工況下都是以液力的方式傳遞發(fā)動機(jī)動力，因此傳動效率較低。新型轎車自動變速器大都采用帶鎖止離合器的變矩器，這樣當(dāng)汽車達(dá)到一定車速時，控制系統(tǒng)使鎖止離合器結(jié)合，液力變矩器輸人部分和輸出部分連成一體，發(fā)動機(jī)動力以機(jī)械傳遞的方式直接傳人齒輪變速器，從而提高了傳動效率，降低了汽車的燃油消耗量。2.2.6 按控制方式分類自動變速器按控制方式不同，可分為液力控制自動變速器和電子控制自動變速器兩種。液力控制自動變速器是通過機(jī)械的手段，將汽車行駛時的車速及節(jié)氣門開度兩個參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤嚎刂菩盘?；閥板中的各個控制閥根據(jù)這些液壓控制信號的大小，按照設(shè)定的換擋規(guī)律，通過控制換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，實現(xiàn)自動換擋。電子控制自動變速器是通過各種傳感器，將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、車速、發(fā)動機(jī)水溫、自動變速器液壓油溫度等參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺⑤斎穗娔X；電腦根據(jù)這些電信號，按照設(shè)定的換擋規(guī)律，向換擋電磁閥、油壓電磁閥等發(fā)出電子控制信號；換擋電磁閥和油壓電磁閥再將電腦的電子控制信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤嚎刂菩盘枺y板中的各個控制閥根據(jù)這些液壓控制信號，控制換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作，從而實現(xiàn)自動換擋。2.3 自動變速器的工作過程圖1-1 電控液力自動變速器的工作過程示意圖1-節(jié)氣門位置傳感器 2-液力變矩器 3-行星齒輪變速器 4-車速傳感器 5-液壓控制裝置 6-換擋閥 7-電磁閥自動變速器之所以能夠?qū)崿F(xiàn)自動換擋是因為工作中駕駛員踏下油門的位置或發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管的真空度和汽車的行駛速度能指揮自動換擋系統(tǒng)工作，自動換擋系統(tǒng)中各控制閥不同的工作狀態(tài)將控制變速齒輪機(jī)構(gòu)中離合器的分離與結(jié)合和制動器的制動與釋放，并改變變速齒輪機(jī)構(gòu)的動力傳遞路線，實現(xiàn)變速器擋位的變換。傳統(tǒng)的液力自動變速器根據(jù)汽車的行駛速度和節(jié)氣門開度的變化，自動變速擋位。其換擋控制方式是通過機(jī)械方式將車速和節(jié)氣門開度信號轉(zhuǎn)換成控制油壓，并將該油壓加到換擋閥的兩端，以控制換擋閥的位置，從而改變換擋執(zhí)行元件（離合器和制動器）的油路。這樣，工作液壓油進(jìn)入相應(yīng)的執(zhí)行元件，使離合器結(jié)合或分離，制動器制動或松開，控制行星齒輪變速器的升擋或降擋，從而實現(xiàn)自動變速。電控液力自動變速器是在液力自動變速器基礎(chǔ)上增設(shè)電子控制系統(tǒng)而形成的。它通過傳感器和開關(guān)監(jiān)測汽車和發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，接受駕駛員的指令，并將所獲得的信息轉(zhuǎn)換成電信號輸入到電控單元。電控單元根據(jù)這些信號，通過電磁閥控制液壓控制裝置的換擋閥，使其打開或關(guān)閉通往換擋離合器和制動器的油路，從而控制換擋時刻和擋位的變換，以實現(xiàn)自動變速。其工作過程如圖1-1所示。第3章 自動變速器的結(jié)構(gòu)與工作原理3.1 液力耦合器和液力變矩器的結(jié)構(gòu)與工作原理圖1-2 液力耦合器的基本構(gòu)造1-輸入軸 2-泵輪葉輪 3-渦輪葉輪 4-輪出軸現(xiàn)代汽車上所用自動變速器，在結(jié)構(gòu)上雖有差異，但其基本結(jié)構(gòu)組成和工作原理卻較為相似，前面已介紹了自動變速器主要由液力變矩器、變速齒輪機(jī)構(gòu)、供油系統(tǒng)、自動換擋控制系統(tǒng)、自動換擋操縱裝置等部分組成。本章將分別介紹自動變速器中各組成部分的常見結(jié)構(gòu)和工作原理，為自動變速器的拆裝和故障檢修提供必要的基本知識。汽車上所采用的液力傳動裝置通常有液力耦合器和液力變矩器兩種，二者均屬于液力傳動，即通過液體的循環(huán)液動，利用液體動能的變化來傳遞動力。3.1.1 液力耦合器的結(jié)構(gòu)與工作原理1、液力耦合器的結(jié)構(gòu)組成液力耦合器是一種液力傳動裝置，又稱液力聯(lián)軸器。在不考慮機(jī)械損失的情況下，輸出力矩與輸入力矩相等。它的主要功能有兩個方面，一是防止發(fā)動機(jī)過載，二是調(diào)節(jié)工作機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速。其結(jié)構(gòu)主要由殼體、泵輪、渦輪三個部分組成，如圖1-2所示。液力耦合器的殼體安裝在發(fā)動機(jī)飛輪上，泵輪與殼體焊接在一起，隨發(fā)動機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，是液力耦合器的主動部分：渦輪和輸出軸連接在一起，是液力耦合器的從動部分。泵輪和渦輪相對安裝，統(tǒng)稱為工作輪。在泵輪和渦輪上有徑向排列的平直葉片，泵輪和渦輪互不接觸。兩者之間有一定的間隙（約3mm4mm）；泵輪與渦輪裝合成一個整體后，其軸線斷面一般為圓形，在其內(nèi)腔中充滿液壓油。2、液力耦合器的工作原理當(dāng)發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，曲軸帶動液力耦合器的殼體和泵輪一同轉(zhuǎn)動，泵輪葉片內(nèi)的液壓油在泵輪的帶動下隨之一同旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，液壓油被甩向泵輪葉片外緣處，并在外緣處沖向渦輪葉片，使渦輪在液壓沖擊力的作用下旋轉(zhuǎn)；沖向渦輪葉片的液壓油沿渦輪葉片向內(nèi)緣流動，返回到泵輪內(nèi)緣的液壓油，又被泵輪再次甩向外緣。液壓油就這樣從泵輪流向渦輪，又從渦輪返回到泵輪而形成循環(huán)的液流。液力耦合器中的循環(huán)液壓油，在從泵輪葉片內(nèi)緣流向外緣的過程中，泵輪對其作功，其速度和動能逐漸增大；而在從渦輪葉片外緣流向內(nèi)緣的過程中，液壓油對渦輪作功，其速度和動能逐漸減小。液力耦合器要實現(xiàn)傳動，必須在泵輪和渦輪之間有油液的循環(huán)流動。而油液循環(huán)流動的產(chǎn)生，是由于泵輪和渦輪之間存在著轉(zhuǎn)速差，使兩輪葉片外緣處產(chǎn)生壓力差所致。如果泵輪和渦輪的轉(zhuǎn)速相等，則液力耦合器不起傳動作用。因此，液力耦合器工作時，發(fā)動機(jī)的動能通過泵輪傳給液壓油，液壓油在循環(huán)流動的過程中又將動能傳給渦輪輸出。由于在液力耦合器內(nèi)只有泵輪和渦輪兩個工作輪，液壓油在循環(huán)流動的過程中，除了受泵輪和渦輪之間的作用力之外，沒有受到其他任何附加的外力。根據(jù)作用力與反作用力相等的原理，液壓油作用在渦輪上的扭矩應(yīng)等于泵輪作用在液壓油上的扭矩，即發(fā)動機(jī)傳給泵輪的扭矩與渦輪上輸出的扭矩相等，這就是液力耦合器的傳動特點。圖1-3 渦輪處于不同轉(zhuǎn)速時的液流情況(a)渦輪不動（b）中速 （c）高速液力耦合器在實際工作中的情形是：汽車起步前，變速器掛上一定的擋位，起動發(fā)動機(jī)驅(qū)動泵輪旋轉(zhuǎn)，而與整車連接著的渦輪即受到力矩的作用，但因其力矩不足于克服汽車的起步阻力矩，所以渦輪還不會隨泵輪的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。加大節(jié)氣門開度，使發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速提高，作用在渦輪上的力矩隨之增大，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速增大到一定數(shù)值時，作用在渦輪上的力矩足以使汽車克服起步阻力而起步。隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的繼續(xù)增高，渦輪隨著汽車的加速而不斷加速，渦輪與泵輪轉(zhuǎn)速差的數(shù)值逐漸減少。在汽車從起步開始逐步加速的過程中，液力耦合器的工作狀況也在不斷變化，這可用如圖1-3所示的速度矢量圖來說明。假定油液螺旋循環(huán)流動的流速vt保持恒定，vl為泵輪和渦輪的相對線速度，ve為泵輪出口速度，vr為油液的合成速度。當(dāng)車輛即將要起步時，泵輪在發(fā)動機(jī)驅(qū)動下轉(zhuǎn)動而渦輪靜止不動。由于渦輪沒有運(yùn)動，泵輪與渦輪間的相對速度vl將達(dá)最大值，由此而得到的合成速度，即油液從泵輪進(jìn)入渦輪的速度vr也是最大的。油液進(jìn)入渦輪的方向和泵輪出口速度之間的夾角1也較小，這樣液流對渦輪葉片產(chǎn)生的推力也就較大。當(dāng)渦輪開始旋轉(zhuǎn)并逐步趕上泵輪的轉(zhuǎn)速時，泵輪與渦輪間的相對線速度減小，使合成速度vr減小，并使vr和泵輪出口線速度ve之間的夾角增大。這樣液流對渦輪葉片的沖擊力及由此力產(chǎn)生的承受扭矩的能力減小，不過隨著汽車速度的增加，需要的驅(qū)動力矩也迅速降低。當(dāng)渦輪高速轉(zhuǎn)動，即輸出和輸入的轉(zhuǎn)速接近相同時，相對速度vl和合成速度vr都很小，而合成速度vr與泵輪出口速度ve間的夾角很大，這就使液流對渦輪葉片的推力變得很小，這將使輸出元件滑動，直到有足夠的循環(huán)油液對渦輪產(chǎn)生足夠的沖擊力為止。由此可見，輸出轉(zhuǎn)速高時，輸出轉(zhuǎn)速趕上輸入轉(zhuǎn)速是一個連續(xù)不斷的趨勢，但總不會等于輸入轉(zhuǎn)速。除非在工作狀況反過來，變速器變成主動件，發(fā)動機(jī)變成被動件，渦輪的轉(zhuǎn)速才會等于或高于泵輪轉(zhuǎn)速。這種情況在下坡時可能會發(fā)生。3.1.2液力變矩器的結(jié)構(gòu)與工作原理液力變矩器是液力傳動中的又一種型式，是構(gòu)成液力自動變速器不可缺少的重要組成部分之一。它裝置在發(fā)動機(jī)的飛輪上，其作用是將發(fā)動機(jī)的動力傳遞給自動變速器中的齒輪機(jī)構(gòu)，并具有一定的自動變速功能。自動變速器的傳動效率主要取決于變矩器的結(jié)構(gòu)和性能。常用液力變矩器的型式有一般型式的液力變矩器、綜合式液力變矩器和鎖止式液力變矩器。其中綜合式液力變矩器的應(yīng)用較為廣泛。1、一般型式液力變矩器的結(jié)構(gòu)與工作原理圖1-4 液力變矩器1-飛輪 2-渦輪 3-泵輪 4-導(dǎo)輪 5-變矩器輸出軸 6-曲軸 7-導(dǎo)輪固定套液力變矩器的結(jié)構(gòu)與液力耦合器相似，它有3個工作輪即泵輪、渦輪和導(dǎo)輪。泵輪和渦輪的構(gòu)造與液力耦合器基本相同；導(dǎo)輪則位于泵輪和渦輪之間，并與泵輪和渦輪保持一定的軸向間隙，通過導(dǎo)輪固定套固定于變速器殼體上（圖1-4）。發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時帶動液力變矩器的殼體和泵輪與之一同旋轉(zhuǎn)，泵輪內(nèi)的液壓油在離心力的作用下，由泵輪葉片外緣沖向渦輪，并沿渦輪葉片流向?qū)л啠俳?jīng)導(dǎo)輪葉片內(nèi)緣，形成循環(huán)的液流。導(dǎo)輪的作用是改變渦輪上的輸出扭矩。由于從渦輪葉片下緣流向?qū)л喌囊簤河腿杂邢喈?dāng)大的沖擊力，只要將泵輪、渦輪和導(dǎo)輪的葉片設(shè)計成一定的形狀和角度，就可以利用上述沖擊力來提高渦輪的輸出扭矩。為說明這一原理，可以假想地將液力變矩器的3個工作輪葉片從循環(huán)流動的液流中心線處剖開并展平，得到圖1-5所示的葉片展開示意圖；并假設(shè)在液力變矩器工作中，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷都不變，即液力變矩器泵輪的轉(zhuǎn)速np和扭矩mp為常數(shù)。在汽車起步之前，渦輪轉(zhuǎn)速為0，發(fā)動機(jī)通過液力變矩器殼體帶動泵輪轉(zhuǎn)動，并對液壓油產(chǎn)生一個大小為mp的扭矩，該扭矩即為液力變矩器的輸入扭矩。液壓油在泵輪葉片的推動下，以一定的速度，按圖1-5（b）中箭頭1所示方向沖向渦輪上緣處的葉片，對渦輪產(chǎn)生沖擊扭矩，該扭矩即為液力變矩器的輸出扭矩。此時渦輪靜止不動，沖向渦輪的液壓油沿葉片流向渦輪下緣，在渦輪下緣以一定的速度，沿著與渦輪下緣出口處葉片相同的方向沖向?qū)л?，對?dǎo)輪也產(chǎn)生一個沖擊力矩，并沿固定不動的導(dǎo)輪葉片流回泵輪。當(dāng)液壓油對渦輪和導(dǎo)輪產(chǎn)生沖擊扭矩時，渦輪和導(dǎo)輪也對液壓油產(chǎn)生一個與沖擊扭矩大小相等、方向相反的反作用扭矩mt和ms，其中mt的方向與mp的方向相反，而ms的方向與mp的方向相同。根據(jù)液壓油受力平衡原理，可得：mt=mp+ms。由于渦輪對液壓油的反作用，扭矩mt與液壓油對渦輪的沖擊扭矩（即變矩器的輸出扭矩）大小相等，方向相反，因此可知，液力變矩器的輸出扭矩在數(shù)值上等于輸入扭矩與導(dǎo)輪對液壓油的反作用扭矩之和。顯然這一扭矩要大于輸入扭矩，即液力變矩器具有增大扭矩的作用。液力變矩器輸出扭矩增大的部分即為固定不動的導(dǎo)輪對循環(huán)流動的液壓油的作用力矩，其數(shù)值不但取決于由渦輪沖向?qū)л喌囊毫魉俣?，也取決于液流方向與導(dǎo)輪葉片之間的夾角。當(dāng)液流速度不變時，葉片與液流的夾角愈大，反作用力矩亦愈大，液力變矩器的增扭作用也就愈大。一般液力變矩器的最大輸出扭矩可達(dá)輸入扭矩的2.6倍左右。當(dāng)汽車在液力變矩器輸出扭矩的作用下起步后，與驅(qū)動輪相連接的渦輪也開始轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)速隨著汽車的加速不斷增加。這時由泵輪沖向渦輪的液壓油除了沿著渦輪葉片流動之外，還要隨著渦輪一同轉(zhuǎn)動，使得由渦輪下緣出口處沖向?qū)л喌囊簤河偷姆较虬l(fā)生變化，不再與渦輪出口處葉片的方向相同，而是順著渦輪轉(zhuǎn)動的方向向前偏斜了一個角度，使沖向?qū)л喌囊毫鞣较蚺c導(dǎo)輪葉片之間的夾角變小，導(dǎo)輪上所受到的沖擊力矩也減小，液力變矩器的增扭作用亦隨之減小。車速愈高，渦輪轉(zhuǎn)速愈大，沖向?qū)л喌囊簤河头较蚺c導(dǎo)輪葉片的夾角就愈小，液力變矩器的增扭作用亦愈??；反之，車速愈低，液力變矩器的增扭作用就愈小。因此，與液力耦合器相比，液力變矩器在汽車低速行駛時有較大的輸出扭矩，在汽車起步，上坡或遇到較大行駛阻力時，能使驅(qū)動輪獲得較大的驅(qū)動力矩。圖1-5 液力變矩器工作原理圖a-泵輪 b-渦輪 c-導(dǎo)輪 1-由泵輪沖向渦輪的液壓油方向 2-由渦輪沖向?qū)л喌囊簤河头较?3-由導(dǎo)輪流回泵輪的液壓油方向。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速隨車速的提高而增大到某一數(shù)值時，沖向?qū)л喌囊簤河偷姆较蚺c導(dǎo)輪葉片之間的夾角減小為0，這時導(dǎo)輪將不受液壓油的沖擊作用，液力變矩器失去增扭作用，其輸出扭矩等于輸入扭矩。若渦輪轉(zhuǎn)速進(jìn)一步增大，沖向?qū)л喌囊簤河头较蚶^續(xù)向前斜，使液壓油沖擊在導(dǎo)輪葉片的背面，如圖1-5（c）所示，這時導(dǎo)輪對液壓油的反作用扭矩ms的方向與泵輪對液壓油扭矩mp的方向相反，故此渦輪上的輸出扭矩為二者之差，即mt=mp-ms，液力變矩器的輸出扭矩反而比輸入扭矩小，其傳動效率也隨之減小。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速較低時，液力變矩器的傳動效率高于液力耦合器的傳動效率；當(dāng)渦輪的轉(zhuǎn)速增加到某一數(shù)值時，液力變矩器的傳動效率等于液力耦合器的傳動效率；當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大后，液力變矩器的傳動效率將小于液力耦合器的傳動效率，其輸出扭矩也隨之下降。因此，上述這種液力變矩器是不適合實際使用的。2、 綜合式液力變矩器的結(jié)構(gòu)與工作原理目前在裝用自動變速器的汽車上使用的變矩器大多是綜合式液力變矩器（圖1-6），它和一般型式液力變矩器的不同之處在于它的導(dǎo)輪不是完全固定不動的，而是通過單向超越離合器支承在固定于變速器殼體的導(dǎo)輪固定套上。單向超越離合器使導(dǎo)輪可以朝順時針方向旋轉(zhuǎn)（從發(fā)動機(jī)前面看），但不能朝逆時針方向旋轉(zhuǎn)。圖1-6 綜合式液力變矩器1-曲軸 2-導(dǎo)輪 3-渦輪 4-泵輪 5-液流 6-變矩器軸套 7-油泵 8-導(dǎo)輪固定套 9-變矩器輸出軸 10-單向超越離合器。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速較低時，從渦輪流出的液壓油從正面沖擊導(dǎo)輪葉片，如圖1-5（b）所示，對導(dǎo)輪施加一個朝逆時針方向旋轉(zhuǎn)的力矩，但由于單向超越離合器在逆時針方向具有鎖止作用，將導(dǎo)輪鎖止在導(dǎo)輪固定套上固定不動，因此這時該變矩器的工作特性和液力變矩器相同，渦輪上的輸出扭矩大于泵輪上的輸入扭矩即具有一定的增扭作用。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速增大到某一數(shù)值時，液壓油對導(dǎo)輪的沖擊方向與導(dǎo)輪葉片之間的夾角為0，此是渦輪上的輸出扭矩等于泵輪上的輸入扭矩。若渦輪轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大，液壓油將從反面沖擊導(dǎo)輪，如圖1-5（c）所示，對導(dǎo)輪產(chǎn)生一個順時針方向的扭矩。由于單向超越離合器在順時針方向沒有鎖止作用，可以像軸承一樣滑轉(zhuǎn)，所以導(dǎo)輪在液壓油的沖擊作用下開始朝順時針方向旋轉(zhuǎn)。由于自由轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輪對液壓油沒有反作用力矩，液壓油只受到泵輪和渦輪的反作用力矩的作用。因此這時該變矩器的不能起增扭作用，其工作特性和液力耦合器相同。這時渦輪轉(zhuǎn)速較高，該變矩器亦處于高效率的工作范圍。圖1-7 帶鎖止離合器的綜合式液力變矩器1-變矩器殼 2-鎖止離合器壓盤 3-渦輪 4-泵輪 5-變矩器軸套 6-輸出軸花鍵套 7-導(dǎo)輪導(dǎo)輪開始空轉(zhuǎn)的工作點稱為偶合點。由上述分析可知，綜合式液力變矩器在渦輪轉(zhuǎn)速由0至偶合點的工作范圍內(nèi)按液力變矩器的特性工作，在渦輪轉(zhuǎn)速超過偶合點轉(zhuǎn)速之后按液力耦合器的特性工作。因此，這種變矩器既利用了液力變矩器在渦輪轉(zhuǎn)速較低時所具有的增扭特性，又利用了液力耦合器渦輪轉(zhuǎn)速較高時所具有的高傳動效率的特性。3、鎖止式液力變矩器的結(jié)構(gòu)與工作原理變矩器是用液力來傳遞汽車動力的，而液壓油的內(nèi)部摩擦?xí)斐梢欢ǖ哪芰繐p失，因此傳動效率較低。為提高汽車的傳動效率，減少燃油消耗，現(xiàn)代很多轎車的自動變速器采用一種帶鎖止離合器的綜合式液力變矩器。這種變矩器內(nèi)有一個由液壓油操縱的鎖止離合器。鎖止離合器的主動盤即為變矩器殼體，從動盤是一個可作軸向移動的壓盤，它通過花鍵套與渦輪連接（圖1-7）。壓盤背面（圖中右側(cè)）的液壓油與變矩器泵輪、渦輪中的液壓油相通，保持一定的油壓（該壓力稱為變矩器壓力）；壓盤左側(cè)（壓盤與變矩器殼體之間）的液壓油通過變矩器輸出軸中間的控制油道與閥板總成上的鎖止控制閥相通。鎖止控制閥由自動變速器電腦通過鎖止電磁閥來控制。圖1-8 鎖止離合器工作原理示意圖1-鎖止離合器壓盤 2-渦輪 3-變矩器殼 4-導(dǎo)輪 5-泵輪 6-變矩器輸出軸；變矩器出油道 c-鎖止離合器控制油道。圖1-9 帶減振彈簧的壓盤1-減振彈簧 2-花鍵套自動變速器電腦根據(jù)車速、節(jié)氣門開度、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、變速器液壓油溫度、操縱手柄位置、控制模式等因素，按照設(shè)定的鎖止控制程序向鎖止電磁閥發(fā)出控制信號，操縱鎖止控制閥，以改變鎖止離合器壓盤兩側(cè)的油壓，從而控制鎖止離合器的工作。當(dāng)車速較低時，鎖止控制閥讓液壓油從油道b進(jìn)入變矩器，使鎖止離合器壓盤兩側(cè)保持相同的油壓，鎖止離合器處于分離狀態(tài)，這時輸入變矩器的動力完全通過液壓油傳至渦輪，圖1-8（a）所示。當(dāng)汽車在良好道路上高速行駛，且車速、節(jié)氣門開度、變速器液壓油溫度等因素符合一定要求時，電腦即操縱鎖止控制閥，讓液壓油從油道c進(jìn)入變矩器，而讓油道b與泄油口相通，使鎖止離合器壓盤左側(cè)的油壓下降。由于壓盤背面（圖中右側(cè)）的液壓油壓力仍為變矩器壓力，從而使壓盤在前后兩面壓力差的作用下壓緊在主動盤（變矩器殼體）上，如圖1-8(b)所示，這時輸入變矩器的動力通過鎖止離合器的機(jī)械連接，由壓盤直接傳至渦輪輸出，傳動效率為100%。另外，鎖止離合器在結(jié)合時還能減少變矩器中的液壓油因液體摩擦而產(chǎn)生的熱量，有利用降低液壓油的溫度。有些車型的液力變矩器的鎖止離合器盤上還裝有減振彈簧，以減小鎖止離合器在結(jié)合時瞬間產(chǎn)生的沖擊力（如圖1-9所示）。3.2 變速齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與工作原理變矩器在自動變速器中的主要作用是使汽車起步平穩(wěn)，在換擋時減緩傳動系的沖擊負(fù)荷。在變速增扭方面，變矩器雖然能夠在一定的范圍內(nèi)實現(xiàn)無級變速，但由于變矩器只有在輸出轉(zhuǎn)速接近于輸入轉(zhuǎn)速時才具有較高的傳動效率，而且它的增扭作用不夠大，只能增加24倍，此值遠(yuǎn)不能滿足汽車的使用要求。為此，在汽車自動變速器中設(shè)置了變速齒輪機(jī)構(gòu)，它能使扭矩再增大24倍。自動變速器中的變速齒輪機(jī)構(gòu)和傳統(tǒng)的手動齒輪變速機(jī)構(gòu)一樣，具有空擋、倒擋及24個不同傳動比的前進(jìn)擋，只不過自動變速器中的擋位變換不是由駕駛員直接控制的，而是由自動變速器的液壓控制系統(tǒng)或電子控制系統(tǒng)控制換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作來改變變速齒輪機(jī)構(gòu)的傳動比，從而實現(xiàn)自動換擋的。變速齒輪機(jī)構(gòu)主要包括行星齒輪機(jī)構(gòu)和換擋執(zhí)行元件兩部分。3.2.1 行星齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)與工作原理1、行星齒輪機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)圖1-10 行星齒輪機(jī)構(gòu)1-齒圈 2-行星齒輪 3-行星架 4-太陽輪行星齒輪機(jī)構(gòu)有很多類型，其中最簡單的行星齒輪機(jī)構(gòu)是由1個太陽輪、1個齒圈、1個行星架和支承在行星架上的幾個行星齒輪組成的，稱為1個行星排（如圖1-10所示）。行星齒輪機(jī)構(gòu)中的太陽輪、齒圈及行星架有一個共同的固定軸線，行星齒輪支承在固定于行星架的行星齒輪軸上，并同時與太陽輪和齒圈嚙合。當(dāng)行星齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時，空套在行星架上的行星齒輪軸上的幾個行星齒輪一方面可以繞著自己的軸線旋轉(zhuǎn)，另一方面又可以隨著行星架一起繞著太陽輪回轉(zhuǎn)，就像天上行星的運(yùn)動那樣，兼有自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)兩種運(yùn)動狀態(tài)（將星齒輪的名稱即因此而來），在行星排中，具有固定軸線的太陽輪、齒圈和行星架稱為行星排的3個基本元件。2、行星齒輪機(jī)構(gòu)的類型行星齒輪機(jī)構(gòu)可按不同的方式進(jìn)行分類（1）按照齒輪的嚙合方式分類按照齒輪的嚙合方式不同，行星齒輪機(jī)構(gòu)可以分為外嚙合式和內(nèi)嚙合式兩種。外嚙合式行星齒輪機(jī)構(gòu)體積大，傳動效率低，故在汽車上已被淘汰；內(nèi)嚙合式行星齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高，因而在自動變速器中被廣為使用。（2）按照齒輪的排數(shù)分類按照齒輪的排數(shù)不同，行星齒輪機(jī)構(gòu)可以分為單排和多排兩種。多排行星齒輪機(jī)構(gòu)是由幾個單排行星齒輪機(jī)構(gòu)組成的。汽車自動變速器中，行星排的多少因擋位數(shù)的多少而有所不同，一般三擋位有2個行星排，四擋位（具有超速擋的）有3個行星排，通常使用的是由2個或2個單排行星的齒輪機(jī)構(gòu)組成的多排行星齒輪機(jī)構(gòu)。（3）按照太陽輪和齒圈之間的行星齒輪組數(shù)分類按照太陽輪和齒圈之間的行星齒輪組數(shù)的不同，行星齒輪機(jī)構(gòu)可以分為單行星齒輪式和雙行星齒輪式兩種。雙行星齒輪機(jī)構(gòu)在太陽輪和齒圈之間有兩組互相嚙合的行星齒輪，其外面一組行星齒輪和齒圈嚙合，里面一組行星齒輪和太陽輪嚙合。它與單行星齒輪機(jī)構(gòu)在其它條件相同的情況下相比，齒圈可以得到反向傳動。用行星齒輪機(jī)構(gòu)作為變速機(jī)構(gòu)，由于有多個行星齒輪同時傳遞動力，而且常采用內(nèi)嚙合式，充分利用了齒圈中部的空間，故與普通齒輪變速機(jī)構(gòu)相比，在傳遞同樣功率的條件下，可以大大減小變速機(jī)構(gòu)的尺寸和重量，并可實現(xiàn)同向、同軸減速傳動；另外，由于采用常嚙合傳動，動力不間斷，加速性好，工作也可靠。3、行星齒輪機(jī)構(gòu)的變速原理由于單排行星齒輪機(jī)構(gòu)有兩個自由度，因此它沒有固定的傳動比，不能直接用于變速傳動。為了組成具有一定傳動比的傳動機(jī)構(gòu)，必須將太陽輪、齒圈和行星架這三個基本元件中的一個加以固定（即使其轉(zhuǎn)速為0，也稱為制動），或使其運(yùn)動受到一定的約束（即讓該構(gòu)件以某一固定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)），或?qū)⒛硟蓚€基本元件互相連接在一起（即兩者轉(zhuǎn)速相同），使行星排變?yōu)橹挥幸粋€自由度的機(jī)構(gòu)，獲得確定的傳動化。圖1-11 行星齒輪機(jī)構(gòu)傳動簡圖1-太陽輪 2-齒圈 3-行星架 4-行星齒輪 5-行星齒輪軸。圖1-11 行星齒輪機(jī)構(gòu)傳動簡圖1-太陽輪 2-齒圈 3-行星架 4-行星齒輪 5-行星齒輪軸。圖1-11所示為行星齒輪機(jī)構(gòu)的傳動簡圖。設(shè)太陽輪的齒數(shù)為z1，齒圈齒數(shù)為z2，太陽輪、齒圈和行星架的轉(zhuǎn)速分別為n1、n2、n3，并設(shè)齒圈與太陽輪的齒數(shù)比為，即=z2/z1則行星齒輪機(jī)構(gòu)的一般運(yùn)動規(guī)律可表達(dá)為：n1+n2-（1+）n3=0由上式可以看出，在太陽輪、齒圈和行星架三個基本元件中，可任選兩個分別作為主動件和從動件，而使另一個元件固定不動（使該元件轉(zhuǎn)速為零）或使其運(yùn)動受一定約束（使該元件的轉(zhuǎn)速為某一定值），則整個輪系即以一定的傳動比傳遞動力。不同的連接和固定方案可得到不同的傳動比，三個基本元件的不同組合可有6種不同的組合方案，加上直接擋傳動和空擋，共有8種組合，相應(yīng)能獲得5種不同的傳動比。3.2.2 換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與工作原理行星齒輪變速器的換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)由離合器、制動器和單向超越離合器三種不同的執(zhí)行元件組成。它有三個基本作用，即連接、固定和鎖止。所謂連接是指將行星齒輪變速器的輸入軸與行星排中的某個基本元件連接，以傳遞動力，或?qū)⑶耙粋€行星排的某一個基本元件與后一個行星排的某個基本元件連接，以約束這兩個基本元件的運(yùn)動；所謂固定是指將行星排的某一基本元件與自動變速器的殼體連接，使之被固定住而不能旋轉(zhuǎn)；所謂鎖止是指把某個行星排的三個基本元件中的兩個連接在一起，從而將該行星排鎖止，使某三個基本元件以相同的轉(zhuǎn)速一同旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生直接傳動。換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)各執(zhí)行元件通過按一定規(guī)律對行星齒輪機(jī)構(gòu)的某些基本元件進(jìn)行連接、固定或鎖止，讓行星齒輪機(jī)構(gòu)獲得不同的傳動比，從而實現(xiàn)擋位變換。1、離合器的結(jié)構(gòu)與原理行星齒輪變速器換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的離合器，按工作原理的不同，有片式離合器和爪型離合器之分。其中片式離合器較為常用，而且較多地使用多片濕式離合器，爪型離合器使用較少。（1）多片濕式離合器的結(jié)構(gòu)與原理多片濕式離合器是自動變速器中最重要的換擋執(zhí)行元件之一，它通常由離合器鼓、離合器活塞、回位彈簧、彈簧座、1組鋼片、1組摩擦片、調(diào)整墊片、離合器轂及幾個密封圈組成。離合器活塞安裝在離合器鼓內(nèi)，它是一種環(huán)狀活塞，由活塞內(nèi)外圓的密封圈保證其密封，從而和離合器鼓一起形成一個封閉的環(huán)狀液壓缸，并通過離合器內(nèi)圓軸頸上的進(jìn)油孔和控制油道相通。鋼片和摩擦片交錯排列，兩者統(tǒng)稱為離合器片。鋼片的外花鍵齒安裝在離合器鼓的內(nèi)花鍵齒圈上，可沿齒圈鍵槽作軸向移動；摩擦片由其內(nèi)花鍵齒與離合器轂的外花鍵齒連接，也可沿鍵槽作軸向移動。摩擦片的兩面均為摩擦系數(shù)較大的銅基粉末冶金層或合成纖維層。離合器鼓或離合器轂分別以一定的方式和變速器輸入軸或行星排的某個基本元件相連接，一般離合器為主動件，離合器鼓為從動件。當(dāng)來自控制閥的液壓油進(jìn)入離合器液壓缸時，作用在離合器活塞上液壓油的壓力推動活塞，使之克服回位彈簧的彈力而移動，將所有的鋼片和摩擦片相互壓緊在一起；鋼片和摩擦片之間的摩擦力使離合器鼓和離合器轂連接為一個整體，分別與離合器鼓和離合器轂連接的輸入軸或行星排的基本元件也因此被連接在一起，此時離合器處于結(jié)合狀態(tài)。當(dāng)液壓控制系統(tǒng)將作用在離合器液壓缸內(nèi)的液壓油的壓力解除后，離合器活塞在回位彈簧的作用下壓回液壓缸的底部，并將液壓缸內(nèi)的液壓油從進(jìn)油孔排出。此時鋼片和摩擦片相互分離，兩者之間無壓力，離合器鼓和離合器轂可以朝不同的方向或以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，離合器處于分離狀態(tài)。此時，離合器活塞和離合器片或離合器片和卡環(huán)之間有一定的軸向間隙，以保證鋼片和摩擦片之間無任何軸向壓力，這一間隙稱為離合器的自由間隙。其大小可以用擋圈的厚度來調(diào)整。一般離合器自由間隙的標(biāo)準(zhǔn)為（0.52.0）mm。離合器自由間隙標(biāo)準(zhǔn)的大小取決于離合器的片數(shù)和工作條件。通常離合器片數(shù)越多或該離合器的交替工作越頻繁，其自由間隙就越大。有些離合器在活塞和鋼片之間有一個碟形環(huán)。它具有一定的彈性，可以減緩離合器結(jié)合時的沖擊力。離合器處于分離狀態(tài)時，其液壓缸內(nèi)仍殘留有少量液壓油。由于離合器鼓是和變速器輸入軸或行星排某一基本元件一同旋轉(zhuǎn)的，殘留在液壓缸內(nèi)的液壓油在離心力的作用下會被甩向液壓缸外緣處，并在該處產(chǎn)生一定的油壓。若離合器鼓的轉(zhuǎn)速較高，這一壓力有可能推動離合器活塞壓向離合器片，使離合器處于半結(jié)合狀態(tài)，導(dǎo)致鋼片和摩擦片因互相接觸摩擦而產(chǎn)生不應(yīng)有的磨損，影響離合器的使用壽命。為了防止這種情況出現(xiàn)，在離合器活塞或離合器鼓的液壓缸壁面上設(shè)有一個由鋼球組成的單向閥。當(dāng)液壓油進(jìn)入液壓缸時，鋼球在油壓的推動下壓緊在閥座上，單向閥處于關(guān)閉狀態(tài)，保證了液壓缸密封；當(dāng)液壓缸內(nèi)的油壓被解除后，單向閥鋼球在離心力的作用下離開閥座，使單向閥處于開啟狀態(tài)，殘留在液壓缸內(nèi)的液壓油在離心力的作用下從單向閥的閥孔中流出，保證了離合器的徹底分離。當(dāng)離合器處于結(jié)合狀態(tài)，互相壓緊在一起的鋼片和摩擦片之間要有足夠的摩擦力，以保證傳遞動力時不產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。離合器所能傳遞的動力的大小主要取決于摩擦片的面積、片數(shù)及鋼片和摩擦片之間的壓緊力。鋼片和摩擦片之間壓緊力的大小由作用在離合器活塞上的液壓油的油壓及活塞的面積決定。當(dāng)壓緊力一定時，離合器所能傳遞的動力的大小就取決于摩擦片的面積和片數(shù)。在同一個自動變速器中通常有幾個離合器，它們的直徑、面積基本上相同或相近，但它們所傳遞的動力的大小往往有很大的差異。為了保證動力的傳遞，每個離合器所使用的摩擦片的片數(shù)也各不相同。離合器所要傳遞的動力越大，其摩擦片的片數(shù)就應(yīng)越多。一般離合器摩擦片的片數(shù)為（26）片。離合器鋼片的片數(shù)應(yīng)等于或多于摩擦片的片數(shù)，以保證每個摩擦片的兩面都有鋼片。此外，同一廠家生產(chǎn)的同一類型的自動變速器可以在不改變離合器外形、尺寸的情況下，通過增減各個離合器摩擦片的片數(shù)來形成不同型號的自動變速器，以滿足不同排量車型的使用要求。在這種情況下，當(dāng)減少或增加摩擦片的片數(shù)時，要相應(yīng)增加或減少鋼片的個數(shù)或增減調(diào)整墊片的厚度，以保證離合器的自由間隙不變。因此，有些離合器在相鄰兩個摩擦片之間裝有兩片鋼片，這是為了保證自動變速器在改型時的靈活性，并非漏裝了摩擦片。（2）爪型離合器的結(jié)構(gòu)與原理圖1-12 爪型離合器的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)1-主軸 2-后退怠速齒輪 3-中間軸 4-中間軸倒擋齒輪 5-爪型套 6-中間軸前進(jìn)齒輪 7-伺服缸活塞 8-撥叉軸 9-撥叉 10-主倒擋齒輪。爪型離合器是利用齒進(jìn)行嚙合的離合器，力矩的傳遞可以是兩個方向也可以是單方向的。這種離合器與摩擦離合器不同，它的力矩傳遞是靠齒嚙合進(jìn)行的，全無滑動，傳遞準(zhǔn)確。其缺點是在離合器離合時伴有沖擊，切斷動力傳遞需要較大的力。然而，因為其結(jié)構(gòu)簡單，力矩傳遞容量大，所以可以用在轉(zhuǎn)速或傳遞力矩被切斷時進(jìn)行通斷的前進(jìn)與后退的換擋上。圖1-12所示是爪型離合器的一種結(jié)構(gòu)，爪型套靠液壓伺服缸活塞移動。圖中所示是中間軸與中間倒擋齒輪相嚙合的位置。伺服缸活塞工作時，液壓離合器c的回路釋放，倒擋齒輪的力矩傳遞中斷，爪型套便容易動作。2、制動器的結(jié)構(gòu)與原理制動器是一種起制動約束作用的機(jī)構(gòu)，它將行星齒輪機(jī)構(gòu)中的太陽輪、齒圈和行星架這三個基本元件之一與變速器殼體相連，使該元件被約束固定而不能旋轉(zhuǎn)。制動器的結(jié)構(gòu)型式較多，目前最常見的是帶式制動器和片式制動器兩種。（1）帶式制動器的結(jié)構(gòu)與工作原理帶式制動器是利用圍繞在鼓周圍的制動帶收縮而產(chǎn)生制動效果的一種制動器。帶式制動器的優(yōu)點是：有良好的抱合性能；占用變速器較小的空間；當(dāng)制動帶貼緊旋轉(zhuǎn)時，會產(chǎn)生一個使制動鼓停止旋轉(zhuǎn)的所謂自增力作用的楔緊作用。帶式制動器結(jié)構(gòu)組成帶式制動器又稱為制動帶，它主要由制動鼓、制動帶、液壓缸及活塞等組成，如圖1-13所示。制動帶的結(jié)構(gòu)型式帶式制動器中的制動帶是制動器的關(guān)鍵元件之一，它是由在卷繞的鋼帶底板上粘接摩擦材料所制成的。鋼帶的厚度約為0.76mm2.64mm。厚的鋼帶能產(chǎn)生大的夾緊力，用于發(fā)動機(jī)功率大的汽車自動變速器。薄的鋼帶能施加的夾緊力小，但因其柔性好，自增力作用強(qiáng)