单向离合器在自动变速器中的作用分析

单向离合器在自动变速器中的作用分析
薛矫智
(广东机电职业技术学院,广东广州510515)
摘要:自动变速器在自动变换挡位时,动力传递不会中断,车速和发动机转速也不会立刻发生变化,所以换挡造成传动比突变时,必然会引起动力传动系统冲击,即换挡冲击。

单向离合器在
自动变速器中的作用是消除换挡时的降挡冲击,在消除换挡冲击的各种方法中,单向离合器是消
除降挡冲击的最有效措施。

关键词:汽车;自动变速器;单向离合器;换挡冲击
中图分类号:U463.211文献标识码:A文章编号:1671-2668(2004)01-0010-02
自动变速器的原理比手动变速器的原理难理解,许多从事汽车自动变速器维修及相关工作的人对其中某些机构(如单向离合器)的理解也不全面。

许多专业书都没有对单向离合器的作用进行深入分析,只提到了单向离合器的结构,针对这种情况,在此对单向离合器及其相关问题作一综合分析。

1行星齿轮机构的变速原理
大多数自动变速器采用行星齿轮机构作为变速机构,行星齿轮机构通常有2或3个自由度,不能形成确定的输入输出关系,必须把多余的自由度消除后才有确定的传动比。

自动变速器消除行星齿轮机构中多余自由度的方法有二种,一是使行星齿轮机构中的某运动元件的转速为零,即固定;二是使行星齿轮机构中的某2个运动元件转速相同,即使这2个运动元件固结在一起。

由于在行星齿轮机构中消除多余的自由度时可针对不同的运动元件,故能形成不同的传动比,即形成不同的挡位,这就是行星齿轮机构的工作原理。

自动变速器在变换挡位时不会中断动力传递,在换挡过程中车速、发动机转速不会发生改变,而传动比在换挡过程中发生了改变,这必然造成动力传递系统冲击,即换挡冲击。

这一点与手动变速器是不同的,手动变速器在换挡时要切断动力传递,并且人为地调节发动机转速,从而避免换挡冲击。

2消除换挡冲击的几种方法
1)液力变矩器在消除换挡冲击中起到了最重要的作用。

出现换挡冲击时,泵轮与涡轮间的转速差会发生改变,从而使换挡冲击大大下降,这是液力变矩器最重要的作用。

2)使用离合器或制动器限制运动元件的运动状态。

在换挡时,控制工作油缸的油压变化规律,使摩擦片有一定程度的打滑,从而使换挡过程延长,减轻换挡冲击,这是目前消除换挡冲击的主要方法之一。

如果摩擦片打滑的时间短,则换挡冲击会大一些;如果打滑的时间长,换挡冲击会小一些,但摩擦片的摩损会大一些。

3)单向离合器用于消除换挡时的降挡冲击。

这是各种消除换挡冲击方法中效果最好的一种,但是只能在降挡时起作用。

几乎所有的行星齿轮变速器都采用了这种方法。

4)升挡时,车速不能立刻变化,以车速为基准,则发动机转速显得快了。

有些电控汽车在升挡时推迟点火提前角,因热效率下降引起发动机转速下降,以迎合换挡的需要。

这样也可以降低换挡冲击,对消除升挡冲击有一定的作用。

3单向离合器用于消除降挡时的换挡冲击
3.1单向离合器的结构
自动变速器中最常见的单向离合器采用楔块式结构,由于这种离合器比滚柱式单向离合器传递的动力要大,所以使用较多。

单向离合器的原理是利用楔块或滚柱,在单向离合器的内外圈之间产生楔紧作用,使内外圈结合在一起。

由于楔紧作用有方向性,所以在内外圈产生相对运动的两个方向上,一个有结合作用,而另一个没有结合作用,可以自由转动。

3.2自动变速器中齿轮变速器的受力分析
行星齿轮变速器的输入转速方向不会发生变化,因此,行星齿轮机构中某个元件固定或某2个元
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公路与汽运
H ighw ays&A utomotive App lications第1期
2004年2月
件结合在一起时所受到的力有确定的方向,不会出现受力方向不确定的状况。

只有当动力反向输入,输出轴带动输入轴转动时,受力方向才发生改变,这种情况仅发生于汽车驱动发动机转动时。

也就是说,实现行星齿轮变速器中的某个传动比时,如果需要限制某个元件的运动状态,可采取以下方法:¹使用制动器固定某元件使其转速为零;º使用离合器使某2个元件结合在一起而具有相同的转速;»使用单向离合器单向固定某元件使其转速为零;¼使用单向离合器使某2个元件单向结合而具有相同的转速。

3.3 使用单向离合器消除降挡冲击
当使用单向离合器限制行星齿轮机构中某个元件的运动状态以实现某个传动比时,单向离合器就起到了单向固定或单向结合的作用。

为了实现同样的传动比,使用制动器及离合器也完全可以,但是使用单向离合器可以消除降挡冲击。

其原理:如果自动变速器降挡,那么在降挡过程中,车速和发动机转速不发生改变,但传动比会发生改变。

在降挡后的传动比条件下,以车速为基准,则显得发动机转速慢了;以发动机转速为基准,则显得车速快了。

在降挡后的挡位的传动路线上,要使用单向离合器固定某个元件或使某2个元件结合在一起,但这种作用是单向的。

降挡过程中,由于发动机的转速不变,则车速显得快了,此时变速器的输出轴由被动件变为主动件并反向输入动力,单向离合器形成分离状态,此时的行星齿轮机构由于单向离合器没有结合而出现多余的自由度,所以无法形成确定的输入输出关系,造成事实上的动力传递中断。

动力传递中断后,发动机负荷下降,使发动机转速上升,当转速上升到在降挡后的传动比条件下车速所要求的发动机转速时,单向离合器才结合,恢复动力传递。

在降挡过程中,若车速与发动机转速在降挡后的传动比基础上不匹配,则单向离合器不结合,动力传递中断;若匹配,则单向离合器结合,恢复动力传递,从而不会产生冲击现象,也就消除了降挡冲击。

4 与单向离合器有关联的结构形式
单向离合器的作用是消除降挡冲击,所以在每
一个要降到的挡位的动力传递路线上都要有单向离合器,不过由于布置单向离合器会增加自动变速器的结构尺寸,有些车并不是在每个要降到的挡位上
都布置单向离合器,而是有选择性地布置。

单向离合器的结合与分离只与运动状态有关,所以在某一个挡位上起作用的单向离合器,在其他挡位有可能影响到相关元件的工作,此时要消除单向离合器的影响。

通常采用制动器或离合器与单向离合器串联布置,使单向离合器可以投入工作或无法投入工作。

在自动变速器的前进功能状态下,如果在每一个前进功能所能实现的最高挡位的动力传递路线上布置单向离合器,则必须使其不起作用,而由制动器离合器完成其功能,以便产生发动机的制动功能。

若单向离合器可以起作用,就会出现汽车滑行的现象,此时无法利用发动机制动,这是不安全的。

5 消除降挡冲击的实例
在有三组行星齿轮的4挡变速器中,其中一组行星齿轮机构为超速行星齿轮机构(其原理见图1),可以实现2个传动比,一个是超速,一个是直接输出,与另外二组行星齿轮串联,以实现各个挡位。

图1 超速行星齿轮机构示意图
超速行星齿轮机构的特性:¹行星架为输入件,齿圈为输出件;º中心轮固定不转时,输出为超速,传动比小于1,形成4挡传动路线的一部分;»中心轮与行星架结合时,为直接输出,传动比是1,形成3挡及其他挡位传动路线的一部分。

由4挡降为3挡时,中心轮制动器松开,车速和发动机转速不变,也就是齿圈和行星架的转速不变,齿圈和行星架均顺时针转动,齿圈转速大于行星架转速。

由于中心轮制动器松开,机构中增加了一个自由度,机构变得不再具有确定的输入输出关系,因而动力传递中断,并引起发动机转速上升,导致行星架转速上升,此时,中心轮也开始顺时针转动。

行星架转速上升到齿圈转速时,中心轮也上升到同样的转速,这时中心轮与行星架之间的单向离合器起作用,中心轮与行星架结合,恢复动力传递,从而完成由4挡到3挡的换挡过程。

此过程中由于单向离合器恰当地起作用,所以没有降挡冲击。

单向离合器
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总第100期 H ighw ays &A utomotive App lications
汽车大梁(车架)断裂原因及修理措施探析
包银祥
(山东胜利石油管理局,山东东营257000)
摘要:汽车大梁(车架)断裂现象在汽车使用中比较常见,文中分析了造成大梁断裂的原因,介绍了大梁断裂后的修理工艺,并说明了保证大梁焊接质量的措施。

关键词:汽车;大梁;车架;断裂;修理
中图分类号:U463.32文献标识码:B文章编号:1671-2668(2004)01-0012-03
随着公路运输的不断发展和人们生活节奏的加快,汽车超载运输现象随处可见,加之一些地方公路条件较差,汽车大梁断裂损坏事故时有发生。

快捷、高效、保质保量地修理好断裂的大梁,有利于降低企业的生产成本,提高经济效益。

是什么原因造成大梁断裂、采取何种有效的修理修复措施来提高和保证焊修质量是本文所要研究和探讨的问题。

1大梁断裂原因分析
汽车在行驶过程中,大梁的受力情况十分复杂。

它不但承受自重和载重量的静载荷,同时承受着汽车运动中的动载荷。

在平坦的道路上行驶时,大梁纵梁主要承受弯曲应力;在运行条件较差的路面上行驶时,车架上除产生动弯曲应力外,由于载荷重心偏移,车架及固定在车架上的部件产生扭转变形,横梁及固定在车架上的总成件则阻碍这种变形,使车架产生扭转应力。

装载偏前、偏后或超载,以及紧急制动时,都会使车架受力集中于某一局部,从而造成车架早期疲劳断裂。

从大梁裂纹和断裂现象分析,大梁断裂主要有动载断裂和疲劳断裂二种情况。

1.1动载断裂
汽车在行驶中要承受在方向上和数值上变化都很大的交变重复载荷。

当载荷大小超过材料的屈服极限时,就容易造成材料损坏。

这种损坏主要是由于超载和运行条件较差所造成的动载断裂。

根据解放CA141型汽车大梁静弯曲应力试验,装载偏前时,/波纹0区(纵梁宽度改变部位)的弯曲应力高达264.78MPa,而该车型大梁纵梁所用材料16锰钢的屈服极限约为353M Pa。

一般车辆行驶中的动载荷弯曲应力是静载荷弯曲应力的3~4倍。

当动载
的作用是允许行星架比中心轮转得快,而不允许中心轮转得比行星架快,当中心轮达到行星架转速时,单向离合器就把二者结合在一起。

此外,在3挡升到4挡时,中心轮要被固定,单向离合器可以防止动力传递中断,因动力传递中断会引起发动机转速上升,造成更大的升挡冲击,所以直到中心轮被固定,中心轮转速开始下降时,单向离合器才会分离。

超速行星齿轮机构中的中心轮与行星架之间还布置有离合器,与单向离合器并列布置。

其作用是当3挡成为前进功能中的最高挡时,离合器结合,替代单向离合器,使汽车获得发动机制动的功能;另外,必要时与单向离合器共同工作,减轻单向离合器的受力,延长其使用寿命,否则该单向离合器在除4挡以外的所有挡位都要工作。

6单向离合器使用注意事项
单向离合器在使用中要注意安装方向,有些单向离合器只有一个安装方向,不会装错,也有的单向离合器正反都可以安装。

如果单向离合器装错方向,行星齿轮机构会出现内部卡死或动力输出中断的故障。

参考文献:
[1]吴植民.汽车构造(下)[M].北京:人民交通出版社,
1992.
收稿日期:2003-12-20
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