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自動變速箱專題

m.ciaranmcbreen.com 來源：互聯(lián)網(wǎng) 作者：xjm82395219邢類別：汽車構(gòu)造維修時間：2008-08-30

第一章   自動變速器維修基礎(chǔ)
第一節(jié)  自動變速器的基本組成和工作過程
一、自動變速器的基本組成
自動變速器的廠牌型號很多，外部形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)也有所不同，但它們的組成基本相同，都是由液力變矩器和齒輪式自動變速器組合起來的。常見的組成部分有液力變矩器、行星齒輪機(jī)構(gòu)、離合器、制動器、油泵、濾清器、管道、控制閥體、速度調(diào)壓器等，按照這些部件的功能，可將它們分成液力變矩器、變速齒輪機(jī)構(gòu)、供油系統(tǒng)、自動換擋控制系統(tǒng)和換擋操縱機(jī)構(gòu)等五大部分。
1、液力變矩器
液力變矩器位于自動變速器的最前端，安裝在發(fā)動機(jī)的飛輪上，其作用與采用手動變速器的汽車中的離合器相似。它利用油液循環(huán)流動過程中動能的變化將發(fā)動機(jī)的動力傳遞自動變速器的輸入軸，并能根據(jù)汽車行駛阻力的變化，在一定范圍內(nèi)自動地、無級地改變傳動比和扭矩比，具有一定的減速增扭功能。
2、變速齒輪機(jī)構(gòu)
自動變速器中的變速齒輪機(jī)構(gòu)所采用的型式有普通齒輪式和行星齒輪式兩種。采用普通齒輪式的變速器，由于尺寸較大，最大傳動比較小，只有少數(shù)車型采用。目前絕大多數(shù)轎車自動變速器中的齒輪變速器采用的是行星齒輪式。
變速齒輪機(jī)構(gòu)主要包括行星齒輪機(jī)構(gòu)和換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分。
行星齒輪機(jī)構(gòu)，是自動變速器的重要組成部分之一，主要由于太陽輪（也稱中心輪）、內(nèi)齒圈、行星架和行星齒輪等元件組成。行星齒輪機(jī)構(gòu)是實現(xiàn)變速的機(jī)構(gòu)，速比的改變是通過以不同的元件作主動件和限制不同元件的運(yùn)動而實現(xiàn)的。在速比改變的過程中，整個行星齒輪組還存在運(yùn)動，動力傳遞沒有中斷，因而實現(xiàn)了動力換擋。
換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是用來改變行星齒輪中的主動元件或限制某個元件的運(yùn)動，改變動力傳遞的方向和速比，主要由多片式離合器、制動器和單向超越離合器等組成。離合器的作用是把動力傳給行星齒輪機(jī)構(gòu)的某個元件使之成為主動件。制動器的作用是將行星齒輪機(jī)構(gòu)中的某個元件抱住，使之不動。單向超越離合器也是行星齒輪變速器的換擋元件之一，其作用和多片式離合器及制動器基本相同，也是用于固定或連接幾個行星排中的某些太陽輪、行星架、齒圈等基本元件，讓行星齒輪變速器組成不同傳動比的擋位。
3、供油系統(tǒng)
自動變速器的供油系統(tǒng)主要由油泵、油箱、濾清器、調(diào)壓閥及管道所組成。油泵是自動變速器最重要的總成之一，它通常安裝在變矩器的后方，由變矩器殼后端的軸套驅(qū)動。在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，不論汽車是否行駛，油泵都在運(yùn)轉(zhuǎn)，為自動變速器中的變矩器、換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)、自動換擋控制系統(tǒng)部分提供一定油壓的液壓油。油壓的調(diào)節(jié)由調(diào)壓閥來實現(xiàn)。
4、自動換擋控制系統(tǒng)
自動換擋控制系統(tǒng)能根據(jù)發(fā)動機(jī)的負(fù)荷（節(jié)氣門開度）和汽車的行駛速度，按照設(shè)定的換擋規(guī)律，自動地接通或切斷某些換擋離合器和制動器的供油油路，使離合器結(jié)合或分開、制動器制動或釋放，以改變齒輪變速器的傳動化，從而實現(xiàn)自動換擋。
自動變速器的自動換擋控制系統(tǒng)有液壓控制和電液壓（電子）控制兩種。
液壓控制系統(tǒng)是由閥體和各種控制閥及油路所組成的，閥門和油路設(shè)置在一個板塊內(nèi)，稱為閥體總成。不同型號的自動變速器閥體總成的安裝位置有所不同，有的裝置于上部，有的裝置于側(cè)面，縱置的自動變速器一般裝置于下部。
在液壓控制系統(tǒng)中，增設(shè)控制某些液壓油路的電磁閥，就成了電器控制的換擋控制系統(tǒng)，若這些電磁閥是由電子計算機(jī)控制的，則成為電子控制的換擋系統(tǒng)。
5、換擋操縱機(jī)構(gòu)
自動變速器的換擋操縱機(jī)構(gòu)包括手動選擇閥的操縱機(jī)構(gòu)和節(jié)氣門閥的操縱機(jī)構(gòu)等。駕駛員通過自動變速器的操縱手柄改變閥板內(nèi)的手動閥位置，控制系統(tǒng)根據(jù)手動閥的位置及節(jié)氣門開度、車速、控制開關(guān)的狀態(tài)等因素，利用液壓自動控制原理或電子自動控制原理，按照一定的規(guī)律控制齒輪變速器中的換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作，實現(xiàn)自動換擋。
二、自動變速器的工作過程
自動變速器之所以能夠?qū)崿F(xiàn)自動換擋是因為工作中駕駛員踏下油門的位置或發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管的真空度和汽車的行駛速度能指揮自動換擋系統(tǒng)工作，自動換擋系統(tǒng)中各控制閥不同的工作狀態(tài)將控制變速齒輪機(jī)構(gòu)中離合器的分離與結(jié)合和制動器的制動與釋放，并改變變速齒輪機(jī)構(gòu)的動力傳遞路線，實現(xiàn)變速器擋位的變換。
傳統(tǒng)的液力自動變速器根據(jù)汽車的行駛速度和節(jié)氣門開度的變化，自動變速擋位。其換擋控制方式是通過機(jī)械方式將車速和節(jié)氣門開度信號轉(zhuǎn)換成控制油壓，并將該油壓加到換擋閥的兩端，以控制換擋閥的位置，從而改變換擋執(zhí)行元件（離合器和制動器）的油路。這樣，工作液壓油進(jìn)入相應(yīng)的執(zhí)行元件，使離合器結(jié)合或分離，制動器制動或松開，控制行星齒輪變速器的升擋或降擋，從而實現(xiàn)自動變速。
電控液力自動變速器是在液力自動變速器基礎(chǔ)上增設(shè)電子控制系統(tǒng)而形成的。它通過傳感器和開關(guān)監(jiān)測汽車和發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，接受駕駛員的指令，并將所獲得的信息轉(zhuǎn)換成電信號輸入到電控單元。電控單元根據(jù)這些信號，通過電磁閥控制液壓控制裝置的換擋閥，使其打開或關(guān)閉通往換擋離合器和制動器的油路，從而控制換擋時刻和擋位的變換，以實現(xiàn)自動變速。其工作過程如圖1-1所示。

圖1-1  電控液力自動變速器的工作過程示意圖
1-節(jié)氣門位置傳感器  2-液力變矩器  3-行星齒輪變速器  4-車速傳感器  5-液壓控制裝置  6-換擋閥  7-電磁閥
三、自動變速器的類型
不同車型所裝用的自動變速器在型式、結(jié)構(gòu)上往往有很大的差異，常見的分類方法和類型如下：
1、按變速方式分類
汽車自動變速器按變速方式的不同，可分為有級變速器和無級變速器兩種。
有級變速器是具有有限幾個定值傳動比（一般有3~5個前進(jìn)擋和一個倒擋）的變速器。無級變速器是能使傳動比在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的變速器，無級變速器目前在汽車上應(yīng)用較少。
2、按汽車驅(qū)動方式分類
自動變速器按照汽車驅(qū)動方式的不同，可分為后驅(qū)動自動變速器和前驅(qū)動自動變速器兩種。這兩種自動變速器在結(jié)構(gòu)和布置上有很大的不同。
后驅(qū)動自動變速器的變矩器和齒輪變速器的輸入軸及輸出軸在同一軸線上，發(fā)動機(jī)的動力經(jīng)變矩器、自動變速器、傳動軸、后驅(qū)動橋的主減速器、差速器和半軸傳給左右兩個后輪。這種發(fā)動機(jī)前置，后輪驅(qū)動的布置型式，其發(fā)動機(jī)和自動變速器都是縱置的，因此軸向尺寸較大，在小型客車上布置比較困難。后驅(qū)動自動變速器的閥板總成一般布置在齒輪變速器下方的油底殼內(nèi)。
前驅(qū)動自動變速器除了具有與后驅(qū)動自動變速器相同的組成部分外，在自動變速器的殼體內(nèi)還裝有差速器。前驅(qū)動汽車的發(fā)動機(jī)有縱置和橫置兩種。縱置發(fā)動機(jī)的前驅(qū)動自動變速器的結(jié)構(gòu)和布置與后驅(qū)動自動變速器基本相同，只是在后端增加了一個差速器。橫置發(fā)動機(jī)前驅(qū)動自動變速器由于汽車橫向尺寸的限制，要求有較小的軸向尺寸，因此通常將輸入軸和輸出軸設(shè)計成兩個軸線的方式；變矩器和齒輪變速器輸入軸布置在上方，輸出軸布置在下方。這樣的布置減少了變速器總體的軸向尺寸，但增加了變速器的高度，因此常將閥板總成布置在變速器的側(cè)面或上方，以保證汽車有足夠的最小離地間隙。
3、按自動變速器前進(jìn)擋的擋位數(shù)不同分類
自動變速器按前進(jìn)擋的檔位數(shù)不同，可分為2個前進(jìn)擋、3個前進(jìn)擋、4個前進(jìn)擋三種。早期的自動變速器通常為2個前進(jìn)擋或3個前進(jìn)擋。這兩種自動變速器都沒有超速擋，其最高擋為直接擋。新型轎車裝用的自動變速器基本上都是4個前進(jìn)擋，即設(shè)有超速擋。這種設(shè)計雖然使自動變速器的構(gòu)造更加復(fù)雜，但由于設(shè)有超速擋，大大改善了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。
4、按齒輪變速器的類型分類
自動變速器按齒輪變速器的類型不同，可分為普通齒輪式和行星齒輪式兩種。普通齒輪式自動變速器體積較大，最大傳動比較小，使用較少。行星齒輪式自動變速器結(jié)構(gòu)緊湊，能獲得較大的傳動比，為絕大多數(shù)轎車采用。
5、按變矩器的類型分類
轎車自動變速器基本上都是采用結(jié)構(gòu)簡單的單級三元件綜合式液力變矩器。這種變矩器又分為有鎖止離合器和無鎖止離合器兩種。早期的變矩器中沒有鎖止離合器，在任何工況下都是以液力的方式傳遞發(fā)動機(jī)動力，因此傳動效率較低。新型轎車自動變速器大都采用帶鎖止離合器的變矩器，這樣當(dāng)汽車達(dá)到一定車速時，控制系統(tǒng)使鎖止離合器結(jié)合，液力變矩器輸入部分和輸出部分連成一體，發(fā)動機(jī)動力以機(jī)械傳遞的方式直接傳入齒輪變速器，從而提高了傳動效率，降低了汽車的燃油消耗量。
6、按控制方式分類
自動變速器按控制方式不同，可分為液力控制自動變速器和電子控制自動變速器兩種。液力控制自動變速器是通過機(jī)械的手段，將汽車行駛時的車速及節(jié)氣門開度兩個參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤嚎刂菩盘�；閥板中的各個控制閥根據(jù)這些液壓控制信號的大小，按照設(shè)定的換擋規(guī)律，通過控制換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，實現(xiàn)自動換擋，現(xiàn)在使用較少。電子控制自動變速器是通過各種傳感器，將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、車速、發(fā)動機(jī)水溫、自動變速器液壓油溫度等參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘�，并輸入電腦；電腦根據(jù)這些電信號，按照設(shè)定的換擋規(guī)律，向換擋電磁閥、油壓電磁閥等發(fā)出電子控制信號；換擋電磁閥和油壓電磁閥再將電腦的電子控制信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤嚎刂菩盘枺y板中的各個控制閥根據(jù)這些液壓控制信號，控制換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作，從而實現(xiàn)自動換擋。
四、自動變速器的優(yōu)缺點
機(jī)械齒輪變速器具有效率高，工作可靠，結(jié)構(gòu)比較簡單等優(yōu)點。故被廣泛地應(yīng)用在各種汽車上。但是對于諸如高級小客車、超重型自卸汽車，要求高通過性的軍用越野汽車以及城市的大型公共汽車等車型，由于特殊的使用條件和要求，單純采用機(jī)械變速器，雖能適應(yīng)汽車的一些需要，但還存在不足之處。
為適應(yīng)汽車行駛條件的變化，必須經(jīng)常換擋。換擋時，被嚙合的主動齒輪與被動齒輪轉(zhuǎn)速不一樣，使齒輪受到?jīng)_擊，甚至有時掛不上擋。于是換擋前需要對轉(zhuǎn)速加以調(diào)整。例如從高擋換至低擋，先要松油門和離合器，摘掉高擋、結(jié)合主離合器、加大油門，再分離主離合器、掛上低擋，使換擋時將要相互嚙合的齒輪轉(zhuǎn)速相接近，便于掛擋。這樣換擋過程過于復(fù)雜，要求司機(jī)能夠掌握時機(jī)，有一定的熟練操作技術(shù)。同時，駕駛員踩主離合器踏板時，要消耗很大的體力，容易疲勞。
由于換擋時的沖擊現(xiàn)象，傳動系要受到很大的附加作用力。若汽車在行駛過程中，突然碰到大右塊，阻力突增，車速下降。此時發(fā)動機(jī)工況并未改變，傳動系就要"別勁"，使零部件容易損壞或縮短使用壽命。
機(jī)械變速器由若干組齒輪構(gòu)成。齒輪的不同組合可得到不同的擋位。由于齒輪組數(shù)目有限，所能得到的擋位也就有限，故普通機(jī)械變速器是有級式變速器。機(jī)械變速器的擋位愈多，愈能更充分地利用發(fā)動機(jī)功率，以提高汽車的動力性能。例如結(jié)構(gòu)相同的兩輛汽車采用不同的變速器：一輛是兩擋變速器，另一輛是四擋變速器。兩種變速器的頭擋和直接擋速比相同。此兩輛汽車在良好路面上以直接擋行駛時，最大車速和克服道路阻力的能力相同。頭擋的起步能力和最大爬坡度也相同。但在阻力稍大。不能用直接擋行駛時，情況就不同了。前者只能用頭擋，并需關(guān)小節(jié)氣門，最大行駛速度低；后者則可用3擋或2擋行駛，允許節(jié)氣門開得較大，故發(fā)動機(jī)功率利用得充分，動力性好，平均車速高，經(jīng)濟(jì)性也好。
事實上，機(jī)械變速器的擋位不可能增加得很多，否則將會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜笨重。擋位增多，換擋次數(shù)也就增多，更增加了換擋操縱的困難。因此，載重量在25T以上的重型礦用汽車一般都不單獨(dú)使用機(jī)械變速器。
采用液力自動變速器，可彌補(bǔ)機(jī)械變速器的某些不足。使用液力自動變速器的汽車具有下列顯著的優(yōu)點：
1、大大提高發(fā)動機(jī)和傳動系的使用壽命
采取液力自動變速器的汽車與采用機(jī)械變速器的汽車對比試驗表明：前者發(fā)動機(jī)的壽命可提高85%，變速器的壽命提高12倍，傳動軸和驅(qū)動半軸的壽命可提高75%~100%。
液力傳動汽車的發(fā)動機(jī)與傳動系，由液體工作介質(zhì)"軟"性連接。液力傳動起一定的吸收、衰減和緩沖的作用，大大減少沖擊和動載荷。例如，當(dāng)負(fù)荷突然增大時，可防止發(fā)動機(jī)過載和突然熄火。汽車在起步、換擋或制動時，能減少發(fā)動機(jī)和傳動系所承受的沖擊及動載荷，因而提高了有關(guān)零部件的使用壽命。
2、提高汽車通過性
采用液力自動變速器的汽車，在起步時，驅(qū)動輪上的驅(qū)動扭矩是逐漸增加的，防止很大的振動，減少車輪的打滑，使起步容易，且更換平穩(wěn)。它的穩(wěn)定車速可以降低到低。舉例來說：當(dāng)行駛阻力很大時（如爬陡坡），發(fā)動機(jī)也不至于熄火，使汽車仍能以極低速度行駛。在特別困難面行駛時，因換擋時沒有功率間斷，不會出現(xiàn)汽車停車的現(xiàn)象。因此，液力機(jī)械變速器對于提高汽車的通過性具有良好的效果。
3、具有良好的自適應(yīng)性
目前，液力傳動的汽車都采用液力變矩器，它能自動適應(yīng)汽車驅(qū)動輪負(fù)荷的變化。當(dāng)行駛阻力增大時，汽車自動降低速度，使驅(qū)動輪動力矩增加；當(dāng)行駛阻力減小時，減小驅(qū)動力矩，增加車速。這說明，變矩器能在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)無級變速器，大大減少行駛過程中的換擋次數(shù)，有利于提高汽車的動力性和平均車速。
4、操縱輕便
裝備液力自動變速器的汽車，采用液壓操縱或電子控制，使換擋實現(xiàn)自動化。在變換變速桿位置時，只需操縱液壓控制的滑閥，這比普通機(jī)械變速器用撥叉撥動滑動齒輪實現(xiàn)換擋要簡單輕松得多。而且，它的換擋齒輪組一般都采用行星齒輪組，是常嚙合齒輪組，這就降低或消除了換擋時的齒輪沖擊，可以不要主離合器，大大減輕了駕駛員的勞動強(qiáng)度。
綜上所述，液力自動變速器不僅能與汽車行駛要求相適應(yīng)，而且具有單純機(jī)械變速器所不具備的一些顯著優(yōu)點，這是液力自動變速器的主要方面，也是汽車采用液力自動變速器的理由。不過，與單純機(jī)械變速器相比，它也存在某些缺點，如結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本較高，傳動效率較低等。對液力變矩器而言，最高效率一般只有（82~86）%左右，而機(jī)械傳動的效率可達(dá)（95~97）%。由于傳動效率低，使汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性有所降低；由于自動變速器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相應(yīng)的維修技術(shù)也較復(fù)雜，要求有專門的維修人員，具有較高的修理水平和故障檢查分析的能力。但這些缺點是相對的，由于大大延長了發(fā)動機(jī)和傳動系統(tǒng)的使用壽命，提高了出車率和生產(chǎn)率，減少了維修費(fèi)用，自動的無級變速提高了發(fā)動機(jī)功率的平均利用率，提高平均車速，雖然燃油經(jīng)濟(jì)性有所降低，卻提高了汽車整體使用經(jīng)濟(jì)性。此外，目前還采用一種帶鎖定離合器的液力變矩器，在一定行駛條件下，通過采用與發(fā)動機(jī)的最佳匹配，遵循最佳換擋規(guī)律，采用變矩器的鎖止，可使用傳動效率大為提高。當(dāng)鎖定離合器分離時，仍與一般液力變矩器相同；當(dāng)鎖定離合器結(jié)合時，使液力變矩器失去作用，輸入軸與輸出軸是直接傳動的，傳動效率接近百分之百。
第二節(jié)  自動變速器的結(jié)構(gòu)與工作原理
一、液力耦合器和液力變矩器的結(jié)構(gòu)與工作原理
現(xiàn)代汽車上所用自動變速器，在結(jié)構(gòu)上雖有差異，但其基本結(jié)構(gòu)組成和工作原理卻較為相似，前面已介紹了自動變速器主要由液力變矩器、變速齒輪機(jī)構(gòu)、供油系統(tǒng)、自動換擋控制系統(tǒng)、自動換擋操縱裝置等部分組成。本章將分別介紹自動變速器中各組成部分的常見結(jié)構(gòu)和工作原理，為自動變速器的拆裝和故障檢修提供必要的基本知識。
汽車上所采用的液力傳動裝置通常有液力耦合器和液力變矩器兩種，二者均屬于液力傳動，即通過液體的循環(huán)液動，利用液體動能的變化來傳遞動力。
（一）液力耦合器的結(jié)構(gòu)與工作原理
1、液力耦合器的結(jié)構(gòu)組成
液力耦合器是一種液力傳動裝置，又稱液力聯(lián)軸器。在不考慮機(jī)械損失的情況下，輸出力矩與輸入力矩相等。它的主要功能有兩個方面，一是防止發(fā)動機(jī)過載，二是調(diào)節(jié)工作機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速。其結(jié)構(gòu)主要由殼體、泵輪、渦輪三個部分組成，如圖1-2所示。

圖1-2  液力耦合器的基本構(gòu)造
1-輸入軸   2-泵輪葉輪   3-渦輪葉輪   4-輪出軸
液力耦合器的殼體安裝在發(fā)動機(jī)飛輪上，泵輪與殼體焊接在一起，隨發(fā)動機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，是液力耦合器的主動部分：渦輪和輸出軸連接在一起，是液力耦合器的從動部分。泵輪和渦輪相對安裝，統(tǒng)稱為工作輪。在泵輪和渦輪上有徑向排列的平直葉片，泵輪和渦輪互不接觸。兩者之間有一定的間隙（約3mm~4mm）；泵輪與渦輪裝合成一個整體后，其軸線斷面一般為圓形，在其內(nèi)腔中充滿液壓油。
2、液力耦合器的工作原理
當(dāng)發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，曲軸帶動液力耦合器的殼體和泵輪一同轉(zhuǎn)動，泵輪葉片內(nèi)的液壓油在泵輪的帶動下隨之一同旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，液壓油被甩向泵輪葉片外緣處，并在外緣處沖向渦輪葉片，使渦輪在液壓沖擊力的作用下旋轉(zhuǎn)；沖向渦輪葉片的液壓油沿渦輪葉片向內(nèi)緣流動，返回到泵輪內(nèi)緣的液壓油，又被泵輪再次甩向外緣。液壓油就這樣從泵輪流向渦輪，又從渦輪返回到泵輪而形成循環(huán)的液流。
液力耦合器中的循環(huán)液壓油，在從泵輪葉片內(nèi)緣流向外緣的過程中，泵輪對其作功，其速度和動能逐漸增大；而在從渦輪葉片外緣流向內(nèi)緣的過程中，液壓油對渦輪作功，其速度和動能逐漸減小。液力耦合器要實現(xiàn)傳動，必須在泵輪和渦輪之間有油液的循環(huán)流動。而油液循環(huán)流動的產(chǎn)生，是由于泵輪和渦輪之間存在著轉(zhuǎn)速差，使兩輪葉片外緣處產(chǎn)生壓力差所致。如果泵輪和渦輪的轉(zhuǎn)速相等，則液力耦合器不起傳動作用。因此，液力耦合器工作時，發(fā)動機(jī)的動能通過泵輪傳給液壓油，液壓油在循環(huán)流動的過程中又將動能傳給渦輪輸出。由于在液力耦合器內(nèi)只有泵輪和渦輪兩個工作輪，液壓油在循環(huán)流動的過程中，除了受泵輪和渦輪之間的作用力之外，沒有受到其他任何附加的外力。根據(jù)作用力與反作用力相等的原理，液壓油作用在渦輪上的扭矩應(yīng)等于泵輪作用在液壓油上的扭矩，即發(fā)動機(jī)傳給泵輪的扭矩與渦輪上輸出的扭矩相等，這就是液力耦合器的傳動特點。
液力耦合器在實際工作中的情形是：汽車起步前，變速器掛上一定的擋位，起動發(fā)動機(jī)驅(qū)動泵輪旋轉(zhuǎn)，而與整車連接著的渦輪即受到力矩的作用，但因其力矩不足于克服汽車的起步阻力矩，所以渦輪還不會隨泵輪的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。加大節(jié)氣門開度，使發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速提高，作用在渦輪上的力矩隨之增大，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速增大到一定數(shù)值時，作用在渦輪上的力矩足以使汽車克服起步阻力而起步。隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的繼續(xù)增高，渦輪隨著汽車的加速而不斷加速，渦輪與泵輪轉(zhuǎn)速差的數(shù)值逐漸減少。在汽車從起步開始逐步加速的過程中，液力耦合器的工作狀況也在不斷變化，這可用如圖1-3所示的速度矢量圖來說明。假定油液螺旋循環(huán)流動的流速VT保持恒定，VL為泵輪和渦輪的相對線速度，VE為泵輪出口速度，VR為油液的合成速度。

圖1-3  渦輪處于不同轉(zhuǎn)速時的液流情況
(a)渦輪不動  （b）中速  （c）高速
當(dāng)車輛即將要起步時，泵輪在發(fā)動機(jī)驅(qū)動下轉(zhuǎn)動而渦輪靜止不動。由于渦輪沒有運(yùn)動，泵輪與渦輪間的相對速度VL將達(dá)最大值，由此而得到的合成速度，即油液從泵輪進(jìn)入渦輪的速度VR也是最大的。油液進(jìn)入渦輪的方向和泵輪出口速度之間的夾角θ1也較小，這樣液流對渦輪葉片產(chǎn)生的推力也就較大。
當(dāng)渦輪開始旋轉(zhuǎn)并逐步趕上泵輪的轉(zhuǎn)速時，泵輪與渦輪間的相對線速度減小，使合成速度VR減小，并使VR和泵輪出口線速度VE之間的夾角增大。這樣液流對渦輪葉片的沖擊力及由此力產(chǎn)生的承受扭矩的能力減小，不過隨著汽車速度的增加，需要的驅(qū)動力矩也迅速降低。
當(dāng)渦輪高速轉(zhuǎn)動，即輸出和輸入的轉(zhuǎn)速接近相同時，相對速度VL和合成速度VR都很小，而合成速度VR與泵輪出口速度VE間的夾角很大，這就使液流對渦輪葉片的推力變得很小，這將使輸出元件滑動，直到有足夠的循環(huán)油液對渦輪產(chǎn)生足夠的沖擊力為止。
由此可見，輸出轉(zhuǎn)速高時，輸出轉(zhuǎn)速趕上輸入轉(zhuǎn)速是一個連續(xù)不斷的趨勢，但總不會等于輸入轉(zhuǎn)速。除非在工作狀況反過來，變速器變成主動件，發(fā)動機(jī)變成被動件，渦輪的轉(zhuǎn)速才會等于或高于泵輪轉(zhuǎn)速。這種情況在下坡時可能會發(fā)生。
（二）液力變矩器的結(jié)構(gòu)與工作原理
液力變矩器是液力傳動中的又一種型式，是構(gòu)成液力自動變速器不可缺少的重要組成部分之一。它裝置在發(fā)動機(jī)的飛輪上，其作用是將發(fā)動機(jī)的動力傳遞給自動變速器中的齒輪機(jī)構(gòu)，并具有一定的自動變速功能。自動變速器的傳動效率主要取決于變矩器的結(jié)構(gòu)和性能。
常用液力變矩器的型式有一般型式的液力變矩器、綜合式液力變矩器和鎖止式液力變矩器。其中綜合式液力變矩器的應(yīng)用較為廣泛。
1、一般型式液力變矩器的結(jié)構(gòu)與工作原理
液力變矩器的結(jié)構(gòu)與液力耦合器相似，它有3個工作輪即泵輪、渦輪和異輪。泵輪和渦輪的構(gòu)造與液力耦合器基本相同；導(dǎo)輪則位于泵輪和渦輪之間，并與泵輪和渦輪保持一定的軸向間隙，通過導(dǎo)輪固定套固定于變速器殼體上（圖1-4）。

圖1-4  液力變矩器
1-飛輪  2-渦輪  3-泵輪  4-導(dǎo)輪  5-變矩器輸出軸  6-曲軸  7-導(dǎo)輪固定套
發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時帶動液力變矩器的殼體和泵輪與之一同旋轉(zhuǎn)，泵輪內(nèi)的液壓油在離心力的作用下，由泵輪葉片外緣沖向渦輪，并沿渦輪葉片流向?qū)л�，再�?jīng)導(dǎo)輪葉片內(nèi)緣，形成循環(huán)的液流。導(dǎo)輪的作用是改變渦輪上的輸出扭矩。由于從渦輪葉片下緣流向?qū)л喌囊簤河腿杂邢喈?dāng)大的沖擊力，只要將泵輪、渦輪和導(dǎo)輪的葉片設(shè)計成一定的形狀和角度，就可以利用上述沖擊力來提高渦輪的輸出扭矩。為說明這一原理，可以假想地將液力變矩器的3個工作輪葉片從循環(huán)流動的液流中心線處剖開并展平，得到圖1-5所示的葉片展開示意圖；并假設(shè)在液力變矩器工作中，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷都不變，即液力變矩器泵輪的轉(zhuǎn)速np和扭矩Mp為常數(shù)。
在汽車起步之前，渦輪轉(zhuǎn)速為0，發(fā)動機(jī)通過液力變矩器殼體帶動泵輪轉(zhuǎn)動，并對液壓油產(chǎn)生一個大小為Mp的扭矩，該扭矩即為液力變矩器的輸入扭矩。液壓油在泵輪葉片的推動下，以一定的速度，按圖1-5（b）中箭頭1所示方向沖向渦輪上緣處的葉片，對渦輪產(chǎn)生沖擊扭矩，該扭矩即為液力變矩器的輸出扭矩。此時渦輪靜止不動，沖向渦輪的液壓油沿葉片流向渦輪下緣，在渦輪下緣以一定的速度，沿著與渦輪下緣出口處葉片相同的方向沖向?qū)л啠瑢?dǎo)輪也產(chǎn)生一個沖擊力矩，并沿固定不動的導(dǎo)輪葉片流回泵輪。當(dāng)液壓油對渦輪和導(dǎo)輪產(chǎn)生沖擊扭矩時，渦輪和導(dǎo)輪也對液壓油產(chǎn)生一個與沖擊扭矩大小相等、方向相反的反作用扭矩Mt和Ms，其中Mt的方向與Mp的方向相反，而Ms的方向與Mp的方向相同。根據(jù)液壓油受力平衡原理，可得：Mt=Mp+Ms。由于渦輪對液壓油的反作用，扭矩Mt與液壓油對渦輪的沖擊扭矩（即變矩器的輸出扭矩）大小相等，方向相反，因此可知，液力變矩器的輸出扭矩在數(shù)值上等于輸入扭矩與導(dǎo)輪對液壓油的反作用扭矩之和。顯然這一扭矩要大于輸入扭矩，即液力變矩器具有增大扭矩的作用。液力變矩器輸出扭矩增大的部分即為固定不動的導(dǎo)輪對循環(huán)流動的液壓油的作用力矩，其數(shù)值不但取決于由渦輪沖向?qū)л喌囊毫魉俣�，也取決于液流方向與導(dǎo)輪葉片之間的夾角。當(dāng)液流速度不變時，葉片與液流的夾角愈大，反作用力矩亦愈大，液力變矩器的增扭作用也就愈大。一般液力變矩器的最大輸出扭矩可達(dá)輸入扭矩的2.6倍左右。

圖1-5  液力變矩器工作原理圖
A-泵輪  B-渦輪  C-導(dǎo)輪  1-由泵輪沖向渦輪的液壓油方向  2-由渦輪沖向?qū)л喌囊簤河头较?nbsp; 3-由導(dǎo)輪流回泵輪的液壓油方向。
當(dāng)汽車在液力變矩器輸出扭矩的作用下起步后，與驅(qū)動輪相連接的渦輪也開始轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)速隨著汽車的加速不斷增加。這時由泵輪沖向渦輪的液壓油除了沿著渦輪葉片流動之外，還要隨著渦輪一同轉(zhuǎn)動，使得由渦輪下緣出口處沖向?qū)л喌囊簤河偷姆较虬l(fā)生變化，不再與渦輪出口處葉片的方向相同，而是順著渦輪轉(zhuǎn)動的方向向前偏斜了一個角度，使沖向?qū)л喌囊毫鞣较蚺c導(dǎo)輪葉片之間的夾角變小，導(dǎo)輪上所受到的沖擊力矩也減小，液力變矩器的增扭作用亦隨之減小。車速愈高，渦輪轉(zhuǎn)速愈大，沖向?qū)л喌囊簤河头较蚺c導(dǎo)輪葉片的夾角就愈小，液力變矩器的增扭作用亦愈��；反之，車速愈低，液力變矩器的增扭作用就愈小。因此，與液力耦合器相比，液力變矩器在汽車低速行駛時有較大的輸出扭矩，在汽車起步，上坡或遇到較大行駛阻力時，能使驅(qū)動輪獲得較大的驅(qū)動力矩。
當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速隨車速的提高而增大到某一數(shù)值時，沖向?qū)л喌囊簤河偷姆较蚺c導(dǎo)輪葉片之間的夾角減小為0，這時導(dǎo)輪將不受液壓油的沖擊作用，液力變矩器失去增扭作用，其輸出扭矩等于輸入扭矩。
若渦輪轉(zhuǎn)速進(jìn)一步增大，沖向?qū)л喌囊簤河头较蚶^續(xù)向前斜，使液壓油沖擊在導(dǎo)輪葉片的背面，如圖1-5（c）所示，這時導(dǎo)輪對液壓油的反作用扭矩Ms的方向與泵輪對液壓油扭矩Mp的方向相反，故此渦輪上的輸出扭矩為二者之差，即Mt=Mp-Ms，液力變矩器的輸出扭矩反而比輸入扭矩小，其傳動效率也隨之減小。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速較低時，液力變矩器的傳動效率高于液力耦合器的傳動效率；當(dāng)渦輪的轉(zhuǎn)速增加到某一數(shù)值時，液力變矩器的傳動效率等于液力耦合器的傳動效率；當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大后，液力變矩器的傳動效率將小于液力耦合器的傳動效率，其輸出扭矩也隨之下降。因此，上述這種液力變矩器是不適合實際使用的。
2、綜合式液力變矩器的結(jié)構(gòu)與工作原理
目前在裝用自動變速器的汽車上使用的變矩器大多是綜合式液力變矩器（圖1-6），它和一般型式液力變矩器的不同之處在于它的導(dǎo)輪不是完全固定不動的，而是通過單向超越離合器支承在固定于變速器殼體的導(dǎo)輪固定套上。單向超越離合器使導(dǎo)輪可以朝順時針方向旋轉(zhuǎn)（從發(fā)動機(jī)前面看），但不能朝逆時針方向旋轉(zhuǎn)。

圖1-6  綜合式液力變矩器
1-曲軸   2-導(dǎo)輪   3-渦輪   4-泵輪   5-液流    6-變矩器軸套   7-油泵    8-導(dǎo)輪固定套   9-變矩器輸出軸   10-單向超越離合器。
當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速較低時，從渦輪流出的液壓油從正面沖擊導(dǎo)輪葉片，如圖1-5（b）所示，對導(dǎo)輪施加一個朝逆時針方向旋轉(zhuǎn)的力矩，但由于單向超越離合器在逆時針方向具有鎖止作用，將導(dǎo)輪鎖止在導(dǎo)輪固定套上固定不動，因此這時該變矩器的工作特性和液力變矩器相同，渦輪上的輸出扭矩大于泵輪上的輸入扭矩即具有一定的增扭作用。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速增大到某一數(shù)值時，液壓油對導(dǎo)輪的沖擊方向與導(dǎo)輪葉片之間的夾角為0，此是渦輪上的輸出扭矩等于泵輪上的輸入扭矩。若渦輪轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大，液壓油將從反面沖擊導(dǎo)輪，如圖1-5（c）所示，對導(dǎo)輪產(chǎn)生一個順時針方向的扭矩。由于單向超越離合器在順時針方向沒有鎖止作用，可以像軸承一樣滑轉(zhuǎn)，所以導(dǎo)輪在液壓油的沖擊作用下開始朝順時針方向旋轉(zhuǎn)。由于自由轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輪對液壓油沒有反作用力矩，液壓油只受到泵輪和渦輪的反作用力矩的作用。因此這時該變矩器的不能起增扭作用，其工作特性和液力耦合器相同。這時渦輪轉(zhuǎn)速較高，該變矩器亦處于高效率的工作范圍。
導(dǎo)輪開始空轉(zhuǎn)的工作點稱為偶合點。由上述分析可知，綜合式液力變矩器在渦輪轉(zhuǎn)速由0至偶合點的工作范圍內(nèi)按液力變矩器的特性工作，在渦輪轉(zhuǎn)速超過偶合點轉(zhuǎn)速之后按液力耦合器的特性工作。因此，這種變矩器既利用了液力變矩器在渦輪轉(zhuǎn)速較低時所具有的增扭特性，又利用了液力耦合器渦輪轉(zhuǎn)速較高時所具有的高傳動效率的特性。
3、鎖止式液力變矩器的結(jié)構(gòu)與工作原理
變矩器是用液力來傳遞汽車動力的，而液壓油的內(nèi)部摩擦?xí)斐梢欢ǖ哪芰繐p失，因此傳動效率較低。為提高汽車的傳動效率，減少燃油消耗，現(xiàn)代很多轎車的自動變速器采用一種帶鎖止離合器的綜合式液力變矩器。這種變矩器內(nèi)有一個由液壓油操縱的鎖止離合器。鎖止離合器的主動盤即為變矩器殼體，從動盤是一個可作軸向移動的壓盤，它通過花鍵套與渦輪連接（圖1-7）。壓盤背面（圖中右側(cè)）的液壓油與變矩器泵輪、渦輪中的液壓油相通，保持一定的油壓（該壓力稱為變矩器壓力）；壓盤左側(cè)（壓盤與變矩器殼體之間）的液壓油通過變矩器輸出軸中間的控制油道與閥板總成上的鎖止控制閥相通。鎖止控制閥由自動變速器電腦通過鎖止電磁閥來控制。

圖1-7  帶鎖止離合器的綜合式液力變矩器
1-變矩器殼  2-鎖止離合器壓盤  3-渦輪  4-泵輪  5-變矩器軸套  6-輸出軸花鍵套  7-導(dǎo)輪
自動變速器電腦根據(jù)車速、節(jié)氣門開度、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、變速器液壓油溫度、操縱手柄位置、控制模式等因素，按照設(shè)定的鎖止控制程序向鎖止電磁閥發(fā)出控制信號，操縱鎖止控制閥，以改變鎖止離合器壓盤兩側(cè)的油壓，從而控制鎖止離合器的工作。當(dāng)車速較低時，鎖止控制閥讓液壓油從油道B進(jìn)入變矩器，使鎖止離合器壓盤兩側(cè)保持相同的油壓，鎖止離合器處于分離狀態(tài)，這時輸入變矩器的動力完全通過液壓油傳至渦輪，圖1-8（a）所示。當(dāng)汽車在良好道路上高速行駛，且車速、節(jié)氣門開度、變速器液壓油溫度等因素符合一定要求時，電腦即操縱鎖止控制閥，讓液壓油從油道C進(jìn)入變矩器，而讓油道B與泄油口相通，使鎖止離合器壓盤左側(cè)的油壓下降。由于壓盤背面（圖中右側(cè)）的液壓油壓力仍為變矩器壓力，從而使壓盤在前后兩面壓力差的作用下壓緊在主動盤（變矩器殼體）上，如圖1-8(b)所示，這時輸入變矩器的動力通過鎖止離合器的機(jī)械連接，由壓盤直接傳至渦輪輸出，傳動效率為100%。另外，鎖止離合器在結(jié)合時還能減少變矩器中的液壓油因液體摩擦而產(chǎn)生的熱量，有利用降低液壓油的溫度。有些車型的液力變矩器的鎖止離合器盤上還裝有減振彈簧，以減小鎖止離合器在結(jié)合時瞬間產(chǎn)生的沖擊力（如圖1-9所示）。

圖1-8  鎖止離合器工作原理示意圖
1-鎖止離合器壓盤  2-渦輪  3-變矩器殼  4-導(dǎo)輪  5-泵輪  6-變矩器輸出軸；變矩器出油道  C-鎖止離合器控制油道。

圖1-9  帶減振彈簧的壓盤
1-減振彈簧  2-花鍵套
二、變速齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與工作原理
變矩器在自動變速器中的主要作用是使汽車起步平穩(wěn)，在換擋時減緩傳動系的沖擊負(fù)荷。在變速增扭方面，變矩器雖然能夠在一定的范圍內(nèi)實現(xiàn)無級變速，但由于變矩器只有在輸出轉(zhuǎn)速接近于輸入轉(zhuǎn)速時才具有較高的傳動效率，而且它的增扭作用不夠大，只能增加24倍，此值遠(yuǎn)不能滿足汽車的使用要求。為此，在汽車自動變速器中設(shè)置了變速齒輪機(jī)構(gòu)，它能使扭矩再增大24倍。
自動變速器中的變速齒輪機(jī)構(gòu)和傳統(tǒng)的手動齒輪變速機(jī)構(gòu)一樣，具有空擋、倒擋及2~4個不同傳動比的前進(jìn)擋，只不過自動變速器中的擋位變換不是由駕駛員直接控制的，而是由自動變速器的液壓控制系統(tǒng)或電子控制系統(tǒng)控制換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作來改變變速齒輪機(jī)構(gòu)的傳動比，從而實現(xiàn)自動換擋的。
變速齒輪機(jī)構(gòu)主要包括行星齒輪機(jī)構(gòu)和換擋執(zhí)行元件兩部分。
（一）行星齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)與工作原理
1、行星齒輪機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)
行星齒輪機(jī)構(gòu)有很多類型，其中最簡單的行星齒輪機(jī)構(gòu)是由1個太陽輪、1個齒圈、1個行星架和支承在行星架上的幾個行星齒輪組成的，稱為1個行星排（如圖1-10所示）。
行星齒輪機(jī)構(gòu)中的太陽輪、齒圈及行星架有一個共同的固定軸線，行星齒輪支承在固定于行星架的行星齒輪軸上，并同時與太陽輪和齒圈嚙合。當(dāng)行星齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時，空套在行星架上的行星齒輪軸上的幾個行星齒輪一方面可以繞著自己的軸線旋轉(zhuǎn)，另一方面又可以隨著行星架一起繞著太陽輪回轉(zhuǎn)，就像天上行星的運(yùn)動那樣，兼有自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)兩種運(yùn)動狀態(tài)（將星齒輪的名稱即因此而來），在行星排中，具有固定軸線的太陽輪、齒圈和行星架稱為行星排的3個基本元件。

圖1-10  行星齒輪機(jī)構(gòu)
1-齒圈  2-行星齒輪  3-行星架  4-太陽輪
2、行星齒輪機(jī)構(gòu)的類型
行星齒輪機(jī)構(gòu)可按不同的方式進(jìn)行分類
（1）按照齒輪的嚙合方式分類
按照齒輪的嚙合方式不同，行星齒輪機(jī)構(gòu)可以分為外嚙合式和內(nèi)嚙合式兩種。外嚙合式行星齒輪機(jī)構(gòu)體積大，傳動效率低，故在汽車上已被淘汰；內(nèi)嚙合式行星齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高，因而在自動變速器中被廣為使用。
（2）按照齒輪的排數(shù)分類
按照齒輪的排數(shù)不同，行星齒輪機(jī)構(gòu)可以分為單排和多排兩種。多排行星齒輪機(jī)構(gòu)是由幾個單排行星齒輪機(jī)構(gòu)組成的。汽車自動變速器中，行星排的多少因擋位數(shù)的多少而有所不同，一般三擋位有2個行星排，四擋位（具有超速擋的）有3個行星排，通常使用的是由2個或2個單排行星的齒輪機(jī)構(gòu)組成的多排行星齒輪機(jī)構(gòu)。
（3）按照太陽輪和齒圈之間的行星齒輪組數(shù)分類
按照太陽輪和齒圈之間的行星齒輪組數(shù)的不同，行星齒輪機(jī)構(gòu)可以分為單行星齒輪式和雙行星齒輪式兩種。
雙行星齒輪機(jī)構(gòu)在太陽輪和齒圈之間有兩組互相嚙合的行星齒輪，其外面一組行星齒輪和齒圈嚙合，里面一組行星齒輪和太陽輪嚙合。它與單行星齒輪機(jī)構(gòu)在其它條件相同的情況下相比，齒圈可以得到反向傳動。
用行星齒輪機(jī)構(gòu)作為變速機(jī)構(gòu)，由于有多個行星齒輪同時傳遞動力，而且常采用內(nèi)嚙合式，充分利用了齒圈中部的空間，故與普通齒輪變速機(jī)構(gòu)相比，在傳遞同樣功率的條件下，可以大大減小變速機(jī)構(gòu)的尺寸和重量，并可實現(xiàn)同向、同軸減速傳動；另外，由于采用常嚙合傳動，動力不間斷，加速性好，工作也可靠。
3、行星齒輪機(jī)構(gòu)的變速原理
由于單排行星齒輪機(jī)構(gòu)有兩個自由度，因此它沒有固定的傳動比，不能直接用于變速傳動。為了組成具有一定傳動比的傳動機(jī)構(gòu)，必須將太陽輪、齒圈和行星架這三個基本元件中的一個加以固定（即使其轉(zhuǎn)速為0，也稱為制動），或使其運(yùn)動受到一定的約束（即讓該構(gòu)件以某一固定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)），或?qū)⒛硟蓚€基本元件互相連接在一起（即兩者轉(zhuǎn)速相同），使行星排變?yōu)橹挥幸粋€自由度的機(jī)構(gòu)，獲得確定的傳動化。
圖1-11  所示為行星齒輪機(jī)構(gòu)的傳動簡圖。設(shè)太陽輪的齒數(shù)為Z1，齒圈齒數(shù)為Z2，太陽輪、齒圈和行星架的轉(zhuǎn)速分別為n1、n2、n3，并設(shè)齒圈與太陽輪的齒數(shù)比為α，即
α=Z2/Z1
則行星齒輪機(jī)構(gòu)的一般運(yùn)動規(guī)律可表達(dá)為：
n1+αn2-（1+α）n3=0
由上式可以看出，在太陽輪、齒圈和行星架三個基本元件中，可任選兩個分別作為主動件和從動件，而使另一個元件固定不動（使該元件轉(zhuǎn)速為零）或使其運(yùn)動受一定約束（使該元件的轉(zhuǎn)速為某一定值），則整個輪系即以一定的傳動比傳遞動力。不同的連接和固定方案可得到不同的傳動比，三個基本元件的不同組合可有6種不同的組合方案，加上直接擋傳動和空擋，共有8種組合，相應(yīng)能獲得5種不同的傳動比。

圖1-11  行星齒輪機(jī)構(gòu)傳動簡圖
1-太陽輪  2-齒圈  3-行星架 4-行星齒輪  5-行星齒輪軸。
（二）換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與工作原理
行星齒輪變速器的換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)由離合器、制動器和單向超越離合器三種不同的執(zhí)行元件組成。它有三個基本作用，即連接、固定和鎖止。所謂連接是指將行星齒輪變速器的輸入軸與行星排中的某個基本元件連接，以傳遞動力，或?qū)⑶耙粋€行星排的某一個基本元件與后一個行星排的某個基本元件連接，以約束這兩個基本元件的運(yùn)動；所謂固定是指將行星排的某一基本元件與自動變速器的殼體連接，使之被固定住而不能旋轉(zhuǎn)；所謂鎖止是指把某個行星排的三個基本元件中的兩個連接在一起，從而將該行星排鎖止，使某三個基本元件以相同的轉(zhuǎn)速一同旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生直接傳動。換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)各執(zhí)行元件通過按一定規(guī)律對行星齒輪機(jī)構(gòu)的某些基本元件進(jìn)行連接、固定或鎖止，讓行星齒輪機(jī)構(gòu)獲得不同的傳動比，從而實現(xiàn)擋位變換。
1、離合器的結(jié)構(gòu)與原理
行星齒輪變速器換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的離合器，按工作原理的不同，有片式離合器和爪型離合器之分。其中片式離合器較為常用，而且較多地使用多片濕式離合器，爪型離合器使用較少。
（1）多片濕式離合器的結(jié)構(gòu)與原理
多片濕式離合器是自動變速器中最重要的換擋執(zhí)行元件之一，它通常由離合器鼓、離合器活塞、回位彈簧、彈簧座、1組鋼片、1組摩擦片、調(diào)整墊片、離合器轂及幾個密封圈組成。
離合器活塞安裝在離合器鼓內(nèi)，它是一種環(huán)狀活塞，由活塞內(nèi)外圓的密封圈保證其密封，從而和離合器鼓一起形成一個封閉的環(huán)狀液壓缸，并通過離合器內(nèi)圓軸頸上的進(jìn)油孔和控制油道相通。鋼片和摩擦片交錯排列，兩者統(tǒng)稱為離合器片。鋼片的外花鍵齒安裝在離合器鼓的內(nèi)花鍵齒圈上，可沿齒圈鍵槽作軸向移動；摩擦片由其內(nèi)花鍵齒與離合器轂的外花鍵齒連接，也可沿鍵槽作軸向移動。摩擦片的兩面均為摩擦系數(shù)較大的銅基粉末冶金層或合成纖維層。
離合器鼓或離合器轂分別以一定的方式和變速器輸入軸或行星排的某個基本元件相連接，一般離合器為主動件，離合器鼓為從動件。當(dāng)來自控制閥的液壓油進(jìn)入離合器液壓缸時，作用在離合器活塞上液壓油的壓力推動活塞，使之克服回位彈簧的彈力而移動，將所有的鋼片和摩擦片相互壓緊在一起；鋼片和摩擦片之間的摩擦力使離合器鼓和離合器轂連接為一個整體，分別與離合器鼓和離合器轂連接的輸入軸或行星排的基本元件也因此被連接在一起，此時離合器處于結(jié)合狀態(tài)。
當(dāng)液壓控制系統(tǒng)將作用在離合器液壓缸內(nèi)的液壓油的壓力解除后，離合器活塞在回位彈簧的作用下壓回液壓缸的底部，并將液壓缸內(nèi)的液壓油從進(jìn)油孔排出。此時鋼片和摩擦片相互分離，兩者之間無壓力，離合器鼓和離合器轂可以朝不同的方向或以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，離合器處于分離狀態(tài)。此時，離合器活塞和離合器片或離合器片和卡環(huán)之間有一定的軸向間隙，以保證鋼片和摩擦片之間無任何軸向壓力，這一間隙稱為離合器的自由間隙。其大小可以用擋圈的厚度來調(diào)整。一般離合器自由間隙的標(biāo)準(zhǔn)為（0.5~2.0）mm。離合器自由間隙標(biāo)準(zhǔn)的大小取決于離合器的片數(shù)和工作條件。通常離合器片數(shù)越多或該離合器的交替工作越頻繁，其自由間隙就越大。
有些離合器在活塞和鋼片之間有一個碟形環(huán)。它具有一定的彈性，可以減緩離合器結(jié)合時的沖擊力。
離合器處于分離狀態(tài)時，其液壓缸內(nèi)仍殘留有少量液壓油。由于離合器鼓是和變速器輸入軸或行星排某一基本元件一同旋轉(zhuǎn)的，殘留在液壓缸內(nèi)的液壓油在離心力的作用下會被甩向液壓缸外緣處，并在該處產(chǎn)生一定的油壓。若離合器鼓的轉(zhuǎn)速較高，這一壓力有可能推動離合器活塞壓向離合器片，使離合器處于半結(jié)合狀態(tài)，導(dǎo)致鋼片和摩擦片因互相接觸摩擦而產(chǎn)生不應(yīng)有的磨損，影響離合器的使用壽命。為了防止這種情況出現(xiàn)，在離合器活塞或離合器鼓的液壓缸壁面上設(shè)有一個由鋼球組成的單向閥。當(dāng)液壓油進(jìn)入液壓缸時，鋼球在油壓的推動下壓緊在閥座上，單向閥處于關(guān)閉狀態(tài)，保證了液壓缸密封；當(dāng)液壓缸內(nèi)的油壓被解除后，單向閥鋼球在離心力的作用下離開閥座，使單向閥處于開啟狀態(tài)，殘留在液壓缸內(nèi)的液壓油在離心力的作用下從單向閥的閥孔中流出，保證了離合器的徹底分離。
當(dāng)離合器處于結(jié)合狀態(tài)，互相壓緊在一起的鋼片和摩擦片之間要有足夠的摩擦力，以保證傳遞動力時不產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。離合器所能傳遞的動力的大小主要取決于摩擦片的面積、片數(shù)及鋼片和摩擦片之間的壓緊力。鋼片和摩擦片之間壓緊力的大小由作用在離合器活塞上的液壓油的油壓及活塞的面積決定。當(dāng)壓緊力一定時，離合器所能傳遞的動力的大小就取決于摩擦片的面積和片數(shù)。在同一個自動變速器中通常有幾個離合器，它們的直徑、面積基本上相同或相近，但它們所傳遞的動力的大小往往有很大的差異。為了保證動力的傳遞，每個離合器所使用的摩擦片的片數(shù)也各不相同。離合器所要傳遞的動力越大，其摩擦片的片數(shù)就應(yīng)越多。一般離合器摩擦片的片數(shù)為（2~6）片。離合器鋼片的片數(shù)應(yīng)等于或多于摩擦片的片數(shù)，以保證每個摩擦片的兩面都有鋼片。此外，同一廠家生產(chǎn)的同一類型的自動變速器可以在不改變離合器外形、尺寸的情況下，通過增減各個離合器摩擦片的片數(shù)來形成不同型號的自動變速器，以滿足不同排量車型的使用要求。在這種情況下，當(dāng)減少或增加摩擦片的片數(shù)時，要相應(yīng)增加或減少鋼片的個數(shù)或增減調(diào)整墊片的厚度，以保證離合器的自由間隙不變。因此，有些離合器在相鄰兩個摩擦片之間裝有兩片鋼片，這是為了保證自動變速器在改型時的靈活性，并非漏裝了摩擦片。
（2）爪型離合器的結(jié)構(gòu)與原理
爪型離合器是利用齒進(jìn)行嚙合的離合器，力矩的傳遞可以是兩個方向也可以是單方向的。這種離合器與摩擦離合器不同，它的力矩傳遞是靠齒嚙合進(jìn)行的，全無滑動，傳遞準(zhǔn)確。其缺點是在離合器離合時伴有沖擊，切斷動力傳遞需要較大的力。然而，因為其結(jié)構(gòu)簡單，力矩傳遞容量大，所以可以用在轉(zhuǎn)速或傳遞力矩被切斷時進(jìn)行通斷的前進(jìn)與后退的換擋上。
圖1-12所示是爪型離合器的一種結(jié)構(gòu)，爪型套靠液壓伺服缸活塞移動。圖中所示是中間軸與中間倒擋齒輪相嚙合的位置。伺服缸活塞工作時，液壓離合器C的回路釋放，倒擋齒輪的力矩傳遞中斷，爪型套便容易動作。

圖1-12  爪型離合器的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)
1-主軸  2-后退怠速齒輪 3-中間軸  4-中間軸倒擋齒輪  5-爪型套  6-中間軸前進(jìn)齒輪  7-伺服缸活塞  8-撥叉軸  9-撥叉  10-主倒擋齒輪。
2、制動器的結(jié)構(gòu)與原理
制動器是一種起制動約束作用的機(jī)構(gòu)，它將行星齒輪機(jī)構(gòu)中的太陽輪、齒圈和行星架這三個基本元件之一與變速器殼體相連，使該元件被約束固定而不能旋轉(zhuǎn)。制動器的結(jié)構(gòu)型式較多，目前最常見的是帶式制動器和片式制動器兩種。
（1）帶式制動器的結(jié)構(gòu)與工作原理
帶式制動器是利用圍繞在鼓周圍的制動帶收縮而產(chǎn)生制動效果的一種制動器。帶式制動器的優(yōu)點是：有良好的抱合性能；占用變速器較小的空間；當(dāng)制動帶貼緊旋轉(zhuǎn)時，會產(chǎn)生一個使制動鼓停止旋轉(zhuǎn)的所謂自增力作用的楔緊作用。
①帶式制動器結(jié)構(gòu)組成
帶式制動器又稱為制動帶，它主要由制動鼓、制動帶、液壓缸及活塞等組成，如圖1-13所示。

圖1-13  帶式制動器
1-變速器殼體  2-制動帶  3-制動鼓  4-活塞  5-液壓缸施壓腔  6-液壓缸端蓋  7-液壓缸釋放腔  8-推桿  9-調(diào)整螺釘  10-回位彈簧
②制動帶的結(jié)構(gòu)型式
帶式制動器中的制動帶是制動器的關(guān)鍵元件之一，它是由在卷繞的鋼帶底板上粘接摩擦材料所制成的。鋼帶的厚度約為0.76mm～2.64mm。厚的鋼帶能產(chǎn)生大的夾緊力，用于發(fā)動機(jī)功率大的汽車自動變速器。薄的鋼帶能施加的夾緊力小，但因其柔性好，自增力作用強(qiáng)，所以能產(chǎn)生較大的制動力。
粘接在鋼帶內(nèi)表面上的摩擦材料，其摩擦性能對自動變速器的性能來說是十分重要的。用于自動變速器的摩擦材料有多種類型，在商用汽車上一般采用硬度較高的銅基粉末冶金材料和半金屬摩擦材料，在小客車上采用紙基摩擦材料。紙基摩擦材料由纖維素纖維、酚醛樹脂和填充劑組成。酚醛樹脂作為粘接劑，將纖維素纖維連接成連續(xù)的基體。填充劑用來增加材料的強(qiáng)度、提高摩擦性能和耐磨性。自動變速器摩擦材料的填充劑有石墨、金屬和陶瓷材料的粉末�，F(xiàn)代的紙基摩擦材料已經(jīng)可以用作重載下工作的摩擦元件，摩擦性能穩(wěn)定，且纖維素纖維資源豐富，成本低，制造摩擦材料的工藝也較簡單，可以降低自動變速器的造價，因而得到廣泛的應(yīng)用。
③帶式制動器的工作原理
帶式制動器的制動鼓與行星齒輪機(jī)構(gòu)的某一個基本元件相連接，并隨之一起轉(zhuǎn)動。制動帶的一端支承在變速器殼體上的制動帶支架或制動帶調(diào)整螺釘上，另一端與液壓缸活塞上的推桿連接。液壓缸被活塞分隔為施壓腔和釋放腔兩部分，分別通過各自的控制油道與控制閥相通。制動帶的工作由作用在活塞上的液壓油壓力所控制。當(dāng)液壓缸的施壓腔和釋放腔內(nèi)均無液壓油時，帶式制動器不工作，制動帶與制動鼓之間有一定的間隙，制動鼓可以隨著與它相連接的行星排基本元件一同旋轉(zhuǎn)。當(dāng)液壓油進(jìn)入制動器液壓缸的施壓腔時，作用在活塞上的液壓油壓力推動活塞，使之克服回位彈簧的彈力而移動，活塞上推桿隨之向外伸出，將制動帶箍緊在制動鼓上，于是制動鼓被固定住而不能旋轉(zhuǎn)，此時制動器處于制動狀態(tài)。在制動器處于制動狀態(tài)且有液壓油進(jìn)入液壓缸的釋放腔時，由于釋放腔一側(cè)的活塞面積大于是施壓一側(cè)的活塞面積，活塞兩側(cè)所受的液壓壓力不相等，釋放腔一側(cè)的壓力大于施壓腔一側(cè)的壓力，因此活塞在這一壓力差及回位彈簧彈力的共同作用下后移，推桿隨之回縮，制動帶被放松，使制動器由制動狀態(tài)轉(zhuǎn)成釋放狀態(tài)。這種控制方式可以使控制系統(tǒng)得到簡化。當(dāng)帶式制動器不工作或處于釋放狀態(tài)時，制動帶與制動鼓之間應(yīng)有適當(dāng)?shù)拈g隙，間隙太大或太小都會影響制動器的正常工作。這一間隙的大小可用制動帶調(diào)整螺釘來調(diào)整。在裝復(fù)時，一般將螺釘向內(nèi)擰緊至一定力矩，然后再退回規(guī)定的圈數(shù)（通常為2圈～3圈）。
帶式制動器結(jié)構(gòu)簡單、軸向尺寸小，維修方便，在早期的自動變速器中應(yīng)用較多；但它的工作平順性較差。為了克服一缺陷，可在控制油路中設(shè)置緩沖閥或減振閥，使之在開始結(jié)合時液壓缸內(nèi)的油壓能緩慢上升，以緩和制動力的增長速度，改善工作平順性。
④伺服機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與工作原理
伺服機(jī)構(gòu)是一種自動控制機(jī)構(gòu)，它能以一定的精度自動按照輸入信號的變化規(guī)律動作。對于帶式制動器的伺服機(jī)構(gòu)來說，要根據(jù)節(jié)氣門信號和轉(zhuǎn)速信號自動地調(diào)節(jié)作用力。伺服機(jī)構(gòu)由伺服油缸和伺服桿系組成。
a.伺服油缸
伺服油缸由缸筒、活塞和復(fù)位彈簧等主要零件組成。伺服油缸起作用以夾緊和松開變速器的制動帶的方式有以下幾種：
油壓作用在與彈簧力相反的一側(cè)。當(dāng)油壓作用在活塞上，活塞所受的推力克服彈簧的彈力向右運(yùn)動，并推動作用桿使制動帶夾緊制動鼓，如圖1-14（a）所示。當(dāng)作用在活塞上油壓被切斷并被泄放掉時，作用在活塞另一側(cè)的彈簧彈力推動活塞左移，使活塞回到原先的位置，制動器放松，如圖1-14(b)所示。這是一種最簡單的結(jié)構(gòu)。

圖1-14   油壓作用在活塞一側(cè)的伺服油缸
1-缸筒   2-活塞   3-彈簧   4-作用桿
油壓在不同的時該分別作用于活塞的左側(cè)或右側(cè)。當(dāng)油壓作用于活塞的左側(cè)時，右側(cè)的油腔通泄油道，活塞右移壓縮彈簧，并把作用桿推向制動帶抱住制動鼓，如圖1-15（a）所示。當(dāng)活塞左側(cè)的油腔泄油時，右側(cè)的油腔和壓力油道接通，在彈簧彈力和油壓的作用下，活塞左移，制動器放松，如圖1-15(b)所示。當(dāng)活塞回到原來位置后，伺服油缸的釋放側(cè)（右側(cè)）仍保持油壓作用，以使制動器保持在不起作用的位置。這是一種較為常用的結(jié)構(gòu)型式，其優(yōu)點是制動器結(jié)合比較平穩(wěn)，要求制動器不起作用時，分離比較迅速。

圖1-15  兩側(cè)有油壓作用的伺服油缸
1-作用油孔  2-缸筒  3-彈簧  4-放松油孔  5-活塞  6-伺服桿系
b.伺服桿系
伺服桿系是連接制動伺服油缸和制動帶的杠桿系統(tǒng)，有直桿式、杠桿式、懸臂梁式等型式。
直桿式  這種型式的作用桿是一根直推桿，直接將伺服油缸的力傳給制動帶的自由端。這種型式桿系只有在制動鼓受最大扭矩作用時，因伺服油缸的尺寸足夠大，使變速器內(nèi)有空間安裝直桿時才采用。
杠桿式  杠桿式桿系是用一個杠桿推動制動帶的作用推桿。這種桿系用在因變速器殼空間位置所限制，不能安裝直桿式伺服桿系的地方。這種桿系改變了活塞桿推力的作用方向，同時也增大了作用在制動帶上的推力。
懸臂梁式  這種伺服桿系用一個搖臂和一個作用于制動帶兩端的懸臂將伺服油缸的作用桿和制動帶連接起來，制動帶沒有固定支座。當(dāng)活塞的作用力施加到作用桿上時，通過搖臂、懸臂梁和推桿將制動帶收緊。因為制動帶由推桿和懸臂梁相向夾緊，所以懸臂梁式伺服桿系像杠桿式伺服桿系那樣起到增大作用力的作用。同時由于制動帶能自動定心和平穩(wěn)地繞著制動鼓收縮，所以制動帶作用平順，磨損減少。
（2）片式制動器的結(jié)構(gòu)與工作原理
片式制動器由制動鼓、制動器活塞、回位彈簧、鋼片、摩擦片及制動轂等部件組成。它的工作原理和多片濕式摩擦離合器基本相同，但片式制動器的制動鼓（相當(dāng)于離合器鼓）固定在變速器殼體上（圖1-16）。鋼片通過外花鍵齒安裝在固定于變速器殼體上的制動鼓內(nèi)花鍵齒圈中，或直接安裝在變速器殼體上的內(nèi)花鍵齒圈中，摩擦片則通過內(nèi)花鍵齒和制動鼓上的外花鍵齒連接。當(dāng)制動器不工作時，鋼片和摩擦片之間沒有壓力，制動器轂可以自由旋轉(zhuǎn)。當(dāng)制動器工作時，來自控制閥的液壓油進(jìn)入制動器轂內(nèi)的液壓缸中，油壓作用在制動器活塞上，推動活塞將制動器摩擦片和鋼片夾緊在一起，與行星排某一基本元件連接的制動器轂就被固定住而不能旋轉(zhuǎn)。

圖1-16  片式制動器
1-制動轂  2-卡環(huán)  3-擋圈  4-鋼片和摩擦片  5-彈簧座  6-回位彈簧  7-制動器活塞
8、9-密封圈  10-碟形環(huán)  11-變速器殼體。
片式制動器的工作平順性優(yōu)于帶式制動器，因此近年來在轎車自動變速器中，采用片式制動器的越來越多。另外，片式制動器也易于通過增減摩擦片的片數(shù)來滿足不同排量發(fā)動機(jī)的要求。
3、單向超越離合器的結(jié)構(gòu)與工作原理
單向超越離合器又稱單向嚙合器或自由輪離合器，與其他離合器的區(qū)別是，單向超越離合器無需控制機(jī)構(gòu)，它是依靠其單向鎖止原理來發(fā)揮固定或連接作用的，力矩的傳遞是單方向的，其連接和固定完全由與之相連接元件的受力方向所決定，當(dāng)與之相連接元件的受力方向與鎖止方向相同時，該元件即被固定或連接；當(dāng)受力方向與鎖止方向相反時，該元件即被釋放或脫離連接；即在驅(qū)動軸與從動軸之間，只能使從動軸作一個方向回轉(zhuǎn)，反方向具有空轉(zhuǎn)機(jī)能。
單向超越離合器有多種型式，常用有棘輪式、滾柱斜槽式和楔塊式三種型式。
（1）棘輪式單向超越離合器
棘輪式單向超越離合器主要由外輪、棘輪、棘爪和葉片彈簧等組成，如圖1-17所示為棘輪式單向超越離合器的一種型式。

圖1-17  棘輪式單向超越離合器
1-外輪  2-棘爪  3-棘輪  4-葉片彈簧。
當(dāng)外輪相對于棘輪順時針方向旋轉(zhuǎn)時，棘爪卡住棘輪，外輪與棘輪連為一體，不能相對運(yùn)動，離合器處于鎖止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)外輪相對于棘輪逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，棘爪與棘輪之間產(chǎn)生相對滑動，外輪成為自由輪，單向超越離合器處于自由狀態(tài)。
（2）滾柱斜槽式單向超越離合器
滾柱斜槽式單向超越離合器由外環(huán)、內(nèi)環(huán)、滾柱、滾柱回位彈簧等組成，如圖1-18所示。

圖1-18  滾柱斜槽式單向超越離合器
1-外環(huán)  2-內(nèi)環(huán)  3-滾柱  4-彈簧。
內(nèi)環(huán)通常用內(nèi)花鍵和行星齒輪排的某個基本元件或者和變速器殼體連接，外環(huán)則通過外花鍵和行星排的另一側(cè)基本元件連接或者和變速器外殼連接。在外環(huán)的內(nèi)表面制有與滾柱相同數(shù)目的楔形槽。內(nèi)外環(huán)之間的楔形槽內(nèi)裝有滾柱和彈簧。彈簧的彈力將各滾柱推向楔形槽較窄的一端。當(dāng)外環(huán)相對于內(nèi)環(huán)朝順時針方向轉(zhuǎn)動時，在剛剛開始轉(zhuǎn)動的瞬間，滾柱便在摩擦力和彈簧彈力的作用下被卡死在楔形較窄的一端，于是內(nèi)外環(huán)互相連接成一個整體，不能相對轉(zhuǎn)動，此時單向超越離合器處于鎖止?fàn)顟B(tài)，與外環(huán)連接的基本元件被固定住或者和與內(nèi)環(huán)相連接的元件連成一整體。當(dāng)外環(huán)相對于內(nèi)環(huán)朝逆時針方向轉(zhuǎn)動時，滾柱在摩擦力的作用下，克服彈簧的彈力，滾向楔形槽較寬的一端，出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，外環(huán)相對于內(nèi)環(huán)可以作自由滑轉(zhuǎn)，此時單向超越離合器脫離鎖止而處于自由狀態(tài)。
單向超越離合器的鎖止方向取決于外環(huán)上楔形槽的方向。在裝配時不得裝反，否則，會改變其鎖止方向，使行星齒輪變速器不能正常工作。
有些單向超越離合器的楔形槽開在內(nèi)環(huán)上，其工作原理和楔形槽開在外環(huán)上的相同。
（3）楔塊式單向超越離合器
楔塊式單向超越離合器的結(jié)構(gòu)和滾柱斜槽式單向超越離合器的結(jié)構(gòu)基本相似，也有外環(huán)、內(nèi)環(huán)、滾子（楔塊）等（如圖1-19所示）。不同之處在于，它的外環(huán)或內(nèi)環(huán)上都沒有楔形槽，其滾子不是圓柱形的，而是特殊形狀的楔塊。楔塊在A方向上的尺寸略大于內(nèi)外環(huán)之間的距離B，而在C方向上的尺寸略小于B。當(dāng)外環(huán)相對于內(nèi)環(huán)朝順時針方向轉(zhuǎn)動時，楔塊在摩擦力的作用下立起，因自鎖作用而被卡死在內(nèi)外環(huán)之間，使內(nèi)環(huán)與外環(huán)無法相對滑轉(zhuǎn)，此時單向超越離合器處于鎖止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)外環(huán)相對于內(nèi)環(huán)朝逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，楔塊在摩擦力的作用下傾斜，脫離自鎖狀態(tài)，內(nèi)環(huán)與外環(huán)可以相對滑動，此時單向超越離合器處于自由狀態(tài)。

圖1-19  楔塊式單向超越離合器
1-外環(huán)   2-內(nèi)環(huán)   3-楔塊。
楔塊式單向超越離合器的鎖止方向取決于楔塊的安裝方向。維修時不可裝反，以免影響自動變速器的正常工作。

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