变矩器结构与工作原理--图文
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②“软连接”可以通过液体为介质，吸收传动系统的冲 击和振动，延长零部件的寿命和减少噪声
缺点：
由于液力偶合器不能改变扭矩的大小，结构复杂、成本高、 效率低，故装有此自动变速器的车在低、高速行驶时，油耗 非常大。
1.结构 由泵轮、涡轮、导轮 组成 与变矩器的区别 和偶合器相比，变矩 器在结构上多了导轮 （stator） 导轮 通过导轮座固定于变 速器壳体上
两个相互间没有刚性连接的叶轮，同 样可以进行能量的传递
发动机曲轴凸缘上装有 外壳，泵轮与外壳连接 （或焊接）在一起，随 曲轴一起转动，为液力 偶合器的主动部分。与 泵轮相对安装的涡轮， 与输出轴连接在一起， 为液力变矩器的从动部 分。
工作原理：
液压油就靠泵轮内产生的离心力而冲向涡轮，并在泵轮 与涡轮之间作循环流动，于是就将在泵轮内获得的圆周 运动的能量传给涡轮，驱动涡轮旋转而输出
Mw=Mb-Md 即变矩器输出转矩反 而比输入转矩小。 当 nw=nb ，工作液 在循环圆中的流动停止， 将不能传递动力。
a．当nw=0时，nb>>nw，油液速度流向导轮的正面， Md>0，Mw=Mb+Md，可见Mw>Mb，起变矩作用。 b．当nw>0时，接近0.85nb转速时，油液速度与导轮 叶片相切，Md=0，Mw=Mb，为耦合器(液力联轴器)。 此转速称为“耦合工作点”。 c．当nw≈nb时，油液速度流向导轮的背面，Md 为 负值，导轮欲随泵轮同向旋转，导轮对油液的反作 用力冲向泵轮正面，故Mw=Mb-Md。 d. 当nw=nb时，循环圆内的液体停止流动，停止扭 矩的传递。故nw的增大是有限度的，它与nb的比值 不可能达到1，一般小于0.9。
汽车在变工况下行驶时（如起步、经常加减速），锁止离
合器分离，相当于普通液力变矩器；当汽车在稳定工况下
(达到耦合工况)行驶时，锁止离合器接合，动力不经液力
传动，直接通过机械传动传递，变矩器效率为1。
变矩器锁止离合器的主要功能是：
➢ 在汽车低速时，利用变矩器低速扭矩增大 的特性，提高汽车起步和坏路的加速性；
1.泵轮：泵轮与变矩器壳体连成一体，其内部径 向装有许多扭曲的叶片，叶片内缘则装有让变速 器油液平滑流过的导环。变矩器壳体与曲轴后端 的飞轮相连接。
2.涡轮：涡轮上也装有许多叶片。但涡轮叶片的扭 曲方向与泵轮叶片的扭曲方向相反。涡轮中心有 花键孔与变速器输入轴相连。泵轮叶片与涡轮叶 片相对安装，中间有3～4 mm的间隙。
➢ 传递转矩：发动机的转矩通过液力变矩器的主动 元件，再通过ATF传给液力变矩器的从动元件， 最后传给变速器。
➢ 无级变速：根据工况的不同，液力变矩器可以 在一定范围内实现转速和转矩的无级变化。
➢ 自动离合：液力变矩器由于采用ATF传递动力， 当踩下制动踏板时，发动机也不会熄火，此时相 当于离合器分离；当抬起制动踏板时，汽车可以 起步，此时相当于离合器接合。
组成： 泵轮、涡轮、导轮。
不同之处： 导轮通过单向离合器（oneway overrunning clutch） 固定于变速器壳体上
只允许导轮单方向旋转
常见形式： （1）滚柱斜槽式（液力变矩器常用） （2）楔块式（行星齿轮变速器常用）
楔块式
滚柱斜槽式
（1）滚柱斜槽式单向离合器
（2）楔块式单向离合器
轮内的工作油在离心力的作用下，由泵轮叶片外缘冲向涡 轮，并沿涡轮叶片流向导轮，再经导轮叶片流回泵轮叶片 内缘，形成循环的工作油。 在液体循环流动过程中，导轮给涡轮一个反作用力矩，从 而使涡轮输出力矩不同于泵轮输入力矩，具有“变矩”功 能。 导轮的作用：改变涡轮的输出力矩。
涡轮
导轮
泵轮
涡流、环流、循环圆
3.导轮：导轮位于泵轮与涡轮之间，通过单向离合器安装 在与自动变速器壳体连接的导管轴上。它也是由许多扭曲 叶片组成的，通常由铝合金浇铸而成，其目的是为了变矩 器在某些工况下具有增大扭矩的功能。
导轮结构
各工作轮用铝合金精密制造，或用钢板冲压焊接而成； 泵轮：与液力变矩器壳连成一体，用螺栓固定在发动机曲
汽车起步后开始加速 （起步后的中间状态）
涡轮转速nw从零逐渐增加。速 度vb的增加，冲向导轮叶片的 液流的绝对速度vc将随着逐渐 向上倾斜，使导轮上所受转矩 值逐渐减小。
当涡轮和泵轮转速之比达 到0．8－0．85左右时：
Md=0， Mb=Mw
汽车高速运行
若涡轮转速nw继续增大， 液流绝对速度vc的方向冲 击导轮的背面，导轮转矩 方向与泵轮转矩方向相反
锁止离合器摩擦片、减震弹簧
减振盘：它与涡轮连接在一起，减振盘上装有减振弹簧，在离合器接合 时，可防止产生扭转振动。
锁止离合器压盘：通过凸起卡在减振盘上，可在油压的作用下轴向移 动。
离合器壳：它与泵轮连接在一起，前盖上粘有一层摩擦材料，以增加 离合器接合时的摩擦力。
工作原理
工作原理
工作原理 当锁止离合器处于分离状态时，仍具有变矩和偶合两种工 作情况； 当锁止离合器处于接合状态时，此时发动机功率经输入轴、 液力变矩器壳体和锁止离合器直接传至涡轮输出轴，液力 变矩器不起作用，这种工况称为锁止工况。 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。
➢ 在高速时，变矩器锁止离合器作用，使液 力偶合（“软连接”）让位于直接的机械传 动（“硬连接”），提高传动效率，降低燃 油消耗。
（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”。
式中: np—泵轮转速； nt—涡轮转速； i—液力偶合器的传动比，即输出轴
转速与输入轴转之比
液力耦合器优缺点：
耦合器只能传递扭矩，但“软连接”给汽车带来多方面 的好处：
①在没有附加其他机械操纵装置的情况下，能够通过它 平稳地切断和接通发动机和驱动轮之间的动力传递，能 够很好地适应汽车平稳起步的要求。
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。
（3）油液流动（螺旋形路线）
耦合器传动特点：
如果不计液力损失，传给泵轮的输入转矩与 涡轮上的输出转矩相等
液力偶合器的传动效率为涡轮轴上的输出功率Pt 与泵轮上的输入功率Pp之比用η表示。
η＝Pt/Pp＝Ｍt·nt /（Ｍp·np） 因：Ｍp＝Ｍt 故：η＝nt / np=i
液力变矩器特性：
液力变矩器特性--变矩器在 泵轮转速nb和转矩Mb不变的 条件下，涡轮转矩Mw随其转 速nw变化的规律。 液力变矩器传动比i--输出转 速与输入转速之比，即 i=nw/nb≤1。0.8-0.9最佳。
液力变矩器变矩系数--输
出转矩Mw与转入转矩Mb)之 比，用K表示，即K=Mw/Mb。
➢ 驱动油泵：ATF在工作的时候需要油泵提供一 定的压力，而油泵一般是由液力变矩器壳体驱动 的。
涡流: 从泵轮→涡轮→导轮→泵轮的液体 流动
环流: 液体绕轴线旋转的流动
变矩器不仅能传递转矩，而且能在泵轮转矩不变的情 况下，随着涡轮的转速(反映着汽车行驶速度)不同而 改变涡轮输出的转矩数值
增矩过程： MW=Mb+Md
2.工作原理
受力分析
受力分析
3.输出转矩——随着涡轮转速的变化而变化。 a.涡轮转速低时（nw=0），nB>nw，液体流向导轮正面，涡轮
转矩大于泵轮转矩，MD>0，MW=MB+MD， b.随着涡轮转速的升高（nw>0），接近0.85nB时，涡轮出口
处工作油流向与导轮叶片相切，涡轮转矩等于泵轮转矩， MD=0，Mw=MB（耦合点） c.涡轮转速继续升高，涡轮出口处工作油冲击导轮叶片背面， 此时涡轮转矩小于泵轮输入转矩，MD<0，Mw=MB-MD d.当涡轮转速与泵轮转速（ nB=nw ）时，不再传递扭矩， Mw=0
变矩器扭矩的增 大值并不是一个 恒定的值，扭矩 增大值与汽车的 速度有关
汽车起步工况
汽车起步前:
nw=0,nb>0,nw<<nb
(导轮固定)
则 Va（涡流）>Vb
（环流）
Mw=Md+Mb
涡轮转矩Mw大于
泵轮的转矩Mb，即液
力变矩器起了增大转
矩的作用
当汽车处于起步状态，变矩器具有最大 的扭矩增大值，通常可达1．8－2．5倍
轴后端的凸缘或飞轮上，壳体做成两半，装配后焊成一体 (有的用螺栓连接)； 使发动机机械能 液体能量 涡轮：通过从动轴与变速器的其他部件相连； 将液体能量 涡轮轴上机械能 导轮：则通过导轮座与变速器的壳体相连，所有工作轮在 装配后，形成断面为循环圆的环状体。 通过改变工作油的方向而起变矩作用
2.工作原理 发动机运转时带动液力变矩器的壳体和泵轮一同旋转，泵
缺点：
由于液力偶合器不能改变扭矩的大小，结构复杂、成本高、 效率低，故装有此自动变速器的车在低、高速行驶时，油耗 非常大。
1.结构 由泵轮、涡轮、导轮 组成 与变矩器的区别 和偶合器相比，变矩 器在结构上多了导轮 （stator） 导轮 通过导轮座固定于变 速器壳体上
两个相互间没有刚性连接的叶轮，同 样可以进行能量的传递
发动机曲轴凸缘上装有 外壳，泵轮与外壳连接 （或焊接）在一起，随 曲轴一起转动，为液力 偶合器的主动部分。与 泵轮相对安装的涡轮， 与输出轴连接在一起， 为液力变矩器的从动部 分。
工作原理：
液压油就靠泵轮内产生的离心力而冲向涡轮，并在泵轮 与涡轮之间作循环流动，于是就将在泵轮内获得的圆周 运动的能量传给涡轮，驱动涡轮旋转而输出
Mw=Mb-Md 即变矩器输出转矩反 而比输入转矩小。 当 nw=nb ，工作液 在循环圆中的流动停止， 将不能传递动力。
a．当nw=0时，nb>>nw，油液速度流向导轮的正面， Md>0，Mw=Mb+Md，可见Mw>Mb，起变矩作用。 b．当nw>0时，接近0.85nb转速时，油液速度与导轮 叶片相切，Md=0，Mw=Mb，为耦合器(液力联轴器)。 此转速称为“耦合工作点”。 c．当nw≈nb时，油液速度流向导轮的背面，Md 为 负值，导轮欲随泵轮同向旋转，导轮对油液的反作 用力冲向泵轮正面，故Mw=Mb-Md。 d. 当nw=nb时，循环圆内的液体停止流动，停止扭 矩的传递。故nw的增大是有限度的，它与nb的比值 不可能达到1，一般小于0.9。
汽车在变工况下行驶时（如起步、经常加减速），锁止离
合器分离，相当于普通液力变矩器；当汽车在稳定工况下
(达到耦合工况)行驶时，锁止离合器接合，动力不经液力
传动，直接通过机械传动传递，变矩器效率为1。
变矩器锁止离合器的主要功能是：
➢ 在汽车低速时，利用变矩器低速扭矩增大 的特性，提高汽车起步和坏路的加速性；
1.泵轮：泵轮与变矩器壳体连成一体，其内部径 向装有许多扭曲的叶片，叶片内缘则装有让变速 器油液平滑流过的导环。变矩器壳体与曲轴后端 的飞轮相连接。
2.涡轮：涡轮上也装有许多叶片。但涡轮叶片的扭 曲方向与泵轮叶片的扭曲方向相反。涡轮中心有 花键孔与变速器输入轴相连。泵轮叶片与涡轮叶 片相对安装，中间有3～4 mm的间隙。
➢ 传递转矩：发动机的转矩通过液力变矩器的主动 元件，再通过ATF传给液力变矩器的从动元件， 最后传给变速器。
➢ 无级变速：根据工况的不同，液力变矩器可以 在一定范围内实现转速和转矩的无级变化。
➢ 自动离合：液力变矩器由于采用ATF传递动力， 当踩下制动踏板时，发动机也不会熄火，此时相 当于离合器分离；当抬起制动踏板时，汽车可以 起步，此时相当于离合器接合。
组成： 泵轮、涡轮、导轮。
不同之处： 导轮通过单向离合器（oneway overrunning clutch） 固定于变速器壳体上
只允许导轮单方向旋转
常见形式： （1）滚柱斜槽式（液力变矩器常用） （2）楔块式（行星齿轮变速器常用）
楔块式
滚柱斜槽式
（1）滚柱斜槽式单向离合器
（2）楔块式单向离合器
轮内的工作油在离心力的作用下，由泵轮叶片外缘冲向涡 轮，并沿涡轮叶片流向导轮，再经导轮叶片流回泵轮叶片 内缘，形成循环的工作油。 在液体循环流动过程中，导轮给涡轮一个反作用力矩，从 而使涡轮输出力矩不同于泵轮输入力矩，具有“变矩”功 能。 导轮的作用：改变涡轮的输出力矩。
涡轮
导轮
泵轮
涡流、环流、循环圆
3.导轮：导轮位于泵轮与涡轮之间，通过单向离合器安装 在与自动变速器壳体连接的导管轴上。它也是由许多扭曲 叶片组成的，通常由铝合金浇铸而成，其目的是为了变矩 器在某些工况下具有增大扭矩的功能。
导轮结构
各工作轮用铝合金精密制造，或用钢板冲压焊接而成； 泵轮：与液力变矩器壳连成一体，用螺栓固定在发动机曲
汽车起步后开始加速 （起步后的中间状态）
涡轮转速nw从零逐渐增加。速 度vb的增加，冲向导轮叶片的 液流的绝对速度vc将随着逐渐 向上倾斜，使导轮上所受转矩 值逐渐减小。
当涡轮和泵轮转速之比达 到0．8－0．85左右时：
Md=0， Mb=Mw
汽车高速运行
若涡轮转速nw继续增大， 液流绝对速度vc的方向冲 击导轮的背面，导轮转矩 方向与泵轮转矩方向相反
锁止离合器摩擦片、减震弹簧
减振盘：它与涡轮连接在一起，减振盘上装有减振弹簧，在离合器接合 时，可防止产生扭转振动。
锁止离合器压盘：通过凸起卡在减振盘上，可在油压的作用下轴向移 动。
离合器壳：它与泵轮连接在一起，前盖上粘有一层摩擦材料，以增加 离合器接合时的摩擦力。
工作原理
工作原理
工作原理 当锁止离合器处于分离状态时，仍具有变矩和偶合两种工 作情况； 当锁止离合器处于接合状态时，此时发动机功率经输入轴、 液力变矩器壳体和锁止离合器直接传至涡轮输出轴，液力 变矩器不起作用，这种工况称为锁止工况。 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。
➢ 在高速时，变矩器锁止离合器作用，使液 力偶合（“软连接”）让位于直接的机械传 动（“硬连接”），提高传动效率，降低燃 油消耗。
（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”。
式中: np—泵轮转速； nt—涡轮转速； i—液力偶合器的传动比，即输出轴
转速与输入轴转之比
液力耦合器优缺点：
耦合器只能传递扭矩，但“软连接”给汽车带来多方面 的好处：
①在没有附加其他机械操纵装置的情况下，能够通过它 平稳地切断和接通发动机和驱动轮之间的动力传递，能 够很好地适应汽车平稳起步的要求。
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。
（3）油液流动（螺旋形路线）
耦合器传动特点：
如果不计液力损失，传给泵轮的输入转矩与 涡轮上的输出转矩相等
液力偶合器的传动效率为涡轮轴上的输出功率Pt 与泵轮上的输入功率Pp之比用η表示。
η＝Pt/Pp＝Ｍt·nt /（Ｍp·np） 因：Ｍp＝Ｍt 故：η＝nt / np=i
液力变矩器特性：
液力变矩器特性--变矩器在 泵轮转速nb和转矩Mb不变的 条件下，涡轮转矩Mw随其转 速nw变化的规律。 液力变矩器传动比i--输出转 速与输入转速之比，即 i=nw/nb≤1。0.8-0.9最佳。
液力变矩器变矩系数--输
出转矩Mw与转入转矩Mb)之 比，用K表示，即K=Mw/Mb。
➢ 驱动油泵：ATF在工作的时候需要油泵提供一 定的压力，而油泵一般是由液力变矩器壳体驱动 的。
涡流: 从泵轮→涡轮→导轮→泵轮的液体 流动
环流: 液体绕轴线旋转的流动
变矩器不仅能传递转矩，而且能在泵轮转矩不变的情 况下，随着涡轮的转速(反映着汽车行驶速度)不同而 改变涡轮输出的转矩数值
增矩过程： MW=Mb+Md
2.工作原理
受力分析
受力分析
3.输出转矩——随着涡轮转速的变化而变化。 a.涡轮转速低时（nw=0），nB>nw，液体流向导轮正面，涡轮
转矩大于泵轮转矩，MD>0，MW=MB+MD， b.随着涡轮转速的升高（nw>0），接近0.85nB时，涡轮出口
处工作油流向与导轮叶片相切，涡轮转矩等于泵轮转矩， MD=0，Mw=MB（耦合点） c.涡轮转速继续升高，涡轮出口处工作油冲击导轮叶片背面， 此时涡轮转矩小于泵轮输入转矩，MD<0，Mw=MB-MD d.当涡轮转速与泵轮转速（ nB=nw ）时，不再传递扭矩， Mw=0
变矩器扭矩的增 大值并不是一个 恒定的值，扭矩 增大值与汽车的 速度有关
汽车起步工况
汽车起步前:
nw=0,nb>0,nw<<nb
(导轮固定)
则 Va（涡流）>Vb
（环流）
Mw=Md+Mb
涡轮转矩Mw大于
泵轮的转矩Mb，即液
力变矩器起了增大转
矩的作用
当汽车处于起步状态，变矩器具有最大 的扭矩增大值，通常可达1．8－2．5倍
轴后端的凸缘或飞轮上，壳体做成两半，装配后焊成一体 (有的用螺栓连接)； 使发动机机械能 液体能量 涡轮：通过从动轴与变速器的其他部件相连； 将液体能量 涡轮轴上机械能 导轮：则通过导轮座与变速器的壳体相连，所有工作轮在 装配后，形成断面为循环圆的环状体。 通过改变工作油的方向而起变矩作用
2.工作原理 发动机运转时带动液力变矩器的壳体和泵轮一同旋转，泵