第2讲_液力变矩器结构与原理
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
液力变矩器的实物图
泵轮
涡轮
导轮
二、液力变矩器
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
汽车自动变速器理论
第2讲 液力变矩器结构与原理
复习：第1讲 汽车自动变速器概述 1.汽车的传动方式 2.汽车变速器分类 3.汽车自动变速器类型 4.汽车自动变速器特点
5.汽车自动变速器发展趋势
变速器分类
• 按传动比变化方式，变速器可分为有级式、无级式和综合式；
• 按操纵方式，变速器可分为手动变速器、自动变速器、半自
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
二、液力变矩器
锁止离合器摩擦片、减震弹簧
锁止离合器通常采用湿式、片式摩擦离合器
锁止离合器的工作原理
1）锁止离合器分离状态
当车辆低速行驶 时，油液流至锁止 离合器片的前端。 锁止离合器片前端 与后端的压力相同， 使锁止离合器分离；
2 ）锁止离合器接合状态
当车速以中速 至高速行驶时， 油液流至锁止离 合器的后端。这 样，锁止离合器 处于接合状态， 使锁止离合器片 与前盖一起转动。
冷却系统、壳体等几个部分。
第2讲 液力变矩器
发动机
车轮
思 考
液力变矩器作用？
液力变矩器安装的位置识别
自动变速驱动桥
自动变速器
主要内容
• 液力耦合器 • 液力变矩器的结构与工作原理 • 综合式液力变矩器
一、液力耦合器
1.结构
主动的泵轮
从动的涡轮
一、液力耦合器
1.结构
泵轮和涡轮统称为工作轮，相对安装且互不接触，两 轮装合后相对端面之间有3～4mm的间隙；
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”。
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。
一、液力耦合器
3.油液流动（螺旋形路线）
一、液力耦合器
• 导轮的作用：改变涡轮的输出力矩。
二、液力变矩器
涡轮
导轮
泵轮
液力变矩器
涡流、环流、循环圆
二、液力变矩器
2.工作原理
受力Байду номын сангаас析
受力分析
二、液力变矩器
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
带锁止离合器综合式液力变矩器
• 锁止离合器的主动部分：
液力变矩器泵轮壳体，与输入轴相连
• 被动部分：
可作轴向移动的压盘，通过花键套与涡轮输出 轴相连
• 压盘背面(右侧)的工作油与泵轮、涡轮中的工
作油相通，保持一定的油压(该压力称为液力变 矩器压力)；
• 压盘左侧的工作油通过液力变矩器输出轴中间
的控制油道与控制阀总成上的锁止控制阀相通， 由ECU通过锁止电磁阀来控制，锁止离合器的接 合和分离即由此专门的控制机构来控制。
• 单向离合器对导轮有单向锁定作用。
（2）楔块式单向离合器
综合式液力变矩器
• 导轮锁定时：变矩状态 • 导轮未锁定时：偶合状态
导轮作用：增加涡轮的输出力 矩
典型三元件综合液力变矩器
• 结构
典型三元件综合液力变矩器
• 工作原理
• 涡轮转速较低、与泵轮转速
差较大时，从涡轮出口处流 出的工作油冲击导轮正面， 导轮顺时针旋转，单向离合 器锁止；（变矩状态）
轮正面，此时两导轮的单向离合器锁住，导轮固定， 如同液力变矩器工况工作；
• 当涡轮转速增加到一定程度，工作油对第一导轮的
冲击力反向，第一导轮便因单向离合器松脱而与涡 轮同向旋转，此时只有第二导轮仍起变矩作用；
• 当涡轮转速继续升高到接近泵轮转速时，第二导轮
也受到工作油的反向冲击力而与涡轮及第一导轮同 向转动，于是液力变矩器全部转入偶合器工况。
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。
各工作轮用铝合金精密制造，或用钢板冲压焊接而成, 叶轮内部有许多径向叶片，叶片有一定的曲率； 它们的内腔共同构成圆形或椭圆形的环状空腔，其轴 线断面一般为圆形，此环状空腔称为循环圆，该剖面 是位于通过包含泵轮、涡轮轴所作的截面，也称轴截 面。
一、液力耦合器
2.工作原理
水泵带动水轮机
一对风扇
带锁止离合器综合式液力变矩器
带锁止离合器综合式液力变矩器
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，
（1）滚柱斜槽式单向离合器
（1）滚柱斜槽式单向离合器
• 外座圈与导轮连为一体
• 内座圈与导轮轴刚性连接（导轮轴固定不动）
• 若工作油冲击导轮叶片正面，外座圈按顺时针方向转动，
滚柱将卡死在内、外圈之间的楔形槽内，导轮锁定而固定 不动；
• 若工作油冲击导轮叶片的背面，外座圈按逆时针方向转动，
滚柱向楔形槽较宽的一端移动，使内、外圈座不能楔紧而 处于分离状态，于是外圈可以朝逆时针方向自由地转动；
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。
液力变矩器的相数
• 定义：液力变矩器可能有的工况数
单相三元件液力变矩器
两相三元件液力变矩器
三相四元件液力变矩器
一、液力耦合器
2.工作原理
传动原理：输入轴输入的动能通过泵轮传给工作油， 工作油在循环流动过程中又将动能传给涡轮输出。 输入轴传给泵轮的力矩与涡轮输出的力矩相等。
液力偶合器涡流、环流的产生
（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
前驱动自动变速器
汽车自动变速器特点
1）操作简单且省力
2）提高了行车安全和降低了劳动强度
3）提高了乘坐舒适性 4）延长了机件的使用寿命
5）提高了汽车的动力性
6）减少空气污染 7）具有良好的自适应性 8）结构复杂 9）传动效率低
液力机械式自动变速器—AT
• 不同车型的自动变速器总体来说，主要包括： • 液力变矩器、齿轮变速器、油泵、控制系统、手控连杆机构、
带锁止离合器综合式液力变矩器
• 液力变矩器靠工作油传递动力，存在能量损失，
传动效率低，尤其当nW=nB时，不再传递动力。
• 在综合式液力变矩器的基础上增加一个由工作油
操纵的锁止离合器。
• 锁止离合器功用：把液力变矩器的泵轮、涡轮刚
性连在一起，减少液力变矩器在高速比时的能量 损耗，提高传动效率，并防止油液过热。
三、综合式液力变矩器
• 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
三、综合式液力变矩器
单向离合器
单向离合器
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）
（1）滚柱斜槽式单向离合器
d.当涡轮转速与泵轮转速（ nB=nw ）时，不再传递扭矩， Mw=0
液力变矩器的扭矩曲线
液力变矩器的效率曲线
二、液力变矩器
结论：
液力变矩器不仅传递力矩，且能在泵轮力矩不变的情 况下，随着涡轮的转速不同而改变涡轮输出的力矩。
存在问题： 液力变矩器只在中等转速比范围内具有较高效率，但 汽车经常需要在高传动比情况下行驶，此时液力变矩器效 率反而下降。 解决办法： 综合式液力变矩器
• 当涡轮转速升高到一定值时，
工作油冲击导轮背面，导轮 逆时针旋转，单向离合器分 离；（耦合状态）
四元件综合式液力变矩器
三元件由变矩状态 到耦合状态效率显 著下降，为避免这 个缺点，将导轮分 割成两个，分别装 在各自的自由轮上， 组成四元件。
四元件综合式液力变矩器
• 当涡轮转速较低时，涡轮出口处工作油冲击在两导
4.总结 只有存在环流运动时才能传递动力；
只有存在转速差（nB>nw）才能存在环流运动；（转速 差越大，传递的转矩越大）
nW < nB， MW = MB ； nw=nB， MW = 0 。 η = PW/PB = nW/nB = I
只能传递扭矩，不能改变扭矩（缺点）
二、液力变矩器
动变速器和手自一体；
• 按结构形式，自动变速器可分为液力机械式AT、电控机械式
AMT、无级式CVT；
• 按照控制形式来分：液压控制式、电子控制式 • 按照汽车驱动方式来分：后驱动自动变速器、前驱动自动变
速器
• 按照前进挡的档位数来分：
• 按照齿轮变速器的类型来分：定轴齿轮式和行星齿轮式
后驱动自动变速器
通过导轮座固定于变 速器壳体上
液力变矩器的实物图
泵轮
涡轮
导轮
二、液力变矩器
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
汽车自动变速器理论
第2讲 液力变矩器结构与原理
复习：第1讲 汽车自动变速器概述 1.汽车的传动方式 2.汽车变速器分类 3.汽车自动变速器类型 4.汽车自动变速器特点
5.汽车自动变速器发展趋势
变速器分类
• 按传动比变化方式，变速器可分为有级式、无级式和综合式；
• 按操纵方式，变速器可分为手动变速器、自动变速器、半自
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
二、液力变矩器
锁止离合器摩擦片、减震弹簧
锁止离合器通常采用湿式、片式摩擦离合器
锁止离合器的工作原理
1）锁止离合器分离状态
当车辆低速行驶 时，油液流至锁止 离合器片的前端。 锁止离合器片前端 与后端的压力相同， 使锁止离合器分离；
2 ）锁止离合器接合状态
当车速以中速 至高速行驶时， 油液流至锁止离 合器的后端。这 样，锁止离合器 处于接合状态， 使锁止离合器片 与前盖一起转动。
冷却系统、壳体等几个部分。
第2讲 液力变矩器
发动机
车轮
思 考
液力变矩器作用？
液力变矩器安装的位置识别
自动变速驱动桥
自动变速器
主要内容
• 液力耦合器 • 液力变矩器的结构与工作原理 • 综合式液力变矩器
一、液力耦合器
1.结构
主动的泵轮
从动的涡轮
一、液力耦合器
1.结构
泵轮和涡轮统称为工作轮，相对安装且互不接触，两 轮装合后相对端面之间有3～4mm的间隙；
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”。
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。
一、液力耦合器
3.油液流动（螺旋形路线）
一、液力耦合器
• 导轮的作用：改变涡轮的输出力矩。
二、液力变矩器
涡轮
导轮
泵轮
液力变矩器
涡流、环流、循环圆
二、液力变矩器
2.工作原理
受力Байду номын сангаас析
受力分析
二、液力变矩器
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
带锁止离合器综合式液力变矩器
• 锁止离合器的主动部分：
液力变矩器泵轮壳体，与输入轴相连
• 被动部分：
可作轴向移动的压盘，通过花键套与涡轮输出 轴相连
• 压盘背面(右侧)的工作油与泵轮、涡轮中的工
作油相通，保持一定的油压(该压力称为液力变 矩器压力)；
• 压盘左侧的工作油通过液力变矩器输出轴中间
的控制油道与控制阀总成上的锁止控制阀相通， 由ECU通过锁止电磁阀来控制，锁止离合器的接 合和分离即由此专门的控制机构来控制。
• 单向离合器对导轮有单向锁定作用。
（2）楔块式单向离合器
综合式液力变矩器
• 导轮锁定时：变矩状态 • 导轮未锁定时：偶合状态
导轮作用：增加涡轮的输出力 矩
典型三元件综合液力变矩器
• 结构
典型三元件综合液力变矩器
• 工作原理
• 涡轮转速较低、与泵轮转速
差较大时，从涡轮出口处流 出的工作油冲击导轮正面， 导轮顺时针旋转，单向离合 器锁止；（变矩状态）
轮正面，此时两导轮的单向离合器锁住，导轮固定， 如同液力变矩器工况工作；
• 当涡轮转速增加到一定程度，工作油对第一导轮的
冲击力反向，第一导轮便因单向离合器松脱而与涡 轮同向旋转，此时只有第二导轮仍起变矩作用；
• 当涡轮转速继续升高到接近泵轮转速时，第二导轮
也受到工作油的反向冲击力而与涡轮及第一导轮同 向转动，于是液力变矩器全部转入偶合器工况。
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。
各工作轮用铝合金精密制造，或用钢板冲压焊接而成, 叶轮内部有许多径向叶片，叶片有一定的曲率； 它们的内腔共同构成圆形或椭圆形的环状空腔，其轴 线断面一般为圆形，此环状空腔称为循环圆，该剖面 是位于通过包含泵轮、涡轮轴所作的截面，也称轴截 面。
一、液力耦合器
2.工作原理
水泵带动水轮机
一对风扇
带锁止离合器综合式液力变矩器
带锁止离合器综合式液力变矩器
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，
（1）滚柱斜槽式单向离合器
（1）滚柱斜槽式单向离合器
• 外座圈与导轮连为一体
• 内座圈与导轮轴刚性连接（导轮轴固定不动）
• 若工作油冲击导轮叶片正面，外座圈按顺时针方向转动，
滚柱将卡死在内、外圈之间的楔形槽内，导轮锁定而固定 不动；
• 若工作油冲击导轮叶片的背面，外座圈按逆时针方向转动，
滚柱向楔形槽较宽的一端移动，使内、外圈座不能楔紧而 处于分离状态，于是外圈可以朝逆时针方向自由地转动；
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。
液力变矩器的相数
• 定义：液力变矩器可能有的工况数
单相三元件液力变矩器
两相三元件液力变矩器
三相四元件液力变矩器
一、液力耦合器
2.工作原理
传动原理：输入轴输入的动能通过泵轮传给工作油， 工作油在循环流动过程中又将动能传给涡轮输出。 输入轴传给泵轮的力矩与涡轮输出的力矩相等。
液力偶合器涡流、环流的产生
（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
前驱动自动变速器
汽车自动变速器特点
1）操作简单且省力
2）提高了行车安全和降低了劳动强度
3）提高了乘坐舒适性 4）延长了机件的使用寿命
5）提高了汽车的动力性
6）减少空气污染 7）具有良好的自适应性 8）结构复杂 9）传动效率低
液力机械式自动变速器—AT
• 不同车型的自动变速器总体来说，主要包括： • 液力变矩器、齿轮变速器、油泵、控制系统、手控连杆机构、
带锁止离合器综合式液力变矩器
• 液力变矩器靠工作油传递动力，存在能量损失，
传动效率低，尤其当nW=nB时，不再传递动力。
• 在综合式液力变矩器的基础上增加一个由工作油
操纵的锁止离合器。
• 锁止离合器功用：把液力变矩器的泵轮、涡轮刚
性连在一起，减少液力变矩器在高速比时的能量 损耗，提高传动效率，并防止油液过热。
三、综合式液力变矩器
• 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
三、综合式液力变矩器
单向离合器
单向离合器
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）
（1）滚柱斜槽式单向离合器
d.当涡轮转速与泵轮转速（ nB=nw ）时，不再传递扭矩， Mw=0
液力变矩器的扭矩曲线
液力变矩器的效率曲线
二、液力变矩器
结论：
液力变矩器不仅传递力矩，且能在泵轮力矩不变的情 况下，随着涡轮的转速不同而改变涡轮输出的力矩。
存在问题： 液力变矩器只在中等转速比范围内具有较高效率，但 汽车经常需要在高传动比情况下行驶，此时液力变矩器效 率反而下降。 解决办法： 综合式液力变矩器
• 当涡轮转速升高到一定值时，
工作油冲击导轮背面，导轮 逆时针旋转，单向离合器分 离；（耦合状态）
四元件综合式液力变矩器
三元件由变矩状态 到耦合状态效率显 著下降，为避免这 个缺点，将导轮分 割成两个，分别装 在各自的自由轮上， 组成四元件。
四元件综合式液力变矩器
• 当涡轮转速较低时，涡轮出口处工作油冲击在两导
4.总结 只有存在环流运动时才能传递动力；
只有存在转速差（nB>nw）才能存在环流运动；（转速 差越大，传递的转矩越大）
nW < nB， MW = MB ； nw=nB， MW = 0 。 η = PW/PB = nW/nB = I
只能传递扭矩，不能改变扭矩（缺点）
二、液力变矩器
动变速器和手自一体；
• 按结构形式，自动变速器可分为液力机械式AT、电控机械式
AMT、无级式CVT；
• 按照控制形式来分：液压控制式、电子控制式 • 按照汽车驱动方式来分：后驱动自动变速器、前驱动自动变
速器
• 按照前进挡的档位数来分：
• 按照齿轮变速器的类型来分：定轴齿轮式和行星齿轮式
后驱动自动变速器