《自動變速器概述》

第1章

自動變速器的發(fā)展概況1.1.1自動變速器的分類和優(yōu)缺點1.1.2自動變速器型號含義1.2.1自動變速器型號的主要識別方法1.2.2自動變速器的基本組成1.3.1自動變速器的工作過程1.3.21.1.1自動變速器的發(fā)展概況 汽車自動變速器早在1940年就已經(jīng)應用在美國通用的奧茲莫比爾汽車上，車上采用了全自動變速器HydraMatic，它是由液力耦合器、4個擋位的行星變速器和自動換擋系統(tǒng)組成的；這是一臺串聯(lián)式行星齒輪結構的液壓控制變速器。

1948年，別克（Buick）汽車上采用了Dynaflow的全自動變速器，它使用了變矩器，行星齒輪變速箱采用低擋、直接擋和倒擋。

與此同時，英國、德國等國家生產(chǎn)的汽車也相繼裝備了自動變速器。

自20世紀50年代開始，美國福特（Fold）、克萊斯勒（Chrysler）及通用（GM）等公司均將多種型號的自動變速器投入批量生產(chǎn)。

近半個世紀來，英國、法國、意大利、德國、瑞典、日本等國都已成立了一批自動變速器的專業(yè)化生產(chǎn)公司。

如美國的阿利森（Allison）、英國的伯格—伐努（Borg—warner）、德國的ZF、意大利的菲亞特（Fiat）和日本的豐田、三菱等。

隨著自動變速器的發(fā)展，其結構和性能也在不斷完善，特別是近年來隨著電子技術和自動控制技術在汽車上的應用，出現(xiàn)了電控自動變速器，它包括電控液力機械傳動的自動變速器和電控齒輪式機械傳動的自動變速器。

電控自動變速器實現(xiàn)了與發(fā)動機的最佳匹配，并獲得了最佳的經(jīng)濟性、動力性，降低了發(fā)動機的排氣污染。

1.1.2自動變速器的分類和優(yōu)缺點

1．按變速器換擋操作的形式分類按變速器換擋操作是否全自動化分，有半自動變速器和全自動變速器兩大類。

（1）半自動變速器 半自動變速器的換擋操作仍需手動完成，它有兩種類型：一種是自動離合器+手動換擋變速器的組合形式，也被稱為自動離合器式變速器。

另一種是具有自動變速功能的液力變矩器+換擋離合器+手動變速器的組合形式，被稱為選擇式自動變速器。半自動變速器實際上是自動變速器發(fā)展過程中的一個過渡形式，目前汽車上已很少采用。

（2）全自動變速器 全自動變速器簡稱自動變速器，是無需離合器操作和換擋（加減擋）操作的液力傳動變速器。全自動變速器是現(xiàn)代自動變速器普遍采用的結構形式。

2．按自動換擋的控制方式分類 按自動換擋的控制方式分，有液力控制式自動變速器和電子控制式自動變速器。

（1）液力控制式自動變速器 液力控制式自動變速器換擋控制方式是通過機械手段將節(jié)氣門開度和車速參數(shù)轉化為壓力控制信號，使閥板中各控制閥按照設定的換擋規(guī)律控制換擋執(zhí)行機構動作，實現(xiàn)自動換擋的。

（2）電子控制式自動變速器 電子控制式自動變速器通過各種傳感器將發(fā)動機轉速、節(jié)氣門開度、車速、發(fā)動機溫度、自動變速器液壓油溫度等參數(shù)轉變?yōu)殡娦盘?，輸入自動變速器計算機，計算機根據(jù)這些電信號確定變速器換擋控制信號。

計算機輸出的換擋信號控制相應的換擋電磁閥，通過換擋閥打開相應的液壓控制回路，使相關的換擋執(zhí)行機構動作，實現(xiàn)自動換擋。

3．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。有級變速器是具有幾個有限的定值傳動比（一般有3～5個前進擋和1個倒擋）的變速器。

無級變速器是能使傳動比在一定范圍內連續(xù)變化的變速器，無級變速器目前在汽車上的應用較少。

無級變速器即連續(xù)傳動比變速器（CVT），CVT沒有配對齒輪，它是連續(xù)的改變傳動比。CVT采用鋼帶和皮帶輪，通過改變皮帶輪的直徑改變傳動比，直徑變化時，傳動帶的位置也在變化，同時改變了傳動比。

隨著發(fā)動機轉速和負載的變化，電子控制和液壓控制機構控制皮帶直徑的變化。當傳動帶靠近輸入皮帶輪的轉動中心，并靠近輸出皮帶的外沿時，傳動比變?。划攤鲃訋Э拷斎肫л喌耐庋兀⒖拷敵銎У霓D動中心時，傳動比則變大。

如圖1-1所示，這種設計有利于保證發(fā)動機始終處于最佳動力輸出范圍之內，即轉速處于發(fā)動機的最大扭矩范圍之內。此時的燃油經(jīng)濟性和驅動性能最好。

圖1-1CVT變速關系1—主動皮帶輪2—從動皮帶輪3—傳動鋼帶

4．按汽車驅動方式分類 自動變速器按照汽車驅動方式的不同，可分為后驅動自動變速器和前驅動自動變速器兩種。這兩種自動變速器在結構和布置上有很大的不同。

后驅動自動變速器的變矩器和齒輪變速器的輸入軸及輸出軸在同一軸線上，發(fā)動機的動力經(jīng)變矩器、自動變速器、傳動軸、后驅動橋的主減速器、差速器和半軸傳給左右兩個后輪。

這種發(fā)動機前置，后輪驅動的布置形式，其發(fā)動機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。后驅動自動變速器的閥板總成一般布置在齒輪變速器下方的油底殼內。

前驅動自動變速器除了具有與后驅動自動變速器相同的組成部分外，在自動變速器的殼體內還裝有差速器。前驅動汽車的發(fā)動機有縱置和橫置兩種。

縱置發(fā)動機的前驅動自動變速器的結構和布置與后驅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)動機前驅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，因此通常將輸入軸和輸出軸設計成兩個軸線的方式；變矩器和齒輪變速器輸入軸布置在上方，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面或上方（豐田A540布置在下方油底殼內），以保證汽車有足夠的最小離地間隙。

5．按自動變速器前進擋的擋位數(shù)不同分類 自動變速器按前進擋的擋位數(shù)不同，可分為2個前進擋、3個前進擋、4個前進擋3種（極個別車輛有5個前進擋）。

早期的自動變速器通常為2個前進擋或3個前進擋。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個前進擋，即設有超速擋（通常稱為OD擋，在駕駛員的操縱顯示器上為圓圈中一個大寫的英文字母D）。

這種設計雖然使自動變速器的構造更加復雜，但由于設有超速擋，大大提高了汽車的燃油經(jīng)濟性。

6．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的體積較大，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構緊湊，能獲得較大的傳動比，為絕大多數(shù)轎車采用。

7．自動變速器的優(yōu)缺點 現(xiàn)代汽車自動變速器普遍采用的是液力變矩器與行星齒輪式變速器組合而成的液力全自動變速器，換擋自動控制形式有純液壓式和電子控制式兩種。相比于傳統(tǒng)的手動機械式變速器，自動變速器具有如下優(yōu)點。

①使駕駛操作簡化，提高了行車的安全性。 在汽車起步和運行時，自動變速器無需離合器操作和手動換擋操作，降低了駕駛員操作的勞動強度，可以集中更多精力來注意路況，所以行車的安全性得到了提高。

②提高了發(fā)動機、傳動系統(tǒng)的壽命和駕乘舒適性。 自動變速器在自動換擋過程中無動力中斷，換擋平穩(wěn)，減小了發(fā)動機和傳動系統(tǒng)零部件的沖擊；液力變矩器可以吸收動力傳遞過程中的沖擊和震動。

因此，采用自動變速器的汽車發(fā)動機、傳動系統(tǒng)零部件的壽命和駕乘舒適性都比采用機械式變速器的汽車有所提高。

③提高了汽車的動力性和通過性能。 自動變速器在起步時，由于液力變矩器可連續(xù)傳遞扭矩，同時可以在一定的范圍內自動適應汽車行駛阻力的變化，又使驅動輪上的牽引力逐漸增加，換擋時動力不中斷，發(fā)動機能夠維持在一穩(wěn)定的轉速，因此，顯著提高了汽車的通過性能，使汽車起步、加速更快。

④減少了廢氣污染，降低了燃料消耗。 手動換擋過程常常伴有供油量急劇變化、發(fā)動機轉速變化較大的情況，容易導致燃燒不完全，使得發(fā)動機廢氣中的有害物質增加。

自動變速器由于有液力傳動和自動換擋，在換擋過程中發(fā)動機可保持穩(wěn)定的轉速，發(fā)動機的燃燒條件不會惡化，因此可減少發(fā)動機排放的廢氣對空氣的污染。

同時，因為液力傳力效率較低，所以液力自動變速器的油耗要高于機械變速器。但由于自動變速器可以適時換擋，換擋過程中使發(fā)動機仍可在理想的狀態(tài)下穩(wěn)定運轉，因此，在需要頻繁換擋的市區(qū)行駛時，自動變速器汽車比較省油。

尤其是現(xiàn)代汽車自動變速器采用了電子控制換擋，可按照最佳油耗規(guī)律控制自動換擋，加之采用了超速擋和變矩器鎖止控制等，從而使自動變速器汽車的油耗有了明顯的下降。

自動變速器的缺點是結構較為復雜，成本較高，對維修技術水平的要求要高一些。1.2.1自動變速器型號含義 同一型號變速器可能被用在多個公司不同型號的汽車上，而同一種車型，根據(jù)其使用地區(qū)和用途的不同，也可能裝用不同型號的變速器。變速器的型號不同，其結構也不相同。自動變速器的生產(chǎn)廠家不同，其型號的標注方式和字母含義也不相同，下面舉例說明。

1．豐田公司自動變速器 豐田自動變速器型號可分為兩大類：一類為型號中除字母外有2位阿拉伯數(shù)字；另一類為型號中除字母外有3位阿拉伯數(shù)字。

①型號中有2位阿拉伯數(shù)字的，如A40、A41、A55、A55F、A40D、A43DL、A45DF等。字母A代表自動變速器。左起第1位阿拉伯數(shù)字若為“3”或“4”，表示該自動變速器用于后驅動車輛。

左起第1位數(shù)字若為“1”、“2”或“5”，則表示自動變速器用于前驅動車輛，即自動變速器內含減速器和差速器，稱為自動驅動橋。左起第2位數(shù)字代表生產(chǎn)序號。

后附字母的含義：“H”或“F”表示該自動變速器用于四輪驅動車輛，“D”表示該自動變速器有超速擋，“L”表示該自動變速器有鎖止離合器，“E”表示該自動變速器為電子控制式，同時帶有鎖止離合器，若無“E”，則表示為全液控自動變速器。

②型號中有3位阿拉伯數(shù)字的，如A340E、A540H等。字母A表示自動變速器。左起第1位數(shù)字及后附字母的含義同上。左起第2位數(shù)字代表該自動變速器前進擋的個數(shù)。左起第3位數(shù)字代表生產(chǎn)序號。

2．通用公司自動變速器 該公司自動變速器的型號主要有4T60E、4T65E、4L60E等。

從型號上可以知道此變速器的一些特點：左起第1位數(shù)字表示前進擋的個數(shù)，第2位的字母表示驅動方式，其中，“T”表示變速器為橫置前驅式，“L”表示為后置后驅動式，第3、4位數(shù)字表示變速器的額定驅動扭矩，第5位的字母表示控制型式，“E”為電子控制式。

3．寶馬公司ZF4HP22—EH型自動變速器 ZF4HP22—EH中前2位字母表示該變速器是ZF公司生產(chǎn)的，第3位表示擋位數(shù)，控制類型為“H”液控，齒輪類型為“P”行星類，額定扭矩為22N·m。系列號碼末尾的“E”或“EH”分別表示是電控或電液控制類型的變速器。1.2.2自動變速器型號的

主要識別方法 在自動變速器的殼體上都有一個小金屬銘牌，上面一般標有自動變速器生產(chǎn)公司的名稱、型號、生產(chǎn)序號、液力變矩器規(guī)格等內容。

因此，可以很方便地通過這一銘牌來對自動變速器型號進行識別。例如，豐田Ａ341在銘牌中的字符為03—41LE；寶馬轎車自動變速器銘牌上直接標注ZF4HP—22或ZF4HP—18等。1.3.1自動變速器的基本組成 自動變速器主要由液力變矩器、行星齒輪機構、液壓控制系統(tǒng)、手控連桿機構、散熱系統(tǒng)、工作液、殼體等組成。

1．液力變矩器 液力變矩器安裝在變速器前面，并通過驅動端蓋螺栓固定在發(fā)動機飛輪上。它將發(fā)動機轉矩增大后傳給行星齒輪機構，同時驅動液壓泵工作。

因其傳動以液體為介質，所以能緩和發(fā)動機和傳動系統(tǒng)的扭轉震動，同時可在一定的范圍內實現(xiàn)增矩減速和無級變速。

2．行星齒輪機構 行星齒輪機構裝于由鋁合金制成的變速器殼體中，它將液力變矩器增大的發(fā)動機轉矩變?yōu)楦蟮霓D矩，并將總轉矩傳遞給傳動軸。其執(zhí)行機構受液壓控制裝置的作用，使行星齒輪機構提供適當?shù)霓D矩和轉速，并提供倒擋和空擋傳動。

3．液壓控制系統(tǒng) 液壓控制系統(tǒng)將發(fā)動機負荷和車輛速度等輸入信號通過液壓機構施加于行星齒輪伺服機構（離合器和制動器）上，以根據(jù)各種行駛條件自動變換傳動比。

4．手控連桿機構 自動變速器能夠自動實現(xiàn)升擋和降擋等變換，另有兩套與自動變速器連接的連桿供駕駛員進行手控操作。這兩套連桿機構分別為換擋桿和鋼絲拉線以及加速踏板和節(jié)氣門拉線，用于根據(jù)駕駛員意愿操縱行車方式，限制最高擋位，提供停車擋。

5．工作液 工作液充滿于自動變速器內腔，并作為介質傳遞液力變矩器的扭矩，控制液壓控制系統(tǒng)和行星齒輪系統(tǒng)中執(zhí)行元件的動作，同時在自動變速器和散熱系統(tǒng)之間循環(huán)流動，起到潤滑、清洗、冷卻的作用。

6．散熱系統(tǒng) 散熱系統(tǒng)大都與自動變速器分開而自成一體，也有與自動變速器合而為一的，主要用于散發(fā)自動變速器工作過程中產(chǎn)生的熱量。

7．殼體 殼體即變速器外殼，容納變速器各部分的元件，并將之固定在發(fā)動機、傳動系和車身之間，同時也起散熱和防塵作用。

8．最終傳動裝置 最終傳動裝置只有在自動驅動橋上才有，與自動驅動橋其他部分并聯(lián)布置，也在變速器殼體內，它將變速器輸出的扭矩最終傳到驅動輪上。自動驅動橋只用于發(fā)動機前置、前橋驅動