1、目录目录 1中文摘要与关键词 21. 液力变矩器的原理 31.1 液力变矩器的作用 32.液力变矩器与液力偶合器的增矩效果 32.1 液力变矩器增矩效果 42.2 液力偶合器增矩效果 43.自动变速器的发展 53.1 液力自动变速器 53.2 电控机械式自动变速器 53.3 机械无级变速器 63.4 液力变矩器+AMT 的自动变速器 63.5 带闭锁与滑差的 TC+AMT 的自动变速器 64.带有闭锁与滑差控制的液力变矩器结构特 74.1 液力变矩器结构的方案分析 74.2 闭锁与滑差的控制 7结论 7参考文献 8摘要 随着科学技术的不断进步，汽车工业相应得到了迅速发展。如何快速而平稳地把发动
2、机的动力传递到驱动车轮上，是影响汽车操纵方便性与平顺性的关键之所在，要想解决好这些问题，首先要了解自动变速器技术特别是液力变矩器等相关技术的发展。关键词 自动变速器、液力、机械、闭锁、变矩器、滑差。自动变速器液力变矩器的原理与发展1. 液力变矩器的原理汽车上广泛采用的三元件综合式液力变矩器而言，它有一个工作腔，其中有三个叶片，即泵轮、涡轮和导轮。泵轮与发动机曲轴相联接，把输入的机械能转变为自动变速器油的能量，使油液的动量矩增加，其作用类似离心泵的叶轮，所以称其为泵轮。涡轮与自动变速器中的行星齿轮变速器输入轴相联接，将自动变速器油的能量转变为机械能输出，涡轮因其使油液的动量矩减小，作用类似于水涡
3、轮，故被称为涡轮。导轮不转动时，变速器壳体的反作用扭矩通过它作用于自动变速器油，使油液的动量矩改变，换言之，导轮在液力变矩器中起导向作用，使自涡轮流出的油液改变方向后流向导轮，形成液体循环，所以称其为导轮。1.1 液力变矩器的作用自动无级变矩、变速。液力变矩器的涡轮扭矩，能随着汽车行驶中负荷扭矩的增大而自动增大，同时，涡轮转速自动降低；而当负荷扭矩减小时，涡轮扭矩随之自动减小，同时，涡轮转速自动升高。自动离合。液力变矩器可借助于传递或不传递发动机发出的扭矩至行星齿轮变速器，起自动离合器的作用，从而在使用自动变速器的汽车上，取消了传统的螺旋弹簧式或膜片弹簧式离合器，大大减轻了驾驶员的负担。减振隔
4、振。由于液力变矩器是通过液力作用进行偶合传动的装置，主、从动件之间无直接的机械传动关系，所以能通过自动变速器油的阻尼作用，减小发动机的扭振，并隔离这种扭转振动向底盘传动系统的传递，从而提高汽车发动机和底盘传动系统的使用寿命。使发动机转动平稳。由于工作时内部充满自动变速器油液的液力变矩器具有较大的转动质量，完全可以起到传统的飞轮使发动机转动平稳的作用，所以在装用自动变速器的汽车上，取消了发动机飞轮。为实现扭矩的传递，仅在发动机曲轴与液力变矩器之间，安装一柔性联接板或驱动端盖。过载保护。当汽车行驶工况突然变化，出现过负荷时，使用液力变矩器，可以对发动机起保护作用。发动机制动。在汽车下长坡行驶时，可
5、以通过液力变矩器的偶合传动，利用发动机的泵气损失来进行制动。2.液力变矩器与液力偶合器的增矩效果 2.1 液力变矩器增矩效果液力变矩器中泵轮快速运动时，涡轮受到载荷和行驶阻力限制转速较慢，泵轮和涡轮间产生了转速差。这个转速差存在于整个变矩区。这个转速差就形成了残余能量。即由于泵轮转数快于涡轮转数，所以泵轮流向涡轮的油液除了驱动涡轮外，还剩余一部分能量，这就是残余能量。泵轮和涡轮的转数差越大残余能量就越大。液力偶合器里这种残余能量成为阻碍曲轴旋转的阻力，最后转化为热量，白白浪费了。液力变矩器就不同了，泵轮和涡轮的转速差越大，残余能量就越大，油液流动的速度就越快，流动的角度就越大。在转数差较大时，
6、涡轮的油液就冲向导轮的正面。导轮由于单向离合器的锁止作用，而不能向左旋转。这样流经导轮的油液就改变了流动的方向，直接作用于泵轮叶片的后部，于是油液的残余能量就增大了泵轮的转矩。残余能量越大，增矩效果就越好。只有在泵轮转数高于涡转数时才能产生残余能量，才能使转矩增大。在涡轮制动时（失速点和起步点时）其变矩比达到最大值。油液由泵轮流向涡轮，而后经导轮改变了方向后再返回泵轮，泵轮和涡轮间形成油液循环流动，只有存在油液的循环流动，才能产生变矩工况。随着涡轮转数的升高，变矩化呈线性下降。过了临界点后，涡轮和泵轮转数相等，泵轮的油液除了驱动涡轮旋转外，已没有残余能量，油液流动角度也变到了最小点，涡轮返回的
7、油液冲向了导轮的背面。由于单向离合器只负责锁止左转，而不锁止右转，所以当油液冲击固定在单向离合器上导轮的背面时，导轮便开始旋转，导轮开始旋转的时刻叫临界点。临界点之前为变矩工况，临界点之后为偶合工况。液力变矩器的变矩比随涡轮转速的增大而减小，又随着涡轮转数的减小而增大。即随行驶阻力矩的增大而增大，在低速区域内能够根据行驶阻力自动无级的变矩。液力变矩器的传动效率则是随涡轮转数的增大而增大。只有在泵轮和涡轮转速比较接近时，才会有偶合工况。偶合工况只在汽车中高速行驶才有，低速行驶时没有偶合工况。作为增矩装置的导轮在变矩工况时保持不动，到了偶合工况便开始旋转。如果导轮在便矩工况时旋转，那就说明发生了单
8、向离合器打滑的故障。导轮在偶合工况时是必须旋转的，如此时不旋转，就说明单向离合器发生了卡滞故障。2.2 液力偶合器增矩效果液力偶合器里只有泵轮和涡轮，而没有改变涡轮油液流动方向的导轮。工作时泵轮油液传给涡轮，然后又经涡轮返回泵轮，经涡轮返回泵轮的油液改变了旋转的方向，液流流向和泵轮旋转方向正好相反。发动机曲轴在旋转的同时，还需克服来自涡轮油液的反向阻力。发动机动力被削弱了。所以液力偶合器只有偶合工况，而永远不会有增矩工况。汽车在起步和低速行驶时需要有较大的转矩，而液力偶合器无法满足这一需要。所以早期生产的配液力偶合器的汽车具有起步慢，低速区域提速慢的明显缺点。为了满足汽车起步和低速行驶时需较大
9、转矩的需要，现代汽车已全部改用液力变矩器。3.自动变速器的发展目前汽车所使用的自动变速器大致可分为三类：一类是由液力变矩器、行星齿轮机构及电液控制系统组成的液力自动变速器；一类是由传统固定轴式变速箱和干式离合器以及相应的电液控制系统组成的电控机械式自动变速器；另一类是无级自动变速器。3.1 液力自动变速器液力自动变速器其基本形式是液力变矩器与动力换挡的旋转轴式机械变速器串联。这种自动变速器的主要优点有 1：液力变矩器的自动适应性使其具有无级连续变速及变矩能力，对外部负载有自动调节和适应性能，从根本上简化了操纵；液体传动本身特有一定的减振性能，能够有效地降低传动系的尖峰载荷和扭转振动，延长了传动
10、系的寿命；汽车起步平稳，加速迅速、均匀、柔和；提高了乘坐舒适性与行驶安全性；车辆的通过性好。3.2 电控机械式自动变速器这是一种由普通齿轮式机械变速器组成的有级式机械自动变速器。机械式自动变速器是在普通固定轴式齿轮变速器的基础上，把选挡、换挡、离合器操纵及发动机油门操纵由控制器完成自动变速。基本控制思想是：根据汽车运行状况、路面情况和驾驶员的意图，依据事先制定的换挡规律、离合器接合规律及发动机油门变化规律，对变速器进行最佳挡位判断、离合器动作控制及发动机油门动作控制，实现发动机、离合器及变速器的联合操纵。由于机械式自动变速器是非动力换挡，变速器输出扭矩与转速变化比较大，易造成冲击比较大，以及换
11、挡期间动力中断等缺点，必须对其进行改进，因此提出了扭矩辅助型机械自动变速器和双离合器式机械自动变速器。前者通过辅助齿轮机构来实现，后者使变速器相邻挡位的扭矩传递，分别受控于两个独立的离合器，这样可以实现动力不中断换挡。3.3 机械无级变速器前面提到的两种自动变速器都是有级或分段无级自动变速、无级变速器、带式无级变速器利用由许多薄钢片穿成的钢环，使其与两个锥轮的槽在不同的半径上“咬和”来改变速比，以达到无级变速的性能。它克服了前面两种自动变速器固有的齿轮传动比不连续和零件数量过多的缺点，具有传动比连续、传递动力平稳、操纵方便等特点，实现了无级变速。由于 CVT 是摩擦传动，导致效率低，所使用的传
12、动链制造技术难、加工精度要求较高，使用的材质要求更高，维修更是困难，对这些难点仍在继续攻关中。3.4 液力变矩器+AMT 的自动变速器将液力变矩器（TC）与固定轴机械式齿轮变速器(AMT)组合 2，得到一种新型的自动变速系统，即：TC+AMT。TC 与 AMT 共同工作，不但具有 AT 的优点，大大提高了军车的通过性、越野性操纵方便性，而且具有成本低与易制造的特点。在保证汽车动力性、燃油经济性、操纵方便性等特性外，还可以实现发动机、液力变矩器和机械式自动变速器合理匹配，找到最佳工作点，达到总体效果最佳，不仅越野性、通过性好、操纵方便，而且使影响乘坐舒适性的冲击度最小，具有良好的乘坐舒适性。是一
13、种具有良好发展前途的自动变速器，世界各国正致力于此项技术的研究和开发。3.5 带闭锁与滑差的 TC+AMT 的自动变速器液力变矩器具有的起步平稳、减振、通过性和乘坐舒适性好等优越性能，但最大的缺陷是效率低，为了提高液力变矩器的传动效率，而采用了闭锁与滑差技术。它是指在液力变矩器的泵轮与涡轮之间，安装一个可控制的离合器，当汽车的行驶工况达到设定目标时，控制离合器将泵轮与涡轮按设定的目标转速差传动（即滑差控制）或锁成一体（即闭锁控制），液力变矩器随之变为半刚性或刚性传动，这样做一方面提高传动效率 4。闭锁后消除了液力变矩器高速比时效率的下降，理论上闭锁工况效率为 1，从而使高速比工况效率大大提高；
14、另一方面，在液力传动向机械传动转换过程中，由于采用滑差控制，不但扩大了液力变矩器的高效率范围，而且可以使传动系从液力传动平稳地过渡到闭锁后的刚性传动，特别是在闭锁开始和闭锁低速阶段，可以吸收由于闭锁产生的部分振动和冲击，按照滑差和闭锁的控制规律，使得涡轮转速逐步接近泵轮，大大减少了冲击和振动，使得乘坐舒适性得以提高。4.带有闭锁与滑差控制的液力变矩器结构特点4.1 液力变矩器结构的方案分析带有闭锁与滑差控制液力变矩器结构，二者是原理相同而结构形式相异的两种液力变矩器。在液力传动时，在分离离合器后，AMT 自动变速器输入轴的转动惯量由涡轮、闭锁离合器、涡轮法兰、涡轮轴等部件的惯量组成。而原车此时
15、的转动惯量仅为原干式离合器的从动盘和变速器一轴的惯量，新系统的转动惯量为原车的 4 倍。这将延长换挡时同步器接合时间，大大地影响了换挡品质的提高。在液力传动时，AMT 自动变速器输入轴的转动惯量由换挡离合器的从动片、涡轮轴、花键轴等组成。这种布置使转动惯量想比与手动装置大大的减少，而且减少了同步器的接合惯量，这不仅有利于 AMT 换挡，具有工作平稳、寿命长等特点，有利于提高换挡品质，而且更加巧妙地将闭锁离合器布置于涡轮同一侧，使得结构紧凑。4.2 闭锁与滑差的控制4.2.1 闭锁与滑差控制系统的液压原理实现闭锁与滑差控制的动力源是液压控制系统所提供的系统压力，根据闭锁与滑差控制系统的工作原理和
16、要求。在何时采取液力传动、滑差控制的半刚性传动还是闭锁控制的刚性传动，完全由各电磁阀综合控制的系统油压 P1 和P2 的压差（P1-P2）来决定。4.2.2 闭锁与滑差电控系统根据动态三参数控制理论，在保证 TC+AMT 自动变速器的换挡品质的前提下，根据在线所采集的数据，监控车辆的行驶状态，按照特定控制程序和规定的换挡规律实现闭锁与滑差的精确控制。有了良好的带有闭锁与滑差控制的TC+AMT 自动变速器硬件，先进的控制技术来怎是确保它的优越性能实现的根本保证。总之，开展液力变矩器的研究是提高自动变速器技术的重要环节。结论发动机启动后，曲轴带动泵轮旋转，因旋转产生的离心力使泵轮叶片间的工作液沿叶
17、片从内缘向外缘甩出，这部分工作液既具有随泵轮一起转动的圆周方向的分速度，又有冲向涡轮的轴向分速度，其功能是将发动机的动能转变为工作液动能；工作液冲击涡轮叶片，推动涡轮与泵轮同方向转动，将动力传至机械式变速器的输入轴，完成工作液动能向机械能的转变；导轮带有单向离合器，对工作液流动起导向作用，同时对涡轮具有增扭作用。此外，在液力变矩器涡轮前端设置有锁止离合器，锁止离合器在液压自动操纵系统的控制下，能在适当的时机进行锁止切换，在高速工况下将泵轮与涡轮锁止在一起，实现动力直接传递，提高传动系统的传动效率；发动机转速降低时，锁止离合器分离，实现增扭。参考文献1葛安林 自动变速理论与设计机械工业出版社 2003 版2王景刚自动变速理论高等教育出版社2000 版3马文星液力传动在汽车上的应用 汽车技术 2003（2）版4过学迅 汽车自动变速器机械工业出版社出版 1999（1）版5朱经昌液力变矩器的设计与计算国防工业出版社 2000 版
