自动变速器执行机构的结构与原理.docx

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自动变速器执行机构的结构与原理

自动变速器执行机构的结构与原理

1、单向离合器

在汽车自动变速器执行机构中，除湿式多片离合器外，还有一种起单向止动作用的单向离合器。

它可以是滚子式的，也可以是楔块式的。

一般来说，前者使用得更为普遍一些。

当然，在自动变速器中，单向离合器的使用还不仅仅局限于执行机构，例如，在液力变矩器的导轮支承处，也采用了单向离合器。

1）滚子式单向离合器

滚子式单向离合器由外围、滚子、弹簧和内圈组成，滚子数目通常为6—8个。

工作过程中，若单向离合器的外圈相对于内圈沿逆时针方向转动，那么，滚子便在具有凸轮型线的开口槽中向大端移动并压缩弹簧。

这时，单向离合器不会出现锁止现象，而允许外圈转动，也就是说，图示的单向离合器在任何时候都允许其外圈相对于内圈作逆时针转动。

换一种说法，即允许其内圈相对于外圈作顺时针转动。

但在工作过程中，若单向离合器的外圈试图相对于内圈沿顺时针方向转动，那么，滚子便在开口槽中向小端移动，楔入内、外圈之间，将两者锁住，与此同时，还可以在两者之间传递扭矩。

此刻，弹簧的作用是改善滚子最初的楔入动作，一旦滚子楔入开口槽的小端，则单向离合器出现锁止，从而不允许其外圈相对于内圈作顺时针转动，或内圈相对于外圈作逆时针转动。

外圈与滚子的接触面制成凸轮型线表面，并具有一定的楔入角。

在现有结构中，此角一般为6度—8度。

考虑到机加工误差及使用中磨损的影响，为在接触区段保持不变的楔入角，常将开口槽的凸轮表面型线加工成对数螺旋线。

滚子式单向离合器工作时，最大接触应力发生在滚子与内、外圈的接触处。

严格地讲，由于滚子两侧的作用力相等，而且其与内圈凸面的接触面积要小于与外圈凹面的接触面积，所以，最大接触应力发生在滚子与内圈的接触表面上。

这里，最易发生的是表面疲劳磨损，典型的失效形式是点蚀剥落。

制造单向离合器滚子及内、外圈的金属材料，一般与滚动轴承材料相同。

由于单向离合器工作时，滚子始终受到旋转离心力的作用，因而总是试图从与外围的接触点向外偏移。

所以，必须借助弹簧将滚子向开口槽小端压紧，以制止这种偏移，这也就是为什么要求弹簧应有一定预紧力的原因。

2）楔块式单向离合器

楔块式单向离合器由外圈、8字形楔块、保持弹簧和内圈组成，这些楔块以与滚子式单向离合器中的滚子类似的方式工作。

当图示中的外圈相对于内圈沿逆时针方向转动时，楔块被推动发生倾斜，在内、外围之间让出一定空间，因而不会锁止离合器。

换言之，图示楔块式单向离合器在任何时候都允许其外圈相对于内圈沿逆时针方向旋转，或允许其内圈相对于外围沿顺时针方向旋转。

然而，若外圈试图相对于内圈沿顺时针方向转动时，楔块因几何形状的缘故，将卡在内、外圈之间无法活动，从而将两者锁死在一起。

这就是说，一旦楔块卡住内、外圈，则单向离合器出现锁止，使外圈无法相对于内圈按顺时针方向旋转，或内圈相对于外圈按逆时针方向旋转。

为保证楔块能可K地楔在内、外圈之间，在这种单向离合器中，装有一个保持弹簧，使楔块按能锁住两圈的方向，始终保持一点倾斜。

楔块式单向离合器的失效形式及制造材料等，均与滚子式单向离合器相同。

比较而言，单向离合器较之其他型式的执行装置，有几个显著的特点：

首先，单向离合器是纯粹而简单的机械装置，因而不必通过液压油来使其工作；

其次，当作用于其内、外圈上的力矩方向或相对运动方向发生改变时，即可自动地产生或解除锁止；

再者，单向离合器的锁止与松脱几乎是瞬时发生的。

2、自动变速器制动器的结构与工作原理

汽车自动变速器的制动器，有湿式多片式和带式两种。

浸在自动变速器油中工作的湿式制动器，采用多片式结构，其主要优点在于接触面多，所以制动平顺柔和，可以保证换档质量。

另外，制动器浸在油液中工作，能及时带走摩擦时所产生的热量，提高可K性和耐久性。

至于带式制动器，其最大的长处是结构简单，占用空间小。

无论是片式制动器还是带式制动器，都是通过液力的方式而起作用的，即通过一个液压活塞来控制其动作。

a．湿式多片制动器

湿式多片制动器在工作原理上，与湿式多片离合器相同，只不过是出于不同的工作要求，在具体结构上略有差异而已。

摩擦片内缘处有内花键齿，以便与制动器鼓上的外花键相啮合。

与摩擦片相互交错排列的仍是钢片盘，它们的外缘上加工有花键齿，且与在自动变速器壳体中的内花键相啮合。

显然，若在摩擦片与钢片盘间留有间隙，则制动器鼓就可以自由地沿顺时针或逆时针两个方向旋转。

一旦湿式多片制动器接合，即其、中的摩擦片与钢片盘之间的间隙由于液压活塞的动作而消失，那么，两组盘片将被压紧成为一体。

由于壳体是静止的，盘片间的摩擦力矩阻止了制动器鼓的转动。

因此，与制动器鼓相连的行星齿轮机构部件也被夹持固定，直至湿式多片制动器再度分离为止。

与湿式多片离合器相同的是，驱动湿式多片制动器工作的活塞，也位于在自动变速器壳体中加工出的缸孔内，而壳体中加工出的油液通道，则将自动变速器油引向制动器油缸处。

另外，汽车自动变速器湿式多片制动器的工作原理，也与湿式多片离合器相仿；制动作用的化解，一般是在制动油压解除后，K制动器活塞复位弹簧的张力使活塞复位，从而使制动器盘片分离来实现的。

当然，也有在制动器油缸的复位弹簧一侧另外提供一个油压来帮助活塞复位的情形。

b．带式制动器

汽车自动变速器中的带式制动器，采用一条内敷摩擦材料的制动带，包绕在转鼓的外圆表面，制动带的一端固定在变速器壳体上，另一端则与制动油缸中的活塞相连。

当制动油进入制动油缸后，压缩活塞复位弹簧推动活塞，进而使制动带的活动端移动，箍紧转鼓。

由于转鼓与行星齿轮机构中的某一部件构成一体，所以箍紧转鼓即意味着夹持固定了该部件，使其无法转动。

制动油压力解除后，复位弹簧使活塞在制动油缸中复位，并拉回制动带活动端，从而松开转鼓，解除制动。

显然，对带式制动器来说，箍紧转鼓的制动力矩的大小，取决于制动带的长度和宽度，以及作用于制动带活动端的力之大小。

在自动变速器中，依其所需完成的任务不同，制动带在尺寸和结构上有所不同。

例如，某些制动带仅由一根柔性的，内表面敷有摩擦材料的钢片制成，称为单匝制动带；也有除两端外，中间完全分开的双匝制动带。

一般来说，双匝制动带能更好地与转鼓外圆表面贴合，因而在活动端作用力一定的情况下，可以提供更大的制动摩擦力矩；同时，双匝制动带与转鼓的接合也较单匝制动带更为平稳，使换档动作更趋柔和。

然而，自动变速器中的单匝制动带，就其制造成本来说，要较双匝制动带低，而且在许多应用场合其性能也相当令人满意，因此，大多数新型汽车自动变速器都采用柔性好、轻巧、成本低且制造简单的单匝制动带。

在制动时，允许制动带与转鼓之间有轻微的滑摩，以便被制动的行星齿轮机构部件不至于突然止动，因为非常突然的止动将产生冲击，并可能对自动变速器造成损害。

但另一方面，制动带与转鼓之间太多的滑动，即制动带打滑，也会引起制动带磨损或烧蚀。

制动带的打滑程度一般随其内表面所衬敷的摩擦材料磨损及制动带与转鼓之间的间隙增大而增大，这就意味着制动带需不时地予以调整。

的确，大多数早期的汽车自动变速器必须定期地进行此项调整工作，但随着制动带设计的改进，大多数20世纪90年代生产的自动变速器已不需要定期地调整带式制动器的制动带了。

制动带箍住或松开转鼓的动作，是由一个可在制动液压油缸中往复移动的活塞控制的。

当无制动油压时，活塞在复位弹簧张力的作用下，被顶K在制动油缸的一端；一旦具有一定压力的自动变速器油进入油缸并克服复位弹簧的张力，活塞就被移向油缸的另一端。

在此过程中，通过一个连杆带动制动带的活动端箍紧转鼓，当制动油缸的油压切断并泄放时，活塞在复位弹簧的作用下复位，拉动连杆及制动带的活动端，解除制动作用。

在新型汽车自动变速器中，制动作用的解除通常是由复位弹簧及油液压力共同完成的，即伴随活塞一侧制动油压的切断和泄放，另一侧额外地提供一个制动解除油压，以此来协助复位弹簧尽快地解除制动。

当活塞完全复位后，该制动解除油压仍将继续作用，以确保制动带处于完全放松的状态。

位于制动油缸活塞与制动带活动端之间的连杆，有直杆、杠杆和钳形杆三种形式。

毫无疑问，直杆式连杆所需的设计空间最大，原因是它必须将一端连接于制动带活动端的直杆安排得与制动油缸及活塞的轴线重合，从而使活塞在制动油缸中的往复移动直接转变为制动带活动端的动作。

另外，这种结构形式所需的制动油缸尺寸也最大，因为直杆无任何增力作用，而活塞的推力必须大到足以在最大力矩作用于转鼓时，仍可防止制动带的打滑。

带式制动器，采用一个杠杆来推动作用于制动带活动端的推杆。

在设计中，当出于种种考虑，制动油缸必须被安排在自动变速器壳体中的某一位置，而在此位置活塞的位移又不能直接作用于制动带活动端时，即要采用杠杆传动。

这种传动方式改变了制动活塞推力的方向，然后再使其作用于制动带。

此外，众所周知，杠杆传动还可以有效地增大作用力。

第三种连杆形式即钳形杆，这时，制动器使用一个摇臂和一个活动支承在制动带两端的钳形杆。

当制动器活塞在油压作用下推动顶杆时，项杆下压摇臂的右端，并通过图中所示的推杆将力传至制动带的一端。

与此同时，扣在制动带另一端的钳形杆随着推杆的移动而向支承销方向位移，从而共同收紧制动带的两活动端，箍住转鼓。

这种传动形式除了像杠杆传动那样，在给定的制动油缸直径下可增大制动摩擦力矩外，还可以减轻制动带的磨损，并且使制动平缓柔和，其原因在于这时制动带可自动找正中心位置，而且其包绕转鼓收缩得也更加平稳。

对大多数在制动带磨损后需进行调整的直杆型或杠杆型连杆来说，制动带与转鼓之间的间隙是由作为制动带固定端的调整螺栓确定的。

此调整螺栓旋在贯通自动变速器壳体的螺纹孔中，所以制动带与转鼓的间隙可在壳体外进行调整，调完后，再用锁止螺母锁紧。

但对于所给出的钳形杆传动，制动带调整螺钉及锁止螺母位于摇臂一端，因此，制动带与转鼓的间隙必须在拆下自动变速器油底壳之后才能进行调整。

c．工作缓冲装置

在自动变速器执行机构中，多片离合器及制动器的接合和分离，以及带式制动器的箍紧和放松，都不能过于突然，以免产生换档冲击，影响乘车的舒适性，甚至造成总成中零部件的损坏。

因此，在执行机构的液压系统中，专门设置了用于吸收因油压突然升高而产生冲击的缓冲装置，目的即在于控制换档质量，避免执行机构发生振动或接合过猛。

在各种缓冲装置中，实际使用较多的是液压蓄能减振器。

蓄能减振器之所以能够缓冲液压油的压力冲击，是由于它可以暂时性地将一部分液压油引至一个并联油路或空腔，从而使油压在主要油路中的增高要平稳得多，并使离合器或制动器平顺接合。

蓄能减振器可分为活塞型和阀型两类，活塞型的看上去像是一个制动器的液压油缸。

事实上，某些蓄能减振器的活塞就是与制动器活塞共用一个油缸的，这种设计称为整体式蓄能减振器。

当然，也有将活塞型蓄能减振器安装在自动变速器壳体中单独设的孔内的，这种设计被称为独立式蓄能减振器。

但无论怎样，这两种蓄能减振器的工作原理基本上是相同的。

阀型蓄能减振器则与自动变速器液压系统中的滑动柱塞阀相似，其任务与活塞型的相同，即暂时分流一部分原可直接作用于离合器或制动器油缸的液压油。