第十六章汽车自动变速器 教学提要 目的与要求：1.本课程的学习要注重理论联系实际， 提高学生动手能力、分析问题、解决问题 的能力。 2.通过本课程的学习，引导学生综合应用基 础课程所学的知识， 3.深刻的了解和掌握汽车机械部分的构成、 电器和电路的工作原理。 内容：1.概述 2.液力耦合器与液力变矩器 3.液力机械变速器 4.自动变速器的操纵系统 5.金属带式无级自动变速器 方法：1、理论教学与实践教学相结合的教学方法 2、以讲授为主，结合拆装实习、参观和作业练习， 以最佳效果掌握所学知识。 3、结合基本原理学习构造，通过对实物的拆装、观 察分析结构特点，加深理解基本原理和工作过程。 时间：6学时 地点：多媒体专业教室 器材保障：自动变速器（含伺服机构) 液力变矩器 金属带式无级自动变速器教具
1 第十六章 汽车自动变速器 教学提要 目的与要求：1．本课程的学习要注重理论联系实际， 提高学生动手能力、分析问题、解决问题 的能力。 2．通过本课程的学习，引导学生综合应用基 础课程所学的知识， 3．深刻的了解和掌握汽车机械部分的构成、 电器和电路的工作原理。 内容：1．概述 2. 液力耦合器与液力变矩器 3. 液力机械变速器 4. 自动变速器的操纵系统 5. 金属带式无级自动变速器 方法：1、理论教学与实践教学相结合的教学方法 2、以讲授为主，结合拆装实习、参观和作业练习， 以最佳效果掌握所学知识。 3、结合基本原理学习构造，通过对实物的拆装、观 察分析结构特点，加深理解基本原理和工作过程。 时间：6 学时 地点：多媒体专业教室 器材保障：自动变速器（含伺服机构） 液力变矩器 金属带式无级自动变速器教具
教学进程 教学环节设计 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焕 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 配套课件， kenr16 0101.htmr kenr16_01_02.htm 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 配套课件： kenr16_02_01.htm- konr16_02_09.htm
2 教 学 进 程 教学环节设计 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 配套课件： kcnr16_01_01.htm- kcnr16_01_02.htm 配套课件： kcnr16_02_01.htm- kcnr16_02_09.htm
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 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。 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， 液力变矩器的工作原理如下： 当w=0时，Mw=Mb+Md,涡轮受力大于泵 轮： 随着w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=O,w=Mb: 随着w的继续增加，u增加为，v的方向 改变为，w=Mb-M: 当w=b时，工作液在循环圆中的循环流动 停止，将不能传递动力
4 （3）传动效率较低。 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， 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。 =塑<1 (1)液力变矩器传动比% 太=初 (2)液力变矩器变矩系数 Ma 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 (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
5 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 （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， L1L, 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知 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0~ 1区段，两个导轮固定不动，二者的叶片组成 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1~K=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 传动比为承=1时，变矩器转入耦合器工况，效
6 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， L1L， 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 配套课件： kcnr16 03 01.htm kenr16_03_04.htm 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： Ml@1+M2@2+M3@3=0 nl+0wn2-(1+a)n3=0 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=nl/m3=1+a=1+z2/2l (2)齿圈2为主动件，行星架3为从动件
7 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)n3=0 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， 配套课件： kcnr16_03_01.htm- kcnr16_03_04.htm
太阳轮1固定 i23=n2/m3=(1+a)/c=1+z1/2 (3)太阳轮1为主动件，齿圈2为从动件 行星架3固定 i12=nl/n2=-0=-22/=1 (4)如果太阳轮和齿圈连为一体，nl=n2 nl=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
8 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 9
9 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“变矩器一换档离合器系统”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 配春课件： konr16_04_01.htm 一、液控式（全液压）操纵机构 konr16 04_09.htm 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
10 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 配套课件： kcnr16_04_01.htm- kcnr16_04_09.htm