汽车自动变速器的结构原理与故障诊断(论文)

技师专业论文

工种：汽车修理工

题目：汽车自动变速器的结构原理与故障诊断

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液力变矩器是一种能随汽车行驶阻力的不同而自动改变输出扭矩的无级变速器；行星齿轮辅助变速器由超速档行星齿轮机构和辛普森复合行星齿轮两部分组成；液压控制系统；电子控制系统；执行元件。

关键词：液力变矩器超速档行星齿轮机构辛普森复合行星齿轮执行元件

第一章汽车自动变速器工作原理的简要分析

众所周知，由于车用发动机的扭矩和转速变化范围较小，而复杂的使用条件又要求汽车的车轮驱动力和车速能在相当大的范围内变化，所以，需在汽车的动力传动系统中设置变速器。

汽车变速器一般有两种形式，一种是普通的手动变速器，汽车驾驶员根据需要进行换挡操作，每次换挡操作都须操纵离合器。这对汽车驾驶员来说，无论在精神上，还是体力上，都是一个很大的负担；同时，对交通安全也是一个不利因素。另一种是自动变速器，它可根据车辆的行驶速度和驾驶员踩下加速踏板的程度，自动实现换挡而不需要离合器。

汽车自动变速器种类繁多，但是，其基本工作原理大致相同，基本结构差异也不大。

现以我校汽车新技术车间的A340E型自动变速器为例来说明其结构原理：A340E型自动

变速器，是一4 挡电子控制自动变速器，主要由带锁止离合器的液力变矩器、超速挡行星齿轮机构、辛普森复合行星齿轮机构、液压控制系统和电子控制系统等组成。各部分的作用原理分述如下：

液力变矩器：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。根据液力变矩器的工作特性可知，随着涡轮与泵轮之间的转速差增大或减小，液力变矩器所产生的增扭作用亦加强或削弱。例如，当汽车起步，上坡或遇到较大行驶阻力时，若发动机转速和负荷不变的话汽车行驶速度（也即液力变矩器的涡轮转速）将下降，造成泵轮与涡轮之间的转速差增大，转速比减小，液力变矩器因之产生较大的扭矩增大作用，结果使汽车的驱动轮获得较大的驱动力矩，保证汽车能克服阻力，继续行驶。反之当汽车所遇到的行驶阻力突然变小时，若发动机转速和负荷不变，则车速升高，使泵轮与涡轮之

间的转速差减小，转速比增大，因而液力变矩器的输出扭矩减小。正因如此，液力变矩

器才是一种能随汽车行驶阻力的不同而自动改变输出扭矩的无级变速器。锁止离合器的作用是在D工况直接挡（三挡），或D工况超速挡下将涡轮与泵轮锁止在一起，实现发

动机和变速器直接的机械连接，使液力变矩器的传动效率可达100%

行星齿轮辅助变速器：因液力变矩器虽然可以在一定的范围内自动而且无级地改变

扭矩比和转速比，但最高扭矩比仅为 1.70~2.50左右，而且还存在着变矩能力与传动效

率之间的矛盾，所以，难以满足汽车的使用要求；同时，再考虑到汽车倒退行驶的需要,

因而在自动变速器中，增设一行星齿轮变速器。为研究A340E型自动变速器各挡的动力

1-变速器壳体；2-超速行星架；3-前行星架；4-后行星架；5-输出轴；6-后齿圈； 7-共用中心轮；8-前齿圈；9-输入轴；10-超速齿圈；11-超速中心轮；12-超速输入轴； C 0-超速离合器；G-前进挡离合器；C 2-直接挡离合器；B 0-超速制动器；B 1-二挡滑行制动 器；B-二挡制动器；B 3-倒挡制动器；F 0-超速单向离合器；F 1- 一挡单向离合器；F 2-二挡 单向离合器。

图一 A340E 型自动变速器行星齿轮辅助变速器的传动原理图

由图一可知，A340E 型自动变速器的行星齿轮辅助变速器是由两部分串联而成的, 前一部分为一简单行星齿轮机构，用于超速挡，即四挡；后面一部分为一辛普森复合行 星齿轮机构，是一典型的3挡变速器。超速挡单排行星齿轮机构（图一左边）的结构: 由图一可知超速输入轴12与超速行星架2相连，超速离合器C 0连接的则是超速中心轮

传递情况。为此先给出其行星齿轮辅助变速器的传动原理图 （图一如

下）

11和超速行星架2,超速制动器B o也是多片式结构，位于变速器壳体1与超速中心轮

11之间，作用是必要时夹持固定住后者。超速单向离合器F o与C0并联，可防止超速中

心轮11逆时针旋转。最终，超速挡行星齿轮机构通过超速齿圈10与后面辛普森复合行

星齿轮机构的输入轴9 连接在一起。而对于后面的辛普森复合行星齿轮机构来说，其前后两排行星齿轮机构共用一个中心轮7，输出轴5 与前行星架3 和后齿圈6 相连，前进挡离合器C连接的是输入轴9和前齿圈8,而直接挡离合器C2则将输入轴9和共用中心轮7连接在一起。在各制动器中，二挡滑行制动器B i为一带式制动器，位于变速器壳体1与共用中心轮7之间，用于夹持固定共用中心轮7。二挡制动器E2和倒挡制动器B3都

是多片式制动器，在外观上它们与多片式离合器相似，但功能却不同。B2 位于变速器壳体1与二挡单向离合器F2之间，通过与F2的联合作用，防止共用中心轮7发生逆时针方向的转动；而B3则位于壳体1与后行星架4之间，工作时可夹持固定后行星架4，使其

无法转动，单向离合器F i与倒挡制动器B3并联安装，作用是防止后行架4的逆时针转动, 而单向离合器F2则与二挡制动器&串联安装于变速器壳体1与共用中心轮7之间，其功能在于当二挡制动器B2起作用时，防止共用中心轮7逆时针转动。大家知道，无论何时, 只要行星齿轮机构中有一个齿轮被驱动，就会影响到其他所有的齿轮。在动力传递的过程中，一旦夹持固定住第二个部件而驱动第一个部件，则必将带动第三个部件。而且，在行星齿轮机构中，每一个部件都可起以上三种作用中的任一种，即既可作为输入件，又可作为输出件，还可作固定件。而输入、输出与固定件之间的不同组合搭配，将使机构的传动比发生一系列变化，同时，也会改变输出运动的方向。而行星齿轮辅助变速器正是利用了这一原理进行变速的。下面以倒挡工况来说明其传递路线：倒挡时，参与工作的执行机构元件有：C0、C2、

B3、F o。这时如图一所示，发动机输出的动力经液力变矩器，借助于超速输入轴12传至超速行星架2,若超速行星架2顺时针旋转，则因C0和

F o的缘故，超速中心轮11也顺时针转动，由于在超速行星齿轮机构中有两个输入件,

所以该机构即作为一整体顺时针转动，将动力直接传至后面辛普森复合行星齿轮机构的输入轴9。由于C2的工作，动力被传至共用中心轮7,若其顺时针旋转，则此刻的前行

星排因无固定件而处于空转状态，考虑到后行星排中的行星架4因被B固定，所以后排

5 与后齿圈

6 行星轮只能原地自转，同时带动后齿圈随其一道逆时针转动。由于输出轴相连，所以

虽然输入轴的转向是顺时针方向，但输出轴却逆时针转动，从而形成倒挡。