【精编】汽车自动变速箱液力变扭器培训课件.ppt

1 第二章液力变扭器 变扭器是自动变速器不可缺少的重要部分 它装在发动机的飞轮上 其作用是将发动机的动力传递给自动变速器中的齿轮变速机构 并具有一定的变速功能 变扭器是在耦合器的基础上发展而来的 耦合器只是起到一种传递扭矩的 耦合 作用 变扭器则不但能传递扭矩并能改变传递扭矩的大小 即具有 变扭矩 的功能 现代汽车采用的变扭器多为综合式液力变扭器 综合利用了液力耦合器和液力变矩器的特点 不但可以 变扭矩 也可 耦合 甚至具有 锁定 功能 是输出效率几乎达到100 2 一 液力耦合器 1 结构泵轮 主动元件 刚性连接在外壳上 与曲轴一起旋转 涡轮 从动元件 连接在从动轴上 循环圆 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 2 原理工作液体在离心力的作用下 外端的动能高于内端的动能 因此工作液在绕轴线作圆周运动的同时 沿工作轮叶片由内部向外部流动 其速度取决于曲轴的速度和工作轮的半径 3 从能量转化角度看 耦合器就是实现机械能 液能 机械能即当油液从泵轮叶片内缘冲向外缘时 实现了将发动机的机械能转化成工作油液的能量 当油液冲击涡轮叶片并使涡轮旋转时 涡轮就实现将液体的能量转换为涡轮输出轴上的机械能 泵轮和涡轮封闭在一个整体内 它的过程是 泵轮内缘 泵轮外缘 涡轮外缘 涡轮内缘 泵轮内缘液体做循环运动是耦合器传递动力的必要条件 4 3 特性 1 耦合器的传动原理发动机的动能通过泵轮传给液压油 液压油在循环流动的过程中又将动能传给涡轮输出 液压油在流动过程中没有受其他的任何外力 根据作用力与反作用力相等的原理 液压油作用于涡轮上的扭矩与泵轮作用于液压油上的扭矩大小相等 5 2 耦合器的传动效率泵轮转速 nB涡轮转速 nW耦合器传动比 6 由上述推导知 液力耦合器的传动效率等于涡轮转速与泵轮转速之比 涡轮与泵轮的转速差越大 传动比越小 传动效率也就越低 反之 涡轮与泵轮的转速差越小 传动比越大 传动效率就越高 液力耦合器由于在减速的同时不能增扭 而且在汽车低速时的传动效率极低 目前采用液力耦合器的车型很少 但是它所具有的高传动比工况下有较高传动效率的特性在综合式液力变扭器中得到充分使用 7 二 液力变矩器 一 液力变矩器的构造与工作原理1 组成 泵轮 主动涡轮 从动轮导轮 固定不动 8 9 10 2 工作原理 设发动机转速及负荷不变 即变矩器泵轮的转速nb及转矩Mb为常数 设泵轮 涡轮和导轮对液流的作用转矩分别为Mb Mw 和Md 11 1 Mw Mb十Mdnw Md Mw 2 当nw nw1时 Md 0 Mw Mb3 当nw nw1时 Mw Mb Md4 当nw nb时 不传递动力 12 A 在汽车起步之前 13 B 在汽车起步之后参照前图知 汽车起步后与驱动轮相连接的涡轮开始转动 转速随汽车的加速不断增加 液力变矩器的增扭作用随之减少 并且车速愈高 涡轮转速愈大 冲向导轮的液压油方向与导轮叶片的夹角愈小 液力变扭器的增扭作用也愈小 反之 车速愈低 液力变扭器的增扭作用就愈大 说明液力变扭器增扭值随涡轮转速的提高而减少 因此 与液力耦合器相比 液力变矩器在汽车低速行驶有较大的输出扭矩 在汽车起步 上坡或遇到较大阻力时 能使驱动轮获得较大的驱动力矩 14 当涡轮转速随车速的加快而增大至某一数值时 冲向导轮的液压油的液流绝对速度UW的方向与导轮叶片之间的夹角为0 此时导轮不再受液压油的冲击作用 即vD 0 可知M W MB 即液力变扭器失去增扭作用 输出扭矩等于输入扭矩 这种情况下 液力变扭器相当于耦合器 进入耦合状态 15 C 涡轮转速进一步增大若涡轮转速进一步增大 冲向导轮的液压油绝对速度的方向继续向前斜 使液压油冲击在导论叶片的背面 导轮对液压油的反作用力矩的方向相反 涡轮输出的扭矩液力变扭器输出扭矩反而小于输入扭矩 其传动效率也随之减少 16 17 D 涡轮转速与泵轮转速相同时 当涡轮转速增大至与泵轮转速相同时 液压油将停止做循环流动 涡轮所传递的扭矩为0 液力变扭器将失去传递动力的能力 通过以上讨论得出如下三点重要结论 1 液力变扭器由泵轮 涡轮和导轮三个工作轮组成 他们是能量转换 传递动力和改变扭矩必不可少的基本元件 其中 泵轮 将机械能转换为液体能量 涡轮 将液体能量转换为涡轮轴上的机械能 导轮 通过改变液流的方向而起变扭作用 18 2 与液力耦合器一样 液体的循环运动是液力变扭器传递动力的必要条件 3 液力变扭器的传动效率随涡轮转速的变化而变化 1 当nW 0时 增扭矩最大 M W MB MD 2 当nW逐渐增大时 M W则逐渐减少 3 当nW达到一定值时 MD 0 则M W MB 此时液力变扭器转化为液力耦合器 4 当nW进一步增大时 涡轮出口处液流冲击导轮叶片的背面 M W MB MD 液力变扭器输出扭矩小于输入扭矩 5 当nW nB时 MB 0 液力变扭器失去传递动力的功能 19 3 特性 1 特性参数1 转速比iWB涡轮转速nW与泵轮转速nB之比成为液力变扭器的转动比 2 变扭系数K涡轮的输出扭矩与泵轮上的输入扭矩之比 称为液力变扭器的变扭系数 或称变扭比 20 3 传动效率液力变扭器的传动效率是涡轮轴输出的功率PW与泵轮输入的功率PB之比 液力变扭器的传动效率等于变扭系数与传动比的乘积 21 2 特性曲线1 外特性及外特性曲线外特性是指泵轮转速 扭矩 不变时 液力元件外特性参数与涡轮转速的关系 液力变扭器涡轮输出的扭矩是随涡轮的转速而变化的 涡轮转速愈小 输出扭矩愈大 涡轮转速增大 输出扭矩减小 当涡轮转速nW 0时 MW达到最大值 使汽车驱动轮获得最大的驱动扭矩 有利于汽车顺利起步 同理 当汽车上坡或遇较大阻力时 车速降低 涡轮转速下降 输出扭矩增大 保证了汽车能克服较大的行驶阻力 当达到 耦合 点时 液力变扭器不再有 增扭 的作用 而成为耦合器 当车速再进一步增大 液力变扭器变成 减扭 器 即涡轮输出的扭矩小于泵轮输入的扭矩 22 23 2 原始特性曲线原始特性曲线是泵轮转速不变时 变扭系数K和传动效率随传动比变化的规律曲线 也称为变扭特性曲线和效率特性曲线 所以液力变矩器的传动效率是随而变化的抛物线 见下图 当iWB 0时 变扭系数K值最大 因涡轮未转动 故传动效率 0 当iWB 1时 泵轮与涡轮的转速相同 液力变扭器已失去传递动力的能力 因此K 0 0 24 液力变扭器的效率在某一工况达到最大值 偏离该工况时效率下降 所以液力变矩器只有在一定传动比范围内才具有较高的效率 一般iWB在0 6 0 8之间时 液力变矩器具有较高的传动效率 在80 86 之间 25 三 综合式液力变扭器 装有自动变速器汽车上使用的变扭器都是综合式液力变扭器 26 1 基本结构 综合式液力变扭器和液力变扭器的不同之处在于它的导轮不是完全固定不动的 而是套在同一个单向超越离合器上 单向超越离合器支承在固定于变速器壳体的导轮固定套上 由于单向超越离合器可以使导轮向顺时针方向旋转 但不能朝逆时针方向旋转 因此 单向超越离合器对导轮具有单向锁止作用 27 2 工作原理 当涡轮转速较低时 从涡轮流出的液压油从正面冲击导轮叶片 此时液体对导轮施加一个逆时针方向旋转的力矩 但由于单向超越离合器在逆时针方向具有锁止作用 导轮锁止不动 28 此状态与液力变扭器的工作特性相同 即起增大扭矩的作用 K 1 当涡轮转速增大至某一数值时 液压油对导轮的冲击方向与导轮叶片之间的夹角为0 此时变扭系数K 1 如果涡轮转速继续增大 使得液压油冲击导轮叶片的背面 对导轮产生一个顺时针方向的扭矩 由于单向超越离合器在顺时针方向可以自由转动 因此 导轮在液压油的冲击下也朝顺时针方向旋转 此时导轮对液压油相当于没有方作用力矩 MD 0 液压油只受到泵轮和涡轮的反作用力矩的作用 因此该时变扭器不起增扭作用 其工作特性和液力耦合器相同 这时涡轮转速较高 变扭器处于高效率的工作范围 29 以上分析可知 综合式液力变扭器既有变扭器工况 又有耦合器工况 两种工况的分界点是以导轮空转的工作点来区分的 因此将导轮开始空转的工作点称为耦合点 即涡轮转速由0至耦合点的工作范围内按液力变扭器的工况工作 在涡轮转速超过耦合点转速之后案液力耦合器的工况工作 因此综合式液力变扭器利用了液力变扭器低速时具有的增扭特性 又利用了耦合器在高速时具有的高传动效率特性 30 综合式液力变扭器有许多复杂的类型 这些类型可以用变扭器的元件数 级数和相数来表示 1 变扭器的元件数变扭器的元件数是指变扭器中泵轮 涡轮 导轮的总个数 2 变扭器的级数变扭器的级数是指涡轮的列数 只有1列涡轮的称为单级变扭器 有2列以上的称为多级变扭器 3 变扭器的相数变扭器在不同的工作范围内具有不同的工作特性 这种工作特性的个数称为变扭器的相数 例如 综合式液力变扭器由于导轮中单向超越离合器的锁止和滑转而使该变扭器既有液力变扭器的特性 又有液力耦合器的工作特性 因此可称为2相变扭器 目前轿车自动变速器上使用的变扭器基本上都是3元件2相综合式液力变扭器 31 3 工作特性 综合式液力变扭器既有变扭器的工况 又有液力耦合器的工况 综合式液力变扭器特性具有液力耦合器和液力变扭器综合特性 32 由图可见 变扭器效率特性曲线与耦合器效率特性曲线相交于A点 此时传动比在该点上 变扭器效率等于耦合器效率 并且K 1 传动比 变扭器效率大于耦合器效率 并且K 1 当 变扭器效率小于耦合器效率 并且K 1 33 综合式变扭器在A点 耦合点 以前按液力变扭器特性工作 在A点之后按耦合器特性工作 在转为耦合器工作时 高传动比的效率可达96 其效率特性为OA曲线 综合式液力变扭器综合了液力变扭器和液力耦合器的优点 结构简单 性能可靠 又扩大了工作范围 因而综合式液力变扭器在高级轿车上应用极广 34 四 带锁止离合器的综合式液力变扭器 1 结构及其原理锁止综合式变扭器内有一个有液压油操纵的锁止离合器 锁止离合器的主动盘是变扭器的壳体 从动盘是一个可做轴向移动的压盘 它通过花键与涡轮连接 压盘背面的液压油与变扭器泵轮 涡轮中的液压油相通 保持一定的油压 压盘左侧的液压油通过变扭器输出轴中间的控制油道与阀板总成上的锁止控制阀相通 35 当锁止离合器处于分离状态时 具有低速时增扭和高速时耦合两种工作状态 其动力传递路线是 发动机 变扭器壳 泵轮 涡轮 涡轮输出轴当锁止离合器处于结合状态时 此时锁止离合器压盘压紧在主动盘上 使得主动盘 泵轮 压盘 涡轮被连锁为一整体 变扭器失去液力传递的功能 所有的动力都由锁止离合器传递 此时锁止离合器相当于手动变速器的离合器 其动力传递路线是 发动机 变扭器壳 锁止离合器 涡轮 涡轮输出轴 36 1 锁止离合器压盘 2 涡轮 3 变扭器壳 4 导轮 5 泵轮 6 变扭器输出轴 A 变扭器出油道 B C 锁止离合器控制油道 37 当锁止离合器分离时 锁止控制阀让液压油从油道B进入变扭器 见a图 使压盘两侧都保持有变扭器油压力 此时压盘与壳体分离 发动机由泵轮通过液压油传至涡轮 当锁止离合器接合时 锁止控制阀让液压油从C油道进入变扭器环形空间 而输出轴中间油道B作为泄油口 由于压盘背面 右侧 所受的油压仍为变扭器油压 所以压盘在前后两面压力差的作用下贴紧在主动盘 壳体 上 见b图 这时发动机输入的动力完全经锁止离合器 涡轮直接输出 传动效率为100 38 2 工作特性在iWB1 在i1 iWB i2区域 为耦合器工作状态 K 1 当iWB i2时 锁止离合器接合 K 1 效率上升至100 即发动机动力直接经变扭器壳 压盘 涡轮输出 锁止综合式液力变扭器的效率特性曲线是OABCDE 汽车在城市道路行驶可节省大约4 燃油 在公路行驶大约节省6 燃油 39 据有关资料介绍 油温超出正常使用温度 50 80 的10 将使油液使用寿命缩短一半 变扭器中的液压油是由自动变速中的油泵提供的 它的补偿油路是 油泵输出的液压油经调节控制阀后有一部分从变扭器轴套与导轮固定套之间的间隙进入变扭器内 3 变扭器工作液的补偿及冷却。