1、2021/8/261自動變速器概述與變矩器原理主講：湯愛國2021/8/2621.自動變速器概述自動變速器概述與變矩器原理2.變矩器原理2021/8/2631.自動變速器概述1.1 發展歷史（一）國外的發展歷史；（二）中國的發展歷史；（三）性能優點；1.2 安裝位置及分類特點 （一）分類特點與安裝位置；（二）發展方向；2021/8/2642. 變矩器原理2.1 發展歷史（一）安裝位置；（二）發展歷史；（三）液力偶合器2.2 現代液力變矩器（Torque Converters） （一）結構；（二）工作原理；（三）液流形態和效率； 2021/8/265 了解自動變速器的發展史及發展方向。 掌握自動

2、變速器的分類方法和主要類型。 掌握電控機械式無級變速器（CVT）的基本結構與 工作原理。 自動變速器概述的學習要求2021/8/2661.1自動變速器發展史1)1940年美國通用公司在奧茲莫比爾（Oldsmobile）汽車上安裝第一臺全自動變速器Hydra Mastic。2）1948年美國通用公司又在別克（Buick）汽車上裝Dyne Flow全自動變速器。3）50年代末，日本從西方引進并研制自動變速器，發展迅猛。2021/8/267當前自動變速器的主要生產商主要有：1）美國的Allison、通用；2）英國的Borg-Wamer；3）德國的ZF；4）意大利的FIAT；5）日本的TOYOTA，A

3、sian。2021/8/2681）美國三大汽車公司自動變速器的裝車率1983年： 通用公司達到94%； 福特公司達到74%； 克萊斯勒公司達到86%；1988年： 三大公司都達到了94%以上；1998年： 城市內行駛的汽車幾乎100%的裝用了自動變速器。（一）國外的發展情況12021/8/2693）日本來以結構緊湊、價格及油耗低著稱于世的轎車 1982年大、中、小客車平均占26%； 1986年增至41%； 1992年增至60%； 1998年基本全部普及。2）德國奔馳和寶馬生產的轎車： 1978年裝自動變速器的汽車，發動機排量4.5L 以上的占100%，3.5L以下的占80%。（一）國外的發展情

4、況22021/8/2610（二）中國的發展情況 我國應用液力傳動始于20世紀50年代，自行研制出了內燃機和紅旗CA770三排座高級轎車的液力傳動系統。隨后液力傳動也在我國獲得了一定發展，但發展速度要落后于發達國家。2021/8/2611（三）性能優點1、可以不踩離合器、實現自動換檔而且發動機不會熄火， 所以能有效的提高駕駛方便性，減輕駕駛員的勞動強度。2、在各種使用工況下能實現發動機與傳動系的最佳匹配,控制更加精確、有效性能價格比大大提高。2021/8/26121.2 安裝位置及分類特點（一）分類特點與安裝位置按汽車驅動方式分類 一、前輪驅自動變速器 二、后輪驅自動變速器 三、四輪驅自動變速器

5、2021/8/2613奧迪A3前輪驅動的自動變速器布置形式和安裝位置2021/8/2614前驅自動變速器外形特點2021/8/2615寶馬750i后輪驅動的自動變速器布置形式和安裝位置2021/8/2616后驅自動變速器外形特點（1）2021/8/2617后驅自動變速器外形特點（2）2021/8/2618沃爾沃S80四輪驅動的自動變速器布置形式和安裝位置2021/8/2619四驅自動變速器外形特點2021/8/26201）液力-機械式自動變速器，目前技術成熟，應用最廣。在發達國家轎車上的裝車率已達80-90%。2）電控機械式自動變速器，它與手動齒輪變速器的另 部件有一定通用性，保留了傳動效率高

6、的優點，目前在重型貨車上選用的較多。3）電控機械式無級變速器，它與發動機之間還要有自動離合器，目前在2.5升以下的轎車上得到采用。2）按機械結構與控制原理形式分類2021/8/2621（二） 發展方向一、 CVT與AMT、AT比較最主要的優點：1）速比變化是無級的，在各種行駛工況下都能選擇最佳的 速比。2）動力性、經濟性和排放與AT比較，大約可以改善5%左 右。3）CVT采用的金屬帶無級變速器與AT一般所用的行星齒 輪有級變速器比較，結構相對簡單，據估計到2010年裝 車達到400萬輛。 2021/8/2622二、 CVT存在的不足：1）生產成本高在批量相當時成本可能低些。2）金屬帶無級傳動是

7、摩擦傳動，存在效率和磨損 問題。3）CVT不能實現換空擋，在倒檔和起步時還得有 一個自動離合器。4）技術不成熟，適用車型有限。 （二） 發展方向2021/8/2623電控機械式無級變速器結構2021/8/2624電控機械式無級變速器工作與控制原理2021/8/2625金屬傳動帶 V型金屬傳動帶由許多套在柔性鋼帶上具有V型側面金屬片組成，這種金屬帶傳動，兩個帶輪間動力傳遞是靠作為推力塊的金屬片的推力實現的。 2021/8/26262. 變矩器原理2.1 發展歷史（一）安裝位置；（二）發展歷史；（三）液力偶合器2.2 現代液力變矩器（Torque Converters） （一）結構；（二）工作原理

8、；（三）液流形態和效率； 2021/8/2627學習要求 了解液力變矩器的發展史及發展方向。 掌握液力變矩器的分類方法，結構和工作原理。 掌握電控液力變矩器的控制原理。 2021/8/2628（一）安裝位置（1）2.1 變矩器發展歷史2021/8/2629（一）安裝位置（2）2021/8/2630（二） 發展歷史1)20世紀初，德國費丁格爾教授提出通過液體動量變化傳遞動力，效率702)取消進、出水管以泵輪和渦輪代替離心泵和水輪機，形成流體循環圓，功率75kw，效率833)1912年德國客輪“切勒比茨”號安裝變矩器，效率83，介質由水改為油2021/8/2631（三）液力偶合器（Fluid Co

9、uplings）液力偶合器的作用將發動機的輸出轉矩傳給變速器。 2）液力偶合器的構造2021/8/26323）液力偶合器的工作原理 液力偶合器的工作原理相當于兩個相對放置的電風扇， 當一個通電轉動后，另一個未通電的風扇在風能的作用下，也隨之轉動。 （三）液力偶合器（Fluid Couplings）2021/8/2633實際液力偶合器結構和工作原理示圖 （三）液力偶合器（Fluid Couplings）2021/8/26344）液力偶合器中油的運動液力偶合器中的自動變速器油存在兩種不同形式的運 動：渦流和環流。渦流是從泵輪到渦輪的液流。當汽車負荷比較大，渦輪轉速較底時，液流以渦流為主。環流是隨曲

10、軸飛輪的旋轉運動，沿液力偶合器旋轉方向的液流稱為環流。當汽車負荷比較小，泵輪和渦輪的轉速比較接近時，液流以環流為主。（三）液力偶合器（Fluid Couplings）2021/8/2635由于液力偶合器中心的環流對渦流有阻礙作用，因此在渦輪與泵輪中心設有分裂式導環，用于克服環流的影響,因此液力偶合器主要由泵輪、渦輪、導環和殼體組成。（三）液力偶合器（Fluid Couplings）2021/8/2636（三）液力偶合器（Fluid Couplings）2021/8/2637（三）液力偶合器（Fluid Couplings）2021/8/26385）液力偶合器的特點由泵輪旋轉的離心力，才使得偶合

11、器中的自動變速器油形成環流，但此時渦輪的轉速一定是小于泵輪的，如果渦輪的轉速與泵輪相等，兩輪中自動變速器油產生的離心力也就相等，因此也就不會有環流了，所以泵輪和渦輪之間必須存在轉速差。轉速差愈大，兩輪邊緣處的能量差也就越大，自動變速器油傳遞的動力也就愈大。（三）液力偶合器（Fluid Couplings）2021/8/26396）液力偶合器的傳動效率液力偶合器在傳遞能量過程中，必有能量損失，用下式表示傳動效率 （）= = 渦輪輸出功率泵輪輸出功率MB nBMW nw由于液力偶合器僅起傳遞轉矩作用，故MW=MB，有傳動效率 （）= = 傳動比（i）渦輪轉速（ nw ）泵輪轉速（ nB ）（三）液

12、力偶合器（Fluid Couplings）2021/8/2640100%1i液力偶合效率特性液力偶合效率特性（三）液力偶合器（Fluid Couplings）液力偶合器的效率特性2021/8/2641因為液力偶合器在正常工作時，泵輪轉速總是大于渦輪轉速，當渦輪與泵輪之間轉速差越大時，傳動效率也就越低；當渦輪與泵輪之間轉速差越小時，傳動效率也就越高。當汽車起步時，渦輪轉速為零，傳動效率也就為零。汽車起步后，渦輪轉速逐漸增加，傳動效率也隨之提高。當渦輪轉速等于泵輪轉速時，環流不存在，液力偶合器失去傳遞動力作用，所以當傳動比i接近等于1時，傳動效率就會突然下降為零。也就是說液力偶合器傳動效率永遠達不

13、到100。（三）液力偶合器（Fluid Couplings）2021/8/26422.2 現代液力變矩器（Torque Converters）（一）現代液力變矩器結構（1）2021/8/2643（一）現代液力變矩器結構（2）2021/8/2644（一）現代液力變矩器結構（3）2021/8/2645 泵輪工作原理 泵輪與變矩器外殼做成一體，發動機飛輪與變矩器外殼連接，飛輪驅動外殼也就驅動了泵輪，通過離心力使流體從內向外流動。（二）現代液力變矩器部件的工作原理（1）2021/8/2646 渦輪工作原理流體向心流動，液流改變方向，同時驅動與其連接的變速器輸入軸（通過花鍵連接）（二）現代液力變矩器部件

14、的工作原理（2）2021/8/2647 導輪工作原理 導輪靜止不動時，大角度地改變流體方向，使之與泵輪 入角。（二）現代液力變矩器部件的工作原理（3）2021/8/2648 導輪單向離合器的工作原理單向離合器的組成： 由外座圈，內座圈、保持架、楔塊等組成。（二）現代液力變矩器部件的工作原理（4）2021/8/2649 單向離合器工作原理（二）現代液力變矩器部件的工作原理（4）2021/8/2650 單向離合器工作原理（二）現代液力變矩器部件的工作原理（4）2021/8/2651 單向離合器工作原理2) 工作原理：當內座圈固定時，外座圈順時針方向轉動楔塊不鎖止，外座圈可自由轉動；當外座圈逆時針轉

15、動時，楔塊鎖止，外座圈不能轉動。保持架的作用是使楔塊總是朝著鎖止外座圈的方向略微傾斜，以加強楔塊的鎖止功能。（二）現代液力變矩器部件的工作原理（4）2021/8/2652 鎖止離合器（TCC）工作原理鎖止離合器的結構：（二）現代液力變矩器部件的工作原理（5）2021/8/2653鎖止離合器的結構：（二）現代液力變矩器部件的工作原理（5）2021/8/2654 鎖止離合器（TCC）工作原理 由泵輪與渦輪之間的轉速差最少也有45，這相當于泵輪與渦輪之間存在有滑轉現象，因而無法達到100效率，所以采用帶鎖止離合器的液力變矩器可以解決泵輪與渦輪的轉速差問題，進而提高液力變矩器的效率，使其達到100。

16、鎖止離合器的作用：（二）現代液力變矩器部件的工作原理（5）2021/8/2655 鎖止離合器（TCC）工作原理 如圖所示，該變矩器的鎖止離合器與外殼相連，也就是與泵輪相接，而鎖止離合器片與渦輪相接，帶鎖止離合器的液力變矩器的活塞在油壓的作用下，可以將多片式鎖止離合器的盤與片壓緊成為一體，這就使渦輪與泵輪連接成一體，此時液力傳動變為離合器傳動，提高了傳動效率達到100，同時還使得油溫不再升高。（二）現代液力變矩器部件的工作原理（5）2021/8/2656 鎖止離合器（TCC）控制原理（二）現代液力變矩器部件的工作原理（5）2021/8/2657 鎖止離合器（TCC）控制原理（二）現代液力變矩器部

17、件的工作原理（5）2021/8/2658 鎖止離合器（TCC）控制原理（二）現代液力變矩器部件的工作原理（5）2021/8/2659鎖止離合器分離（別克在OD檔處于3檔時4T60-E）（二）現代液力變矩器部件的工作原理（5）2021/8/2660鎖止離合器結合（別克在OD檔處于3檔時4T60-E）（二）現代液力變矩器部件的工作原理（5）2021/8/2661（三）現代液力變矩器工作原理（1）當發動機曲軸帶動泵輪旋轉時，泵輪帶動自動變速器油一起旋轉，在離心力的作用下，自動變速器油從葉片的內緣向外緣流動。沖擊渦輪的葉片，自動變速油沿著渦輪葉片由外向內流動，沖擊到導輪葉片，然后沿著導輪葉片流動，回到

18、泵輪進入下一個循環。 2021/8/2662（三）現代液力變矩器工作原理（2） 液流形態2021/8/2663（三）現代液力變矩器工作原理（2）1、我們把從泵輪、渦輪、導輪又到泵輪的液體流動叫 渦流。 液流形態 2、自動變速器油在進行渦流的同時，又繞曲軸中心線 旋轉，我們把液體繞軸線旋轉的流動，稱為環流。 3、 變矩器中液體流動是渦流和環流的混合。實際上， 液體的混合流動是呈螺旋狀轉動。只不過根據 轉速不同以哪種為主的問題。2021/8/2664（三）現代液力變矩器工作原理（3） 增矩原理工作圖(1)2021/8/2665（三）現代液力變矩器工作原理（3） 增矩原理(2) 汽車起步之前 202

19、1/8/2666（三）現代液力變矩器工作原理（3） 增矩原理(2) 汽車起步之前 Mw=MB+MD由于Mw= -Mw可以得到：|Mw | = | MB+MD |導輪反作用力矩的大小和方向都是隨渦輪轉速的變化而變化，故液力矩值也隨之變化2021/8/2667（三）現代液力變矩器工作原理（3） 增矩原理(3) 汽車起步之后 2021/8/2668（三）現代液力變矩器工作原理（3） 偶合原理工作圖2021/8/2669（三）現代液力變矩器工作原理（3） 液力變矩器內油的流動方向2021/8/2670（三）現代液力變矩器工作原理（3） 液力變矩器內油的流動方向2021/8/2671（三）現代液力變矩器工作原理（4） 液力變矩器的效率液力變矩器的扭矩比和速比1）液力變矩器扭矩比是輸出扭矩與輸入扭矩之比； 2）速比是渦輪轉速與泵輪轉速之比。2021/8/2672（三）現代液力變矩器工作原理（4） 液力變矩器的效率 液力變矩器 扭矩比變化 規律2021/8/