变速系统.docx

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变速系统

变速系统

汽车在起步加速时须要比较大的驱动力，此时车辆的速度低，而引擎却必须以较高的转速来输出较大的动力。

当速度逐渐加快之后，汽车所须要的行驶动力也逐渐降底，这时候引擎只要以降低转速来减少动力的输出，即可提供汽车足够的动力。

汽车的速度在由低到高的过程中，引擎的转速却是由高变到低，要如何解决矛盾现象呢？

于是通称为「变速箱」的这种可以改变引擎与车轮之间换转差异的装置为此而生。

变速箱为因操作上的需求而有「手动变速箱」与「自动变速箱」二种系统，这二种变速箱的做动方式也不相同。

近年来由于消费者的需求以及技术的进步，汽车厂开发称为「手自排变速箱」的可以手动操作的自动变速箱；此外汽车厂也为高性能的车辆开发出称为「自手排变速箱」的附有自动操作功能的手动变速箱。

目前的F1赛车全面使用「自手排变速箱」，因此使用此类型手动变速箱的车辆均标榜采用来自F1的科技。

手排变速系统

在手动变速系统里面含有离合器、手动变速箱二个主要部份。

离合器：

是用来将引擎的动力传到变速箱的机构，利用磨擦片的磨擦来传递动力。

一般车型所使用的离合器只有二片磨擦片，而赛车和载重车辆则使用具有更磨擦片的离合器。

离和器还有干式与湿式二种，湿式离合器目前几乎不再被使用于汽车上面。

手动变速箱：

以手动方式操作变速箱去做变换档位的动作，使手动变速箱内的输入轴和输出轴上的齿轮啮合。

多组不同齿数的齿轮搭配啮合之后，便可产生多种减速的比率。

目前的手动变速箱均是使用同步齿轮的啮合机构，使换档的操作更加的简易，换档的平顺性也更好。

自排变速系统

为了使汽车的操作变得简单，并让不擅于操作手动变速箱的驾驶者也能够轻易的驾驶汽车，于是制造一种能够自动变换档位的变速箱就成为一件重要的工作，因此汽车工程师在1940年开发出世界首具的自动变速箱。

从此以后驾驶汽车在起步、停止以及在加减速的行驶过程中，驾驶者就不需要再做换档的动作。

北京现代现代的自动变速系统里面含有液体扭力转换器、自动变速箱、电子控制系统三个主要部份。

在电子控制系统里面加入手动换文件的控制程序，就成了具有手动操作功能的「手自排变速箱」。

液体扭力转换器：

在主动叶轮与被动叶轮之间，利用液压油做为传送动力的介质。

将动力自输入轴传送到对向的输出轴，经由输出轴再将动力传送到自动变速箱。

由于液压油在主动叶轮与被动叶轮之间流动时会消耗掉部份的动力。

为了减少动力的损失，在主动与被动叶轮之间加入一组不动叶轮使能量的传送效率增加；以及在液体扭力转换器内加入一组离合器，并在适当的行驶状态下利用离合器将主动与被动叶轮锁定，让主动与被动叶轮之间不再有转速的差异，进而提高动力的传送效率。

自动变速箱：

以行星齿轮组构成换档机构，利用油压推动多组的摩擦片，去控制行星齿轮组的动作，以改变动力在齿轮组的传送路径，因而产生多种不同的减速比率。

ToyotaCelsior（LexusLS430）在2003年起用六速自动变速箱，使Toyota成为第三家采用六速自动变速箱的汽车制造厂。

电子控制系统：

早期的机械式自动变速箱的换档控制是以油压的压力变化去决定何时做换档的动作，即使经过多年的研究及改良，机械式自动变速箱的换文件性能仍然不尽人意。

于是电子式自动变速箱便因应而出了。

为了使换档的时机更加的精确，以及获得更加平顺的换文件质量，各汽车制造厂均投入大量的资源，针对自动变速箱的电子控制系统做研究。

例如在Toyota汽车的自动变速箱都具有Lup-s、ECT-i的电子控制机能，在较新型式的自动变速箱中还加入了「N文件控制」系统。

手动变速箱的基本工作原理

一、变速箱的作用

发动机的物理特性决定了变速箱的存在。

首先，任何发动机都有其峰值转速；其次，发动机最大功率及最大扭矩在一定的转速区出现。

比如，发动机最大功率出现在5500转。

变速箱可以在汽车行驶过程中在发动机和车轮之间产生不同的变速比，换档可以使得发动机工作在其最佳的动力性能状态下。

理想情况下，变速箱应具有灵活的变速比。

无级变速箱（CVT）就具有这种特性，可以较好的发挥发动机的动力性能。

二、CVT

无级变速箱有着连续的变速比。

其一直因为价格、尺寸及可靠性的关系而没有大量装备汽车。

现在，改进的设计使得CVT的使用已比较普遍。

国产AUDI2.8CVT

变速箱通过离合器与发动机相连，这样，变速箱的输入轴就可以和发动机达到同步转速。

奔驰C级

（

图库

论坛

）级SportCoupe6速手动变速箱

一个5档的变速箱提供5种不同的变速比，在输入轴和输出轴间产生转速差。

三、简单的变速箱模型

为了更好的理解变速箱的工作原理，下面让我们先来看一个2档变速箱的简单模型，看看各部分之间是如何配合的：

输入轴（绿色）通过离合器和发动机相连，轴和上面的齿轮是一个部件。

轴和齿轮（红色）叫做中间轴。

它们一起旋转。

轴（绿色）旋转通过啮合的齿轮带动中间轴的旋转，这时，中间轴就可以传输发动机的动力了。

轴（黄色）是一个花键轴，直接和驱动轴相连，通过差速器来驱动汽车。

车轮转动会带着花键轴一起转动。

齿轮（蓝色）在花键轴上自由转动。

在发动机停止，但车辆仍在运动中时，齿轮（蓝色）和中间轴都在静止状态，而花键轴依然随车轮转动。

齿轮（蓝色）和花键轴是由套筒来连接的，套筒可以随着花键轴转动，同时也可以在花键轴上左右自由滑动来啮合齿轮（蓝色）。

1档

挂进1档时，套筒就和右边的齿轮（蓝色）啮合。

见下图：

如图所示，输入轴（绿色）带动中间轴，中间轴带动右边的齿轮（蓝色），齿轮通过套筒和花键轴相连，传递能量至驱动轴上。

在这同时，左边的齿轮（蓝色）也在旋转，但由于没有和套筒啮合，所以它不对花键轴产生影响。

当套筒在两个齿轮中间时（第一张图所示），变速箱在空挡位置。

两个齿轮都在花键轴上自由转动，速度是由中间轴上的齿轮和齿轮（蓝色）间的变速比决定的。

四、真正的变速箱

如今，5档手动变速箱应用已经很普遍了，以下是其模型。

换档杆通过三个连杆连接着三个换档叉，见下图

在换挡杆的中间有个旋转点，当你拨入1档时，实际上是将连杆和换档叉往反方向推。

你左右移动换档杆时，实际上是在选择不同的换档叉（不同的套筒）；前后移动时则是选择不同的齿轮（蓝色）。

倒档通过一个中间齿轮（紫色）来实现。

如图所示，齿轮（蓝色）始终朝其他齿轮（蓝色）相反的方向转动。

因此，在汽车前进的过程中，是不可能挂进倒档的，套筒上的齿和齿轮（蓝色）不能啮合，但是会产生很大的噪音。

同步装置

同步是使得套筒上的齿和齿轮（蓝色）啮合之前产生一个摩擦接触，见下图

齿轮（蓝色）上的锥形凸出刚好卡进套筒的锥形缺口，两者之间的摩擦力使得套筒和齿轮（蓝色）同步，套筒的外部滑动，和齿轮啮合。

汽车厂商制造变速箱时有各自的实现方式，这里介绍的是一个基本的概念！

自动变速箱工作原理

自动变速器能够根据发动机负荷和车速等情况自动变换传动比，使汽车获得良好的动力性和燃料经济性，并减少发动机排放污染。

自动变速器操纵容易，在车辆拥挤时，可大大提高车辆行驶的安全性及可靠性。

电子控制自动变速器通常由液力变矩器、行星齿轮变速系统、换挡执行器、液压操纵系统、电子控制系统五部分组成。

液力变矩器的工作原理

目前轿车上广泛采用由泵轮、涡轮和导轮组成的单级双相三元件闭锁式综合液力变矩器。

泵轮和涡轮均为盆状的。

泵轮与变矩器外壳连为一体，是主动元件；涡轮悬浮在变矩器内，通过花键与输出轴相连，是从动元件；导轮悬浮在泵轮和涡轮之间，通过单向离合器及导轮轴套固定在变速器外壳上。

发动机启动后，曲轴带动泵轮旋转，因旋转产生的离心力使泵轮叶片间的工作液沿叶片从内缘向外缘甩出；这部分工作液既具有随泵轮一起转动的园周向的分速度，又有冲向涡轮的轴向分速度。

这些工作液冲击涡轮叶片，推动涡轮与泵轮同方向转动。

从涡轮流出工作液的速度v可以看为工作液相对于涡轮叶片表面流出的分速度ω与随涡轮一起转动分速度u的合成。

当涡轮转速比较小时，从涡轮流出的工作液是向后的，工作液冲击导轮叶片的前面。

因为导轮被单向离合器限定不能向后转动，所以导轮叶片将向后流动的工作液导向向前推动泵轮叶片，促进泵轮旋转，从而使作用于涡轮的转矩增大。

随着涡轮转速的增加，分速度u也变大，当ω与u的合速度v开始指向导轮叶片的背面时，变矩器到达临界点。

当涡轮转速进一步增加时，工作液将冲击导轮叶片的背面。

因为单向离合器允许导轮与泵轮一同向前旋转，所以在工作液的带动下，导轮沿泵轮转动方向自由旋转，工作液顺利地回流到泵轮。

当从涡轮流出的工作液正好与导轮叶片出口方向一致时，变矩器不产生增扭作用（这时液力变矩器的工况称为液力偶合工况）。

液力变矩器靠工作液传递转矩，比机械变速器的传动效率低。

在液力变矩器中设置锁止离合器，可以在高速工况下将泵轮与涡轮锁在一起，实现动力直接传递，提高变矩器的传动效率。

行星齿轮变速器的工作原理

液力变矩器虽能传递和增

大发

动机转矩，但变矩比不大，变速范围不宽，远不能满足汽车使用工况的需要。

为进一步增大扭矩，扩大其变速范围，提高汽车的适应能力，在液力变矩器后面又装一个辅助变速器——有级式齿轮变速器。

该齿轮变速器多数是用行星齿轮变速的。

行星齿轮变速器是由行星齿轮机构及离合器、制动器和单向离合器等执行元件组成。

行星齿轮机构通常由多个行星排组成．行星排的多少与档数的多少有关。

星齿轮变速器的换档执行元件包括换挡离合器、换挡制动器和单向离器。

换挡离合器为湿式多片离合器，当液压使活塞把主动片和从动片压紧时，离合器接合；当工作液从活塞缸排出时，回位弹簧使活塞后退，使离合器分离。

换挡制动器通常有两种形式：

一种是湿式多片制动器，其结构与湿式多片离合器基本相同，不同之处是制动器用于连接转动件和变速器壳体，使转动件不能转动。

换挡制动器的另一形式是外束式带式制动器。

行星齿轮变速器的单向离合器与液力变矩器中的单向离合器结构相同。

液力机械传动式自动变速器的控制

液压自动操纵系统通常由供油、手动选挡、参数调节、换挡时刻控制、换档品质控制等部分组成。

供油部分根据节气门开度和选挡杆位置的变化，将油泵输出油压调节至规定值，形成稳定的工作液压。

在液控液动自动变速器中，参数调节部分主要有节气门压力调节阀（简称节气门阀）和速控调压阀（又称调速器）。

节气门压力调节阀使输出液压的大小能够反映节气门开度；速控调压阀使输出液压的大小能够反映车速的大小。

换挡时刻控制部分用于转换通向各换挡执行机构（离合器和制动器）的油路，从而实现换挡控制。

锁定信号阀受电磁阀的控制，使液力变矩器内的锁止离合器适时地接合与分离。

换挡品质控制部分的作用是使换挡过程更加平稳柔和。