汽车变速箱学习.pptx

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1、一 变速器的产生原因及主要功能一般来说，汽车的发动机是通过燃烧燃油来获取动力的，而发动机在怠速和最高转速之间时才能输出动力。而在整个转速范围内，发动机输出的扭矩和功率并不能保持一致，其相应的最大值只能在规定的转速出现。从车辆对驱动力的需求上看，单纯依靠发动机产生的扭矩不能满足汽车行驶中的各个阶段对驱动力的需求。比如在起步阶段，需要较大的扭矩和较低的转速，但是发动机在较低的转速下却无法提供足够的扭矩输出，在高速巡航时，需要较高的转速却对扭矩要求较低，而此时发动机保持高转速运转无疑会造成燃油的无谓消耗。由于现代发动机的这种不完美的特性，变速箱便应运而生。变速器在不同的工况下使用不同的速比，从而使得

2、车辆和发动机在各种工况下都可以发挥其最佳的动力性能。第1页/共69页变速箱主要功能：1改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速变化的范围，以适应经常变化的行驶条件，同时使发动机在较高效率的工况下工作。2在发动机旋转方向不变的情况下，使汽车能倒退行驶。（混合动力和纯电动也可以是电机输出轴旋转方向不变）3利用空挡，中断动力传递，使发动机能够启动怠速，便于换挡或者动力输出。第2页/共69页二 变速器的分类手动变速器自动变速器普通自动变速器（有级）CVT无级自动变速器双离合自动变速器第3页/共69页三 各变速箱的组成、特点及工作原理3-1手动变速器3-1-1手动变速器的组成：手动变速箱主要由齿轮、轴、同步器、

3、离合器组成第4页/共69页手动变速箱原理一般的手动变速箱的基本结构包括了动力输入轴和输出轴这两大件，再加上构成变速箱的齿轮，这就是一个手动变速箱最基本的组件。动力输入轴与离合器相连，从离合器传递来的动力直接通过输入轴传递给齿轮组，齿轮组是由直径不同的齿轮组成的，不同的齿轮组合则产生了不同的齿比，平常驾驶中的换挡也就是指换齿轮比。输入轴的动力通过齿轮间的传递，由输出轴传递给车轮，这就是一台手动变速箱的基本工作原理。第5页/共69页简易的3轴2档变速箱的结构模型 第6页/共69页输入轴（绿色）也叫第一轴，通过离合器和发动机相连，轴和上面的齿轮是一个硬连接的部件。红色齿轮轴叫做中间轴。输入轴和中间轴

4、的两个齿轮是处于常啮合状态的，因此当输入轴旋转时就会带动中间轴的旋转。黄色则是输出轴，再通过差速器来驱动汽车。当车轮转动时同样会带着花键轴一起转动，此时，轴上的蓝色齿轮可以在花键轴上发生相对自由转动。因此，在发动机停止，而车轮仍在转动时，蓝色齿轮和中间轴出在静止状态，而花键轴则随车轮转动。这个原理和自行车后轴的飞轮很相似。蓝色齿轮和花键轴是由套筒来连接的，套筒随着花键轴转动，但同时也可以在花键轴上左右自由滑动来啮合齿轮。第7页/共69页一个传统的5速手动变速箱换挡的原理也是一样的，只是变速箱结构中增加了套筒和齿轮组的数目，使之拥有更多的挡位。而倒档则是通过在中间轴（红色）和输出轴（蓝色）之间增

5、加一个齿轮来实现的。由于增加了一个啮合齿轮，因此倒挡的齿轮始终会朝其他齿轮相反的方向转动。这个齿轮由于只起到改变齿轮旋转方向的作用，因此也称为惰轮。第8页/共69页第9页/共69页手动变速箱优缺点总结优点显而易见，它结构简单，性能可靠，制造和维护成本低廉，且传动效率高（理论上会更省油），另外，由于是纯机械控制，换挡反应快，且可以更直接的表现驾驶者的意愿，因此也更富驾驶乐趣，这些都是手动变速箱的优点。不过相比自动变速箱，它操作繁琐，而且在挡位切换时顿挫明显的劣势也是无法弥补的。第10页/共69页3-2自动变速箱特点：1.自动变速器除倒档由手控制外，其他各前进档都可根据发动机工况和车速进行自动换档

6、2.安装了液力变矩器，提高了汽车行驶安全性，汽车起步、加速更加平稳，还能避免发动机过载3.自动变速器结构复杂，零部件较多，维修要有针对性4.自动变速器造价比较昂贵5.电控自动变速器有模式选择、自我诊断、失效保护等功能第11页/共69页自动变速箱自动变速箱是相对于手动变速箱而出现的一种能够自动根据引擎转速来换挡的设备。汽车自动变速箱常见的有四种型式，分别是液力自动变速箱（简称AT）、机械无级自动变速箱（简称CVT)、电控机械自动变速箱（简称AMT）、DCT。第12页/共69页液力自动变速箱 自动变速箱简称AT，全称AutoTransmission，它是由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通

7、过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。自动拨（自动变速器）的汽车，能根据路面状况自动变速变矩，驾驶者可以全神贯地注视路面交通而不会被换档搞得手忙脚乱。第13页/共69页自动变速器的整体外观（辛普森式Simpson）第14页/共69页自动变速器的内部组成第15页/共69页液力传动装置液力变矩器结构原理液力变矩器特性典型液力变矩器结构介绍第16页/共69页液力变矩器结构第17页/共69页第18页/共69页液力变矩器动力传递原理演示第19页/共69页 液力自动波(AT)：结构与手动波相比，液力自动波(AT)在结构和使用上有很大的不同。手动波主要由齿轮和轴组成，通过不同的齿轮组合产生变速变矩；而A

8、T是由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。其中液力变扭器是AT最具特点的部件，它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，直接输入发动机动力传递扭矩和离合作用。第20页/共69页 有一种说法，AT上的液力变矩器相当于MT上的离合器，起到动力的连接和中断的作用。其实这种说法是错误的。AT与发动机曲轴是直接连接的，不像MT有一个动力的开关：离合器。所以从点火的瞬间开始，液力变矩器便开始转动了，对于动力的连接和中断，仍由齿轮箱内部的离合器来完成，液力变矩器唯一与MT离合器相似的地方，也就是液力变矩器“软连接”的特性，与MT离合器的“半联动”工况相近。第21页/共6

9、9页 动力输出之后，带动与变矩器壳体相连的泵轮，泵轮搅动变矩器中的自动变速箱油（以下简称ATF），带动涡轮转动，ATF在壳体中是一个循环的动作，由于泵轮旋转时的离心力，ATF会在泵轮的作用下，甩向外侧，冲向前方的涡轮，再流向轴心位置，回到泵轮一侧，如此周而复始的循环，将动力传向与齿轮箱连接的涡轮。第22页/共69页 不过只有该零部件和传动方式，只能称为液力耦合器，若想成为液力变矩器，必然要改变涡轮叶片的形状，这样一来，ATF在经过涡轮再循环回泵轮时，会与泵轮旋转方向相反，因而造成冲击，所以为了成为液力变矩器还需另一个部件：导轮。导轮是存在于泵轮和涡轮之间的一个部件，用于调节壳体中ATF液流方向

10、，通过单向离合器与箱体固定第23页/共69页 有了导轮，才有了“变矩”的灵魂所在，在泵轮与涡轮转速差较大时，动力输出的扭矩也变大了，此时的变矩器想当一个无级变速器，通过转速差来提升扭矩，此时导轮处于固定状态，用以调节ATF回流；而当转速差降低，涡轮泵轮耦合或锁止时，扭矩接近对等，无需增矩，导轮随泵轮和涡轮同向转动，避免自身搅动ATF，造成动力的损耗。第24页/共69页 至此我们了解到了液力变矩器的最大特点软连接，而这种动力的传输方式起到了两大功能：1、从静止到低速时的平稳起步；2、在加速过程中，较大动力输出时，起到增大扭矩的作用。如果与MT上的离合器相比较，则需注意的是，第一条起到了并优化了M

11、T上离合器的功能，但第二条则是离合器无法实现的。第25页/共69页但液力变矩器这先天“软连接”特点有一个弱点，动力不是直接输出的，在扭矩输出对等是，泵轮的转速要大于涡轮这样的话在传输动力时，ATF还在壳体中循环，浪费了动力，所以目前几乎所有液力变矩器都有一个高效节能的部件：液力变矩器锁止器。锁止器的形式是一个多片离合器，其作用就是当变矩器处于耦合状态，无需增矩时，将泵轮和涡轮锁止，这样的话动力传递即为“硬连接”，全部的无损（或者说有微量的动力流失）的将从曲轴传递到了下一站：变速箱。第26页/共69页辅助机构自动换档不能满足行驶上的多种需要，例如停泊、后退等，所以还设有干预装置即手动拨杆，标志P

12、(停泊)、R(后档)、N(空档)、D(前进),另在前进档中还设有2和1的附加档位,用以起步或上斜坡之用。由于将其变速区域分成若干个变速比区段，只有在规定的变速区段内才是无级的，因此AT实际上是一种介于有级和无级之间的自动变速器。第27页/共69页换档执行元件换档执行元件一、组成：行星齿轮变速器的换档执行元件主要有离合器、制动器、单项离合器三种。二、作用：是连接、固定和锁止。三、定义：1、所谓连接是指将行星齿轮变速器的输入轴与行星排中的某个基本执行元件连接，以传递动力，或将前一行星排的某一个基本元件与后一个行星排的某一个基本元件，以约束这两个基本元件的运动。2、所谓固定是指将行星排的某一个基本元

13、件与自动变速器的壳体连接，使之被固定而不能旋转。3、所谓锁止是指把某个行星排的三个基本元件中的两个连接在一起，从而将该行星排锁止，使其三个基本元件以相同的转速一同旋转，产生直接传动。第28页/共69页在MT上，每一个档位都有一组两个常啮合齿轮副，更换档位只需要将输出轴与该档位输出齿轮的花键连接即可。而AT中，并不是这么多的齿轮在工作，而是用一种非常独特的方式来完成变换：行星齿轮组。换档执行元件第29页/共69页滚柱斜槽式离合器滚柱斜槽式离合器楔块式离合器楔块式离合器返回第30页/共69页楔块式单向离合器的运作图楔块式单向离合器的运作图实物图第31页/共69页 当外座圈顺时针旋转时，若内座圈固定

14、、逆时针或以小于外座圈的转速旋转，则外座圈推动楔块顺时针转动，由于L1L，楔块起到了楔子的作用，锁住了外圈，使其无法转动。第32页/共69页行星齿轮机构行星齿轮机构一、结构类型：1、最简单的行星齿轮机构是由一个太阳轮、一个齿圈、一行星架和几个行星齿轮组成的，称为一个行星排。在行星排中,具有固定轴线的太阳轮、齿圈和行星架称为行层排的三个基本元件。在一个行星排中：太阳轮齿数 转速 ；齿圈齿数 转速 ；行星架齿数 转速 。2、如图：第33页/共69页行星齿轮机构行星齿轮中心齿轮行星架齿圈组装图第35页/共69页第36页/共69页1 变速原理（增速）当太阳轮固定，行星架输 入，齿圈输出时为超速传动，传

15、动比为：0.60.8 行星架和齿圈转向相同。第37页/共69页2 变速原理（增速）当齿圈固定，行星架输入，太阳轮输出时 为超速传动，传动比为：0.20.4 行星架和太阳 轮转向相同。第38页/共69页3 变速原理（减速）当齿圈固定，太阳轮输入，行星架输出时 为减速传动，传动比为：2.55 行星架和太阳 轮转向相同。第39页/共69页5 变速原理（倒挡）当行星架固定，太阳轮输入，齿圈输出时，为减速传动，传动比为：1.54 太阳轮和齿圈 转向相反。第40页/共69页转速及旋转方向固定件固定件主动件主动件 从动件从动件 转速转速旋转方向旋转方向齿圈齿圈太阳轮太阳轮 行星架行星架 减速减速与主动件同向

16、与主动件同向行星架行星架 太阳轮太阳轮 加速加速太阳轮太阳轮齿圈齿圈行星架行星架 减速减速与主动件同向与主动件同向行星架行星架齿圈齿圈加速加速行星架行星架太阳轮太阳轮齿圈齿圈减速减速与主动件反向与主动件反向齿圈齿圈太阳轮太阳轮 加速加速第41页/共69页第42页/共69页而行星齿轮的最大特性即为，在组合出不同的输入输出轮之后，齿比和输入输出的相对方向都会有变化，这种特性用作汽车变速器可是再适合不过了。而为了增加档位，汽车上的行星齿轮升级成了齿轮组、齿轮排，再通过一系列执行器便可以完成换挡了。第43页/共69页上面我们了解到，一组行星齿轮有着怎样的变换形式，而负责变换，以及用来输入输出的元件，就

17、是一系列的执行器：离合器、单向离合器、制动器。有了这些执行器，就可以将行星齿轮进行不同组合，从而配搭出不同的动力流，也有了不同的传动比。而控制这些操作的，就是与其配套的油泵、滑阀、液压活塞，以及复杂的液压线路。第44页/共69页优缺点：AT不用离合器换档，档位少变化大，连接平稳，因此操作容易，既给开车人带来方便，也给坐车人带来舒适。但缺点也多，一是对速度变化反应较慢，没有手动波灵敏，因此许多玩车人士喜欢开手动波车；二是费油不经济，传动效率低变矩范围有限，近年引入电子控制技术改善了这方面的问题；三是机构复杂，修理困难。在液力变扭器内高速循环流动的液压油会产生高温，所以要用指定的耐高温液压油。另外

18、，如果汽车因蓄电池缺电不能启动，不能用推车或拖车的方法启动。如果拖运故障车，要注意使驱动轮脱离地面，以保护自动波齿轮不受损害。第45页/共69页3-3 CVT无级自动变速器随着汽车工业的飞速发展，汽车新技术的不断使用，在汽车传动系统中又一项新技术得到车界关注，那就是CVT（Continuously Variable Transmission）无级变速器技术。CVT 可以说是最理想的汽车变速器，因为从原始的橡胶带无级变速器开始，到有级的齿轮变速器 过度，再到现代的钢带无级变速器，百年大回转说明只有无级变速器才是汽车变速器的终极目标。第46页/共69页第47页/共69页CVT 的结构主要由两组带轮

19、（主动轮、从动轮）和传动带（钢带）油泵、液力变矩器、执行机构（阀体、油路）、传感器、电脑等构成。CVT无级自动变速器构成第48页/共69页液力变矩器液力变矩器的作用是将发动机的扭矩传递给 CVT，使汽车前进、后退顺利起步，液力变矩器可以将发动机的扭矩放大，使起步更加快速。当车速达到设定的速度时，液力变矩器的泵轮（连接发动机 的轮）和涡轮（连接 CVT 的轮）锁止，此时的传动效率达到 100%。液力变矩器另一作用是缓解来自发动机与路面的冲击力，延长传动组件的使用寿命。第49页/共69页可变直径带轮CVT 有两组带轮（主动轮与从动轮），每组带轮分为两半部分组成，带轮一侧为固定式，另一侧 带轮可以在

20、轴上滑动，两个带轮的内侧是有倾斜角度的锥形面，两侧相对构成 V 形槽，V 形槽与传动 带的侧面接触（啮合点）。通过油压控制主动轮与从动轮的夹紧与放松，来改变带轮锥面与传动带啮合点的工作直径，（即一个轮直径增大、另一个轮直径减小）从而改变传动比。（主动轮直径小、从动轮直径大时为减速状态，用以提高扭矩。主动轮直径大、从动轮直径小时为增速状态，用来提高车速）。第50页/共69页高强度钢带传动带由两束环形钢带和推片组成，每组传动带有两束环形钢带，每束钢带由 12 层（片）高拉力薄钢片叠加而成，钢带采用日产专利材料 T702 高强度钢而加工（每片抗拉强度达到 2000Mpa），推片是由 400 余片高强

21、度压力钢片组成，环形钢带的作用是将推片压紧在带轮的 V 型槽上，使推片与带轮 间产生足够的摩擦力，推片可以在钢带的直线段纵向滑动，推片的作用是通过挤压的推力传递扭矩。第51页/共69页CVT变速箱优点1、燃油经济性好 CVT 可以在相当宽的范围内实现无级变速，可获得传动系与发动机工况的最佳匹配，依靠变速器 无级调速来适应汽车的各种速度，使发动机长时间工作在最佳工况，因此可以提高发动机燃烧效率，燃油经济性相应地得到提高。第52页/共69页CVT变速箱优点2、动力性好CVT 能与发动机实现闭环控制，充分调动发动机的最大扭矩，其减速增扭的性能明显优于MT和AT，所以装配在需要强调扭力的SUV车型，C

22、VT 汽车的加速性能（0100km/h）比 AT 汽车提高7.5%11.5%，高速状态加速性优于MT汽车。CVT的特性使动力性能明显优于手动变速器(MT)和自动变速器(AT)。第53页/共69页CVT变速箱优点3、舒适性好CVT 可以改善驾驶舒适性能。CVT没有档位，变速过程连续而线性，提速无换挡冲击，急加速时没有AT的退档顿挫现象，CVT 系统有很宽的传动比，一般在2.4000.395，高速行驶时发动机转速低、噪音小，使驾驶员及乘客能够享受旅途安静轻松的舒适感觉。第54页/共69页CVT变速箱优点4、操控性好CVT 变速器与液力变矩器匹配，液力变矩器可以放大发动机扭矩，所以起步快，加速更加顺

23、畅。驾驶员超车时深踩油门不会有AT退档的感觉，而是改变速比放大扭矩。在高速过弯时，松开油门没有AT的升档现象，可保持扭矩高速出弯。CVT具有比AT更优异的发动机制动效果，CVT 在上下坡 时能自动探测坡度，在上坡时自动调整速比增加扭力输出；在下坡时能加大发动机制动力矩，以降低 下长坡时的滑行速度，提升了安全性与操控性。第55页/共69页CVT变速箱优点5、终身免维护CVT 的可靠性与寿命主要取决于金属带传动组件材质，据荷兰 VDT 公司技术资料称，现在新的设计和技术已经解决了 CVT 过去存在的问题，80 万套 CVT 在世界各地试用的结果，出现故障的只有200 套，故障率为 0.25%。可见

24、，该系统质量高，使用可靠。采用高强度优质材料、精密制造技术使 CVT可达到与发动机相同的寿命并终身免维护。第56页/共69页CVT变速箱优点6、有害气体排放少由于 CVT 可以实现与发动机的闭环控制，可使发动机经常处于经济转速区域内运转，改善燃烧过 程，从而降低了有害气体排放，同时可以延长三元催化器、氧传感器的使用寿命。德国 ZF 公司将自 己生产的 CVT 装车测试，其有害气体排放物比装备 4 档自动变速器的汽车减少约 10%，大大减少了对 环境的污染。第57页/共69页CVT变速箱优点7、成本低CVT 系统结构简单，零部件数目比 AT 少很多，一旦开始大规模生产，CVT 的成本将会比 AT

25、 小，随着大规模生产以及系统、材料的革新，CVT 的生产成本将进一步降低。组装与维修成本随之下降，其简单的结构与较低的成本及优异的性能使 CVT 的前景十分广阔。第58页/共69页3-4 双离合自动变速器传统的自动变速箱结构对动力方面的损失较大，发动机有相当一部分的动力在变速箱的动力传递过程中被吞噬掉了。与手动变速箱相比，自动变速箱在损失动力的同时也会相应的增加油耗。如何能在便捷和性能方面找到更合理的解决方式呢？双离合自动变速箱也许是一条比较好的出路。第59页/共69页双离合自动变速器简介一、原理DCT内含两台由电子控制及液压推动的离合器，各离合器分别控制一组齿轮。当变速器工作时，一台离合器带

26、动的工作挡位的齿轮在啮合，而接近换挡时，另一台离合器带动的下一挡位的齿轮已预先进入啮合，但其离合器则仍处于分离状态；换挡时，一台离合器分离将原挡位动力切断，原啮合齿轮退出啮合，同时另一台离合器接合，接通已被预先啮合齿轮的挡位动力。在整个换挡期间能确保最少有一组齿轮在输出动力，从而不会出现动力中断的状况。第60页/共69页双离合自动变速器简介一、原理为配合以上运作，DCT的传动轴运动时被分为两部分，一为实心的传动轴，另一为空心的传动轴。实心的传动轴连接了1、3、5挡，而空心的传动轴则连接2、4及6挡，两台离合器各自负责一根传动轴的啮合动作，引擎动力便会由其中一根传动轴无间断地输出。第61页/共6

27、9页双离合自动变速器简介一、原理离合器1负责1档、3档、5档，离合器2负责2档、4档和6档；挂上奇数档时，离合器1结合，输入轴1 工作，离合器2分离，输入轴2不工作，即在DCT变速器的工作过程中总是有2个档位是结合的，一个正在工作，另一个则为下一步做好准备。就像两台变速器轮流、联合工作一样。第62页/共69页双离合自动变速器简介一、原理6速DCT原理示意图第63页/共69页双离合自动变速器简介一、原理7速DCT原理示意图第64页/共69页双离合自动变速器简介一、原理DCT有P、R、N、D、S挡。可以自动换挡。在手动模式下换挡可以进行跳跃降档：1.如果起始档位和最终档位属于同一个离合器控制的，则

28、会通过另一离合器控制的档位转换一下。2.如果起始档位和最终档位不属于同一个离合器控制的，则可以直接跳跃降至所定档位。第65页/共69页双离合自动变速器简介二、特点与传统的手动变速器相比，DCT使用更方便，因为说到底，它还是一个自动变速器，只是使用了DCT的新技术，使得手动变速器具备自动换挡功能，同时大大改善了汽车的燃油经济性，DCT比手动变速器换挡更快速、顺畅，动力输出不间断。由于使用2套离合器并且在换挡之前下一档位已被预先啮合，因此DCT的换挡速度非常的快，只需不到0.2秒的时间，下一档已经换上去了，比最好技术的专业车手的手动变速换挡操作还快，因此同样的车型使用DCT比使用MT的加速成绩来得

29、要快，由此也大幅度降低了车辆的燃油消耗。第66页/共69页双离合自动变速器简介三、技术背景双重离合器的概念是非常先进，但作为新科技都存在着耐用性不佳的问题，耐用性的好坏同样决定了其成本的多寡，于是，其经过十余年的发展后，才真正被普通街车所用。考虑到零件使用寿命，设计人员选择了油槽膜片式离合器，离合器动作由液压系统来控制。第67页/共69页双离合自动变速器简介三、技术背景到了20世纪90年代末期，大众公司和博格华纳携手合作生产第一个适用于大批量生产和应用于主流车型的DualTronic(R)技术双离合变速器。博格华纳公司通过使用新的电子液压元件使DCT变成了实用性很强的变速器。2002年，DCT应用在德国大众高尔夫R32和奥迪TT V6上。2003年，其相继推广到高尔夫等其他车型上。2004年，DCT在德国大众途安（Touran）车型上首次与TDI柴油发动机匹配。DCT因其优秀的燃油经济性而在欧洲成为“新宠”。博格华纳的DCT新项目计划今年（2007年）投产，主要为豪华型乘用车、跑车配套，全年产能为60万套。第68页/共69页感谢您的观看。第69页/共69页