毕业设计论文丰田A341E自动变速器的结构工作原理及维修.docx
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毕业设计论文丰田A341E自动变速器的结构工作原理及维修
摘要
自动变速器的技术性能会随着行驶里程的增加逐渐下降，这会造成汽车在的行驶性、安全性和排放性能的降低。
同时，随着变速器使用时间的增加，变速器也会更加容易发生故障。
为了减少维修成本，避免进一步的增加损害，以及变速器零件的破坏，要对自动变速器及时的检修和维护。
切忌带故障运行，产生难以修复的故障。
要是因带故障行驶，造成以更换总成为代价，更是得不偿失。
为了减少维修的盲目性，了解和掌握变速器的结构和工作原理，显得尤为重要。
本文以丰田的A341E自动变速器为例，主要讲述了它的结构、工作原理以及一些故障诊断和维修手段。
关键字：
自动变速器，工作原理，维修
Abstract
Withtheincreaseofmileage,thetechnicalperformanceofautomatictransmissionwoulddecrease. Whichmayresultinlowercardriving,safetyandemissionsperformance. Meanwhile,withtheusingtimeofthetransmissionincreases,thetransmissionwillbemorepronetofailure. Inordertoreducemaintenancecostsandavoidaddingfurtherdamage,anddamagetotransmissionparts,totimelyrepairandmaintenanceoftheautomatictransmission. Avoidrunningwithfault,resultingindifficulttorepairthedamage.Ifduetoimpaireddrivinghasresultedinthereplacementofthetotalcostofbecoming,itisworththecandle. Inordertoreducemaintenanceblindness,understandandmasterthestructureandworkingprincipleofthetransmissionisparticularlyimportant. Inthispaper,ToyotaA341Eautomatictransmission,forexample,focusesonitsstructure,workingprincipleandsometroubleshootingandmaintenancetools.
Keywords:
Automatictransmission，Workingprinciple，Repair
前言
自动变速器的运用对于汽车的发展已经成为一种趋势，近几年来装用自动变速器的轿车数量也很快增加。
相比于传统的手动变速器，自动变速器虽然结构复杂、种类较多。
但是装有自动变速器的汽车操作简便、经济、安全。
但是，由于机械技术和液压技术、电子技术的结合，使得在维修方面更具挑战性。
由于自动变速器有很好的自动调节和自我适应性，车辆在起步时更加平稳、加速时更加均匀。
在减震方面的良好表现降低了传动系的动载荷和扭振，延长了传动系的使用寿命，使乘员在乘坐时也感觉更加舒适，行驶更加安全。
在车辆行驶平均速度上也有所提高。
虽然在很多方面自动变速器相对于手动变速器有非常优秀的表现，但效率低下也是自动变速器难以忽略的问题。
所以，弄清楚自动变速的结构和工作原理，了解自动变速器各个部件的作用和工作原理成为发展自动变速汽车道路上的当务之急。
同时对其故障诊断和维修方面，也要同步跟进，以确保自动变速汽车的正常使用和发展。
自动变速器在遇到故障发生时，在维修时比较麻烦和耗费时间精力，因为其结构组成相比于传统的手动变速器而言更加紧密，也更加的复杂。
一般很少有故障发生，这得益于它的性能更加优越，结构更加合理，设计更加完善。
为了在维修时能够顺利的进行，熟悉其个部分结构和工作原理就非常的重要了。
只有反复练习，熟练维修流程才能够更好的完成维修工作，才能在变速器发生故障时从容应对。
本文将以丰田A341E自动变速器为对象，研究分析其结构和工作原理，并在故障诊断与维修方面做一定论述。
A341E自动变速器简单的工作原理是动力由发动机输出，经过变矩器传递给自动变速器，通过自动变速器的行星齿轮机构，通过驾驶员对操纵手柄的操作实现不同的齿轮啮合，达到变速的目。
故障诊断是用各种故障诊断方法，有时借用相应的仪器对自动变速器进行测试和分析，按照一定的方法和步骤对自动变速器的机械系统液压控制系统和电子控制系统进行诊断，确定故障发生的具体部位和零部件。
1自动变速器概述
1.1自动变速器的发展
汽车自动变速器的成长过程比较缓慢。
液力变矩器的成长阶段是从1939年到1950年。
在这一成长阶段中，通过行星齿轮机构完成变速，液力变矩器的液力传动部分没有使用液力耦合器。
纵然这种结构形式简单，成本也不高，但是液力传动部分只是作为联轴器使用，达不到变矩的功用。
传动转矩的变化都是依赖行星齿轮机构。
20世纪50年代，FordMotorCompany顺利的研发制造了使用液力变矩的3档自动变速器，至此液力自动变矩器用于轿车迈进了成熟期。
由于汽车的高速比、燃油经济性和噪音控制的要求逐渐严格，液力变速器的行星齿轮机构的档位数和速比围有增加的趋势。
1977年，日本丰田研发了具备4个档位的自动变速器、1977年后，又顺利研发了具有了超速档的自动变速器。
这款具有超速档的变速器，不仅在变矩比和传动部分有所提高，同时换档圆滑。
因为它采用了三元件液力变矩器和多档行星齿轮机构联合的设计理念。
在自动变速器中使用围最大的行星齿轮变速器是辛普森式（Simpson）行星齿轮变速器，是美国福特公司的一名叫辛普森的工程师发明的。
1983年，NISSAN公司成功研发了4档液力自动变速器用的行星齿轮机构，它显著的优点是组织紧密，从而为多档化的液力自动变速器打下了基础。
1989年，NISSAN汽车公司研制的具有5档的液力自动变速器成功装车使用，这两款变速器都是在原来的3档和4档液力变速器的条件上，加装一组行星变速齿轮机构而设计的。
最近这些年，随着自动变速器各部分结构性能的改进和完善，尤其是电子技术和自动控制技术与传统技术的融合，诞生了电控自动变速器，它包括电控液力机械传动的自动变速器和电控齿轮式机械传动的自动变速器。
提高了汽车的燃油经济性、动力性、安全性，同时使汽车变得更加绿色环保。
实现了变速器与发动机的最佳组合，促进了汽车产业的健康发展。
1.2自动变速器的种类
依据传动比变化方式的不一样，自动变速器能够分为两个大类：
有级式的自动变速器和无级式的自动变速器。
常用的有级式自动变速器一般可以分为液力自动变速器（AT）、电控机械式自动变速器（AMT）和双离合器式自动变速器（DCT）三大类。
丰田A341E自动变速器其实就是一款电控式液力自动变速器。
现在轿车使用的液力自动变速器一般是四速、五速或者六速，但是液力变速器的档数可以是三速到八速。
变速器的档位越多，结构也就会变得越复杂，对各项技术的要求也会越高。
电控机械式自动变速器同传统的机械变速器一样，传动效率都比较高，一般装配使用在小排量的乘用车和重型商用车上。
双离合器式自动变速器的结构组成比较复杂，制造难度相对较大，但是具有机械变速器传动效率高的优点，具有很大的发展空间。
而无级自动变速器，结构简单，体积小，工作速比围宽，容易与发动机形成理想的匹配，具有相当理想的优势，是未来变速器发展的趋势。
1.3自动变速器与手动变速器的区别
（1）变速器操纵杆不同
手动变速器的操纵杆如图1.1所示。
图1.1手动变速器操纵杆
Fig.1.1manualtransmissionlever
装有这两种变速器的汽车的操纵杆作用不同，手动变速汽车的操纵杆是用来改变档位的，档位的变化通过改变操纵杆的位置来实现的，档位与操纵杆的位置是一一对应的。
装有手动变速器的汽车具有的档位为：
一档、直接档、倒档、空档等。
而装有自动变速器的汽车的操纵杆是用来改变工作模式变化的。
装有自动变速器的汽车具有的工作模式为：
停车（P）、倒车（R）、空档（N）、自动档（D）、限定围的自动档等工作模式。
正常行驶的自动变速汽车，操纵杆放在自动档（D）上，汽车能够自动完成高档和低档的转变。
自动变速器的操纵杆如图1.2所示。
图1.2自动变速器操纵杆
Fig.1.2automatictransmissionlever
其次，从踏板数量上，装有手动变速器的汽车有三个踏板:
油门踏板、制动踏板和离合器踏板。
而装有自动变速器的汽车只有两个脚踏板:
油门踏板和制动踏板，无离合器踏板。
装有手动变数器的汽车，也叫手动档汽车。
装有自动变速器的汽车，也叫自动档汽车。
手动档汽车，要改变车速，需要通过拨动变速操纵杆改变变速器的齿轮啮合位置，改变传动比，从而改变车轮转速。
而且只有在踩下离合时，才能拨动变速杆。
只有当驾驶者技术熟练时，装手动变速器的汽车在加速、超车时才会比自动档汽车速度快，更省油。
自动档汽车，能够自动的改变速度，驾驶员只要通过踩压加速踏板即可。
自动变速器会根据踏板的变化和车速自动的进行变速。
（2）自动变速器与手动变速器相比，自动变速器具有下列优缺点：
优点：
①能够主动改变转速，扭矩变化不间断，换档时动力持续；
②通过性能好，起步简单，换档简单平顺圆滑，舒适性好；
③承受的冲击和动载荷小，机件寿命长。
缺点：
①结构复杂，制造标准高，难度大，成本高；
②传动效率相对较低，价格高，耗油量大；
③对维修人员的技术水平要求更高。
2丰田A341E自动变速器的结构组成及其工作原理
A341E自动变速器是LEXUSLS400（凌志）汽车上装备使用的新研发一款四速自动变速器，它具有一套智能控制系统。
变速器的换档正时控制和锁止正时控制以及行星齿轮系统中执行机构的液压油压力和换档正时的发动机扭矩都是智能系统通过使用电子技术来完成的。
因此，它能够使驾驶员获得最佳的换档体验。
2.1丰田A341E自动变速器的结构组成
A341E:
A表示自动变速器；第一位阿拉伯数字为1是指前轮驱动；第二位阿拉伯数字4表示具有4个前进档；第三位阿拉伯数字1为产品序列：
1表示第二代产品；末端字母E表示电子控制。
A341E自动变速器装配于丰田轿车上，在原来的3速辛普森式双排行星齿轮机构的基础上再增加一个单级单排行星齿轮机构（成为超速行星排），组成具有3排行星齿轮的4速辛普森式自动变速器。
丰田A341E自动变速器共有10个换档执行元件，包括3个离合器，4个制动器和3个单向离合器。
目前，汽车上使用的自动变速器在结构上虽然各有不同，但是基本结构和工作原理基本相同。
同其它变速器一样，丰田的A341E自动变速器由液力变矩器、行星齿轮变速系统、换档执行器、液压操纵系统、电子控制系统等五大部分构成[1]。
如图2.1所示。
图2.1电控液力自动变速器的组成
Fig.2.1Compositionelectronicallycontrolledhydraulicautomatictransmission
（1）液力变矩器：
在发动机和变速器之间，和飞轮固定在一起，以液压油为工作介质，传递转矩，改变扭矩。
（2）行星齿轮变速机构：
行星齿轮机构，是自动变速器的重要组成部分之一，主要由太阳轮（也称中心轮）、齿圈、行星架和行星齿轮等元件组成，用来改变液力变矩器输入的转速和转矩。
（3）换档执行机构：
根据操纵手柄的位置，选择相应工作模式，结合速度的变化，通过不同齿轮的啮合来改变动力传递路线和改变速度。
由多片式离合器、制动器和单向离合器等部分组成。
（4）液压控制系统：
这一部分主要由油泵（油泵是自动变速器最重要的总成之一，通常安装在变矩器的后方，由变矩器壳后端的轴套驱动）、调压阀、油箱、过滤器、散热器及管道等组成。
主要为自动变速器提供液压油，对部件进行润滑、冷却。
对换档执行元件进行操纵，对液压油进行冷却等。
（5）电子控制系统：
包括传感器，执行器，控制器TCU，用于采集自动变速器个传感器和其他控制器的信号，通过TCU自身的控制逻辑的判断输出控制信号，驱动换档执行机构的执行器（如电磁阀）的动作，切换液压通道。
进而使换档执行元件分离或结合，实现不同档位的切换。
丰田A341E自动变速器的结构剖面图，如图2.2所示。
图2.2丰田A341E自动变速器的结构剖面图
Fig.2.2ToyotaA341Eautomatictransmissionisasectionalviewofthestructure
1-液力变矩器；2-锁止离合器；3-锁止电磁阀；4-油压电磁阀；5-换档电磁阀B；6-换档电磁阀A；
C0-直接离合器；C1-前进档离合器；C2-倒档及高档离合器；B0-超速制动器；B1-二档制动器；
B2-低档及倒档制动器；B3-L2档制动器；F0-直接单向离合器；F1-一档单向离合器；F2–二档档单向离合器
2.2液力变矩器的工作原理
在当今汽车市场上，泵轮、涡轮、导轮以及壳体组成的液力变矩器普遍的装配在轿车上使用，这中变矩器是一种单级双相三元件闭锁式综合液力变矩器[1]，如图2.3所示。
泵轮和涡轮的形状都是盆形。
分为主动和从动两部分，分别是与外壳连在一起的泵轮和通过花键与输出轴连接的涡轮。
泵轮和壳体与发动机的输出轴相连，动力由此进入变矩器。
涡轮与变速箱输入轴连接，起动力输出作用。
位于泵轮和涡轮之间的是导轮，导轮悬浮于液压油中，通过单向离合器及导轮轴套和变速器外壳固定在一起。
发动机启动后，曲轴带动泵轮旋转，泵轮叶片间的油液会由于泵轮的旋转在离心力的作用下沿叶片从缘向外缘甩出进入涡轮，涡轮由于油液的冲击作用而旋转，推动涡轮与泵轮同方向转动，动力通过涡轮向后输出。
导轮总成中具有单向离合器：
①当单向离合器起作用的时候，液力变矩器相当于变矩器起作用，达到增加扭矩效果；
②当单向离合器不工作时，这种情况下的导轮反转，液力变矩器不在起到变矩器的作用，而是作为偶合器使用。
图2.3液力变矩器的组成
Fig.2.3Compositionofthetorqueconverter
同机械变速器相比，液力变矩器转矩的传递是通过油液来完成的，传动效率不高。
为了克服这一问题，液力变矩器中的锁止离合器的作用就显得尤为重要。
当发动机高速运转时，锁止离合器将将泵轮与涡轮锁在一起，这时没有动力损失，变矩器只是起到动力传动的作用，动力通过液力变矩器壳体、锁止活塞、扭转减振器、涡轮轮毂又传给后面的机械变速器，传动效率为100％。
2.3行星齿轮变速器的组成
行星齿轮机构、离合器、制动器和单向离合器是行星齿轮变速器的重要组成部分，其中，行星齿轮变速机构有几个行星排组成，档位的数量和行星排的数量有关。
如图2.4所示，丰田A341E自动变速器是由具有四档的辛普森式行星齿轮机构和换档执行元件两大部分组成。
四档辛普森行星齿轮机构具有三个行星排组成，位于前面一行星排为超速行星排，中间一行星排为前行星排，后面一行星排为后行星排。
这样特殊的命名方式是原于它的前身，三档辛普森行星齿轮机构[5]。
其中，它的超速行星排的行星架和输入轴连接在一起，超速行星排的齿圈和中间轴是连接在一起的。
前排行星架与后排齿圈两者都与输出轴相连，组成所谓的前架后圈结构，而且前后太阳轮共用。
这是丰田A341E自动变速器的一个显著的结构特点。
图2.4行星齿轮机构的元件组成
Fig.2.3composedoftheplanetarygearmechanism
2.4控制机构的组成功用与工作原理
（1）自动变速器控制机构由传感器，开关，ECU，执行器组成，如图2-5所示。
图2.5自动变速器的控制机构组成
Fig.2.5automatictransmissioncontrolagencies
（2）作用：
ECU通过各种传感器实时收集到车辆运行参数信号，对信号进行计算分析并断送后，再将控制指令通过线路传递给执行机构。
ECU通过控制信号，实现控制自动变速器的各项活动。
（3）工作原理：
电脑通过传感器获得车速信号和节气门开度信号并将获得的信号转变成电信号，并以此作为基本信号进行换档控制。
电脑通过对获得的信号进行分析、计算和判断，然后向电磁阀发出指令，驱动电磁阀工作，实现换档控制、油压控制、对锁止离合器的控制、平顺性控制以及冷却强度控制等。
2.5丰田A341E行星齿轮变速器档位传递路线
丰田A341E自动变速器的行星齿轮变速机构的机械结构图，如图2.6所示。
图2.6A341E自动变速器的机械结构简图
Fig.2.6A341Emechanicalstructurediagramoftheautomatictransmission
1－超速行星排行星架；2－超速行星排行星轮；3－超速行星排齿圈；4－前行星排行星架；
5－前行星排行星轮；6－后行星排行星架；7－后行星排行星轮；8－输出轴；9－后行星排齿圈；
10－前后行星排太阳轮；11－前行星排齿圈；12－中间轴；13－超速行星排太阳轮；14－输入轴；
C0－超速档离合器；C1－直接档、倒档离合器；C2－前进档离合器；B0－超速档制动器；
B1－二档滑行制动器；B2－二档制动器；B3－倒档制动器；F0－超速档单向离合器；
F1－低速档单向离合器；F2－二档单向离合器
丰田A341E行星齿轮变速器的换档执行机构共有10个原件，它们分别是三个离合器C0,C1、C2，四个制动器B0、B1、B2、B3和三个单向离合器F0、F1、F2。
丰田A341E自动变速器的10个换档执行原件的功能见表2.1所示。
变速器在不同档位工作时，换档执行元件的工作情况不同，具体情况见表2.2所示。
表2.1丰田A341E自动变速器换档执行原件功能表
Tab.2.1ToyotaA341Eautomatictransmissionshiftfunctionsperformtheoriginaltable
换档执行元件
功能
离合器
超速档离合器C0
用于连接超速行星排的太阳轮和行星架
前进档离合器C1
用于连接中间轴与前行星排齿圈，所有前进档均参与工作
倒档、直接档离合器C2
用于连接中间轴与前后行星排共用太阳轮
制动器
超速档制动器B0
用于固定超速行星排太阳轮
2档滑行制动器B1
用于固定前后行星排共用太阳轮
2档制动器B2
当F1也起作用时，防止共用太阳轮逆时针转动
倒档制动器B3
用于固定后行星架
单向离合器
超速档单向离合器F0
用于使超速太阳轮和超速行星架同步
二档单向离合器F1
当B2工作时，防止前后行星排太阳轮，逆时针转动
低速档单向离合器F2
用于阻止后行星架逆时针旋转
表2.2丰田A341E换档执行元件在不同档位的工作情况
Table2.2ToyotaA341Eshiftactuatorworkindifferentstalls
档位
B0
C0
F0
C1
C2
B1
B2
F1
B3
F2
P
驻车档
●
●
R
倒档
●
●
●
●
N
空档
●
●
D
1档
●
●
●
●
2档
●
●
●
●
●
3档
●
●
●
●
○
4档
●
●
●
○
S
（2）
1档
●
●
●
●
2档
●
●
●
●
●
3档
●
●
●
●
○
L
1档
●
●
●
●
2档
●
●
●
●
C1-为倒档及高档离合器；C2-为前进档离合器；C0-为超速排离合器；B0-为超速排制动器；B1-为2档强制制动器；B2-为2档制动器；B3-为低档及倒档制动器；F0-为超速排单向离合器；F1-为低档单向离合器；F2-为2档单向离合器
注：
○表示相应原件结合且进行动力传递。
●表示相应原件结合，但是没有进行动力传递。
丰田A341E自动变速器在各档位工作时的动力传递情况，如下：
驻车档：
此时没有动力的传递，工作的元件是超速档离合器C0和超速档单向离合器F0，超速行星排做空转运动，变数器相当于空档，驻车锁止机构把输出轴锁止。
空档状态：
这时和驻车时一样，只有C0、F0起作用，动力不向后传递。
倒档：
C0工作，将超速行星排的太阳轮和行星架连接在一起；F0工作，使超速太阳轮和超速行星架的运动同步；C2工作，将中间轴与前后行星排共用太阳轮连接在一起；B3工作，将后行星排行星架固定。
这时，超速行星排整体顺时针转动，发动机的动力通过离合器C2传递给共用太阳轮并使其顺时针转动，同时使后行星排行星轮逆时针转动。
后行星排行星轮将动力传递给齿圈，齿圈与输出轴逆时针转动，动力输出。
完成倒档。
倒档的动力传递路线如下图2.7。
图2.7倒档的动力传递路线
Fig.2.7reversepowerrelayroute
一档（D1、21）：
C0工作，将超速行星排的太阳轮和行星架连接；F0工作，使超速太阳轮和超速行星架同步；C1工作，将输入轴与前行星排齿圈连接在一起；F2工作，用于阻止后行星架逆时针旋转。
由于C0，F0的作用，超速行星排整体顺时针转动，此时超速行星排直接档转动。
发动机传递过来的动力经离合器C1传递给前齿圈并顺时针转动，前齿圈带动前行星齿轮顺时针转动，前行星轮带动共用太阳轮逆时针转动，共用太阳轮则带动后行星齿轮顺时针转动，并导致后行星架有逆时针转动的趋势。
由于F2锁止后行星架逆时针转动，顺时针旋转的后行星齿轮驱动后此圈顺时针旋转，输出动力。
其根本实质是辛普森行星齿轮机构的前齿圈作为输入，前行星架与后齿圈组件，作为输出实现减速传动。
一档的动力传递路线，如图2.8所示。
图2.8一档的动力传递路线
Fig.2.8apowertransmissionlineprofile
二档（D2、22）：
C0和F0工作使超速行星排整体顺时针转动。
发动机动力经离合器C1传递给前齿圈驱动并使其顺时针转动，前齿圈驱动前行星齿轮顺时针转动。
由于B1和F1工作，固定共用太阳轮，前行星轮驱动前行星架顺时针转动输出动力。
2档动力传递的实质是辛普森行星齿轮机构前齿圈输入，前行星架与后齿圈组件作为输出。
二档的动力传递路线，如图2.9所示。
图2.9二档的动力传递路线
Fig.2.9Powertransmissionlineofthesecondgear
三档（D3、23）：
C0工作，将超速行星排的太阳轮和行星架连接在一起；F0工作，用于使超速太阳轮和超速行星架同步。
此时，前面的超速行星排整体按顺时针旋转。
C1工作，连接中间轴与前行星排齿圈；C2工作，将中间轴与前后行星排共用太阳轮连接在一
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