【文章內(nèi)容簡介】 減 (超 )速、等速或反轉(zhuǎn) (倒擋 )，即兩個前進(jìn)一個倒車的 3個排擋。 但實際使用中，轎車目前均多為 4前 1倒或 5前 1倒， 6前 1倒的自動變速器也即將投放市場。 大客車、軍車、重型貨車等所需擋位更多。 故實際行星齒輪變速器中是多個行星排的組合輪系，這時傳動比可以通過解各個單行星排的運(yùn)動方程及結(jié)構(gòu)的約束方程所組成的聯(lián)立方程組來得到。 對太陽輪經(jīng)過兩個相互嚙合的行星輪才與齒圈相連的雙星行星排 [圖 (c)]，在行星架不轉(zhuǎn)時，因太陽輪與齒圈旋轉(zhuǎn)方向相同，故在式 ()中以“ α”代入即可。 其 α可應(yīng)用范圍比單行星排擴(kuò)大了，且能以較少的齒輪組成變速器排擋，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難加工，裝配精度要求更高。 2. 換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu) 因為所有齒輪是處于常嚙合狀態(tài)， AT擋位變換不同于手動變速器用移動撥叉變速，它是以對行星機(jī)構(gòu)的基本元件進(jìn)行約束來實現(xiàn)。 通常有離合器、制動器和單向離合器 3種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具有連接、固定或鎖止功能，使變速器獲得不同傳動比，從而達(dá)到換擋的目的。 1) 離合器 離合器的作用是連接行星排二元件成為一體，采用的是多片濕式結(jié)構(gòu)。 通常由離合器鼓、活塞、回位彈簧、鋼片與摩擦片組、離合器轂及密封圈組成。 離合器鼓與輸入軸相連、離合器轂與輸出軸相連，如 圖 。 其特點是徑向尺寸小，接合柔和，能獲得較大的摩擦面積，所以能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，改變離合器片數(shù)的多少，即可改變所傳遞轉(zhuǎn)矩的大小。 離合器鋼片由鋼板沖壓而成，靠外齒與離合器鼓連接，可軸向移動。 離合器摩擦片通常靠內(nèi)齒與離合器轂連接。 離合器摩擦片分為鋼片與摩擦材料兩部分。 其摩擦材料以紙基摩擦材料為主，以石棉、碳、纖維素等纖維或棉、本材、合成纖維作為母體材料，添加無機(jī)、有機(jī)的高摩擦性材料，攪拌后，浸漬酚醛類樹脂硬化而成。 然后將其粘在鋼片上，厚度為 。 這種材料特點是多孔，網(wǎng)狀，具有彈性，摩擦系數(shù)高，高壓、高溫、高圓周速度時的穩(wěn)定性好。 離合器片每片厚 2mm，平均每片間的間隙為 ，總間隙因總片數(shù)不同而異 ,一般為 2 mm到 5 mm。 離合器接合： 當(dāng)壓力油經(jīng)過油道進(jìn)入活塞缸時，油壓克服彈簧張力推動活塞右移，將所有主、從動件依次壓緊，即鋼片與摩擦片在摩擦力的作用下 一同旋轉(zhuǎn)，離合器接合，動力從輸入軸經(jīng)離合器傳到輸出軸。 離合器分離： 當(dāng)油壓撤除后，活塞在回位彈簧作用下回位，離合器分離，切斷輸入軸至輸出軸的動力傳遞。 離合器液壓缸內(nèi)的離心油壓，在接合時影響壓緊力和儲備系數(shù)，分離時影響徹底分離。 為防止上述現(xiàn)象的發(fā)生，在活塞外圈上設(shè)有單向球閥。 當(dāng)壓力油經(jīng)油道進(jìn)入活塞油腔時，單向閥的鋼球在油壓作用下封閉活塞上的排油孔，使 工作油液不能從活塞缸內(nèi)排出，這時油壓推動活塞克服彈簧張力，使離合器接合。 當(dāng)油壓撤除后，單向閥的鋼球在離心力作用下離開球座，開啟泄油孔，使離心油壓得以釋放，保證離合器徹底分離。 但是，利用單向閥釋放離心油壓，其效果不太理想。 近年出現(xiàn)了離心平衡油室結(jié)構(gòu) (如 圖 示 )取代了過去的單向閥，通過向離心平衡油室輸入潤滑油，消除了隨離合器鼓轉(zhuǎn)速變化而引起的附加離心壓力，保證了換擋過程的質(zhì)量。 富康轎車自動變速器中已采用了這種最新的結(jié)構(gòu)。 2) 制動器 制動器的作用是使所控制元件固定不轉(zhuǎn)，常用帶式與片式兩種。 帶式制動器的結(jié)構(gòu)如 圖 ，由制動帶及其伺服裝置 (控制液壓缸 )組成。 制動帶是內(nèi)表面帶有鍍層的開口式環(huán)形鋼帶。 制動帶開口的一端支承在與變速器殼體固連的支座上，另一端與伺服裝置相連。 按變形能力區(qū)分，可分為剛性制動帶和撓性制動帶。 剛性制動帶比撓性制動帶厚，具有較大的強(qiáng)度和熱容性，其缺點是不能產(chǎn)生與制動鼓相適應(yīng)的變形。 撓性制動帶在工作時可與制動鼓完全貼合，而且價格低廉。 按結(jié)構(gòu)區(qū)分，制動帶有單邊式和雙邊式兩種類型。 雙邊式制動帶具有自行增力功能，制動效果更好，多用于轉(zhuǎn)矩較大的低擋和倒擋制動器。 用于不同擋位的同類型制動帶內(nèi)表面鍍層的材料不盡相同。 低、倒擋制動帶鍍層多采用金屬摩擦材料，其作用是保證足夠的制動力矩。高擋制動帶一般使用有機(jī)耐磨材料防止制動鼓過度磨損。 帶式制動器平順性差，襯片磨損不均，故近來濕式多片制動器應(yīng)用較多。 濕式多片制動器在工作原理上，它與濕式多片離合器結(jié)構(gòu)類似，僅鋼片為固定不動，如圖 。 因其摩擦面積大，轉(zhuǎn)矩容量大，且反作用元件不產(chǎn)生徑向集中反力，并易于通過增減摩擦片數(shù)來實現(xiàn)系列化。 3) 單向離合器 單向離合器可以起到離合器與制動器的作用，所不同的是以單向鎖止原理來實現(xiàn)固定或連接作用。 單向離合器傳遞轉(zhuǎn)矩容量大，空轉(zhuǎn)時摩擦小，且無須控制機(jī)構(gòu)，工作完全由與之相連的元件的方向控制，瞬間即可接合或分離，自動切斷或接通變速時轉(zhuǎn)矩，從而保證平順無沖擊換擋，且簡化了液壓控制系統(tǒng)。 單向離合器常用的是滾柱斜槽式 [如 圖 (a)]和楔塊式 [圖 (b)]所示。 早期的自動變速器，為了提高換擋品質(zhì)，采用單向離合器比較普遍，反而使結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜。 隨著電控自動變速器的發(fā)展，采用電控軟件技術(shù)同樣可以達(dá)到換擋平順的目的。 因此，取消與減少單向離合器已成為自動變速器的一種趨勢。 3. 幾種典型的行星齒輪變速器 目前自動變速器中的行星齒輪變速器大多為三自由度結(jié)構(gòu)，主要有三類：即辛普森 (Simpson)式、拉維娜 (Ravigneaux)式及 CR—CR式。 1) 辛普森結(jié)構(gòu) 這是以發(fā)明者 Simpson工程師命名的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特點是由兩個完全相同齒輪參數(shù)的行星排組成，如 圖 。 優(yōu)點是齒輪種類少、加工量少、工藝性好、成本低； 以齒圈輸入、輸出，強(qiáng)度高，傳遞功率大； 無功率循環(huán)，效率高； 組成的元件轉(zhuǎn)速低，換擋平穩(wěn)。 雖然是三自由度的變速器，每次換擋需操縱兩個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，但因安排合理，實際上僅需更換一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 故從 40多年前發(fā)明迄今，一直廣泛為世界各國所采用。 我國的 CA77通用公司的 THM125C、日產(chǎn) 3N71B等均是這種結(jié)構(gòu)。 為了提高換擋品質(zhì)，如 圖 2擋換 3擋時，釋放制動器 B1與接合離合器 C1的交換應(yīng)及時。 否則， C1接合過早，使各元件間會產(chǎn)生運(yùn)動干涉； B1釋放太快，則使發(fā)動機(jī)出現(xiàn)空轉(zhuǎn)、轟響，且使換擋沖擊增加。 為此，在 B1與太陽輪元件之間又串聯(lián)了一個單向離合器 F2，可使換擋平順。 但為了在需要時 2擋能產(chǎn)生發(fā)動機(jī)制動，又增設(shè)了制動器 B3，這樣使結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。 為進(jìn)一步提高燃料經(jīng)濟(jì)性和降低噪聲，車輛向多擋化發(fā)展， 4擋自動變速器已成為轎車的標(biāo)準(zhǔn)裝備。 4擋自動變速器除前后行星排用一個輔助構(gòu)件相連外，其他行星排完全獨立，形成具有5個獨立元件 (上述為 4個獨立元件 )的辛普森機(jī)構(gòu)。 故可用增加一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的辦法 (離合器或制動器 )即實現(xiàn) 4擋，如 圖 。 Hydra—Matic700—R4A、 B4A—EL都是采用該結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)具有尺寸小、質(zhì)量輕的特點。 4擋自動變速器也有在原 3擋辛普森結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上用積木構(gòu)成法，加一個參數(shù)與前兩排一樣的行星排來增加擋位的。 圖 A340E自動變速器的行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)，所加的行星排可前置或后置，以實現(xiàn)超速或減速傳動。 Benz、 Allison AT5日產(chǎn) KR80等都采用了類似的結(jié)構(gòu)。 2) 拉維娜結(jié)構(gòu) 拉維娜行星齒輪機(jī)構(gòu)是由一個單行星排與一個雙星行星排組合而成的復(fù)合式行星機(jī)構(gòu)。 拉維娜行星齒輪機(jī)構(gòu)共用一行星架、長行星輪和齒圈，故它只有 4個獨立元件 (如 圖 所示 )。 其特點是構(gòu)成元件少、轉(zhuǎn)速低、結(jié)構(gòu)緊湊、軸向尺寸短、尺寸小、傳動比變化范圍大、靈活多變、適合 FR式布置。 改進(jìn)的拉維娜 4擋變速器，如捷達(dá)、帕薩特選裝的 AG4(如 圖 )僅用 3個離合器、 2個制動器和 1個單向離合器，就實現(xiàn)了 4擋變速。 3) CRCR結(jié)構(gòu) CRCR結(jié)構(gòu)是指將 2組單行星排的行星架C和齒圈 R分別組配的變速器，其特點是變速比大、效率高、元件軸轉(zhuǎn)速低。 福特公司的 CD4E與通用公司的 THM440T4均屬此型。 神龍富康 AL4四擋自動變速器是 1997年投產(chǎn)的 CRCR型，其結(jié)構(gòu)如 圖 。 由于在液壓系統(tǒng)中的電磁閥增加至 9個，不僅對擋位離合器 (制動器 )的油壓，并且對壓力儲能器、節(jié)流孔等均實現(xiàn)電子化控制。 更主要的是換擋時發(fā)動機(jī)與變速器間進(jìn)行綜合控制，從而使其取代了單向離合器的功能，且各擋都具有發(fā)動機(jī)制動作用，結(jié)構(gòu)簡單。 液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)是自動變速器的重要組成部分，為液力變矩器提供傳動介質(zhì)，完成變速器自動換擋控制。 同時，它還保證變速器各部分的潤滑，使變速器得到可靠的散熱和冷卻。 可見，液壓系統(tǒng)起到傳動、控制、操縱、冷卻和潤滑等功能。 1. 液壓系統(tǒng)的組成 在電子控制自動變速器中，采用的是電控式液壓系統(tǒng)。 自動變速器的液壓系統(tǒng)由動力源、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、冷卻潤滑系統(tǒng)等組成。 動力源是被液力變矩器泵輪驅(qū)動的油泵，它向控制機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)供應(yīng)壓力油以完成換擋，同時為液力變矩器提供傳動介質(zhì)并進(jìn)行冷卻補(bǔ)償，向行星齒輪系統(tǒng)提供潤滑油。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是指行星齒輪系統(tǒng)的離合器、制動器。 控制機(jī)構(gòu)的作用是在汽車行駛過程中接收換擋信號，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作，使變速器得到不同擋位。 同時，它能改善換擋平順性，保證換擋過程正常進(jìn)行。 控制機(jī)構(gòu)由主油路調(diào)壓裝置、換擋閥和緩沖安全裝置及液力變矩器控制裝置組成。 1) 油泵 通常用內(nèi)嚙合齒輪泵、擺線轉(zhuǎn)子泵或葉片泵，為減少在高速時油泵引起的過高的動力損失，目前所用葉片泵大多為流量可變型。 三種油泵在結(jié)構(gòu)上的共同點是：轉(zhuǎn)子與定子之間有一定的偏心距。 葉片泵的轉(zhuǎn)子與定子之間的偏心距可自動調(diào)節(jié)，達(dá)到改變流量的目的，防止了發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速高時供油太多的缺陷，提高了系統(tǒng)效率。 2) 主油路調(diào)壓閥 由于油泵供油的脈動性，必須經(jīng)過調(diào)節(jié)使主油路的壓力實現(xiàn)穩(wěn)定。 主油路調(diào)壓閥的結(jié)構(gòu)和工作原理如 圖 所示。 來自油泵的壓力油從進(jìn)油口進(jìn)入閥體并作用于活塞端面。 當(dāng)主油路壓力小于規(guī)定值時，活塞上端面的液體壓力小于彈簧預(yù)緊力，泄油口處于關(guān)閉狀態(tài)。 當(dāng)主油路壓力超過規(guī)定范圍后，活塞在液壓力的作用下克服彈簧預(yù)緊力下移，泄油口開啟。 部分壓力油被排出，從而保證主油路壓力不至過高。 由此可見，主油路壓力是由調(diào)壓閥彈簧的預(yù)緊力控制的。 對于使用齒輪泵或轉(zhuǎn)子泵的自動變速器來說，由調(diào)壓閥排出的多余壓力油將回到油底殼。 若采用葉片泵，這部分壓力油會被送入葉輪殼內(nèi)，定子在油壓的作用下產(chǎn)生徑向移動，使其和轉(zhuǎn)子之間的偏心距減小，油泵的泵油量得到控制，進(jìn)而從根本上限制了主油路壓力。 如果主油路系統(tǒng)中只有一個調(diào)壓閥，它除了控制主油路壓力之外，還要調(diào)節(jié)進(jìn)入液力變矩器和潤滑系統(tǒng)的油壓。 某些自動變速器的主油路系統(tǒng)包括兩個調(diào)壓閥：一個是主油路調(diào)壓閥，另一個是第二調(diào)壓閥，也稱變矩器閥，用來控制變矩器的油壓。 如果將控制油壓引入主油路調(diào)壓閥彈簧腔，則可以通過調(diào)節(jié)控制油壓來改變主油道的 壓力，使變速器在不同的擋位均可獲得不同的離合器 (制動器 )工作油壓。 在電控自動變速器中，通過控制比例電磁閥，可以使主調(diào)壓閥的輸出油壓隨發(fā)動機(jī)的負(fù)荷大小而變化，而且對換擋離合器和制動器的接合壓力及液力變矩