汽车构造 第15章 自动变速器.ppt

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1、第第1515章章 自动变速器自动变速器 主讲教师：主讲教师：第第1515章章 自动变速器自动变速器 15.1 15.1 概述概述自动变速器自动变速器AT(automaticAT(automatic transmission)transmission)是指能够根据发动机工是指能够根据发动机工况及汽车运行速度自动选挡和换挡的变速器。它由液力变况及汽车运行速度自动选挡和换挡的变速器。它由液力变矩器及机械变速系统组合而成。目前汽车上装用的自动变矩器及机械变速系统组合而成。目前汽车上装用的自动变速器由于综合应用了电子控制技术、液力控制技术、液力速器由于综合应用了电子控制技术、液力控制技术、液力传动技术和

2、机械传动技术，传动技术和机械传动技术，故又称为电控自动变速器。它故又称为电控自动变速器。它能够克服机械变速器的动载荷大，易使零件磨损以及频繁能够克服机械变速器的动载荷大，易使零件磨损以及频繁地操纵离合器等缺点，从而减轻驾驶员劳动强度、提高行地操纵离合器等缺点，从而减轻驾驶员劳动强度、提高行车安全性。车安全性。第第1515章章 自动变速器自动变速器 15.1.1 15.1.1 自动变速器的类型自动变速器的类型1.1.按齿轮变速机构分类按齿轮变速机构分类自动变速器按齿轮变速机构可分为平行轴式和行星齿轮式两种。自动变速器按齿轮变速机构可分为平行轴式和行星齿轮式两种。1)1)平行轴式自动变速器平行轴式

3、自动变速器平行轴式自动变速器采用普通齿轮啮合传动，通过换挡离合器改变不同平行轴式自动变速器采用普通齿轮啮合传动，通过换挡离合器改变不同齿轮的搭配，实现传动比齿轮的搭配，实现传动比(挡位挡位)的变换。平行轴式自动变速器体积较的变换。平行轴式自动变速器体积较大，使用车型少。广州本田汽车有限公司生产的广州本田雅阁轿车所大，使用车型少。广州本田汽车有限公司生产的广州本田雅阁轿车所使用的变速器就是平行轴式自动变速器。使用的变速器就是平行轴式自动变速器。2)2)行星齿轮式自动变速器行星齿轮式自动变速器行星齿轮式自动变速器采用行星齿轮传动，通过换挡执行元件实现挡位行星齿轮式自动变速器采用行星齿轮传动，通过换

4、挡执行元件实现挡位的变换。它具有结构紧凑、体积小的特点，是目前绝大多数汽车采用的变换。它具有结构紧凑、体积小的特点，是目前绝大多数汽车采用的自动变速器。的自动变速器。第第1515章章 自动变速器自动变速器 2.2.按传动比变化是否连续分类按传动比变化是否连续分类1)1)有级式自动变速器有级式自动变速器采用齿轮变速机构的自动变速器不论是平行轴式还是行星齿轮式，各挡采用齿轮变速机构的自动变速器不论是平行轴式还是行星齿轮式，各挡位传动比是一个定值。各挡位传动比之间是间断的，这是齿轮传动固位传动比是一个定值。各挡位传动比之间是间断的，这是齿轮传动固有的特点。有的特点。2)2)无级式自动变速器无级式自动

5、变速器无级式自动变速器的结构示意简图如图无级式自动变速器的结构示意简图如图15.115.1所示。它采用钢带或链条传动，所示。它采用钢带或链条传动，主、从动带轮的槽宽主、从动带轮的槽宽(即带轮的直径即带轮的直径)可以改变，从而改变钢带的传动可以改变，从而改变钢带的传动比。这种变速器比。这种变速器(Continuously Variable Transmission)(Continuously Variable Transmission)又称为又称为CVTCVT，它可，它可以实现一定范围内的无级变速，即传动比的变化是连续、无间断的。以实现一定范围内的无级变速，即传动比的变化是连续、无间断的。CVT

6、CVT已经在部分轿车上使用，国产奥迪已经在部分轿车上使用，国产奥迪(Audi)A6(Audi)A6、南京菲亚特等车型、南京菲亚特等车型就使用了就使用了CVTCVT。随着材料技术的进步，如果传动钢带或链条的寿命得。随着材料技术的进步，如果传动钢带或链条的寿命得以延长，以延长，CVTCVT将会在越来越多的车型上得到应用。将会在越来越多的车型上得到应用。第第1515章章 自动变速器自动变速器 3.3.按控制方式分类按控制方式分类自动变速器按控制方式可分为液控液力自动变速器和电子控自动变速器按控制方式可分为液控液力自动变速器和电子控制液力自动变速器。制液力自动变速器。1)1)液控液力自动变速器液控液力

7、自动变速器液控液力自动变速器主要工作原理是：在手控制阀选定位置液控液力自动变速器主要工作原理是：在手控制阀选定位置后，由反映节气门开度的节气门阀和反映车速的调速器阀后，由反映节气门开度的节气门阀和反映车速的调速器阀把节气门开度和车速转换为液力信号，在换挡点，这些液把节气门开度和车速转换为液力信号，在换挡点，这些液力信号直接控制换挡阀进行换挡。使换挡执行机构力信号直接控制换挡阀进行换挡。使换挡执行机构(换挡换挡离合器、换挡制动器和单向离合器离合器、换挡制动器和单向离合器)进行换挡。液力控制进行换挡。液力控制系统控制自动换挡的信息有三个：换挡手柄位置、节气门系统控制自动换挡的信息有三个：换挡手柄位

8、置、节气门开度开度(表征发动机负荷表征发动机负荷)、车速。当驾驶员选定换挡手柄的、车速。当驾驶员选定换挡手柄的位置之后，控制系统将根据节气门的开度和车速实现自动位置之后，控制系统将根据节气门的开度和车速实现自动换挡变速，如图换挡变速，如图15.215.2所示。所示。第第1515章章 自动变速器自动变速器 2)2)电控液力自动变速器电控液力自动变速器电控液力自动变速器在手控制阀选定位置后，由反映节气门开度的节气电控液力自动变速器在手控制阀选定位置后，由反映节气门开度的节气门位置传感器和反映车速的车速传感器把节气门开度和车速转变为电门位置传感器和反映车速的车速传感器把节气门开度和车速转变为电信号，

9、这些电信号输入电控单元信号，这些电信号输入电控单元(ECU)(ECU)，由电子控制单元控制液力阀，由电子控制单元控制液力阀和液力执行机构进行换挡。现在越来越多的汽车采用这种方式，如图和液力执行机构进行换挡。现在越来越多的汽车采用这种方式，如图15.315.3所示。所示。图图15.2 15.2 液控液力自动变速器工作示意图液控液力自动变速器工作示意图 第第1515章章 自动变速器自动变速器 15.1.2 15.1.2 自动变速器的组成自动变速器的组成自动变速器主要由液力变矩器、齿轮变速器、液力控制系统、电子控制自动变速器主要由液力变矩器、齿轮变速器、液力控制系统、电子控制系统等几部分组成。系统等

10、几部分组成。1)1)液力变矩器液力变矩器(torque converter)(torque converter)液力变矩器位于自动变速器的最前端，它通过螺栓与发动机的飞轮相连，液力变矩器位于自动变速器的最前端，它通过螺栓与发动机的飞轮相连，其作用与采用手动变速器汽车的离合器相似。它利用液力传动的原理，其作用与采用手动变速器汽车的离合器相似。它利用液力传动的原理，将发动机的动力传给自动变速器的输入轴。将发动机的动力传给自动变速器的输入轴。2)2)齿轮变速器齿轮变速器(gear system)(gear system)齿轮变速器是自动变速器的主要组成部分，可以使变速器实现不同的传齿轮变速器是自动变

11、速器的主要组成部分，可以使变速器实现不同的传功比，使之处于不同的挡位，一般有功比，使之处于不同的挡位，一般有3 34 4个前进挡和个前进挡和1 1个倒挡。与液个倒挡。与液力变矩器配合、可获得由起步至最高车速的整个范围内的自动变速。力变矩器配合、可获得由起步至最高车速的整个范围内的自动变速。3)3)液力控制系统液力控制系统(hydraulic system)(hydraulic system)液力控制系统由油泵、调压阀、换挡阀、减振器等零部件组成。它们通液力控制系统由油泵、调压阀、换挡阀、减振器等零部件组成。它们通常安装在齿轮变速器下方的油底壳内。液力控制系统接受节气门开度常安装在齿轮变速器下方

12、的油底壳内。液力控制系统接受节气门开度和车速信号，利用液力自动控制原理，实现自动换挡。和车速信号，利用液力自动控制原理，实现自动换挡。第第1515章章 自动变速器自动变速器 4)4)电子控制系统电子控制系统随着自动变速器的发展，目前采用电控液力自动变速器越来随着自动变速器的发展，目前采用电控液力自动变速器越来越多。电控液力式控制系统除了阀板及液力管路之外，还越多。电控液力式控制系统除了阀板及液力管路之外，还包括电控单元、传感器、执行器及控制电路等传感器。它包括电控单元、传感器、执行器及控制电路等传感器。它们将发动机和汽车的行驶参数转变为电信号，然后送给自们将发动机和汽车的行驶参数转变为电信号，

13、然后送给自动变速器的电控单元，电控单元接受到这些信号后就根据动变速器的电控单元，电控单元接受到这些信号后就根据既定的换挡规律实现自动换挡。既定的换挡规律实现自动换挡。5)5)冷却、滤油装置冷却、滤油装置变速器油在传力和控制过程中，因冲击和摩擦产生的热量使变速器油在传力和控制过程中，因冲击和摩擦产生的热量使油温升高，从而会降低传动效率。因此，必须使变速器油油温升高，从而会降低传动效率。因此，必须使变速器油通过冷却油路和冷却器进行冷却，以保持正常的工作温度通过冷却油路和冷却器进行冷却，以保持正常的工作温度(80(8090)90)。自动变速器在工作过程中因摩擦产生的金属。自动变速器在工作过程中因摩擦

14、产生的金属屑须由滤油器及时地过滤掉，以保持变速器油的清洁。屑须由滤油器及时地过滤掉，以保持变速器油的清洁。第第1515章章 自动变速器自动变速器 15.1.3 15.1.3 电控液力自动变速器的基本工作原理电控液力自动变速器的基本工作原理在手控制阀选定位置后，由反映节气门开度的节气门位置传感器和反映在手控制阀选定位置后，由反映节气门开度的节气门位置传感器和反映车速的车速传感器，把节气门开度和车速车速的车速传感器，把节气门开度和车速(还有发动机转速、冷却液温还有发动机转速、冷却液温度、液力油温度等参数度、液力油温度等参数)转变为电信号，这些电信号输入电子控制单元转变为电信号，这些电信号输入电子控

15、制单元(ECU)(ECU)。在换挡点，。在换挡点，ECUECU向换挡电磁阀、油压电磁阀、锁止电磁阀发向换挡电磁阀、油压电磁阀、锁止电磁阀发出电信号，电磁阀再将电信号转变成液力控制信号，液力控制信号控出电信号，电磁阀再将电信号转变成液力控制信号，液力控制信号控制液力阀体中各换挡阀使换挡执行机构换挡，如图制液力阀体中各换挡阀使换挡执行机构换挡，如图15.315.3。如图如图15.315.3所示，电控液力自动变速器由液力变矩器、行星齿轮变速系统所示，电控液力自动变速器由液力变矩器、行星齿轮变速系统(包括换挡执行器包括换挡执行器)，自动换挡操纵系统，自动换挡操纵系统(包括液力操纵系统、电子控制包括液力

16、操纵系统、电子控制系统系统)、变速器壳体和油冷却系统等组成。液力变矩器和行星齿轮变速、变速器壳体和油冷却系统等组成。液力变矩器和行星齿轮变速器是构成自动变速器的主要结构，而自动换挡控制系统是自动变速器器是构成自动变速器的主要结构，而自动换挡控制系统是自动变速器的核心和技术关键。在液力变矩器中，为了避免液力油气蚀及高温带的核心和技术关键。在液力变矩器中，为了避免液力油气蚀及高温带来的不良后果，需要设置油泵将工作液体以一定的压力输送到变矩器来的不良后果，需要设置油泵将工作液体以一定的压力输送到变矩器中，使其循环圆内保持一定的补偿压力，油泵的另一作用是不断地将中，使其循环圆内保持一定的补偿压力，油泵

17、的另一作用是不断地将工作液从变矩器中引出，送到冷却器或变速器的油底壳进行冷却。工作液从变矩器中引出，送到冷却器或变速器的油底壳进行冷却。第第1515章章 自动变速器自动变速器 现在越来越多的汽车采用电控液力自动变速器，它与液控液现在越来越多的汽车采用电控液力自动变速器，它与液控液力自动变速器相比，具有以下优点：力自动变速器相比，具有以下优点：(1)(1)计算机能够存储与处理多种换挡规律，所以可实现更合理计算机能够存储与处理多种换挡规律，所以可实现更合理更复杂的控制，突破液力阀结构限制，获得更理想的燃油更复杂的控制，突破液力阀结构限制，获得更理想的燃油经济性和动力性；经济性和动力性；(2)(2)

18、简化液力操纵系统，结构紧凑，重量轻；简化液力操纵系统，结构紧凑，重量轻；(3)(3)控制精度高，反应快且动作准确；控制精度高，反应快且动作准确；(4)(4)与汽车其他系统的电子控制与汽车其他系统的电子控制(如发动机控制、巡航控制、如发动机控制、巡航控制、牵引力控制、制动防抱死控制、四轮驱动控制等牵引力控制、制动防抱死控制、四轮驱动控制等)兼容性兼容性好；好；(5)(5)自动换挡系统变更换挡规律或参数时，只需改变控制程序自动换挡系统变更换挡规律或参数时，只需改变控制程序和某些电子元件的型号规格就能达到要求，无须对变速器和某些电子元件的型号规格就能达到要求，无须对变速器结构零件作任何变动，所以适应

19、性强、开发周期短、在系结构零件作任何变动，所以适应性强、开发周期短、在系列产品中更能显示其优越性。列产品中更能显示其优越性。第第1515章章 自动变速器自动变速器 15.2 15.2 耦合器与变矩器耦合器与变矩器15.2.1 15.2.1 液力耦合器液力耦合器图图15.415.4为液力耦合器结构示意图，其主要零件形状见图为液力耦合器结构示意图，其主要零件形状见图15.515.5。如图如图15.415.4所示，液力耦合器主要由：所示，液力耦合器主要由：壳体壳体(housing)(housing)、泵轮、泵轮(impeller)(impeller)、涡轮、涡轮(turbine)(turbine)三

20、个元件构成。在发动机曲轴三个元件构成。在发动机曲轴1 1的凸缘上，固定着耦合器外壳的凸缘上，固定着耦合器外壳2 2。与外壳刚性连接并随曲轴一起旋转的叶轮，组成耦合器的主动元件，与外壳刚性连接并随曲轴一起旋转的叶轮，组成耦合器的主动元件，称为泵轮了。与从动轴称为泵轮了。与从动轴5 5相连的叶轮，为耦合器的从动元件，称为涡相连的叶轮，为耦合器的从动元件，称为涡轮轮4 4。泵轮与涡轮统称为工作轮。在工作轮的环状壳体中，径向排列。泵轮与涡轮统称为工作轮。在工作轮的环状壳体中，径向排列着许多叶片。涡轮装在密封的外壳中，其端面与泵轮端面相对，两者着许多叶片。涡轮装在密封的外壳中，其端面与泵轮端面相对，两者

21、之间留有之间留有3 34mm4mm间隙。泵轮与涡轮装合后，通过轴线的纵断面呈环间隙。泵轮与涡轮装合后，通过轴线的纵断面呈环形，称为循环圆。在环状壳体中储存有工作液。形，称为循环圆。在环状壳体中储存有工作液。液力耦合器的壳体和泵轮在发动机曲轴的带动下旋转，叶片间的工作液液力耦合器的壳体和泵轮在发动机曲轴的带动下旋转，叶片间的工作液在泵轮带动一起旋转。随着发动机转速的提高，离心力作用将使工作在泵轮带动一起旋转。随着发动机转速的提高，离心力作用将使工作液从叶片内缘向外缘流动。因此，叶片外缘处压力较高，而内缘处压液从叶片内缘向外缘流动。因此，叶片外缘处压力较高，而内缘处压力较低，其压力差取决于工作轮半

22、径和转速。力较低，其压力差取决于工作轮半径和转速。第第1515章章 自动变速器自动变速器 图图15.4 15.4 液力耦合器结构示意图液力耦合器结构示意图 1发动机曲轴 2耦合器外壳 3泵轮 4涡轮 5从动轴 图图15.5 15.5 液力耦合器主要零件液力耦合器主要零件 1泵轮 2涡轮 第第1515章章 自动变速器自动变速器 由于泵轮和涡轮的半径是相等的，故当泵轮的转速大于涡轮时，泵轮叶由于泵轮和涡轮的半径是相等的，故当泵轮的转速大于涡轮时，泵轮叶片外缘的液力大于涡轮叶片外缘。于是，工作液不仅随着工作轮绕其片外缘的液力大于涡轮叶片外缘。于是，工作液不仅随着工作轮绕其轴线做圆周运动，并且在上述压

23、力差的作用下，沿循环圆依箭头所示轴线做圆周运动，并且在上述压力差的作用下，沿循环圆依箭头所示方向作循环流动。液体质点的流线形成一个首尾相连的环形螺旋线方向作循环流动。液体质点的流线形成一个首尾相连的环形螺旋线(图图15.6)15.6)。图图15.6 15.6 液力耦合器的工作原理示意图液力耦合器的工作原理示意图 第第1515章章 自动变速器自动变速器 液力耦合器的传动过程是：泵轮接受发动机传动来的机械能，传给工作液力耦合器的传动过程是：泵轮接受发动机传动来的机械能，传给工作液，使其提高动能，然后再由工作液将动能传给涡轮。因此，液力耦液，使其提高动能，然后再由工作液将动能传给涡轮。因此，液力耦合

24、器实现传动的必要条件是工作液在泵轮和涡轮之间有循环流动。而合器实现传动的必要条件是工作液在泵轮和涡轮之间有循环流动。而循环流动的产生，是由两个工作轮转速不等，使两轮叶片的外缘产生循环流动的产生，是由两个工作轮转速不等，使两轮叶片的外缘产生液力差所致。因此，液力耦合器在正常工作时，泵轮转速总是大于涡液力差所致。因此，液力耦合器在正常工作时，泵轮转速总是大于涡轮转速。如果二者转速相等，液力耦合器则不起传动作用。轮转速。如果二者转速相等，液力耦合器则不起传动作用。汽车起步前，可将变速器挂上一挡位，启动发动机驱动泵轮旋转，而与汽车起步前，可将变速器挂上一挡位，启动发动机驱动泵轮旋转，而与整车驱动轮相连

25、的涡轮暂时仍处于静止状态，工作液便立即产生绕工整车驱动轮相连的涡轮暂时仍处于静止状态，工作液便立即产生绕工作轮轴线的圆周运动和循环流动。当液流冲到涡轮叶片上时，其圆周作轮轴线的圆周运动和循环流动。当液流冲到涡轮叶片上时，其圆周速度降低到零而对涡轮叶片造成一个冲击力，因而对涡轮作用一个绕速度降低到零而对涡轮叶片造成一个冲击力，因而对涡轮作用一个绕涡轮轴线的力矩，力图使涡轮与泵轮同向旋转。对于一定的耦合器，涡轮轴线的力矩，力图使涡轮与泵轮同向旋转。对于一定的耦合器，发动机转速越大，则作用于涡轮的力矩也越大。发动机转速越大，则作用于涡轮的力矩也越大。加大发动机供油量，使其转速增大到一定数值时，作用于

26、涡轮上的转矩加大发动机供油量，使其转速增大到一定数值时，作用于涡轮上的转矩足以使汽车克服起步阻力而使汽车起步。随着发动机转速的继续增高，足以使汽车克服起步阻力而使汽车起步。随着发动机转速的继续增高，涡轮连同汽车也不断加速。涡轮连同汽车也不断加速。第第1515章章 自动变速器自动变速器 由液力耦合器工作原理可知，液体在循环流动过程中，没有由液力耦合器工作原理可知，液体在循环流动过程中，没有受到任何其他附加外力，故发动机作用于泵轮上的转矩与受到任何其他附加外力，故发动机作用于泵轮上的转矩与涡轮所接受并传给从动轴的转矩相等。亦即液力耦合器只涡轮所接受并传给从动轴的转矩相等。亦即液力耦合器只起传递转矩

27、的作用，而不起改变转矩大小的作用，故必须起传递转矩的作用，而不起改变转矩大小的作用，故必须有变速机构与其配合使用。此外，由于液力耦合器不能使有变速机构与其配合使用。此外，由于液力耦合器不能使发动机与变速器彻底分离，故在采用以移动齿轮或接合套发动机与变速器彻底分离，故在采用以移动齿轮或接合套方法换挡的普通齿轮变速器时，为了减小齿轮冲击，在液方法换挡的普通齿轮变速器时，为了减小齿轮冲击，在液力耦合器与变速器之间还必须装一个离合器。而且由于液力耦合器与变速器之间还必须装一个离合器。而且由于液力耦合器中存在液流损失，传动系效率比单用离合器时为力耦合器中存在液流损失，传动系效率比单用离合器时为低。目前，

28、液力耦合器在汽车上的应用日益减少。低。目前，液力耦合器在汽车上的应用日益减少。第第1515章章 自动变速器自动变速器 15.2.2 15.2.2 液力变矩器液力变矩器1.1.液力变矩器结构原理液力变矩器结构原理液力变矩器主要由泵轮液力变矩器主要由泵轮4 4，涡轮，涡轮3 3及固定不动的导轮及固定不动的导轮(Stator)5(Stator)5三三个元件组成个元件组成(见图见图15.7)15.7)。涡轮。涡轮3 3、导轮、导轮5 5装在密封的外壳装在密封的外壳2 2中，中，涡轮端面与泵轮端面相对。各工作轮采用铝合金精密铸造涡轮端面与泵轮端面相对。各工作轮采用铝合金精密铸造或用钢板冲压焊接而成。三者

29、之间靠工作液传递动力，它或用钢板冲压焊接而成。三者之间靠工作液传递动力，它们的叶片端面之间都留有一定间隙。所有工作轮装配后，们的叶片端面之间都留有一定间隙。所有工作轮装配后，通过轴线的纵断面呈环形通过轴线的纵断面呈环形(循环圆循环圆)。在环状壳体中储有工。在环状壳体中储有工作液。为保证液力变矩器性能及液流很好地循环，三个工作液。为保证液力变矩器性能及液流很好地循环，三个工作轮叶片都弯成一定弧度作轮叶片都弯成一定弧度(泵轮可以是直的泵轮可以是直的)，叶片断面是，叶片断面是弯曲面，且相对于工作半径方向是倾斜排列的。弯曲面，且相对于工作半径方向是倾斜排列的。第第1515章章 自动变速器自动变速器 图

30、图15.7 15.7 液力变矩器的主要零件液力变矩器的主要零件1启动齿圈 2变矩器壳 3涡轮 4泵轮 5导轮 第第1515章章 自动变速器自动变速器 图图15.815.8所示为目前轿车上广泛采用的综合式液力变矩器。泵所示为目前轿车上广泛采用的综合式液力变矩器。泵轮与变矩器壳连成一体，用螺栓固定在发动机曲轴后端的轮与变矩器壳连成一体，用螺栓固定在发动机曲轴后端的凸缘上，为变矩器的主动元件。壳体做成两半，装配后焊凸缘上，为变矩器的主动元件。壳体做成两半，装配后焊成一体成一体(有的用螺栓连接有的用螺栓连接)，壳体外面有启动齿圈。涡轮通，壳体外面有启动齿圈。涡轮通过轴承安装在变矩器内，通过输出轴与汽车

31、传动系统的其过轴承安装在变矩器内，通过输出轴与汽车传动系统的其他部件相连，为变矩器的从动元件。综合式液力变矩器三他部件相连，为变矩器的从动元件。综合式液力变矩器三元件中的导轮不是完全固定不动的，导轮安装在泵轮与涡元件中的导轮不是完全固定不动的，导轮安装在泵轮与涡轮之间，通过单向离合器及导轮固定套固定在变速器外壳轮之间，通过单向离合器及导轮固定套固定在变速器外壳上。单向离合器的作用是可以使导轮顺时针上。单向离合器的作用是可以使导轮顺时针(向前向前)方向转方向转动，而不能朝逆时针动，而不能朝逆时针(向后向后)方向转动。方向转动。与耦合器一样，变矩器正常工作时，储于环形内腔中的工作与耦合器一样，变矩

32、器正常工作时，储于环形内腔中的工作液，除有绕变矩器轴的圆周运动以外，还有在循环圆中循液，除有绕变矩器轴的圆周运动以外，还有在循环圆中循环流动环流动(见图见图15.8)15.8)，故能将转矩从泵轮传到涡轮上。，故能将转矩从泵轮传到涡轮上。第第1515章章 自动变速器自动变速器 与耦合器不同的是：变矩器不仅能传递转矩，且能在泵轮转矩不变的情与耦合器不同的是：变矩器不仅能传递转矩，且能在泵轮转矩不变的情况下，随着涡轮的转速不同而改变涡轮输出转矩的数值，即能实现无况下，随着涡轮的转速不同而改变涡轮输出转矩的数值，即能实现无级变速。变矩器之所以能起变矩作用，是由于结构上比耦合器多了导级变速。变矩器之所以

33、能起变矩作用，是由于结构上比耦合器多了导轮机构。在工作液循环流动的过程中，固定不动的导轮给涡轮一个反轮机构。在工作液循环流动的过程中，固定不动的导轮给涡轮一个反作用力矩，使涡轮输出的转矩不同于泵轮输入的转矩。作用力矩，使涡轮输出的转矩不同于泵轮输入的转矩。发动机启动后，曲轴带动泵轮旋转，因旋转产生的离心力使泵轮叶片间发动机启动后，曲轴带动泵轮旋转，因旋转产生的离心力使泵轮叶片间的工作液沿叶片从内缘向外缘甩出。这部分工作液既具有随泵轮一起的工作液沿叶片从内缘向外缘甩出。这部分工作液既具有随泵轮一起转动的沿圆周向的分速度，又有冲向涡轮的轴向分速度。这些工作液转动的沿圆周向的分速度，又有冲向涡轮的轴

34、向分速度。这些工作液冲击涡轮叶片，推动涡轮与泵轮同方向转动。冲击涡轮叶片，推动涡轮与泵轮同方向转动。图图15.8 15.8 液力变液力变矩器的结构与原矩器的结构与原理理第第1515章章 自动变速器自动变速器 当涡轮转速较小时，从涡轮流出的工作液向后流动，冲击导轮叶片的前当涡轮转速较小时，从涡轮流出的工作液向后流动，冲击导轮叶片的前面。因为导轮被单向离合器限定不能向后转动，所以导轮叶片将向后面。因为导轮被单向离合器限定不能向后转动，所以导轮叶片将向后流动的工作液导向前推动泵轮叶片，促进泵轮旋转。这相当于导轮、流动的工作液导向前推动泵轮叶片，促进泵轮旋转。这相当于导轮、泵轮都对工作液施加了正向力矩

35、。当输入与输出转速稳定时，两正向泵轮都对工作液施加了正向力矩。当输入与输出转速稳定时，两正向力矩之和在大小上等于涡轮对工作液施加的反向力矩，从而使涡轮的力矩之和在大小上等于涡轮对工作液施加的反向力矩，从而使涡轮的输出转矩大于泵轮的输入转矩，也就是此时液力变矩器处于增大转矩输出转矩大于泵轮的输入转矩，也就是此时液力变矩器处于增大转矩的变矩工况。涡轮的转速越低，导轮改变工作液流动方向的作用越强，的变矩工况。涡轮的转速越低，导轮改变工作液流动方向的作用越强，变矩器增大转矩的效果越明显。考虑到传动效率变矩器增大转矩的效果越明显。考虑到传动效率(液力变矩器的传动效液力变矩器的传动效率为输出功率与输入功率

36、之比率为输出功率与输入功率之比)等因素，一般把变矩器的输出转矩与输等因素，一般把变矩器的输出转矩与输入转矩之比入转矩之比(称为变矩比称为变矩比)的最大值设计为的最大值设计为2 22.52.5。随着涡轮转速的增加，从涡轮流出的工作液逐渐转为向前流动，当工作随着涡轮转速的增加，从涡轮流出的工作液逐渐转为向前流动，当工作液开始流向导轮叶片的背面时，变矩器到达临界点。因为单向离合器液开始流向导轮叶片的背面时，变矩器到达临界点。因为单向离合器允许导轮一同向前旋转，在向前流动工作液的带动下，导轮沿泵轮转允许导轮一同向前旋转，在向前流动工作液的带动下，导轮沿泵轮转动方向自由旋转动方向自由旋转(空转空转)，工

37、作液顺利地回流到泵轮。当从涡轮流出的，工作液顺利地回流到泵轮。当从涡轮流出的工作液正好与导轮叶片出口方向一致时，自由转动的导轮对工作液没工作液正好与导轮叶片出口方向一致时，自由转动的导轮对工作液没有反作用力矩，液力油只受到泵轮和涡轮的反作用力矩作用，此时变有反作用力矩，液力油只受到泵轮和涡轮的反作用力矩作用，此时变矩器不起增矩作用，起耦合作用。由于涡轮这时转速较高，变矩器处矩器不起增矩作用，起耦合作用。由于涡轮这时转速较高，变矩器处在高效率传递转矩范围。在高效率传递转矩范围。第第1515章章 自动变速器自动变速器 导轮开始空转的工作点称为耦合点。综合式液力变矩器在涡导轮开始空转的工作点称为耦合

38、点。综合式液力变矩器在涡轮转速由零到耦合点的工作范围内按液力变矩器的特性工轮转速由零到耦合点的工作范围内按液力变矩器的特性工作，在涡轮转速超过耦合点转速之后按液力耦合器的特性作，在涡轮转速超过耦合点转速之后按液力耦合器的特性工作。所以，综合式液力变矩器既有增矩作用又有传动效工作。所以，综合式液力变矩器既有增矩作用又有传动效率高的特性。图率高的特性。图15.9 15.9 液力变矩器工作展开示意图液力变矩器工作展开示意图图图15.915.9所示是变矩器工作轮的展开图，由此来说明变矩器的所示是变矩器工作轮的展开图，由此来说明变矩器的工作原理。展开图是将循环圆上的中间流线工作原理。展开图是将循环圆上的

39、中间流线(此流线将液此流线将液流通道断面分割成面积相等的内外两部分流通道断面分割成面积相等的内外两部分)展开成一直线，展开成一直线，各循环圆中间流线均在同一平面上展开。在展开图上，泵各循环圆中间流线均在同一平面上展开。在展开图上，泵轮轮B B、涡轮、涡轮WW和导轮和导轮D D便成为三个环形平面，且工作轮的叶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。片角度也清楚地显示出来。第第1515章章 自动变速器自动变速器 为便于说明，设发动机转速及负荷不变，即为便于说明，设发动机转速及负荷不变，即变矩器泵轮的转速变矩器泵轮的转速n nb b及转矩及转矩MMb b为常数。先为常数。先讨论汽车起

40、步工况。开始时涡轮转速讨论汽车起步工况。开始时涡轮转速n nw w为为零，如图零，如图15.10a15.10a所示。工作液在泵轮叶片带所示。工作液在泵轮叶片带动下，以一定的绝对速度沿图中箭头动下，以一定的绝对速度沿图中箭头l l的方的方向冲向涡轮叶片。因涡轮静止不动，液流将向冲向涡轮叶片。因涡轮静止不动，液流将沿着叶片流出涡轮并冲向导轮，液流方向如沿着叶片流出涡轮并冲向导轮，液流方向如图图15.1015.10中箭头中箭头2 2所示。然后液流再从固定不所示。然后液流再从固定不动的导轮叶片沿箭头动的导轮叶片沿箭头3 3方向流入泵轮中。当方向流入泵轮中。当液体流过叶片时，受到叶片的作用力，其方液体流

41、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向发生变化。设泵轮、涡轮和导轮对液流的作用转矩分别为作用转矩分别为MMb b、和和MMd d。根据液流受力平衡条件，则。根据液流受力平衡条件，则 MMb+b+MMd d。由于液流对涡轮的作用转矩由于液流对涡轮的作用转矩MMw(w(即变矩器输出转矩即变矩器输出转矩)与方向相反、大小相等，与方向相反、大小相等，因而在数值上，涡轮转矩因而在数值上，涡轮转矩MMw w等于泵轮转矩等于泵轮转矩MMb b与导轮转矩与导轮转矩MMd d之和。显然，之和。显然，此时涡轮转矩此时涡轮转矩MMw w大于泵轮转矩大于泵轮转矩MMb b，即液力变矩

42、器起了增大转矩的作用。，即液力变矩器起了增大转矩的作用。图图15.9 15.9 液力变矩器工作展开液力变矩器工作展开示意图示意图B泵轮 W涡轮 D导轮第第1515章章 自动变速器自动变速器 a.当nb=常数，nw=0时 b.当nb=常数，nw逐渐增长时图图15.10 15.10 液力变矩器工作原理图液力变矩器工作原理图 第第1515章章 自动变速器自动变速器 当变矩器输出的转矩经传动系统传到驱动轮上所产生的牵引力足以克服当变矩器输出的转矩经传动系统传到驱动轮上所产生的牵引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

43、速n nw w也从零逐渐增加。这时液流在涡轮出口处不仅具有沿叶片方向的相对也从零逐渐增加。这时液流在涡轮出口处不仅具有沿叶片方向的相对速度速度w w，而且具有沿圆周方向的牵连速度，而且具有沿圆周方向的牵连速度u u，故冲向导轮叶片液流的绝，故冲向导轮叶片液流的绝对速度对速度v v应是二者的合成速度，如图应是二者的合成速度，如图15.10b15.10b所示。因原设泵轮转速不变，所示。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起变化的只是涡轮转速，故涡轮出口处相对速度w w不变，只是牵连速不变，只是牵连速度度u u起变化。由图可见，冲向导轮叶片的液流的绝对速度起变化。由图可见，

44、冲向导轮叶片的液流的绝对速度v v将随着牵连将随着牵连速度速度u u的增加的增加(即涡轮转速即涡轮转速n nw w的增加的增加)而逐渐向左倾斜，使导轮上所受转而逐渐向左倾斜，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(如图如图15.10b15.10b中中u u所示方向所示方向)正好沿导轮出口方向冲向导轮时，由于液体流经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改变，故导轮转矩导轮时方向不改变，故导轮转矩MMd d为零，于是涡轮转矩与泵轮转矩相为零，于是涡轮转矩与泵轮转矩相等，即等，即MMw wMMb

45、 b。若涡轮转速若涡轮转速n nw w继续增大，液流绝对速度继续增大，液流绝对速度v v方向继续向左倾，如图方向继续向左倾，如图15.10b15.10b中中所示方向，导轮转矩方向与泵轮转矩方向相反，则涡轮转矩为前二者所示方向，导轮转矩方向与泵轮转矩方向相反，则涡轮转矩为前二者转矩之差转矩之差(MMw wMMb-b-MMd)d)，即变矩器输出转矩反而比输入转矩小。当涡，即变矩器输出转矩反而比输入转矩小。当涡轮转速轮转速n nw w增大到与泵轮转速增大到与泵轮转速n nb b相等时，工作液在循环圆中的循环流动相等时，工作液在循环圆中的循环流动停止，将不能传递动力。停止，将不能传递动力。第第1515

46、章章 自动变速器自动变速器 上述变矩器在泵轮转速上述变矩器在泵轮转速n nb b和转矩和转矩MMb b不变的条件下，涡轮转矩不变的条件下，涡轮转矩MMw w随其转随其转速速n nw w变化的规律，即液力变矩器的特性，可用图变化的规律，即液力变矩器的特性，可用图15.1115.11表示。表示。液力变矩器的传动比液力变矩器的传动比i i的定义与前述齿轮变速器不同，为输出转速的定义与前述齿轮变速器不同，为输出转速(即涡轮即涡轮转速转速n nw w)与输入转速与输入转速(即泵轮转速即泵轮转速n nb b)之比，即之比，即 图图15.11 15.11 液力变矩器特性液力变矩器特性(n nb b=常数常数

47、)第第1515章章 自动变速器自动变速器 液液力力变变矩矩器器输输出出转转矩矩与与输输入入转转矩矩(即即泵泵轮轮转转矩矩MMb b)之之比比称称为为变变矩矩系系数数，用用K K表示，即表示，即图图15.1115.11所示的液力变矩器特性，是在泵轮转矩所示的液力变矩器特性，是在泵轮转矩MMb b和转速和转速n nb b不变的条件下不变的条件下得出的，因此图中的得出的，因此图中的MMw wn nw w曲线也反映了变矩系数曲线也反映了变矩系数K K与涡轮转速与涡轮转速n nw w(或传动比或传动比i i)之间的变化关系。之间的变化关系。从变矩器特性中可以看出，变矩系数从变矩器特性中可以看出，变矩系数

48、K K是随涡轮转速的改变而连续变化是随涡轮转速的改变而连续变化的。当汽车起步、上坡或遇到较大阻力时，如果发动机的转速和负荷的。当汽车起步、上坡或遇到较大阻力时，如果发动机的转速和负荷不变，这时车速将降低，即涡轮转速降低。于是变矩系数相应增大，不变，这时车速将降低，即涡轮转速降低。于是变矩系数相应增大，因而使驱动轮获得较大的转矩，保证汽车能克服增大的阻力而继续行因而使驱动轮获得较大的转矩，保证汽车能克服增大的阻力而继续行驶。所以液力变矩器是一种能随汽车行驶阻力的不同而自动改变变矩驶。所以液力变矩器是一种能随汽车行驶阻力的不同而自动改变变矩系数的无级变速器。此外，液力耦合器所具备的保证汽车平稳起步

49、、系数的无级变速器。此外，液力耦合器所具备的保证汽车平稳起步、衰减传动系统中的扭转振动、防止传动系超载等功能，液力变矩器也衰减传动系统中的扭转振动、防止传动系超载等功能，液力变矩器也同样具备。同样具备。第第1515章章 自动变速器自动变速器 2.2.几种典型液力变矩器几种典型液力变矩器1)1)三元件液力变矩器三元件液力变矩器三元件液力变矩器的典型形式如图三元件液力变矩器的典型形式如图15.1215.12所示。它由泵轮所示。它由泵轮8 8、涡轮、涡轮5 5和导轮和导轮9 9组成。最大变矩系数组成。最大变矩系数(即涡轮转速为零时的变矩系数即涡轮转速为零时的变矩系数)为为1.91.92.52.5。变

50、矩器壳体变矩器壳体7 7由前后两半焊接而成。壳体前端连接着装有启动齿圈由前后两半焊接而成。壳体前端连接着装有启动齿圈6 6的托的托盘，并用螺钉固定在曲轴后端凸缘盘，并用螺钉固定在曲轴后端凸缘4 4上。为了在维修拆装后保持变矩上。为了在维修拆装后保持变矩器与曲轴原有的相对位置，以免破坏动平衡，螺钉在圆周上的分布是器与曲轴原有的相对位置，以免破坏动平衡，螺钉在圆周上的分布是不均匀的。不均匀的。泵轮泵轮8 8装有径向平直叶片。焊在泵轮外壳上的泵轮轮毂装有径向平直叶片。焊在泵轮外壳上的泵轮轮毂1212可自由转动。涡可自由转动。涡轮轮5 5有倾斜的曲面叶片。与涡轮壳体铆钉连接的涡轮轮毂有倾斜的曲面叶片。