部分自動變速箱構造及工作原理

2021-01-17 笑看幽默

自動變速器(AT)

手動變速器對駕駛員的熟練操作技能要求很高,而自動變速器卻不需要太高的操作技能。如今,很多自動擋汽車安裝的自動變速器都是通過液壓控制的,這種變速器主要由液力變矩器和行星齒輪變速器組成,通過電子控制系統(ECU)和液壓來控制變速器,使其自動完成變速。

液力變矩器起到手動變速器中離合器的功能,同時還有變矩的功能,它能將發動機的動力傳遞至行星齒輪變速器。

▲ 自動變速器的結構

液力變矩器

液力變矩器由輸入泵輪、輸出渦輪、導輪組成,它通過液壓油將發動機的動力傳遞給行星齒輪變速器。當泵輪轉動時,液壓油被送入渦輪,使渦輪轉動。此時即使踩下制動踏板,泵輪和渦輪之間的液壓油仍然繼續流動,並產生摩擦,因此發動機會繼續運轉;而鬆開制動踏板,即使沒有踩下油門踏板,車輛也能緩慢前行(蠕變現象)。

另外由於輸入和輸出兩端存在轉速差,會出現扭矩增大的現象,這就是汽車在啟動時得到的扭矩大於發動機輸出扭矩的原因。

▲ 液力變矩器的工作原理

液壓油在泵輪和渦輪之間循環,從而使扭矩增大。輸入和輸出之間存在可隨意流動的液壓油,因此液力變矩器可以形成自動離合的狀態。有些自動變速器的設置是,當轉速增加到與渦輪和泵輪的轉速相同時,兩者會自動連接,對發動機的轉矩進行自動傳遞。

行星齒輪變速器

細微的變速無法在液力變矩器中實現,但可以在行星齒輪變速器中實現。行星齒輪變速器中的一個單元由中央太陽輪、外側齒圈、太陽輪與齒圈間的行星齒輪及行星架組成。

行星齒輪變速器通過固定不同的部件,改變輸入力和輸出力,從而完成變速或倒車操作。行星齒輪變速器利用油壓來控制,因此自動變速器中還安裝有油壓控制機構。

▲ 行星齒輪變速器的結構

行星齒輪變速器的特徵:

●改變傳動比,滿足不同行駛條件對牽引力的需要

●傳遞較大的扭矩

●將輸入軸和輸出軸配置在同一軸上

●將載荷分布到各行星齒輪上,減少磨損和輪齒破裂等現象

●缺點是結構複雜,齒輪比計算複雜

▲ 行星齒輪變速器的工作原理

無級變速器(CVT)

手動變速器和自動變速器通過齒輪進行逐級變速,而無級變速器通過帶輪和傳動帶可進行無級變速。無級變速器採用傳動帶和槽寬可變的帶輪來傳遞動力。當改變帶輪的槽寬時,驅動輪和從動輪上傳動帶的迴轉半徑隨之改變,即可完成變速。無級變速器的傳遞效率高,能充分利用發動機的動力,因此既能使汽車行駛保持較大的動力,又能節油降耗;另外它還可以無級控制發動機的運轉和轉速比,使汽車行駛平滑順暢。

近年,汽車通常採用逐級式和無級式兩種變速器配合使用,能夠補償傳遞至傳動帶及鏈條過程中損失的扭矩,同時還能補償汽車起步時的扭矩。過去,人們在設計汽車時著重考慮的是價格和重量;而如今,人們更關注汽車的節能和駕駛的舒適性。

▲ 金屬帶式無級變速器的結構

金屬帶式CVT的結構:通過改變兩個帶輪之間的槽寬,改變了驅動輪與從動輪上傳動帶的迴轉半徑,達到無級變速的目的。

▲ 金屬帶式無級變速器的工作原理

雙離合器自動變速器(DCT)

雙離合器自動變速器的結構與手動變速器的一樣,都有離合器和齒輪。不同之處在於,雙離合器自動變速器中有2個自動離合器,主軸分為奇數擋輸入軸和偶數擋輸入軸兩個系統,通過提前自動轉換離合器設置下一個擋位,能夠更快地完成變速。雙離合器自動變速器中的齒輪通過機械方式完成嚙合,提高了變速器的傳動效率,同時也降低了油耗。雙離合器自動變速器不僅擁有與手動變速器一樣的直接加速感,還能節油降耗,因此近年來裝載雙離合器自動變速器的汽車越來越多。

半自動變速器也能使離合器操控自動化,但是這種變速器只有1個離合器,因此在變速過程中會有一瞬間失去扭矩的情況出現。

▲ 雙離合器自動變速器的結構

雙離合器自動變速器有2個離合器和2個主軸,相當於是把2個手動變速器組合在一起。

▲ 雙離合器自動變速器的工作原理

圖中黑色線條表示輸入軸和輸出軸,藍色線條表示奇數擋對應的離合器、擋位及軸,粉色線條表示偶數擋對應的離合器、擋位及軸。例如,當掛入3擋行駛時,離合器中的藍色線條與輸入側的黑色線條接合,粉色線條與黑色線條分開,此時4擋已做好即將與離合器相連的準備;隨後黑色線條與藍色線條分開,與粉色線條接合,掛入4擋完成。

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