第十六章 液力機械傳動和機械式無級變速器

1、NoImage1第十六章第十六章 液力機械傳動和液力機械傳動和機械式無級變速器機械式無級變速器概述概述 液力機械傳動液力機械傳動機械式無級變速器機械式無級變速器NoImage2概概 述述液力機械變速器和機械式無級變速器在轎車上的應用越來越液力機械變速器和機械式無級變速器在轎車上的應用越來越廣泛，具有如下優(yōu)點：廣泛，具有如下優(yōu)點：1 1）操作發(fā)便，消除了駕駛員換擋技術(shù)的差異性。）操作發(fā)便，消除了駕駛員換擋技術(shù)的差異性。2 2）傳動比轉(zhuǎn)換性能好，連續(xù)而平穩(wěn)，乘坐舒適性好。）傳動比轉(zhuǎn)換性能好，連續(xù)而平穩(wěn)，乘坐舒適性好。3 3）減輕駕駛員疲勞，提高行車安全性。）減輕駕駛員疲勞，提高行車安全性。4 4）

2、降低排氣污染。）降低排氣污染。主要缺點：主要缺點：1 1）結(jié)構(gòu)復雜）結(jié)構(gòu)復雜2 2）造價高）造價高3 3）傳動效率低）傳動效率低返回返回NoImage3第一節(jié)第一節(jié) 液力機械傳動液力機械傳動功用：功用： 利用液壓油的流動來傳遞扭矩，將曲軸利用液壓油的流動來傳遞扭矩，將曲軸輸出的動力傳給變速器。輸出的動力傳給變速器。 分類：分類： 液力偶合器：傳遞轉(zhuǎn)矩，輸出轉(zhuǎn)矩與輸液力偶合器：傳遞轉(zhuǎn)矩，輸出轉(zhuǎn)矩與輸入轉(zhuǎn)矩相等。入轉(zhuǎn)矩相等。 液力變矩器：既能傳遞轉(zhuǎn)矩又能增大轉(zhuǎn)液力變矩器：既能傳遞轉(zhuǎn)矩又能增大轉(zhuǎn)矩。矩。NoImage4一、一、液力耦合器液力耦合器液力耦合器主要由泵輪、渦輪和耦合器外殼等部件組成。其中

3、泵輪與發(fā)動機曲軸相連，渦輪與從動軸相連，泵輪和渦輪之間沒有機械連接關(guān)系，二者之間靠液體流動來傳遞動力。輸入軸輸入軸泵輪泵輪渦輪渦輪輸出軸輸出軸曲軸曲軸NoImage5工作原理工作原理演示演示： 液力耦合器的工作原理可以用水泵帶動水輪機轉(zhuǎn)液力耦合器的工作原理可以用水泵帶動水輪機轉(zhuǎn)動原理加以理解。動原理加以理解。 NoImage61 1）液力耦合器的優(yōu)點）液力耦合器的優(yōu)點（1 1）保證汽車平穩(wěn)起步；）保證汽車平穩(wěn)起步；（2 2）衰減傳動系的扭轉(zhuǎn)振動；）衰減傳動系的扭轉(zhuǎn)振動；（3 3）防止傳動系過載；）防止傳動系過載；（4 4）顯著減少換檔次數(shù)。）顯著減少換檔次數(shù)。2 2）液力耦合器的缺點）液力耦合

4、器的缺點（1 1）只能傳遞轉(zhuǎn)矩，不能改變轉(zhuǎn)矩大小；）只能傳遞轉(zhuǎn)矩，不能改變轉(zhuǎn)矩大??；（2 2）不能取代離合器，使傳動系統(tǒng)縱向尺寸增加；）不能取代離合器，使傳動系統(tǒng)縱向尺寸增加；（3 3）傳動效率較低。）傳動效率較低。液力耦合器的優(yōu)缺點液力耦合器的優(yōu)缺點：NoImage7二、二、液力變矩器液力變矩器殼殼殼殼泵輪泵輪渦輪渦輪導輪導輪起動起動齒圈齒圈 泵輪與殼連成一體為泵輪與殼連成一體為主動元件；主動元件； 殼體做成兩半，用螺栓殼體做成兩半，用螺栓連接，殼外有起動齒圈連接，殼外有起動齒圈 渦輪懸浮在變矩器內(nèi)渦輪懸浮在變矩器內(nèi)與從動軸相連；與從動軸相連； 導輪導輪懸浮在泵輪與渦輪之間，通過單向離合器及

5、導輪懸浮在泵輪與渦輪之間，通過單向離合器及導輪固定套固定在變速器外殼上，單向離合器使導輪可以順時固定套固定在變速器外殼上，單向離合器使導輪可以順時針方向轉(zhuǎn)動，而不能逆時針方向轉(zhuǎn)動。針方向轉(zhuǎn)動，而不能逆時針方向轉(zhuǎn)動。1 1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)1 1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)（一）基本結(jié)構(gòu)與原理（一）基本結(jié)構(gòu)與原理NoImage82、液力變矩器組成液力變矩器組成NoImage93 3、工作原理、工作原理依據(jù)液流方向?qū)⒐ぷ鬏啺幢幂喴罁?jù)液流方向?qū)⒐ぷ鬏啺幢幂啘u輪渦輪導輪展開，得到下圖。導輪展開，得到下圖。NoImage10液力變矩器的工作原理如下：液力變矩器的工作原理如下：當當n nw w=0=0時，時，M Mw w= =

6、M Mb b+ +M Md d，渦輪受力大于泵輪；，渦輪受力大于泵輪；隨著隨著n nw w的增加，的增加，u u增加，使增加，使v v的方向改變，當渦輪流出的的方向改變，當渦輪流出的液流正好沿導輪出口方向沖向?qū)л啎r，液流正好沿導輪出口方向沖向?qū)л啎r，M Md d=0=0，M Mw w= =M Mb b；隨著隨著n nw w的繼續(xù)增加，的繼續(xù)增加，u u增加為增加為u u，v v的方向改變?yōu)榈姆较蚋淖優(yōu)関 v，M Mw w= =M Mb b- -M Md d；當當n nw w= =n nb b時，工作液在循環(huán)圓中的循環(huán)流動停止，將不能時，工作液在循環(huán)圓中的循環(huán)流動停止，將不能傳遞動力。傳遞動力。

7、NoImage11 變矩器工作時，工作液除有繞變矩器軸的變矩器工作時，工作液除有繞變矩器軸的圓周運動以外，還有在循環(huán)圓中的循環(huán)流動，圓周運動以外，還有在循環(huán)圓中的循環(huán)流動，在工作液循環(huán)流動的過程中，固定不動的導輪在工作液循環(huán)流動的過程中，固定不動的導輪給渦輪一個反作用力矩，使渦輪不同于泵輪輸給渦輪一個反作用力矩，使渦輪不同于泵輪輸入的轉(zhuǎn)矩入的轉(zhuǎn)矩。 變矩器不僅能傳遞轉(zhuǎn)矩，且能在泵輪轉(zhuǎn)矩變矩器不僅能傳遞轉(zhuǎn)矩，且能在泵輪轉(zhuǎn)矩不變的情況下，隨渦輪的轉(zhuǎn)速（反映著汽車行不變的情況下，隨渦輪的轉(zhuǎn)速（反映著汽車行駛速度）不同而改變渦輪輸出的轉(zhuǎn)矩的數(shù)值，駛速度）不同而改變渦輪輸出的轉(zhuǎn)矩的數(shù)值，即實現(xiàn)無級變速。

8、即實現(xiàn)無級變速。NoImage124 4、液力變矩器特性、液力變矩器特性液力變矩器有兩個重要的特性參數(shù)：液力變矩液力變矩器有兩個重要的特性參數(shù)：液力變矩器傳動比器傳動比i i和液力變矩器變矩系數(shù)和液力變矩器變矩系數(shù)K K，其定義如，其定義如下。下。（1 1）液力變矩器傳動比）液力變矩器傳動比 （2 2）液力變矩器變矩系數(shù)）液力變矩器變矩系數(shù) NoImage131 1、三元件綜合式液力變矩器、三元件綜合式液力變矩器（二）幾種典型的液力變矩器（二）幾種典型的液力變矩器NoImage14單向離合器（滾柱式）單向離合器（滾柱式） 單向離合器單向離合器作用是只允許作用是只允許導輪單向旋轉(zhuǎn)，導輪單向旋轉(zhuǎn)，

9、不允許其逆轉(zhuǎn)。不允許其逆轉(zhuǎn)。NoImage152 2、四元件綜合式液力變矩器、四元件綜合式液力變矩器 四元件綜合式液力變矩器比三元件液力變四元件綜合式液力變矩器比三元件液力變矩器多了一個導輪，兩個導輪分別裝在各自矩器多了一個導輪，兩個導輪分別裝在各自的單向離合器上。的單向離合器上。NoImage16 四元件綜合式液力變矩器的特性是兩個變矩四元件綜合式液力變矩器的特性是兩個變矩器特性和一個耦合器特性的綜合。在傳動比器特性和一個耦合器特性的綜合。在傳動比0 0i i1 1區(qū)段，兩個導輪固定不動，二者的葉片組成一區(qū)段，兩個導輪固定不動，二者的葉片組成一個彎曲程度更大的葉片，以保證在低傳動比工況個彎曲

10、程度更大的葉片，以保證在低傳動比工況下獲得大的變矩系數(shù)。在傳動比下獲得大的變矩系數(shù)。在傳動比i i1 1i iK K1 1區(qū)段，區(qū)段，第一導輪脫開，變矩器帶有一個葉片彎曲程度較第一導輪脫開，變矩器帶有一個葉片彎曲程度較小的導輪工作，因而此時可得到較高的效率。當小的導輪工作，因而此時可得到較高的效率。當傳動比為傳動比為i iK K1 1時，變矩器轉(zhuǎn)入耦合器工況，效時，變矩器轉(zhuǎn)入耦合器工況，效率按線性規(guī)律增長。率按線性規(guī)律增長。NoImage173 3、帶鎖止離合器的液力變矩器、帶鎖止離合器的液力變矩器 帶鎖止離合器液力變矩器的特點是，汽車在帶鎖止離合器液力變矩器的特點是，汽車在變工況下行駛時（如

11、起步、經(jīng)常加減速），鎖止變工況下行駛時（如起步、經(jīng)常加減速），鎖止離合器分離，相當于普通液力變矩器；當汽車在離合器分離，相當于普通液力變矩器；當汽車在穩(wěn)定工況下行駛時，鎖止離合器接合，動力不經(jīng)穩(wěn)定工況下行駛時，鎖止離合器接合，動力不經(jīng)液力傳動，直接通過機械傳動傳遞，變矩器效率液力傳動，直接通過機械傳動傳遞，變矩器效率為為1 1。NoImage18 壓力油經(jīng)油道進入壓力油經(jīng)油道進入后，推動活塞右移，壓后，推動活塞右移，壓緊從動盤，鎖止離合器緊從動盤，鎖止離合器，使泵輪與渦輪接合成，使泵輪與渦輪接合成一體旋轉(zhuǎn)，變矩器不起一體旋轉(zhuǎn)，變矩器不起作用。作用。 鎖止離合器的接合鎖止離合器的接合取決于發(fā)動機

12、轉(zhuǎn)速和車取決于發(fā)動機轉(zhuǎn)速和車速，并由液壓自動操縱速，并由液壓自動操縱控制機構(gòu)進行?？刂茩C構(gòu)進行。NoImage19（三）液力機械變速器（三）液力機械變速器1 1、行星齒輪變速器工作原理、行星齒輪變速器工作原理作用于太陽輪上的力矩：作用于太陽輪上的力矩：M M1 1=F=F1 1r r1 1作用于齒圈上的力矩：作用于齒圈上的力矩：M M2 2=F=F2 2r r2 2作用于行星架上的力矩：作用于行星架上的力矩：M M3 3=F=F3 3r r3 3單排行星齒輪機構(gòu)的工作原理單排行星齒輪機構(gòu)的工作原理行星輪行星輪太陽輪太陽輪齒圈齒圈行星架行星架行星架行星架F3r3F2F1r1r2齒圈與太陽輪的齒數(shù)

13、比為齒圈與太陽輪的齒數(shù)比為 ： =Z=Z2 2/Z/Z1 1=r=r2 2/r/r1 1NoImage20通過行星輪的力平衡條件，及能量守恒條件，得行通過行星輪的力平衡條件，及能量守恒條件，得行星機構(gòu)的動力學和運動學特性方程式如下：星機構(gòu)的動力學和運動學特性方程式如下：M M1 11 1+ +M M2 22 2+ +M M3 33 3=0=0n n1 1+ +nn2 2-(1+-(1+) )n n3 3=0=0NoImage21（1 1）太陽輪）太陽輪1 1為主動件，行星架為主動件，行星架3 3為從動件，齒圈為從動件，齒圈2 2固固定定i i1313= =n n1 1/ /n n3 3=1+=

14、1+=1+=1+z z2 2/ /z z1 1 （2 2）齒圈）齒圈2 2為主動件，行星架為主動件，行星架3 3為從動件，太陽輪為從動件，太陽輪1 1固固定定i i2323= =n n2 2/ /n n3 3=(1+=(1+)/)/=1+=1+z z1 1/ /z z2 2（3 3）太陽輪）太陽輪1 1為主動件，齒圈為主動件，齒圈2 2為從動件，行星架為從動件，行星架3 3固固定定i i1212= =n n1 1/ /n n2 2=-=-=-=-z z2 2/ /z z1 1（4 4）如果太陽輪和齒圈連為一體，）如果太陽輪和齒圈連為一體，n n1 1= =n n2 2n n1 1= =n n2

15、 2= =n n3 3由上可見，單排行星齒輪機構(gòu)可以獲得由上可見，單排行星齒輪機構(gòu)可以獲得4 4種不同的傳動種不同的傳動比。比。關(guān)于傳動比的討論：關(guān)于傳動比的討論：NoImage22復合式行星齒輪機構(gòu)的工作原理演示（以兩排辛普森式為例）復合式行星齒輪機構(gòu)的工作原理演示（以兩排辛普森式為例）其特點是由兩排行星齒輪機構(gòu)共用一個太陽輪組成的復合其特點是由兩排行星齒輪機構(gòu)共用一個太陽輪組成的復合式行星齒輪機構(gòu)，可以獲得式行星齒輪機構(gòu)，可以獲得3 3個前進檔和個前進檔和1 1個倒檔。個倒檔。NoImage232 2、液力變矩器與行星齒輪變速器組成的液力機械變速器、液力變矩器與行星齒輪變速器組成的液力機械

16、變速器屬于拉威挪式：屬于拉威挪式： 其特點是兩排行其特點是兩排行星齒輪機構(gòu)共用一個星齒輪機構(gòu)共用一個齒圈和一個行星架。齒圈和一個行星架。行星架上的長行星輪行星架上的長行星輪與前排行星齒輪機構(gòu)與前排行星齒輪機構(gòu)的大太陽輪嚙合，同的大太陽輪嚙合，同時還與后排行星齒輪時還與后排行星齒輪機構(gòu)的短行星輪相嚙機構(gòu)的短行星輪相嚙合。短行星輪還與小合。短行星輪還與小太陽輪嚙合?？梢越M太陽輪嚙合?？梢越M成成3 3個前進檔和個前進檔和1 1個倒個倒檔的行星齒輪變速器。檔的行星齒輪變速器。NoImage24NoImage253 3、液力變矩器與固定軸線式齒輪變速器組成、液力變矩器與固定軸線式齒輪變速器組成 的液力機

17、械變速器（例如的液力機械變速器（例如SH380ASH380A自卸車）自卸車）NoImage264 4、帶鎖止離合器的液力變矩器、換檔離合器帶鎖止離合器的液力變矩器、換檔離合器和全同步變速器組成的液力機械變速器和全同步變速器組成的液力機械變速器 國外重型貨車和工國外重型貨車和工程車輛上開始采用由程車輛上開始采用由WSKWSK系統(tǒng)與全同步多檔系統(tǒng)與全同步多檔變速器（變速器（4 46 6檔）組成檔）組成的液力機械變速器。所的液力機械變速器。所謂謂WSKWSK系統(tǒng)是由鎖止離系統(tǒng)是由鎖止離合器、變矩器、滑行單合器、變矩器、滑行單向離合器和換檔離合器向離合器和換檔離合器組成的組成的“變矩器變矩器換檔換檔離

18、合器系統(tǒng)離合器系統(tǒng)”的德文縮的德文縮寫。多數(shù)情況下是把寫。多數(shù)情況下是把WSKWSK系統(tǒng)和變速器裝在系統(tǒng)和變速器裝在一起作為傳動裝置使用，一起作為傳動裝置使用，也可以把也可以把WSKWSK系統(tǒng)和變系統(tǒng)和變速器分開布置。速器分開布置。NoImage27（四）液力機械傳動的液壓自動操縱系統(tǒng)（四）液力機械傳動的液壓自動操縱系統(tǒng)動力源（液壓式）動力源（液壓式）執(zhí)行機構(gòu)（液壓式）執(zhí)行機構(gòu)（液壓式）控制機構(gòu)（電控、液控）控制機構(gòu)（電控、液控）以下主要介紹液壓自動操縱系統(tǒng)：以下主要介紹液壓自動操縱系統(tǒng)：NoImage28換擋離合器換擋離合器作用：作用：連接行星齒輪變速器的輸入軸和行星排的某個基本連接行星齒輪

19、變速器的輸入軸和行星排的某個基本 元件，或把行星排的某兩個基本元件連接起來，成元件，或把行星排的某兩個基本元件連接起來，成 為一個整體傳遞動力。為一個整體傳遞動力。濕式多盤離合器結(jié)構(gòu)：濕式多盤離合器結(jié)構(gòu)：花鍵轂花鍵轂輸入軸輸入軸彈簧彈簧活塞活塞殼體殼體主動盤主動盤壓盤壓盤從動盤從動盤卡環(huán)卡環(huán)執(zhí)行機構(gòu)：換擋離合器、換擋制動器。執(zhí)行機構(gòu)：換擋離合器、換擋制動器。NoImage29換擋制動器換擋制動器作用：作用：用于把行星排的太陽輪、齒圈、行星三個基本元件用于把行星排的太陽輪、齒圈、行星三個基本元件 之一固定，使之不能轉(zhuǎn)動。之一固定，使之不能轉(zhuǎn)動。類型：類型：濕式多片制動器、外束帶式制動器。濕式多片

20、制動器、外束帶式制動器。外束帶式制動器結(jié)構(gòu)：外束帶式制動器結(jié)構(gòu)：調(diào)整螺釘調(diào)整螺釘制動帶制動帶工作油路工作油路活塞桿活塞桿活塞活塞制動鼓制動鼓NoImage30組成：組成：供油、手動選擋、參數(shù)調(diào)節(jié)、換擋時刻控制、換供油、手動選擋、參數(shù)調(diào)節(jié)、換擋時刻控制、換 擋品質(zhì)控制等。擋品質(zhì)控制等。1 1）供油部分：）供油部分：濾清器濾清器主調(diào)壓閥主調(diào)壓閥副調(diào)壓閥副調(diào)壓閥供油泵供油泵油冷卻器油冷卻器 可隨節(jié)氣門開度和選擋桿位置的可隨節(jié)氣門開度和選擋桿位置的變化，將油泵輸出的油壓調(diào)節(jié)至相應變化，將油泵輸出的油壓調(diào)節(jié)至相應規(guī)定值。規(guī)定值。 用來調(diào)節(jié)供給液力變矩器和用來調(diào)節(jié)供給液力變矩器和潤滑油路油壓的。潤滑油路油

21、壓的。 向液力變矩器和液控自動操縱向液力變矩器和液控自動操縱系統(tǒng)壓入所需的液壓油，并滿足行系統(tǒng)壓入所需的液壓油，并滿足行星齒輪變速器潤滑的需要。星齒輪變速器潤滑的需要?？刂茩C構(gòu)控制機構(gòu)NoImage31內(nèi)齒泵內(nèi)齒泵轉(zhuǎn)子泵轉(zhuǎn)子泵葉片泵葉片泵從動齒輪從動齒輪主動齒輪主動齒輪月牙形凸臺月牙形凸臺吸油區(qū)吸油區(qū)外轉(zhuǎn)子外轉(zhuǎn)子內(nèi)轉(zhuǎn)子內(nèi)轉(zhuǎn)子吸油區(qū)吸油區(qū)腔室腔室轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子葉片葉片NoImage322 2）換擋時刻控制部分：）換擋時刻控制部分：用于轉(zhuǎn)換通向各換擋執(zhí)行機構(gòu)的油路。用于轉(zhuǎn)換通向各換擋執(zhí)行機構(gòu)的油路。根據(jù)駕駛員的意愿，將主油路壓力油送至換根據(jù)駕駛員的意愿，將主油路壓力油送至換擋閥或直接送至執(zhí)行機構(gòu)

22、，進行換擋。擋閥或直接送至執(zhí)行機構(gòu)，進行換擋。高速超車時強制接通低擋。高速超車時強制接通低擋。換擋閥：換擋閥：手控閥：手控閥：強制低擋閥：強制低擋閥：3 3）鎖止信號閥、鎖止繼動閥：）鎖止信號閥、鎖止繼動閥：鎖止信號閥：鎖止信號閥：受電磁閥的控制，可輸出液壓信號去控制鎖受電磁閥的控制，可輸出液壓信號去控制鎖 止繼動閥。止繼動閥。4 4）換擋品質(zhì)控制部分：）換擋品質(zhì)控制部分：鎖止繼動閥：鎖止繼動閥：根據(jù)鎖止信號閥的鎖止信號改變通往變矩器根據(jù)鎖止信號閥的鎖止信號改變通往變矩器 工作液的流向，使變矩器內(nèi)的鎖止離合器適工作液的流向，使變矩器內(nèi)的鎖止離合器適 時地接合與分離。時地接合與分離。 使換擋過程

23、更加平穩(wěn)柔和，一般包括液壓通道上的蓄使換擋過程更加平穩(wěn)柔和，一般包括液壓通道上的蓄能減振器、緩沖閥、反向快出油閥、定時閥、執(zhí)行力調(diào)節(jié)能減振器、緩沖閥、反向快出油閥、定時閥、執(zhí)行力調(diào)節(jié)閥等。閥等。返回返回NoImage33第二節(jié)第二節(jié) 機械式無級變速器機械式無級變速器一、一、金屬帶式無級變速器（金屬帶式無級變速器（VDT-CVTVDT-CVT）工作原理）工作原理 VDT-CVT VDT-CVT是由金屬帶、主動工作輪、從動工是由金屬帶、主動工作輪、從動工作輪、液壓泵、起步離合器和控制系統(tǒng)等組成。作輪、液壓泵、起步離合器和控制系統(tǒng)等組成。工作輪由固定部分和可動部分組成，二者之間形工作輪由固定部分和可動部分組成，二者之間形成成V V形槽，金屬帶在槽內(nèi)與工作輪相嚙合。當工形槽，金屬帶在槽內(nèi)與工作輪相嚙合。當工作輪的可動部分作軸向移動時，即可改變金屬帶作輪的