第十六章-液力機(jī)械傳動(dòng)和機(jī)械式無級(jí)變速器課件

第十六章 液力機(jī)械傳動(dòng)和機(jī)械式無級(jí)變速器概述

液力機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械式無級(jí)變速器1第十六章 液力機(jī)械傳動(dòng)和機(jī)械式無級(jí)變速器概述1概述液力機(jī)械變速器和機(jī)械式無級(jí)變速器在轎車上的應(yīng)用越來越廣泛，具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）操作發(fā)便，消除了駕駛員換擋技術(shù)的差異性。2）傳動(dòng)比轉(zhuǎn)換性能好，連續(xù)而平穩(wěn)，乘坐舒適性好。3）減輕駕駛員疲勞，提高行車安全性。4）降低排氣污染。主要缺點(diǎn)：1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜2）造價(jià)高3）傳動(dòng)效率低返回2概述液力機(jī)械變速器和機(jī)械式無級(jí)變速器在轎車上的應(yīng)用越來越廣第一節(jié)液力機(jī)械傳動(dòng)功用：利用液壓油的流動(dòng)來傳遞扭矩，將曲軸輸出的動(dòng)力傳給變速器。分類：液力偶合器：傳遞轉(zhuǎn)矩，輸出轉(zhuǎn)矩與輸入轉(zhuǎn)矩相等。液力變矩器：既能傳遞轉(zhuǎn)矩又能增大轉(zhuǎn)矩。3第一節(jié)液力機(jī)械傳動(dòng)功用：3一、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。其中泵輪與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸相連，渦輪與從動(dòng)軸相連，泵輪和渦輪之間沒有機(jī)械連接關(guān)系，二者之間靠液體流動(dòng)來傳遞動(dòng)力。輸入軸泵輪渦輪輸出軸曲軸4一、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工作原理演示：

液力耦合器的工作原理可以用水泵帶動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理加以理解。

5工作原理演示：液力耦合器的工作原理可以用水泵

1）液力耦合器的優(yōu)點(diǎn)

（1）保證汽車平穩(wěn)起步；

（2）衰減傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；

（3）防止傳動(dòng)系過載；

（4）顯著減少換檔次數(shù)。

2）液力耦合器的缺點(diǎn)

（1）只能傳遞轉(zhuǎn)矩，不能改變轉(zhuǎn)矩大??；

（2）不能取代離合器，使傳動(dòng)系統(tǒng)縱向尺寸增加；

（3）傳動(dòng)效率較低。液力耦合器的優(yōu)缺點(diǎn)：61）液力耦合器的優(yōu)點(diǎn)

（1）保證汽車平穩(wěn)起步；

二、液力變矩器殼殼泵輪渦輪導(dǎo)輪起動(dòng)齒圈泵輪與殼連成一體為主動(dòng)元件；殼體做成兩半，用螺栓連接，殼外有起動(dòng)齒圈渦輪懸浮在變矩器內(nèi)與從動(dòng)軸相連；

導(dǎo)輪懸浮在泵輪與渦輪之間，通過單向離合器及導(dǎo)輪固定套固定在變速器外殼上，單向離合器使導(dǎo)輪可以順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，而不能逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。1、結(jié)構(gòu)1、結(jié)構(gòu)（一）基本結(jié)構(gòu)與原理7二、液力變矩器殼殼泵輪渦輪導(dǎo)輪起動(dòng)泵輪與殼連2、液力變矩器組成82、液力變矩器組成83、工作原理依據(jù)液流方向?qū)⒐ぷ鬏啺幢幂啞鷾u輪→導(dǎo)輪展開，得到下圖。93、工作原理依據(jù)液流方向?qū)⒐ぷ鬏啺幢幂啞鷾u輪→導(dǎo)輪展開，得到液力變矩器的工作原理如下：

當(dāng)nw=0時(shí)，Mw=Mb+Md，渦輪受力大于泵輪；

隨著nw的增加，u增加，使v的方向改變，當(dāng)渦輪流出的液流正好沿導(dǎo)輪出口方向沖向?qū)л啎r(shí)，Md=0，Mw=Mb；

隨著nw的繼續(xù)增加，u增加為u′，v的方向改變?yōu)関′，Mw=Mb-Md；

當(dāng)nw=nb時(shí)，工作液在循環(huán)圓中的循環(huán)流動(dòng)停止，將不能傳遞動(dòng)力。10液力變矩器的工作原理如下：

當(dāng)nw=0時(shí)，Mw=Mb+M變矩器工作時(shí)，工作液除有繞變矩器軸的圓周運(yùn)動(dòng)以外，還有在循環(huán)圓中的循環(huán)流動(dòng)，在工作液循環(huán)流動(dòng)的過程中，固定不動(dòng)的導(dǎo)輪給渦輪一個(gè)反作用力矩，使渦輪不同于泵輪輸入的轉(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（反映著汽車行駛速度）不同而改變渦輪輸出的轉(zhuǎn)矩的數(shù)值，即實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。11變矩器工作時(shí)，工作液除有繞變矩器軸的圓周運(yùn)動(dòng)以外，還4、液力變矩器特性液力變矩器有兩個(gè)重要的特性參數(shù)：液力變矩器傳動(dòng)比i和液力變矩器變矩系數(shù)K，其定義如下。（1）液力變矩器傳動(dòng)比

（2）液力變矩器變矩系數(shù)

124、液力變矩器特性液力變矩器有兩個(gè)重要的特性參數(shù)：液力變矩器1、三元件綜合式液力變矩器（二）幾種典型的液力變矩器131、三元件綜合式液力變矩器（二）幾種典型的液力變矩器13單向離合器（滾柱式）

單向離合器作用是只允許導(dǎo)輪單向旋轉(zhuǎn)，不允許其逆轉(zhuǎn)。

14單向離合器（滾柱式）

單向離合器作用是只允許導(dǎo)輪2、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矩器多了一個(gè)導(dǎo)輪，兩個(gè)導(dǎo)輪分別裝在各自的單向離合器上。152、四元件綜合式液力變矩器四元件綜合式液力變矩器比三四元件綜合式液力變矩器的特性是兩個(gè)變矩器特性和一個(gè)耦合器特性的綜合。在傳動(dòng)比0～i1區(qū)段，兩個(gè)導(dǎo)輪固定不動(dòng)，二者的葉片組成一個(gè)彎曲程度更大的葉片，以保證在低傳動(dòng)比工況下獲得大的變矩系數(shù)。在傳動(dòng)比i1～iK＝1區(qū)段，第一導(dǎo)輪脫開，變矩器帶有一個(gè)葉片彎曲程度較小的導(dǎo)輪工作，因而此時(shí)可得到較高的效率。當(dāng)傳動(dòng)比為iK＝1時(shí)，變矩器轉(zhuǎn)入耦合器工況，效率按線性規(guī)律增長(zhǎng)。16四元件綜合式液力變矩器的特性是兩個(gè)變矩器特性和一個(gè)耦3、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(diǎn)是，汽車在變工況下行駛時(shí)（如起步、經(jīng)常加減速），鎖止離合器分離，相當(dāng)于普通液力變矩器；當(dāng)汽車在穩(wěn)定工況下行駛時(shí)，鎖止離合器接合，動(dòng)力不經(jīng)液力傳動(dòng)，直接通過機(jī)械傳動(dòng)傳遞，變矩器效率為1。173、帶鎖止離合器的液力變矩器帶鎖止離合器液力變矩器的壓力油經(jīng)油道進(jìn)入后，推動(dòng)活塞右移，壓緊從動(dòng)盤，鎖止離合器，使泵輪與渦輪接合成一體旋轉(zhuǎn)，變矩器不起作用。鎖止離合器的接合取決于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和車速，并由液壓自動(dòng)操縱控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行。18壓力油經(jīng)油道進(jìn)入后，推動(dòng)活塞右移，壓緊從動(dòng)（三）液力機(jī)械變速器1、行星齒輪變速器工作原理作用于太陽(yáng)輪上的力矩：M1=F1r1作用于齒圈上的力矩：M2=F2r2作用于行星架上的力矩：M3=F3r3單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的工作原理行星輪太陽(yáng)輪齒圈行星架行星架F3r3F2F1r1r2齒圈與太陽(yáng)輪的齒數(shù)比為：=Z2/Z1=r2/r119（三）液力機(jī)械變速器1、行星齒輪變速器工作原理作用于太陽(yáng)輪上通過行星輪的力平衡條件，及能量守恒條件，得行星機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特性方程式如下：

M1ω1+M2ω2+M3ω3=0

n1+αn2-(1+α)n3=0

20通過行星輪的力平衡條件，及能量守恒條件，得行星機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)和（1）太陽(yáng)輪1為主動(dòng)件，行星架3為從動(dòng)件，齒圈2固定

i13=n1/n3=1+α=1+z2/z1

（2）齒圈2為主動(dòng)件，行星架3為從動(dòng)件，太陽(yáng)輪1固定

i23=n2/n3=(1+α)/α=1+z1/z2

（3）太陽(yáng)輪1為主動(dòng)件，齒圈2為從動(dòng)件，行星架3固定

i12=n1/n2=-α=-z2/z1

（4）如果太陽(yáng)輪和齒圈連為一體，n1=n2

n1=n2=n3

由上可見，單排行星齒輪機(jī)構(gòu)可以獲得4種不同的傳動(dòng)比。關(guān)于傳動(dòng)比的討論：21（1）太陽(yáng)輪1為主動(dòng)件，行星架3為從動(dòng)件，齒圈2固定

i復(fù)合式行星齒輪機(jī)構(gòu)的工作原理演示（以兩排辛普森式為例）其特點(diǎn)是由兩排行星齒輪機(jī)構(gòu)共用一個(gè)太陽(yáng)輪組成的復(fù)合式行星齒輪機(jī)構(gòu)，可以獲得3個(gè)前進(jìn)檔和1個(gè)倒檔。22復(fù)合式行星齒輪機(jī)構(gòu)的工作原理演示（以兩排辛普森式為例）其2、液力變矩器與行星齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器屬于拉威挪式：其特點(diǎn)是兩排行星齒輪機(jī)構(gòu)共用一個(gè)齒圈和一個(gè)行星架。行星架上的長(zhǎng)行星輪與前排行星齒輪機(jī)構(gòu)的大太陽(yáng)輪嚙合，同時(shí)還與后排行星齒輪機(jī)構(gòu)的短行星輪相嚙合。短行星輪還與小太陽(yáng)輪嚙合?？梢越M成3個(gè)前進(jìn)檔和1個(gè)倒檔的行星齒輪變速器。232、液力變矩器與行星齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器屬于拉威挪24243、液力變矩器與固定軸線式齒輪變速器組成的液力機(jī)械變速器（例如SH380A自卸車）253、液力變矩器與固定軸線式齒輪變速器組成254、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(jī)械變速器

國(guó)外重型貨車和工程車輛上開始采用由WSK系統(tǒng)與全同步多檔變速器（4～6檔）組成的液力機(jī)械變速器。所謂WSK系統(tǒng)是由鎖止離合器、變矩器、滑行單向離合器和換檔離合器組成的“變矩器—換檔離合器系統(tǒng)”的德文縮寫。多數(shù)情況下是把WSK系統(tǒng)和變速器裝在一起作為傳動(dòng)裝置使用，也可以把WSK系統(tǒng)和變速器分開布置。264、帶鎖止離合器的液力變矩器、換檔離合器國(guó)外重型貨車（四）液力機(jī)械傳動(dòng)的液壓自動(dòng)操縱系統(tǒng)動(dòng)力源（液壓式）執(zhí)行機(jī)構(gòu)（液壓式）控制機(jī)構(gòu)（電控、液控）以下主要介紹液壓自動(dòng)操縱系統(tǒng)：27（四）液力機(jī)械傳動(dòng)的液壓自動(dòng)操縱系統(tǒng)動(dòng)力源（液壓式）以下主要⑴換擋離合器作用：連接行星齒輪變速器的輸入軸和行星排的某個(gè)基本元件，或把行星排的某兩個(gè)基本元件連接起來，成為一個(gè)整體傳遞動(dòng)力。濕式多盤離合器結(jié)構(gòu)：花鍵轂輸入軸彈簧活塞殼體主動(dòng)盤壓盤從動(dòng)盤卡環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：換擋離合器、換擋制動(dòng)器。28⑴換擋離合器作用：連接行星齒輪變速器的輸入軸和行星排的某個(gè)基⑵換擋制動(dòng)器作用：用于把行星排的太陽(yáng)輪、齒圈、行星三個(gè)基本元件之一固定，使之不能轉(zhuǎn)動(dòng)。類型：濕式多片制動(dòng)器、外束帶式制動(dòng)器。外束帶式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)：調(diào)整螺釘制動(dòng)帶工作油路活塞桿活塞制動(dòng)鼓29⑵換擋制動(dòng)器作用：用于把行星排的太陽(yáng)輪、齒圈、行星三個(gè)基本元組成：供油、手動(dòng)選擋、參數(shù)調(diào)節(jié)、換擋時(shí)刻控制、換擋品質(zhì)控制等。1）供油部分：濾清器主調(diào)壓閥副調(diào)壓閥供油泵油冷卻器可隨節(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(yīng)規(guī)定值。用來調(diào)節(jié)供給液力變矩器和潤(rùn)滑油路油壓的。向液力變矩器和液控自動(dòng)操縱系統(tǒng)壓入所需的液壓油，并滿足行星齒輪變速器潤(rùn)滑的需要。控制機(jī)構(gòu)30組成：供油、手動(dòng)選擋、參數(shù)調(diào)節(jié)、換擋時(shí)刻控制、換1）供油部分內(nèi)齒泵轉(zhuǎn)子泵葉片泵從動(dòng)齒輪主動(dòng)齒輪月牙形凸臺(tái)吸油區(qū)外轉(zhuǎn)子內(nèi)轉(zhuǎn)子吸油區(qū)腔室轉(zhuǎn)子定子葉片31內(nèi)齒泵轉(zhuǎn)子泵葉片泵從動(dòng)齒輪主動(dòng)齒輪月牙形凸臺(tái)吸油區(qū)外轉(zhuǎn)子內(nèi)轉(zhuǎn)2）換擋時(shí)刻控制部分：用于轉(zhuǎn)換通向各換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的油路。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(jī)構(gòu)，進(jìn)行換擋。高速超車時(shí)強(qiáng)制接通低擋。換擋閥：手控閥：強(qiáng)制低擋閥：3）鎖止信號(hào)閥、鎖止繼動(dòng)閥：鎖止信號(hào)閥：受電磁閥的控制，可輸出液壓信號(hào)去控制鎖止繼動(dòng)閥。4）換擋品質(zhì)控制部分：鎖止繼動(dòng)閥：根據(jù)鎖止信號(hào)閥的鎖止信號(hào)改變通往變矩器工作液的流向，使變矩器內(nèi)的鎖止離合器適時(shí)地接合與分離。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(shí)閥、執(zhí)行力調(diào)節(jié)閥等。返回322）換擋時(shí)刻控制部分：用于轉(zhuǎn)換通向各換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的油路。根據(jù)第二節(jié)機(jī)械式無級(jí)變速器一、金屬帶式無級(jí)變速器（VDT-CVT）工作原理VDT-CVT是由金屬帶、主動(dòng)工作輪、從動(dòng)工作輪、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(dòng)部分組成，二者之間形成V形槽，金屬帶在槽內(nèi)與工作輪相嚙合。當(dāng)工作輪的可動(dòng)部分作軸向移動(dòng)時(shí)，即可改變金屬帶與主、從動(dòng)工作輪的工作半徑，從而改變金屬帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比。主、從動(dòng)工作輪可動(dòng)部分的軸向移動(dòng)是根據(jù)汽車的行駛工況，通過液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)地調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速傳動(dòng)的。33第二節(jié)機(jī)械式無級(jí)變速器一、金屬帶式無級(jí)變速器（VDT-C3434二、VDT-CVT的關(guān)鍵部件1．金屬帶

金屬傳動(dòng)帶是由多個(gè)(280～400片)金屬片和兩組金屬環(huán)組成。35二、VDT-CVT的關(guān)鍵部件1．金屬帶

金屬傳動(dòng)帶是由多2．工作輪362．工作輪363．液壓泵

液壓泵是液壓控制系統(tǒng)的液壓源，其常用的結(jié)構(gòu)形式有齒輪泵和葉片泵，但近年來流量可控、效率較高的徑向柱塞泵應(yīng)用最多。4、金屬帶式無級(jí)變速器（VDT-CVT）的控制系統(tǒng)

一般采用機(jī)