汽车自动变速器构造与维修.docx
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汽车自动变速器构造与维修
汽车自动变速器构造与维修
第一节总论
一、自动变速器简介
1、简称AT（AutomatictransmissionorAutomatictransaxle）
2、1948年GM公司批量生产，命名Dynaflow。
3、日本丰田推出世界上首台电控自动变速器A140E
二、自动变速器的基本组成
自动变速器由液力传动装置、机械传动装置、液压控制系统、
人机联动装置及电控系统等五大部分组成。
1、液力传动装置
液力变矩器位位于自动变速器的最前端，安装在发动机的飞轮上。
利用液力传递动力。
具有一定的减速增扭功能，并能实现无级变速。
作用：
1）传递转矩，并可放大转矩；
2）输出轴转速可在一定范围内连续变化；
3）可有效防止发动机和传动系过载及振动；
4）质量大，平稳发动机转速，减小飞轮质量；
5）可驱动自动变速器的油泵。
2、机械传动装置
组成：
齿轮传动装置和换档执行元件
1）齿轮传动装置包括行星齿轮式和普通齿轮式。
2）换档执行元件包括离合器、制动器和单向离合器
离合器——连接。
将两个运动件连接在一起。
主要是湿式多片式结构。
制动器——固定。
将一个运动件和固定件连接在一起。
有湿式多片式和带式两种。
单向离合器——单向固定。
允许一个运动件单方向旋转。
3、液压控制系统:
用于控制档位的变换。
组成：
油泵、各种阀及油路。
原理：
根据发动机的负荷和车辆车速信号，利用油压，通过换档执行元件实现档位变换。
作用：
1）控制换档；
2）建立和调节主油压、变矩器油压和节气门油压；
3）利用油泵向各部分供油。
4、人机联动装置
作用：
将驾驶员对车辆行驶方式的需要和发动机负荷的变化告知液压控制系统。
组成：
选档手柄和节气门拉索。
1）选档手柄
（1）档位：
6～7个档，P、R、N、D（D4、D3）、2（D2）、L。
（2）按钮“ODSwitch”按钮；档位锁止解除按钮；档位模式选择按钮（PWR、NORM、ECON）。
2）档位使用注意事项
（1）汽车行驶中，不可频繁移动选档手柄；
（2）汽车行驶中，严禁同时踩下油门和制动踏板；
（3）车停稳后方可挂P档，汽车行驶中熄火要挂N档，再重起发动机；
（4）避免拖车。
或拖车速度＜30Km/h,距离＜80Km。
拖车时最好抬起驱动轮或卸下传动轴。
5、电控系统
电控自动变速器简称ECT即ElectronicControlTransmission。
在液控自动变速器的基础上增加了传感器、ECU和执行元件。
基本组成:
1）传感器;2）ECU;3）执行元件
第二节自动变速器的分类及型号
一.自动变速器的类型
1、按变速方式分类
汽车自动变速器按变速方式的不同，可分为有级变速器和无级变速器两种。
2、按汽车驱动方式分类
自动变速器按照汽车驱动方式的不同，可分为后驱动自动变速器和前驱动自动变速器两种。
3、按自动变速器前进挡的挡位数不同分类
自动变速器按前进挡的挡位数不同，可分为2个前进挡、3个前进挡、4个前进挡及4个以上前进档等多种。
4、按齿轮变速器的类型分类
自动变速器按齿轮变速器的类型不同，可分为普通齿轮式和行星齿轮式两种。
5、按变矩器的类型分类
轿车自动变速器基本上都是采用结构简单的单级三元件综合式变矩器。
这种变矩器又分为有锁止离合器和无锁止离合器两种。
6．按控制方式分类
自动变速器按控制方式不同，可分为液力控制自动变速器（液力自动变速器）和电子控制自动变速器（电控自动变速器）两种。
二.自动变速器的型号
1、丰田公司变速器型号说明
1）三位数字型号A—140E
A为自动变速器；
（1）第一位阿拉伯数字为1、2、5的是前驱变速器；第一位阿拉伯数字为3、4、6的是后驱变速器；
（2）第二位阿拉伯数字为前进档的档数。
如3—3个前进档；4—4个前进档；5—5个前进档；
（3）第三位阿拉伯数字为产品序列：
0—第一代产品、1—第二代产品、2—为第三代产品；末端字母：
E—电子控制同时带锁止离合器，无E表示液控、H.F—四轮驱动（凡四轮驱动均为电控式）、L—有锁止离合器D—有超速档。
2）两位数字型号A42D
A为自动变速器
第一位阿拉伯数字4为后驱变速器；
第二位阿拉伯数字为产品序列，如2—海狮、3—皮卡、5—皇冠、6—大霸王；
D为有超速档
丰田公司所有的自动变速器都是辛普森式
2、三菱公司变速器型号说明F4A33
（1）第一位字母表示变速器的装配形式，如：
F前轮驱动，W四轮驱动，V后轮驱动；
（2）第二位数字表示变速器前进档位，如：
4—4档、3—3档；
（3）第三位字母A表示自动变速器；
（4）第四、五位字母表示型号版体。
3、通用汽车公司变速器型号说明4T60E
（1）第一位数字表示变速器前进档位，如：
4—4档、3—3档；
（2）第二位字母：
T表前驱横置，L表纵向安装后驱或四驱；
（3）第三、四位数字为额定变速器输入轴驱动转矩，单位kgf.m 如：
60表示60kgf.m；
（4）第五位字母E为电子控制；
第三节液力传动装置
一、偶合器的结构
（一）组成：
壳体、泵轮和涡轮。
1、壳体-与发动机飞轮连接
内部充满ATF，后端与机油泵
连接，是一相对密封的壳体。
2、泵轮-泵轮叶片直接安装
在壳体内表面。
3、涡轮-位于偶合器壳体内，
中心部分通过花键与变速器
的输入轴连接，是偶合器的
输出元件。
（二）结构特点：
1、在泵轮与涡轮直径相同，在各自的径向焊接了数目不相同的叶片，用来传递动力。
2、泵轮与涡轮装合后，其通过输入轴或者输出轴的断面为环形，成为循环圆，传递动力的液体即绕轴线作圆周运动，又在循环圆内从高能区向低能区作循环运动。
在工作轮之间留有一定的间隙（3-4mm），一方面保证安装精度，另一方面过小的间隙会增加液体流动的阻力，甚至引起涡流。
3、工作液充满液力耦合器壳体，同时通过补偿阀和泄油阀补充或者排除工作液。
液体通过偶合器进行循环流动。
（三）液力偶合器工作原理：
1．“涡流”的产生
当泵轮随飞轮转动时，由于离心力的作用，液体沿泵轮叶片间的通道向外缘流动，外缘油压高于内缘油压，油液从泵轮外缘冲向涡轮外缘，又从涡轮内缘流入泵轮内缘，可见在轴向断面（循环圆）内，液体流动形成循环流，称为“涡流”。
2．环流的产生
因涡流的产生，液体冲向涡轮使两轮间产生牵连运动，涡轮产生绕轴旋转的扭矩。
可见，循环圆内的液体绕轴旋转形成“环流”。
上述两种油流的合成，形成一条首尾相接的螺旋流。
只有当涡轮的扭矩大于汽车的行驶阻力矩时，汽车才能行驶。
（四）液力偶合器工作特性：
涡轮的扭矩（Mw）和泵轮的扭矩（Mb）的关系式为：
Mw≤Mb
液力耦合器的传动效率η=Pw/Pв=Mwnw/Mвnв
η=nw/nв=i（Mв=Mw）
当i=1时η=100%,但最高效率只可达97%左右。
（五）液力偶合器的缺点：
液力偶合器不能使输出扭矩增大，只起液力联轴离合器的作用。
因此，汽车上很少采用。
它不能使发动机与传动系彻底分离，为解决换挡问题，在液力偶合器和机械变速器之间还需安装一个换挡用变速器，从而增加了传动系重量及纵向尺寸，所以换用液力变矩器。
二．液力变矩器
（一）液力变矩器组成
液力变矩器主要由泵轮（b）、涡轮（w）、导轮（d）组成。
在液力偶合器的基础上，增设导轮。
导轮介于泵轮和涡轮之间，通过单向离合器，单向固定在输出轴上（可顺转，不能逆转）。
泵轮与壳连成一体为主动元件；壳体做成两半，用螺栓连接，壳外有起动齿圈。
涡轮悬浮在变矩器内与从动轴相连；
导轮悬浮在泵轮与涡轮之间，通过单向离合器及导轮固定套固定在变速器外壳上，单向离合器使导轮可以顺时针方向转动而不能逆时针方向转动。
液力变矩器之所以增加转矩，是因为导轮在油液从涡轮流会泵轮时改变了方向。
当没有导轮时，液体流出涡轮返回泵轮时，其冲击方向与泵轮的旋转方向相反，起到阻碍泵轮运转的作用。
这就是偶合器为什么没有增矩的作用。
在增加导轮的变矩器中，自动变速器油流出涡轮后，首先冲击在导轮的叶片上。
由于单向离合器的作用，导轮不能转动，这时液流会改变方向。
返回泵轮时液流方向与泵轮旋转方向相同。
这就是变矩器能增加转矩的原因。
1．泵轮：
将发动机的机械能转变为自动变速器油的动能。
泵轮在变矩器壳体内，许多曲面叶片径向安装在内。
在叶片的内缘上安装有导环，提供一通道使ATF流动畅通。
变矩器通过驱动端盖与曲轴连接。
当发动机运转时，将带动泵轮一同旋转，泵轮内的ATF依靠离心力向外冲出。
发动机转速升高时泵轮产生的离心力亦随着升高，由泵轮向外喷射的ATF的速度也随着升高。
2．涡轮：
将自动变速器油的动能转变为涡轮轴上的机械能。
涡轮同样也是有许多曲面叶片的圆盘，其叶片的曲线方向不同于泵轮的叶片。
涡轮通过花键与变速器的输入轴相啮合，涡轮的叶片与泵轮的叶片相对而设，相互间保持非常小的间隙。
3．导轮：
改变自动变速器油的流动方向，从而达到增矩的作用
导轮是有叶片的小圆盘，位于泵轮和涡轮之间。
它安装于导轮轴上，通过单向离合器固定于变速器壳体上。
导轮上的单向离合器可以锁住导轮以防止反向转动。
这样，导轮根据工作液冲击叶片的方向进行旋转或锁住。
（二）液力变矩器工作过程
1．增矩过程
当发动机运转，变速器油受到来之于泵轮作用的转矩Mb,并以一定的绝对速度沿图中箭头1的方向冲向涡轮叶片，使涡轮转动。
油液通过涡轮后，以图中箭头2的方向作用于导轮上，由于单向离合器锁止，导轮静止。
通过导轮后的油液以图中箭头3的方向作用与泵轮。
此时油液的方向与泵轮此刻运转的方向一致。
所以得出：
MW=MB+MD。
此过程为增矩过程。
2．液力变矩器的偶合点
当涡轮的转速增大到一定的数值时，由涡轮流出的液流正好沿导轮切线的方向冲向导轮。
由于液体流经导轮时，方向不改变。
导轮对液流无任何的作用力，此时对泵轮并没有一个增矩的作用。
所以得出：
MW=MB。
此刻为液力变矩器的偶合点。
3．液力变矩器减矩过程
当涡轮的转速继续增加，由涡轮流出的液流开始作用于导轮叶片的背面，具体的示意图如下：
在油液的作用下，导轮开始自由运转。
油液在导轮叶片的反作用力下，以与泵轮运转相反的方向冲向泵轮。
由于油液运转的方向与泵轮运转方向相反，起阻碍泵轮运转的作用。
所以能对泵轮起减矩作用。
所以得出：
MW=MB-MD。
此过程为液力变矩器的减矩过程。
结论：
当涡轮转速增加到使液力变矩器越过偶合点后，就开始起减矩的作用。
（三）液力变矩器的锁止机构
当车辆以中高速行驶时（60Km/h左右），液力变矩器进入偶合
器工况后，出现涡轮转速增加，而输出扭矩出现下降的情况。
为了提高液力变矩器传动效率，锁止离合器锁止。
变矩器的锁止离合器与外壳相连，也就是与泵轮相接，而锁止离合器片与涡轮相接，带锁止离合器的液力变矩器的活塞在油压的作用下，可以将多片式锁止离合器的盘与摩擦片压紧成为一体，这就使涡轮与泵轮连接成—体，此时液力传动变为离合器传动，相当于为刚性连接，这样提高了传动效率，接近100%。
同时还避免变矩器的油温升高。
1）锁止离合器分离状态
当车辆低速行驶时，油液流至锁止离合器片的前端。
锁止离合器片前端与后端的压力相同，使锁止离合器分离。
2）锁止离合器接合状态
当车速以中速至高速行驶时，油液流至锁止离合器的后端。
这样，锁止离合器处于接合状态，使锁止离合器片与前盖一起转动。
带锁止离合器的液力变矩器既利用了液力变矩器在涡轮转速较低时具有的增扭特性，又利用了液力偶合器在涡轮转速较高时所具有的高传动效率的特性。
（四）单向离合器
1．分类：
滚柱斜槽式（液力变矩器常用）和楔块式（行星齿轮变速器常用）。
第四节油泵的结构和工作原理
（一）分类：
常用油泵有齿轮泵、转子泵和叶片泵三种。
（二）油泵的结构和工作原理
1．内啮合齿轮泵结构如下图所示：
内外齿轮在旋转时，轮齿之间间隙发生变化，产生进油和压油作用。
该泵属容积型泵。
齿轮每转一圈，输出油量相同；随齿轮转速增加，单位时间输出的油量增加。
2．转子式油泵
转子式油泵内转子齿数比外转子少一个。
内外转子存在一定的
偏心。
一般内转子的齿数为4、6、8、10个，内转子齿数越多，出口油压脉动越小。
在转子旋转时，内外转子齿之间的间隙发生变化，产生进油和压油动力。
3．叶片泵
油泵转子中装有可滑动
的叶片，在转子旋转时，
叶片从转子中甩出，紧贴
在滑座的内壁上。
两叶片
间的容积随转子旋转而变
化，产生泵油动力。
该种泵的工作容积是可变
的。
第五节行星齿轮机构及换挡执行机构的结构原理
（一）
行星齿轮机构基本结构
1、在行星轮系中，太阳轮、齿圈和行星轮为常啮合；
2、太阳轮、行星架和齿圈三者的轴线同轴，星星轮轴绕三者
的轴线旋转，故行星齿轮变速机构又称旋转轴线式变速机构。
（二）行星齿轮机构实现动力传递
设太阳轮、齿圈和行星架的转速分别为n1、n2和n3，齿数分别为zl、z2和z3，齿圈与太阳轮的齿数比为α。
根据能量守恒定律，可得单排行星齿轮机构一般运动规律的特性方程式:
n1+αn2-（1+α）n3=0其中：
α=Z2/Z1＞1
1、固定齿圈
1）太阳轮主动，行星架从动
运动情况如图a所示。
传动比i=n1/n3=1+α﹥2减速增扭、低速档。
2）行星架主动，太阳轮从动
运动情况如图b所示。
传动比i=n3/n1﹤0.5增速降扭超速。
2、太阳轮固定
1）齿圈主动，行星架从动
运动情况如图a所示。
传动比i=n2/n3=1+1/a﹥1减速增扭、低速档.
2）行星架主动，齿圈从动
运动情况如图b所示。
传动比i=n3/n2=a/1+a﹤1增速降扭超速档.
3、行星架固定（倒车档）
1）太阳轮主动，齿圈从动
运动情况如图a所示。
传动比i=-n1/n2=-a﹥1减速增扭、低速档
2）齿圈主动，太阳轮从动
运动情况如图b所示。
传动比i=-n2/n1=-1/a﹤1增速降扭超速档.
4、任意两个元件结合在一起，做主动或从动
当任意两个元件结合在一起时，三个元件的转动方向相同，转速相同，传动比为1。
相当于直接档。
此时行星齿轮静止不动，没有自转，只有公转。
状态
档位
固定元件
输入元件
输出元件
旋转方向
1
降速挡
齿圈
太阳轮
行星架
相同方向
2
超速挡
齿圈
行星架
太阳轮
相同方向
3
降速挡
太阳轮
齿圈
行星架
相同方向
4
超速挡
太阳轮
行星架
齿圈
相同方向
5
倒挡位
（降速）
行星架
太阳轮
齿圈
相反方向
6
倒挡位
（超速）
行星架
齿圈
太阳轮
相反方向
7
直接挡
没有
任意两个
第三元件
同向同速
8
空挡位
没有
不定
不定
不转动
（三）行星齿轮机构与外啮合齿轮机构相比具有以下优点：
1）所有行星齿轮均参与工作，都承受载荷，行星齿轮工作更安静，强度更大。
2）行星齿轮工作时，齿轮间产生的作用力由齿轮系统内部承受，不传递到变速器壳体，变速器可以设计得更薄、更轻。
3）行星齿轮机构采用内啮合与外啮合相结合的方式，与单一的外啮合相比，减小了变速器尺寸。
4）行星齿轮系统的齿轮处于常啮合状态，不存在挂挡时的齿轮冲击，工作平稳，寿命长。
（四）换挡执行机构的结构原理
行星齿轮变速器中的所有齿轮都处于常啮合状态，挡位变换必须通过以不同方式对行星齿轮机构的基本元件进行约束（即固定或连接某些基本元件）来实现。
能对这些基本元件实施约束的机构，就是行星齿轮变速器的换挡执行机构。
执行机构主要由离合器、制动器和单向离合器三种执行元件组成，离合器和制动器是以液压方式控制行星齿轮机构元件的旋转，而单向离合器则是以机械方式对行星齿轮机构的元件进行锁止。
1.多片离合器
（1）作用：
自动变速器中的湿式多片离合器是用来连接输入轴或输出轴和某个基本元件，或将行星齿轮机构中某两个基本元件连接在一起实现转矩的传递。
（2）构造：
一般为多片摩擦式，是液压控制的执行元件。
基本组成:
离合器鼓、离合器活塞、回位弹簧、离合器片（钢片、摩擦片）、花键毂。
摩擦片与旋转的花键毂的齿键连接，可轴向移动，为输入端，片上有钢基粉末冶金层或合成纤维层。
从动钢片与转动鼓的内花键连接也可轴向移动，可输出扭矩。
活塞为环状，另外活塞上有
密封圈、回位弹簧。
（3）工作情况：
离合器接合：
当压力油经油道进入活塞左面的液压缸时，液压力克服弹簧力使活塞右移，将所有离合器片压紧。
离合器分离：
当控制阀将作用在离合器液压缸的油压力撤除后，离合器活塞在回位弹簧的作用下回复原位，并将缸内的变速器油从进油孔排出。
离合器自由间隙：
离合器处于分离状态时，离合器片之间有一定的轴向间隙，以保证钢片和摩擦片之间无轴向压力。
（4）安全阀的功用
压力油进入液压缸时，钢球在油压
作用下压紧在阀座上，安全阀处于关
闭状态，保证液压缸的密封。
压力油排出时，缸体内的压力下降，
安全阀在离心力作用下离开阀座处于开启状态，残留在缸内的液压油因离心力作用排出，使离合器分离彻底。
2.制动器
制动器的功用是固定行星齿轮机构中的基本元件，阻止其旋转。
在自动变速器中常用的制动器有湿式多片式制动器和带式制动器两种。
（1）片式制动器：
其结构与片式离合器相同。
不同之处是制动器从动片的外缘花键齿与固定的变速器外壳连接，可轴向移动，以便接合时将主动件制动，使行星齿轮机构改组换挡。
该种制动器接合的平顺性好，间隙无须调整，其缺点是轴向尺寸大。
能通过增减摩擦片数来满足不同排量发动机的要求，故小轿车使用很多。
（2）带式制动器
它由制动带、油缸、
活塞和调整件组成。
外
弹簧为活塞的回位弹簧。
内弹簧为旋转鼓反作用
力的缓冲弹簧，防止活
塞振动。
调整点多在带
的支撑端，可在体外调整或拆下油底调整。
拧动调整螺栓来调整（旋紧再松2～3圈），调好后再用锁紧螺母锁紧。
优点：
结构简单易于安装，带式制动器轴向尺寸小可缩短变速器的长度。
缺点：
使变速器壳体上产生局部的高应力区；制动带磨损后需要调整间隙；工作的平顺性差，控制油路中多配有缓冲阀。
第六节行星齿轮机构传动路线分析
1、齿轮机构认识
2．执行元件认识
一共有3个离合器、4个制动器和3个单项离合器共10个。
C0：
超速档离合器，除超速档外均工作（P、R、N、D、2、L）；
C1：
前进档离合器，除倒档外均工作（手柄在D、2、L位置）；
C2：
高档、倒档离合器，D3、OD、R档工作；
B0：
超速档制动器，只有OD档时工作；
B1：
2档滑行制动器，自22档时工作；
B2（F1）：
2档制动器在D2、D3、OD、22均工作。
B3：
低、倒档制动器，在R、L档工作；
F0：
超速档离单向合器，防止太阳轮超过行星架，除P、R、OD均工作；
F1：
与B2一起，阻止太阳轮逆时针转，在D2、22工作；
F2：
阻止前行架逆时针转动，在D1时工作。
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