自动变速器的结构和工作原理

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<font size="2">液力变矩器虽能在一定范围内自动、无级地改变转矩比和转速比，但存在传动效率低的缺点，且变矩范围最多只能达到2～4倍，难以满足汽车使用要求。<br />　　采用液力变矩器与齿轮变速器串联组成的液力自动变速器，可加大变矩范围，并可得到倒档和空档与变矩器一起配合使用的一般是行星齿轮变速器。<br />　　行星齿轮变速器由行星齿轮机构和换档执行机构两部分组成。<br />   （一）行星齿轮机构<br />　　最简单的行星齿轮机构，由一个太阳轮，一个内齿轮，一个行星架及若干行星齿轮组成。一般称为单排行星齿轮，三个件是行星排的三个基本构件，且它们具有公共的固定轴线。<br />　　 1、行星齿轮的分类<br />　　按照齿轮的排数不同，行星齿轮机构分为单排行星齿轮机构和多排行星齿轮机构。按照太阳轮和齿圈之间齿轮的组数不同，行星齿轮机构分单行星排和双行星排。<br />　　用行星齿轮机构作为变速器机构由于有多个行星齿轮同时工作，且采用内啮合方，故与普通齿轮变速器机构相比，在传递同样大小功率的情况下，可减小变速器的尺寸和重量，能实现同向，同轴减速传动。<br />　　2、单排行星轮机构运动规律<br />　　设：太阳轮、齿圈、行星架的转速分别为：n1、n2、n3；齿数：z1 、z2 、z3；齿圈与太阳轮齿数比为a；<br />    可导出单排行星轮机构一般运动规律的特性方程式：<br />　　n1+an2-(1+2)n2  =0<br />　　由上式可看出，由于单排行星齿轮机构具有两个自由度，在三元件中任选两个分别作为主动件。而使另一元件固定不动，或使其受约束，则机构只有一个自由度，整个轮子以一定的传动力，下面分别说各种情况：<br /><img alt="" src="http://www.xiu123.com/uploadfile/1155261749937390.jpg" border="0" /><br />　　3、 典型行星齿轮机构<br />　　1）辛普森式行星齿轮变速器从70年代开始，为通用、福特、丰田、日产等多家公司用于汽车变速器上，  采用行星双排，其特点：前行星架和后齿轮连成一体，一般作为为输出组件。这样，该行星机构只具有四个独立元件：前排齿圈、前后太阳轮组件，后排行星架、前行星架和后齿轮组件。如图2.7所示：<br /><img alt="" src="http://www.xiu123.com/uploadfile/1155261908140515.jpg" border="0" /><br />    1——前齿圈；2——前行星轮；3——前行星架和后齿圈组件；4 ——前后太阳轮组件； 5——后行星轮；6——后行星架<br />    2）拉维奈尔赫行星齿轮机构<br />　　拉维奈尔赫行星齿轮与辛普森式行星齿轮机构齐名，从七十现代起，被奥迪、福特、马自达等公司使用于其轿车自动变速器中。特别是前驱动车型。如图2.8：<br /><img alt="" src="http://www.xiu123.com/uploadfile/1155261917671783.jpg" border="0" /><br />  　1——前太阳轮；2——后太阳轮；3——行星架；4——短行星轮；5——长行星轮；6——齿圈　　<br />    拉维奈尔赫行星齿轮机构也采用行星排组合，其特点：两行星排具有公共行星架和齿轮圈。因此，它具有四个独立元件：前太阳轮后太阳轮、行星架和齿圈。（相关视频：第一集）<br />    （二）、换挡执行机构<br />　　行星齿轮变速器中所有齿轮各元件进行约束来实现的实施约束的动作由换挡执行机构来完成。<br />　　换挡执行机构主要由：离合器、制动器和单向离合器等三种执行元件组成。<br />　　⒈离合器<br />　　它的作用是连接轴和行星排的某个元件，或将行星排的某两个元件连在一起，成为一个整体转动。它是自动变速器中最重要的换挡元件之一， 现代汽车中都采用多片湿式摩擦离合器；它是由离合器鼓、离合器活塞、离合器毂、回位弹簧、弹簧座、一组钢片（主动片）、一组摩擦片（从动片）、密封圈等组成。 如图2.9：     <br /><img alt="" src="http://www.xiu123.com/uploadfile/1155261927140514.jpg" border="0" /><br />    1——离合器鼓；2、3——密封圈；4——离合器活塞；5——回位弹簧；6——弹簧座； 7、11——卡环；8——钢片；9——摩擦片；10——挡圈；12——止推轴承；13——离合器毂；14——行星齿轮变速器输人轴；15——油道；16——单向阀；17——前行星排行星架；18—— 行星齿轮变速器输出轴<br />　　离合器活塞安装在离合器鼓内，它是一种环状活塞，由活塞内外圆的密封圈保证其密封，从而和离合器鼓毂一起形成一个封闭的环状液压缸，并通过离合器内圆轴颈上的进油孔和控制油道相通。钢片和摩擦片交错排列，两者统称离合器片，摩擦片内圈有花键齿，可轴向移动，并可与毂连成一体。钢片与毂相连。可使鼓与毂一体运动。摩擦片两面均为摩擦系数较大的铜基粉末冶金层或合金纤维层。<br />　　离合器工作过程如图2.10 (b).   当离合器连接主从动见时，来自控制阀的油液进入离合器液压缸，油压推动活塞克服弹簧的弹力将钢片和摩擦片相互压紧在一起。利用两者间的摩擦力连接两元件。此时，离合器处于接合状态，当需要断开两元件时，液压系统解除液压油从油孔排出。此时，钢片与摩擦片相互分开两者无压紧力，离合器处于分离状态。<br />　　当离合器处于分离状态时，其液压缸内仍残留有少量油液，由于离合器和轴一起旋转，内部残留油回在离心力作用下甩向活塞并有一定油压，使活塞压向离合器片，使其处于半接触而增大其磨损，减少其使用寿　　　　　　　   产生振动，从而影响换挡平顺性，为防这种情况，在推杆装内弹簧来缓冲这种反作用力。如图2.13所示：<br /><img alt="" src="http://www.xiu123.com/uploadfile/1155261945515514.jpg" border="0" /><br />　  当制动带放松时，带与鼓间应有一定间隙，过大过小都会影响其工作，为此由调整螺钉来调节，在装配时，一般拧到底再回旋 2～3 周。<br />　　⒊单向离合器<br />　　单向离合器的作用与离合器，制动器相同，它是依靠单向锁止原理来发挥固定或连接作用，其固定和连接也只能单方向。常见型式有：滚柱斜槽式和楔块式两种。<br />　　1） 滚柱斜槽式<br />　　它由外座圈、滚柱和不锈钢叠片弹簧组成。如图2.15所示：<br /><img alt="" src="http://www.xiu123.com/uploadfile/1155261962203015.jpg" border="0" /><br />　　内环通常用内花键和行星齿轮排的某个基本元件或者和变速器壳体连接，外环则通过外花键和行星排的另一侧基本元件连接或者和变速器外壳连接。在外环的内表面制有与滚柱相同数目的楔形槽。内外环之间的楔形槽内装有滚柱和弹簧。弹簧的弹力将各滚柱推向楔形槽较窄的一端。当外环相对于内环朝顺时针方向转动时，在刚刚开始转动的瞬间，滚柱便在摩擦力和弹簧弹力的作用下被卡死在楔形较窄的一端，于是内外环互相连接成一个整体，不能相对转动，此时单向超越离合器处于锁止状态，与外环连接的基本元件被固定住或者和与内环相连接的元件连成一整体。当外环相对于内环朝逆时针方向转动时，滚柱在摩擦力的作用下，克服弹簧的弹力，滚向楔形槽较宽的一端，出现打滑现象，外环相对于内环可以作自由滑转，此时单向超越离合器脱离锁止而处于自由状态。<br />　　单向超越离合器的锁止方向取决于外环上楔形槽的方向。在装配时不得装反，否则，会改变其锁止方向，使行星齿轮变速器不能正常工作。<br />　　2） 楔块式<br />　　它是由内环、外环、滚子（楔块）等组成 。如图2.17所示： <br /><img alt="" src="http://www.xiu123.com/uploadfile/1155261976140514.jpg" border="0" /><br />    楔块式单向超越离合器的结构和滚柱斜槽式单向超越离合器的结构基本相似，也有外环、内环、滚子（楔块）等（如图所示）。不同之处在于，它的外环或内环上都没有楔形槽，其滚子不是圆柱形的，而是特殊形状的楔块。楔块在A方向上的尺寸略大于内外环之间的距离B，而在C方向上的尺寸略小于B。当外环相对于内环朝顺时针方向转动时，楔块在摩擦力的作用下立起，因自锁作用而被卡死在内外环之间，使内环与外环无法相对滑转，此时单向超越离合器处于锁止状态；当外环相对于内环朝逆时针方向旋转时，楔块在摩擦力的作用下倾斜，脱离自锁状态，内环与外环可以相对滑动，此时单向超越离合器处于自由状态。<br />　　单向离合器的锁止和连接取决于安装方向，不可装反，否则影响工作</font><br />