第一节变速器的功用与类型.doc

第一节　变速器的功用与类型
　　1．变速器的功用
（1）改变传动比，从而改变传递给驱动轮的转矩和转速；
（2）实现倒车；
（3）利用空档中断动力的传递。
2．变速器的组成
（1）变速传动机构；
（2）变速操纵机构。
3．变速器的类型
（1）按传动比变化方式的不同，变速器可分为有级式、无级式和综合式3种。
（2）按换档操纵方式的不同，变速器可分为手动操纵式、自动操纵式和半自动操纵式3种。

第二节　变速器的变速传动机构
　　本节主要介绍有级式变速器的变速传动机构。
一、有级式变速器变速传动机构的组成、工作原理和常见的换档方式
1．变速传动机构的组成
变速传动机构主要由齿轮、轴及变速器壳体等零部件组成。
2．变速传动机构的工作原理
（1）利用不同齿数的齿轮对相互啮合，以改变变速器的传动比；
变速传动机构的工作原理　 (点击查看动画)
（2）通过增加齿轮传动的对数，以实现倒档。
前进档时，动力由第一轴直接传给第二轴，只经过一对齿轮传动，两轴转动方向相反。倒档时，动力由第一轴传给倒档轴、再由倒档轴传给第二轴，经过两对齿轮传动，第一轴与第二轴转动方向相同。

　　实现倒档的工作原理　 (点击查看动画)
　　3．常见的换档方式
　　（1）利用滑动齿轮换档（动画演示下图左）
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　　（2）利用接合套换档（动画演示上图右）
　　（3）利用同步器换档
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第二节　变速器的变速传动机构
二、两轴式变速器
两轴式变速器变速传动机构主要由第一轴（即动力输入轴）、第二轴（即动力输出轴）、倒档轴、各档齿轮及变速器壳体所构成。

两轴是指汽车前进时，传递动力的轴只有第一轴和第二轴。

大部分轿车都采用两轴式变速器。

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第二节　变速器的变速传动机构
三、三轴式变速器

三轴是指汽车前进时，传递动力的轴有第一轴、中间轴和第二轴，直接档除外。
解放CA1091变速器传动示意图 动画

四、防止自动跳档的措施

利用接合套换档的变速器，由于接合套与齿圈的接合长度较短，同时汽车行驶时需要经常换档，频繁拨动接合套将使齿端发生磨损。汽车行驶中可能会因振动等原因造成接合套与齿圈脱离啮合，即发生自动跳档。

通过以下结构措施可以防止自动跳档。
（1）接合套和接合齿圈的齿端制成倒斜面

（2）花键毂齿端的齿厚切薄

（3）接合套的齿端制成凸肩

五、组合式变速传动机构

组合式变速传动机构的特点是由主变速器和副变速器组合（串联）而成。

第三节　同步器
一、无同步器时变速器的换档过程
采用滑动齿轮或接合套换档时，必须使待啮合的轮齿或接合套与接合齿圈花键齿的圆周速度一致（同步），才能顺利进入啮合而完成挂档。而高档换低档和低档换高档实现同步的方法还有所不同。

1）低档换高档 点击查看动画
2）高档换低档 点击查看动画
二、同步器构造及工作原理
同步器是利用摩擦原理实现同步的，现代汽车上广泛使用的是惯性式同步器，可以从结构上保证待啮合的接合套与接合齿轮的花键齿在达到同步之前不可能接触，可以避免齿间冲击和噪音。
1．锁环式惯性同步器

锁环式惯性同步器工作原理－动画

2．锁销式惯性同步器

锁销式惯性同步器工慰工作原理 动画
3.自增力式同步器

第四节　变速器操纵机构

一、直接操纵机构

1．选档换档机构

组成：变速杆、拨块、拨叉轴和拨叉等；

作用：完成换档的基本动作。

　　2．操纵机构的安全装置
　　作用：保证变速器在任何情况下都能准确、安全、可靠地工作。
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　　1）自锁装置
　　组成：自锁钢球和自锁弹簧；
作用：保证换档到位; 防止自动脱档。
　　2）互锁装置

组成：互锁销，互锁钢球；
作用：防止同时挂入两档。

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3）倒档锁
组成：倒档锁销，倒档锁弹簧；
作用：防止误挂倒档。

倒档锁工作原理－动画

二、远距离操纵机构
当变速器在汽车上的布置离驾驶员座位较远时，需要在变速杆与拨叉轴之间加装一套传动机构或辅助杠杆，实现对变速器的远距离操纵。此时，操纵机构由外部操纵机构和内部操纵机构两部分构成。

1．外部操纵机构
组成：从变速杆到选档换档轴之间的所有传动件。
作用：实现对变速器的远距离操纵。

　　2．内部操纵机构
组成：选档换档轴、拨叉轴、拨叉、自锁装置、互锁装置和倒档锁等。

三、预选气动式操纵机构

为了改善重型货车组合式变速器的操纵轻便型，副变速器多采用预选气动式操纵机构换档，常见的有机械式和电控式。

四、变速器的电控操纵机构

第五节　分动器
　　1．分动器的功用

（1）利用分动器可以将变速器输出的动力分配到各个驱动桥；

（2）多数汽车的分动器还有高低两个档，兼起副变速器的作用。

2．分动器的构造

分动器的输入轴与变速器的第二轴相连，输出轴有两个或两个以上，通过万向传动装置分别与各驱动桥相连。

　　分动器内除了具有高低两档及相应的换档机构外，还有前桥接合套及相应的控制机构。当越野车在良好路面上行驶时，只需后轮驱动，可以用操纵手柄控制前桥接合套，切断前驱动桥输出轴的动力。

3．分动器的工作要求

（1）先接前桥，后挂低速档；
（2）先退出低速档，再摘下前桥；
上述要求可以通过操纵机构加以保证。

汽车自动变速器即自动操纵式变速器。它可根据发动机负荷和车速等工况的变化自动变换传动系统的传动比，使汽车获得良好的动力性和燃油经济性，同时有效减少发动机排放污染，显著提高车辆行驶的安全性、乘坐舒适性和操纵轻便性。
第一节　概述
　　1．自动变速器的类型
（1）按传动比变化方式可分为有级式、无级式和综合式；
（2）按齿轮变速系统的控制方式可分为液控液压和电控液压式两种。

　　2．液力机械式自动变速器的组成
液力机械式自动变速器由液力传动系统、机械式齿轮变速系统、液压操纵系统、液压或电子控制系统组成。

第二节　液力耦合器与液力变矩器
一、液力耦合器
1．液力耦合器的结构和工作原理
液力耦合器主要由泵轮、涡轮和耦合器外壳等部件组成。其中泵轮与发动机曲轴相连，涡轮与从动轴相连，泵轮和涡轮之间没有机械连接关系，二者之间靠液体流动来传递动力。

　　液力耦合器的工作原理可以用水泵带动水轮机转动、一个风扇通过气流带动另一个风扇转动的原理加以理解。

　　2．采用液力耦合器的优缺点

1）液力耦合器的优点
（1）保证汽车平稳起步；
（2）衰减传动系的扭转振动；

（3）防止传动系过载
（4）显著减少换档次数。
2）液力耦合器的缺点

（1）只能传递转矩，不能改变转矩大小；
（2）不能取代离合器，使传动系统纵向尺寸增加；
（3）传动效率较低。

第二节　液力耦合器与液力变矩器
二、液力变矩器

1．液力变矩器的组成、工作原理和特性

1）液力变矩器组成
液力变矩器主要由泵轮、涡轮、导轮和变矩器外壳等部件组成，与液力耦合器的最大区别是增加了导轮。

　　2）液力变矩器的工作原理
依据液流方向将工作轮按泵轮→涡轮→导轮展开，得到下图。

液力变矩器的工作原理如下：

当nw=0时，M′w=Mb+Md，涡轮受力大于泵轮；
随着nw的增加，u增加，使v的方向改变，当涡轮流出的液流正好沿导轮出口方向冲向导轮时，Md=0，Mw=Mb；
随着nw的继续增加，u增加为u′，v的方向改变为v′，Mw=Mb-Md；
当nw=nb时，工作液在循环圆中的循环流动停止，将不能传递动力。

　　3）液力变矩器特性
液力变矩器有两个重要的特性参数：液力变矩器传动比i和液力变矩器变矩系数K，其定义如下。

　　（1）液力变矩器传动比

（2）液力变矩器变矩系数

2．几种典型液力变矩器

1）三元件综合式液力变矩器

即由泵轮、涡轮和导轮三个主要元件组成的液力变矩器。

（1）构造

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　　（2）单向离合器

单向离合器作用是只允许导轮单向旋转，不允许其逆转。

① 滚柱式单向离合器的构造和工作原理

导轮逆时针旋转时，滚柱向外座圈和内座圈形成的楔形槽的宽槽处滚动，滚柱与外座圈（包括导轮）一起绕内座圈滚动。导轮顺时针旋转时，滚柱向楔形槽窄槽处滚动，从而阻止外座圈（包括导轮）的滚动。

　　② 楔块式单向离合器的构造和工作原理

楔块式单向离合器的工作原理是，内座圈固定，当外座圈顺时针旋转时，楔块顺时针旋转，L1对楔块和内座圈旋转；反之，当外座圈逆时针旋转时，楔块逆时针旋转，L2>L，楔块阻止外座圈旋转。

　　（3）三元件综合式液力变矩器的特性
2）四元件综合式液力变矩器
四元件综合式液力变矩器比三元件液力变矩器多了一个导轮，两个导轮分别装在各自的单向离合器上。

四元件综合式液力变矩器的特性是两个变矩器特性和一个耦合器特性的综合。在传动比θ～i1区段，两个导轮固定不动，二者的叶片组成一个弯曲程度更大的叶片，以保证在低传动比工况下获得大的变矩系数。在传动比i1～iK＝1区段，第一导轮脱开，变矩器带有一个叶片弯曲程度较小的导轮工作，因而此时可得到较高的效率。当传动比为iK＝1时，变矩器转入耦合器工况，效率按线性规律增长。 　　3）带锁止离合器的液力变矩器

带锁止离合器液力变矩器的特点是，汽车在变工况下行驶时（如起步、经常加减速），锁止离合器分离，相当于普通液力变矩器；当汽车在稳定工况下行驶时，锁止离合器接合，动力不经液力传动，直接通过机械传动传递，变矩器效率为1。

第三节　液力机械变速器
一、行星齿轮变速器的工作原理
1．单排行星齿轮机构的特性方程式

行星机构的动力学和运动学特性方程式如下：

M1ω1+M2ω2+M3ω3=0

n1+αn2-(1+α)n30

2．单排行星齿轮机构的工作原理

（1）太阳轮1为主动件，行星架3为从动件，齿圈2固定

i13=n1/n3=1+α=1+z2/z1

（2）齿圈2为主动件，行星架3为从动件，太阳轮1固定

i23=n2/n3=(1+α)/α=1+z1/z2

（3）太阳轮1为主动件，齿圈2为从动件，行星架3固定

i12=n1/n2=-α=-z2/z1

（4）如果太阳轮和齿圈连为一体，n1=n2

n1=n2=n3

由上可见，单排行星齿轮机构可以获得4种不同的传动比。　　3．复合式行星齿轮机构的工作原理

（1）辛普森式

其特点是由两排行星齿轮机构共用一个太阳轮组成的复合式行星齿轮机构，可以获得3个前进档和1个倒档。

（2）拉威挪（Ravigneaux）式

其特点是两排行星齿轮机构共用一个齿圈和一个行星架。行星架上的长行星轮与前排行星齿轮机构的大太阳轮啮合，同时还与后排行星齿轮机构的短行星轮相啮合。短行星轮还与小太阳轮啮合。可以组成3个前进档和1个倒档的行星齿轮变速器。

拉威挪式行星齿轮机构的结构紧凑，所用构件少，相互啮合的齿较多，可传递较大转矩，但结构较复杂，传动效率略低。

二、液力机械自动变速器的几种结构形式

1．液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械自动变速器

01M型自动变速器由带锁止离合器的单级双向三元件液力变矩器、可自动换档的拉威挪式行星齿轮机构两部分组成，是液力机械式变速器。

该变速器共有7个档位，4个前进档、1个倒档（R）、1个空档（N）、1个驻车档（P）。

　　2．液力变矩器与固定轴线式齿轮变速器组成的液力机械自动变速器

广州本田轿车采用的MAXA型自动变速器，由带锁止离合器的液力变矩器、固定轴线式的常啮合斜齿轮机械变速器、液压控制系统和电子控制系统4部分组成。

3．带锁止离合器的液力变矩器、换档离合器和全同步变速器组成的液力机械变速器

国外重型货车和工程车辆上开始采用由WSK系统与全同步多档变速器（4～6档）组成的液力机械变速器。所谓WSK系统是由锁止离合器、变矩器、滑行单向离合器和换档离合器组成的"变矩器—换档离合器系统"的德文缩写。多数情况下是把WSK系统和变速器装在一起作为传动装置使用，也可以把WSK系统和变速器分开布置。

第四节　自动变速器的操纵机构
一、液控式（全液压）操纵机构

1．动力源（供油系统）

（1）自动变速器油 自动变速器油（简称ATF）是含有多种特殊添加剂的混合油液。

（2）液压泵 液压泵可以采用内啮合的齿轮泵或转子泵，其结构和工作原理与发动机润滑系统中的机油泵相同。液压泵除了向控制装置、执行装置供应压力油以实现换档外，还向液力变矩器供应工作油液，向行星齿轮变速器供应润滑油。

2．执行装置

（1）换档离合器

宝来、捷达王轿车均采用湿式多片换档离合器作为换档执行装置。这种换档离合器因位于变速器内部，径向尺寸受到严格限制，而传递的转矩又很大，故做成多片式。

　（2）换档制动器

换档制动器最常见的结构形式有片式和带式两种。片式换档制动器的工作原理与多片湿式换档离合器基本相同。由于片式制动器较带式制动器工作平顺，故目前在轿车自动变速器中应用较多。

带式换档制动器是将内侧粘有摩擦材料的钢带卷绕在制动鼓外表面上，故又称外束带式制动器。它由制动鼓、制动带、推杆、活塞等元件组成。制动带的一端固定在自动变速器壳体上，另一端与控制油缸的推杆相连接。不制动时制动带与制动鼓之间有一定间隙，此间隙可用调整螺钉调整。

（3）单向离合器

执行装置的单向离合器与液力变矩器的单向离合器相同，有滚柱式和楔块式两种。　　2）换档信号系统

换档信号系统由节气门阀和离心调速器阀组成。节气门阀的位置取决于节气门的开度，即取决于发动机负荷，因此驾驶员操纵加速踏板即可改变节气门阀输入换档阀的油压。离心调速器阀装在变速器第二轴上，它可根据车速的变化改变输出给换档阀的油压。这两个分别反映发动机负荷和汽车行驶速度的压力信号各自引至换档阀的两端。在二者综合作用下，换档阀使变速器自动地由低速档换入直接档，或由直接档自动地换入低速档。

（1）节气门阀

（2）离心调速阀

　　3）换档阀系统

（1）换档阀

换档阀是根据节气门开度或车速的变化，自动进行换档的部件。

（2）手控制阀

手控制阀又称选档阀，是一种手控制的多路换向阀。它可根据自动变速器选档操纵手柄的不同位置，如停车档(P)、空档（N）、倒档（R）、前进档（D）、前进低档（S、L）等，将主油路压力油送至换档阀进行换档。

　　（3）强制换档阀

在某些自动变速器中还装有强制降档阀，其作用是在节气门全开或接近全开时，将自动变速器强制降低一个档位，以保证高速行驶的汽车超车时获得良好的加速性能。

4．换档品质控制装置

换档品质控制装置的作用是保证换档过程平顺柔和、无冲击。它包括油路中的缓冲阀、限流阀、断流解锁阀、单向节流阀和节流孔等。

（1）缓冲阀

　　（2）限流阀

（3）断流解锁阀

断流解锁阀的作用是在换档瞬间切断向锁止离合器的供油，锁止离合器解锁，使自动变速器在有液力变矩器参与的工况下工作，以便利用液力元件的减振和缓冲作用，改善换档品质。

5．滤清冷却系统

滤清冷却系统包括冷却器和滤清器。变矩器工作时，相当大一部分能量转化成热量，致使工作液温度升高。而变矩器的油路与液压操纵系统和机械变速器的润滑油路是相通的。为保证变矩器的效率和变速器的操纵系统及润滑系统正常工作，应控制工作液温度在一定范围内。因此，在发动机散热器下储水箱内设有冷却器。变矩器内的部分工作液从导轮与涡轮之间的间隙流出，经导轮固定套管与变速器第一轴之间的环形油道流过冷却器，得到冷却或加温后，再经过滤清器流入机械变速器的润滑油道。
二、自动变速器的电控式操纵系统

1．电子控制单元（ECU）

电子控制单元（ECU）根据传感器传来的电信号，即车速和发动机负荷等参数转变的电信号，按照设定的换档程序对这些信号进行比较计算，作出是否需要换档的判断。当需要换档时，通过电磁阀操纵液压的换档阀去控制执行装置的油路实现换档。　　2．传感器

1）节气门位置传感器

节气门位置传感器是将测得的节气门开启角度转换成电信号输入给ECU，以作为控制自动变速器换档的依据。

2）车速传感器

车速传感器安装在自动变速器输出轴附近，用以测量输出轴转速，是电磁感应式的转速传感器。

第五节　金属带式无级自动变速器
一、金属带式无级变速器（VDT-CVT）组成和工作原理

VDT-CVT是由金属带、主动工作轮、从动工作轮、液压泵、起步离合器和控制系统等组成。工作轮由固定部分和可动部分组成，二者之间形成V形槽，金属带在槽内与工作轮相啮合。当工作轮的可动部分作轴向移动时，即可改变金属带与主、从动工作轮的工作半径，从而改变金属带传动的传动比。主、从动工作轮可动部分的轴向移动是根据汽车的行驶工况，通过液压控制系统进行连续地调节而实现无级变速传动的。
二、金属带式无级变速器（VDT-CVT）的主要部件

1．金属带(下图左)

金属传动带是由多个(280～400片)金属片和两组金属环组成。

2．工作轮(下图右)

3．液压泵

液压泵是液压控制系统的液压源，其常用的结构形式有齿轮泵和叶片泵，但近年来流量可控、效率较高的径向柱塞泵应用最多。三、金属带式无级变速器（VDT-CVT）的控制系统

1．机械液压控制系统

2．电子液压控制系统

四、金属带式无级变速器（VDT-CVT）的结构实例

1．VDT-CVT的基本结构实例

2．CVT与液力耦合器组成的无级变速传动系统

3．CVT与电磁离合器组成的无级变速传动系统

4．CVT与液力变矩器组成的无级变速传动系统

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