3.4 自動(dòng)變速器構(gòu)造

手動(dòng)變速器具有效率高、工作可靠、結(jié)構(gòu)比較簡單等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用在各種汽車上。同時(shí)也存在著適應(yīng)性差、工作不平穩(wěn)、使用壽命短及增加駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度的缺點(diǎn)。而使用自動(dòng)變速器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）提高發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系的使用壽命。發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系用液體作為工作介質(zhì)，液力傳動(dòng)起一定的吸收、衰減和緩沖的作用，大大減少?zèng)_擊和動(dòng)載荷，提高了有關(guān)部件的使用壽命。

（2）具有良好自適應(yīng)性。自動(dòng)變速器能自動(dòng)適應(yīng)汽車驅(qū)動(dòng)輪負(fù)荷的變化。當(dāng)行駛阻力增大時(shí)，汽車自動(dòng)降低速度，使驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力矩增加；當(dāng)行駛阻力減小時(shí)，減小驅(qū)動(dòng)力矩，增加車速。自動(dòng)變速器的液力變矩器能在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速器，大大減少行駛過程中的換擋次數(shù)，有利于提高汽車的動(dòng)力性和自適應(yīng)性。

（3）操縱輕便。自動(dòng)變速器能根據(jù)實(shí)際路況條件自動(dòng)選擇最合適的擋位行駛，并且液力變矩器取代了干式摩擦片離合器，離合器踏板被取消，大大減輕了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

自動(dòng)變速器確實(shí)具有較多優(yōu)點(diǎn)，但與手動(dòng)變速器相比，存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本較高、傳動(dòng)效率較低等缺點(diǎn)，并要求維修人員具有較高的維修水平。

不同車型所裝用的自動(dòng)變速器在型式、結(jié)構(gòu)上往往有很大的差異，其分類方法有多種：

（1）按變速方式分類

汽車自動(dòng)變速器按變速方式的不同，可分為有級(jí)自動(dòng)變速器和無級(jí)自動(dòng)變速器兩種。有級(jí)自動(dòng)變速器是具有有限個(gè)定值傳動(dòng)比的自動(dòng)變速器。無級(jí)自動(dòng)變速器是能使傳動(dòng)比在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的自動(dòng)變速器。

（2）按汽車驅(qū)動(dòng)方式分類

自動(dòng)變速器按照汽車驅(qū)動(dòng)方式的不同，可分為后驅(qū)動(dòng)自動(dòng)變速器和前驅(qū)動(dòng)自動(dòng)變速器兩種。后驅(qū)動(dòng)自動(dòng)變速器的液力變矩器和齒輪變速器的輸入軸及輸出軸在同一軸線上，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)液力變矩器、自動(dòng)變速器、傳動(dòng)軸、后驅(qū)動(dòng)橋的主減速器、差速器和半軸傳給左右兩個(gè)后輪。這種發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的布置型式主要用在中高級(jí)轎車或重型自卸汽車以及城市的大型公共汽車等車型上。

前驅(qū)動(dòng)自動(dòng)變速器在自動(dòng)變速器的殼體內(nèi)裝有差速器。縱置發(fā)動(dòng)機(jī)的前驅(qū)動(dòng)自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)和布置與后驅(qū)動(dòng)自動(dòng)變速器基本相同，只是在后端取消后軸。橫置發(fā)動(dòng)機(jī)前驅(qū)動(dòng)自動(dòng)變速器，由于汽車橫向尺寸的限制，通常液力變矩器和齒輪變速器輸入軸布置在上方，輸出軸布置在下方，主要用在小型轎車上。

（3）按齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型分類

自動(dòng)變速器按齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不同，可分為普通齒輪式和行星齒輪式兩種。普通齒輪式自動(dòng)變速器體積較大，最大傳動(dòng)比較小，使用較少，日本本田公司采用。行星齒輪式自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)緊湊，能獲得較大的傳動(dòng)比，為絕大多數(shù)轎車自動(dòng)變速器采用。

行星齒輪式自動(dòng)變速器按行星齒輪機(jī)構(gòu)布置不同有辛普森、拉維那和串聯(lián)式3種機(jī)構(gòu)。辛普森行星齒輪機(jī)構(gòu)在自動(dòng)變速器中被廣泛使用，日本豐田的自動(dòng)變速器幾乎都采用這種結(jié)構(gòu)，如A140E、A340和A650等型號(hào)。使用拉維那行星齒輪機(jī)構(gòu)的有韓國現(xiàn)代A4AF、A4BF，克萊斯勒KM175、KM176，日本馬自達(dá)FA4A-EL、德國大眾096和097、01V、01M、01N型等自動(dòng)變速器。串聯(lián)式行星齒輪機(jī)構(gòu)，通過兩組行星齒輪機(jī)構(gòu)串聯(lián)在一起，形成復(fù)合式行星齒輪機(jī)構(gòu)，如GM公司生產(chǎn)的4T60E、4T65E。

（4）按控制方式分類

自動(dòng)變速器按控制方式不同，可分為全液壓控制自動(dòng)變速器和電子控制自動(dòng)變速器兩種。全液壓控制自動(dòng)變速器將汽車行駛時(shí)的車速及節(jié)氣門開度兩個(gè)參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤嚎刂菩盘?hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋，現(xiàn)在使用較少。電子控制自動(dòng)變速器是通過各種傳感器及開關(guān)，將有關(guān)變速信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)分析計(jì)算，向換擋電磁閥、油壓電磁閥等執(zhí)行元件發(fā)出控制信號(hào)，再轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤嚎刂菩盘?hào)，閥板中的各個(gè)控制閥根據(jù)這些液壓控制信號(hào)，控制換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋。現(xiàn)在大多數(shù)使用的自動(dòng)變速器就是此種類型。

雖然各種自動(dòng)變速器外部形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)也有所不同，但它們的組成基本相同，都是由液力變矩器和齒輪式變速器組合起來的。一般由液力變矩器、齒輪變速機(jī)構(gòu)、供油系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和換擋操縱機(jī)構(gòu)等部分組成，如圖3.28所示。

液力變矩器位于自動(dòng)變速器的最前端，安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪上，其作用與采用手動(dòng)變速器的汽車中的離合器相似。它利用油液循環(huán)流動(dòng)過程中動(dòng)能的變化將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給齒輪變速機(jī)構(gòu)的輸入軸，并能根據(jù)汽車行駛阻力的變化，在一定范圍內(nèi)自動(dòng)地、無級(jí)地改變傳動(dòng)比和扭矩比，具有一定的減速增扭功能。

自動(dòng)變速器中的齒輪變速機(jī)構(gòu)有普通齒輪式和行星齒輪式兩種型式。目前行星齒輪式齒輪變速機(jī)構(gòu)被絕大多數(shù)轎車自動(dòng)變速器采用。

自動(dòng)變速器的控制系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和車速兩個(gè)主信號(hào)，按照設(shè)定的換擋規(guī)律，自動(dòng)地接通或切斷某些換擋離合器和制動(dòng)器的供油油路，使離合器結(jié)合或分開、制動(dòng)器制動(dòng)或釋放，以改變齒輪變速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋。有全液壓控制和電子控制兩種控制方式。全液壓控制系統(tǒng)是由閥體和各種控制閥及油路所組成的。電子控制方式在液壓控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上增設(shè)了控制某些液壓油路的電磁閥以及電子控制單元、各種傳感器與開關(guān)，電磁閥由電子控制單元控制。

自動(dòng)變速器的供油系統(tǒng)主要由油泵、油箱、濾清器、調(diào)壓閥及管道所組成。油泵是自動(dòng)變速器最重要的總成之一，它通常安裝在變矩器的后方，為自動(dòng)變速器中的變矩器、換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液壓控制系統(tǒng)部分提供一定油壓的液壓油；油壓的調(diào)節(jié)由調(diào)壓閥來實(shí)現(xiàn)。

自動(dòng)變速器的換擋操縱機(jī)構(gòu)主要由手動(dòng)閥操縱機(jī)構(gòu)和節(jié)氣門閥操縱機(jī)構(gòu)等組成。駕駛員通過自動(dòng)變速器的操縱手柄改變閥板內(nèi)的手動(dòng)閥位置，液壓控制系統(tǒng)根據(jù)手動(dòng)閥的位置及節(jié)氣門開度、車速、各種控制開關(guān)的狀態(tài)等因素，利用液壓自動(dòng)控制原理或電子自動(dòng)控制原理，按照一定的規(guī)律控制齒輪變速機(jī)構(gòu)的換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋。

3.4.1 液力變矩器結(jié)構(gòu)

液力變矩器是自動(dòng)變速器不可缺少的重要組成部分之一，它安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪上，其作用是將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給自動(dòng)變速器中的齒輪變速機(jī)構(gòu)，并具有一定的無級(jí)變速功能。常用液力變矩器的型式有一般式、綜合式和鎖止式。目前裝用自動(dòng)變速器的汽車上使用大多是綜合式和鎖止式液力變矩器。

1．綜合式液力變矩器

1）組成

綜合式液力變矩器結(jié)構(gòu)組成如圖3.29所示，液力變矩器有3個(gè)工作輪即泵輪、渦輪和導(dǎo)輪。液力變矩器的殼體安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪上，泵輪與殼體焊接在一起，隨發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，是液力變矩器的主動(dòng)部分；渦輪和輸出軸連接在一起，是液力變矩器的從動(dòng)部分；導(dǎo)輪則位于泵輪和渦輪之間，通過單向超越離合器支承在固定于變速器殼體的導(dǎo)輪固定套上。單向超越離合器使導(dǎo)輪可以朝順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，但不能朝逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，并與泵輪和渦輪保持一定的軸向間隙，通過導(dǎo)輪固定套固定于變速器殼體上。

2）工作原理

當(dāng)泵輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在離心力的作用下，液體被從中央甩向泵輪的邊緣。液體從泵輪外緣甩出，沖擊到渦輪的外邊緣。渦輪和泵輪相似，在其內(nèi)部有葉片，液體撞擊渦輪葉片邊緣，沖擊力使渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)。齒輪變速機(jī)構(gòu)的輸入軸用花鍵與渦輪相連，當(dāng)渦輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)力經(jīng)變矩器輸出軸輸入到齒輪變速機(jī)構(gòu)。

發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)液力變矩器的殼體和泵輪與之一同旋轉(zhuǎn)，泵輪內(nèi)的液壓油在離心力的作用下，由泵輪葉片外緣沖向渦輪，并沿渦輪葉片流向?qū)л啠俳?jīng)導(dǎo)輪葉片內(nèi)緣，形成循環(huán)的液流。導(dǎo)輪改變渦輪上的輸出扭矩。由于從渦輪葉片下緣流向?qū)л喌囊簤河腿杂邢喈?dāng)大的沖擊力，只要將泵輪、渦輪和導(dǎo)輪的葉片設(shè)計(jì)成一定的形狀和角度，就可以利用上述沖擊力來提高渦輪的輸出扭矩。為說明工作原理，可以假想地將液力變矩器的3個(gè)工作輪葉片從循環(huán)流動(dòng)的液流中心線處剖開并展平得到如圖3.30所示的葉片展開示意圖。

當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速較低時(shí)，從渦輪流出的液壓油從正面沖擊導(dǎo)輪葉片，如圖3.30（a）所示，對導(dǎo)輪施加一個(gè)朝逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的力矩。但由于單向超越離合器在逆時(shí)針方向具有鎖止作用，將導(dǎo)輪鎖止在導(dǎo)輪固定套上固定不動(dòng)，渦輪上的輸出扭矩大于泵輪上的輸入扭矩，這說明具有一定的增扭作用。這時(shí)由泵輪沖向渦輪的液壓油除了沿著渦輪葉片流動(dòng)之外，還要隨著渦輪一同轉(zhuǎn)動(dòng)，使得由渦輪下緣出口處沖向?qū)л喌囊簤河偷姆较虬l(fā)生變化，不再與渦輪出口處葉片的方向相同，而是順著渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)的方向偏斜了一個(gè)角度，使沖向?qū)л喌囊毫鞣较蚺c導(dǎo)輪葉片之間的夾角變小，導(dǎo)輪上所受到的沖擊力矩也減小，液力變矩器的增扭作用亦隨之減小。

當(dāng)汽車起步后，與驅(qū)動(dòng)輪相連接的渦輪也開始轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速隨著汽車的加速不斷增加。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速增大到某一數(shù)值時(shí)，液壓油對導(dǎo)輪的沖擊方向與導(dǎo)輪葉片之間的夾角為零，此時(shí)渦輪上的輸出扭矩等于泵輪上的輸入扭矩。若渦輪轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大，液壓油將從反面沖擊導(dǎo)輪，如圖3.30（b）所示，對導(dǎo)輪產(chǎn)生一個(gè)順時(shí)針方向的扭矩。由于單向超越離合器在順時(shí)針方向沒有鎖止作用，導(dǎo)輪在液壓油的沖擊作用下開始朝順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。由于自由轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)輪對液壓油沒有反作用力矩，液壓油只受到泵輪和渦輪的反作用力矩的作用，液力變矩器不能起增扭作用，導(dǎo)輪開始空轉(zhuǎn)的工作點(diǎn)稱為偶合點(diǎn)。綜合式液力變矩器在渦輪轉(zhuǎn)速由零至偶合點(diǎn)的變矩區(qū)內(nèi)利用了液力變矩器在渦輪轉(zhuǎn)速較低時(shí)所具有的增扭特性，偶合點(diǎn)以后的偶合工作區(qū)利用了液力耦合器渦輪轉(zhuǎn)速較高時(shí)所具有的高傳動(dòng)效率的特性。因此，液力變矩器在汽車低速行駛時(shí)有較大的輸出扭矩，在汽車起步、上坡或遇到較大行駛阻力時(shí)，能使驅(qū)動(dòng)輪獲得較大的驅(qū)動(dòng)力矩，但扭矩只能增加2～4倍。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速隨車速的提高而增大到某一數(shù)值時(shí)，沖向?qū)л喌囊簤河偷姆较蚺c導(dǎo)輪葉片之間的夾角減小為零，這時(shí)導(dǎo)輪將不受液壓油的沖擊作用，液力變矩器失去增扭作用，其輸出扭矩等于輸入扭矩，即達(dá)到偶合點(diǎn)。

2．鎖止式液力變矩器

1）組成

液力變矩器是用液力來傳遞汽車動(dòng)力的，而液壓油的內(nèi)部摩擦?xí)斐梢欢ǖ哪芰繐p失，傳動(dòng)效率較低。為提高汽車的傳動(dòng)效率，減少燃油消耗，現(xiàn)代很多轎車的自動(dòng)變速器采用一種帶鎖止離合器的鎖止式液力變矩器。鎖止離合器的主動(dòng)盤即為變矩器殼體，從動(dòng)盤是一個(gè)可作軸向移動(dòng)的壓盤，它通過花鍵套與渦輪連接，如圖3.31所示。壓盤背面的液壓油與變矩器泵輪、渦輪中的液壓油相通，保持一定的油壓；壓盤左側(cè)即壓盤與變矩器殼體之間的液壓油通過變矩器輸出軸中間的控制油道與閥板總成上的鎖止控制閥相通，鎖止控制閥通過自動(dòng)變速器電子控制單元控制鎖止電磁閥來控制。

2）工作原理

電子控制自動(dòng)變速器電子控制單元根據(jù)車速、節(jié)氣門開度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、變速器液壓油溫度、操縱手柄位置、控制模式等因素，按照設(shè)定的鎖止控制程序向鎖止電磁閥發(fā)出控制信號(hào)，操縱鎖止控制閥，以改變鎖止離合器壓盤兩側(cè)的油壓，從而控制鎖止離合器的工作。當(dāng)車速較低時(shí)，鎖止控制閥讓液壓油從油道B進(jìn)入變矩器，使鎖止離合器壓盤兩側(cè)保持相同的油壓，鎖止離合器處于分離狀態(tài)，這時(shí)輸入變矩器的動(dòng)力完全通過液壓油傳至渦輪，如圖3.32（a）所示。當(dāng)汽車在良好道路上高速行駛，且車速、節(jié)氣門開度、變速器液壓油溫度等因素符合一定要求時(shí)，電子控制單元控制鎖止控制閥，讓液壓油從油道C進(jìn)入變矩器，而使油道B與泄油口相通，使鎖止離合器壓盤左側(cè)的油壓下降。由于壓盤背面的液壓油壓力仍為變矩器壓力，從而使壓盤在前后兩面壓力差的作用下壓緊在變矩器殼體內(nèi)表面上，如圖3.32（b）所示，這時(shí)輸入變矩器的動(dòng)力通過鎖止離合器的機(jī)械連接，由壓盤直接傳至渦輪輸出，傳動(dòng)效率為100%。另外，鎖止離合器在結(jié)合時(shí)還能減少變矩器中的液壓油因液體摩擦而產(chǎn)生的熱量，有利用降低液壓油的溫度。有些車型的液力變矩器的鎖止離合器盤上還裝有減振彈簧，以減小鎖止離合器在結(jié)合時(shí)瞬間產(chǎn)生的沖擊力。

變矩器內(nèi)部設(shè)置了鎖止離合器后，故障率也相應(yīng)增加，提高了維修費(fèi)用。變矩器是不可拆裝的總成，維修時(shí)通常采用總成更換的方法進(jìn)行處理。

3.4.2 齒輪變速機(jī)構(gòu)

齒輪變速機(jī)構(gòu)有普通齒輪變速齒輪機(jī)構(gòu)和行星齒輪變速機(jī)構(gòu)兩種，現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的是行星齒輪變速機(jī)構(gòu)。行星齒輪變速機(jī)構(gòu)由行星齒輪機(jī)構(gòu)和換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。

1．行星齒輪機(jī)構(gòu)

行星齒輪機(jī)構(gòu)是自動(dòng)變速器的重要組成部分之一，由太陽輪、內(nèi)齒圈、行星架和行星齒輪等元件組成。按行星齒輪機(jī)構(gòu)布置不同有辛普森、拉維那和串聯(lián)式3種機(jī)構(gòu)，辛普森行星齒輪機(jī)構(gòu)在自動(dòng)變速器中被廣泛使用。行星齒輪機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)變速的機(jī)構(gòu)，各擋傳動(dòng)比的改變是通過不同運(yùn)動(dòng)元件組合而實(shí)現(xiàn)的。在傳動(dòng)比改變的過程中，整個(gè)行星齒輪組還存在運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力傳遞沒有中斷。

行星齒輪機(jī)構(gòu)有幾種組合類型，其中最簡單的行星齒輪機(jī)構(gòu)是由一個(gè)太陽輪、一個(gè)齒圈、一個(gè)行星架和支承在行星架上的多個(gè)行星齒輪組成，稱為一個(gè)行星排，如圖3.33所示。

行星齒輪機(jī)構(gòu)中的太陽輪、齒圈及行星架有一個(gè)共同的固定軸線，行星齒輪支承在固定于行星架的行星齒輪軸上，并同時(shí)與太陽輪和齒圈嚙合；當(dāng)行星齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，空套在行星架上的行星齒輪軸上的幾個(gè)行星齒輪一方面可以繞著自身的軸線旋轉(zhuǎn)，另一方面又可以隨著行星架一起繞著太陽輪回轉(zhuǎn)，兼有“自轉(zhuǎn)”和“公轉(zhuǎn)”兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在行星排中，具有固定軸線的太陽輪、齒圈和行星架稱為行星排的3個(gè)基本元件。

由于單排行星齒輪機(jī)構(gòu)有兩個(gè)自由度，因此它沒有固定的傳動(dòng)比，不能直接用于變速傳動(dòng)。為了組成具有一定傳動(dòng)比的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，必須將太陽輪、齒圈和行星架這3個(gè)基本元件中的一個(gè)加以固定或連接，或使其運(yùn)動(dòng)受到一定的約束即讓該構(gòu)件以某一固定的方向旋轉(zhuǎn)，或?qū)⒛硟蓚€(gè)基本元件互相連接在一起，使行星排變?yōu)橹挥幸粋€(gè)自由度的機(jī)構(gòu)，獲得確定的傳動(dòng)比。

行星齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)如圖3.34所示。設(shè)太陽輪的齒數(shù)為Z1，齒圈齒數(shù)為Z2，太陽輪、齒圈和行星架的轉(zhuǎn)速分別為n1、n2、n3，并設(shè)齒圈與太陽輪的齒數(shù)比為α，即

α=Z2/Z1

則行星齒輪機(jī)構(gòu)的一般運(yùn)動(dòng)式為

n1+αn2=（1+α）n3

由上式可以看出，在太陽輪、齒圈和行星架3個(gè)基本元件中，可任選兩個(gè)分別作為主動(dòng)件和從動(dòng)件，而使另一個(gè)元件固定不動(dòng)或使其運(yùn)動(dòng)受一定約束，則整個(gè)輪系即以一定的傳動(dòng)比傳遞動(dòng)力。不同的連接和固定方案可得到不同的傳動(dòng)比，3個(gè)基本元件的不同組合可有6種不同的組合方案，加上直接擋傳動(dòng)和空擋，共有8種組合。

齒輪變速機(jī)構(gòu)的動(dòng)力傳遞以辛普森行星齒輪機(jī)構(gòu)這種典型機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行介紹。

辛普森行星齒輪機(jī)構(gòu)一種十分著名的行星齒輪機(jī)構(gòu)，以設(shè)計(jì)發(fā)明者H.W.Simpson工程師命名，被廣泛應(yīng)用于世界各國的汽車自動(dòng)變速器中。它的特點(diǎn)是由兩個(gè)行星排組成，前后兩個(gè)太陽輪連為一體，前行星架和后齒圈為同一構(gòu)件，并且和輸出軸連接，該機(jī)構(gòu)可組成三個(gè)前進(jìn)擋和一個(gè)倒擋。

辛普森行星齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)置了5個(gè)換擋執(zhí)行元件：兩個(gè)離合器、兩個(gè)制動(dòng)器、一個(gè)單向離合器，如圖3.35所示。當(dāng)高倒擋離合器C1工作時(shí)，把來自渦輪輸出軸的動(dòng)力接通至太陽輪。當(dāng)前進(jìn)擋離合器C2工作時(shí)，把來自渦輪輸出軸的動(dòng)力接通至前排齒圈。當(dāng)二擋制動(dòng)器B1工作時(shí)，固定太陽輪。當(dāng)一、倒擋制動(dòng)器B2工作時(shí)，固定后行星架。當(dāng)單向離合器F1工作時(shí)，逆向固定后行星架。

辛普森機(jī)構(gòu)中B1和B2制動(dòng)器，在某些自動(dòng)變速器中采用帶式制動(dòng)器，也有采用摩擦片式制動(dòng)器。

下面進(jìn)行辛普森機(jī)構(gòu)各擋位的動(dòng)力傳遞分析。表3.1所示反映了辛普森行星齒輪機(jī)構(gòu)換擋執(zhí)行元件的工作規(guī)律。

1）D擋

將自動(dòng)變速器操縱手柄置于D位位置，齒輪變速機(jī)構(gòu)根據(jù)使用需要可以變換3個(gè)擋，即D1、D2、D3擋。

D1擋：把操縱手柄置于D位位置，前進(jìn)擋離合器C2和單向離合器F1作用，前進(jìn)擋離合器C2把輸入動(dòng)力傳給前齒圈，F(xiàn)1單向離合器作用，使后行星架固定不動(dòng)。其輸入動(dòng)力經(jīng)前進(jìn)擋離合器C2傳給前齒圈，使其順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，前齒圈又帶動(dòng)前行星輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。由于前行星輪既可帶動(dòng)前行星架順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，又可帶動(dòng)太陽輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，因此前齒圈的轉(zhuǎn)速通過前行星輪被分解成兩條傳動(dòng)路線，太陽輪逆時(shí)針的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)后行星輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，后行星輪再帶動(dòng)后齒圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。由于后齒圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)給后行星架施加一個(gè)逆時(shí)針的力矩，通過F1單向離合器將后行星架逆向固定。后排行星齒輪機(jī)構(gòu)固定，后太陽輪輸入，后齒圈輸出。前排行星齒輪機(jī)構(gòu)中，前齒圈輸入，前太陽輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，前行星架輸出。通過后齒圈和前行星架經(jīng)輸出軸傳出動(dòng)力。

辛普森機(jī)構(gòu)的D1擋具有汽車滑行功能，當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速超過了發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速之后，來自驅(qū)動(dòng)輪的逆向動(dòng)力通過后齒圈和前行星架輸入機(jī)構(gòu)使后行星架順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，脫離單向離合器F1鎖止，實(shí)現(xiàn)汽車滑行。當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速低于發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，單向離合器重新鎖止，變速器恢復(fù)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。

D2擋：隨著車速和節(jié)氣門開度等變化，液壓控制系統(tǒng)控制二擋制動(dòng)器B1與前進(jìn)擋離合器C2同時(shí)作用，此時(shí)渦輪輸出軸經(jīng)前進(jìn)擋離合器C2和前齒圈連接，同時(shí)太陽輪組件被二擋制動(dòng)器B1固定。其動(dòng)力經(jīng)輸入軸傳給前齒圈，使之作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。由于太陽輪被固定，因此前行星輪在前齒圈帶動(dòng)下，既有“自轉(zhuǎn)”，又隨行星架“公轉(zhuǎn)”，行星輪和行星架都是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，行星架最后帶動(dòng)輸出軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。D2擋傳動(dòng)比取決于行星架齒數(shù)和前齒圈齒數(shù)之比，它是一種傳動(dòng)比大于1的減速運(yùn)動(dòng)。D2的傳動(dòng)比僅僅和前排行星齒輪機(jī)構(gòu)有關(guān)。

另外當(dāng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，同時(shí)會(huì)帶動(dòng)后齒圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，而后太陽輪已被固定，此時(shí)后行星輪和后行星架都順時(shí)針空轉(zhuǎn)，單向離合器F1處于釋放狀態(tài)。

辛普森機(jī)構(gòu)在D2工作狀態(tài)下，來自驅(qū)動(dòng)輪的逆向傳入變速器的動(dòng)力可以直接傳至發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)。

D3擋：當(dāng)車速和節(jié)氣門開度等達(dá)到一定要求，液壓控制系統(tǒng)控制高倒擋離合器C1與前進(jìn)擋離合器C2同時(shí)作用。高倒擋離合器C1的接合把動(dòng)力傳至太陽輪，前進(jìn)擋離合器C2的接合把動(dòng)力傳至前齒圈。根據(jù)上述行星齒輪機(jī)構(gòu)特征，任意兩元件同速同方向旋轉(zhuǎn)則機(jī)構(gòu)鎖成一整體，即為直接擋。在D3擋狀態(tài)，前齒圈和太陽輪均有相同旋轉(zhuǎn)方向和速度。當(dāng)機(jī)構(gòu)整體順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，單向離合器和后行星架處于釋放狀態(tài)。

在D3檔狀態(tài)下，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)的功能，而不存在汽車滑行的作用。

2）S或2擋

把操縱手柄置于S或2擋位置，液壓控制系統(tǒng)控制執(zhí)行元件實(shí)現(xiàn)2擋和1擋自動(dòng)變換。傳動(dòng)比與在D位的2擋和1擋相同，不同的是在1擋時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)具有制動(dòng)作用，沒有滑行功能。

3）L或1擋

把操縱手柄置于L或1擋位置，液壓控制系統(tǒng)控制不升擋，固定在1擋上，液壓控制系統(tǒng)控制前進(jìn)擋離合器C2和一、倒擋制動(dòng)器B2同時(shí)工作。此時(shí)后行星架被一、倒擋制動(dòng)器B2固定，實(shí)現(xiàn)1擋傳遞。當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪逆向傳入的動(dòng)力通過變速器將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高，消耗動(dòng)力使驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速迅速下降，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)。

4）R擋

把操縱手柄置于R擋位置，液壓控制系統(tǒng)控制高倒擋離合器C1和倒擋制動(dòng)器B2同時(shí)工作，高倒擋離合器C1的接合把動(dòng)力傳給太陽輪，倒擋制動(dòng)器B2使后行星架固定。此時(shí)動(dòng)力經(jīng)輸入軸傳給了太陽輪并使其順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。因后行星架已被固定，后行星輪成了過渡輪，所以后行星輪是逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，并使后齒圈也逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，最終后齒圈帶動(dòng)輸出軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這樣可實(shí)現(xiàn)倒向行駛。R擋傳動(dòng)比等于后齒圈齒數(shù)和太陽輪齒數(shù)之比，是傳動(dòng)比大于1的減速運(yùn)動(dòng)。從上述可知，倒擋的傳動(dòng)比僅僅和后排行星齒輪機(jī)構(gòu)相關(guān)。

當(dāng)輸出軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使前行星架同時(shí)也逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)前排太陽輪是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，這兩個(gè)構(gòu)件的不同方向的旋轉(zhuǎn)，使前齒圈產(chǎn)生逆時(shí)針方向的空轉(zhuǎn)。

2．換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)

換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)由離合器、制動(dòng)器和單向超越離合器3種不同的執(zhí)行元件組成。用來改變行星齒輪中的主動(dòng)元件運(yùn)動(dòng)或固定某個(gè)元件，改變動(dòng)力傳遞的方向和傳動(dòng)比。

換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)各執(zhí)行元件通過按一定規(guī)律對行星齒輪機(jī)構(gòu)的某些基本元件進(jìn)行連接、固定或鎖止，讓行星齒輪機(jī)構(gòu)獲得不同的傳動(dòng)比，從而實(shí)現(xiàn)擋位變換。

1）離合器

離合器將行星齒輪變速機(jī)構(gòu)的輸入軸與行星排中的某個(gè)基本元件連接，以傳遞動(dòng)力，或?qū)⑶耙粋€(gè)行星排的某一個(gè)基本元件與后一個(gè)行星排的某個(gè)基本元件連接，以約束這兩個(gè)基本元件的運(yùn)動(dòng)，即起連接作用，現(xiàn)大多采用多片濕式離合器。

（1）多片濕式離合器的結(jié)構(gòu)。多片濕式離合器通常由離合器鼓、離合器活塞、回位彈簧、彈簧座、一組鋼片、一組摩擦片、調(diào)整墊片、離合器轂及幾個(gè)密封圈組成。

多片濕式離合器的剖面圖如圖3.36所示，離合器活塞3安裝在離合器鼓2內(nèi)，它是一種環(huán)狀活塞，由活塞內(nèi)外圓的密封圈保證其密封，從而和離合器鼓一起形成一個(gè)封閉的環(huán)狀液壓缸，并通過離合器內(nèi)軸頸上的進(jìn)油孔和控制油道相通。鋼片4和摩擦片5交錯(cuò)排列，兩者統(tǒng)稱為離合器片。鋼片4的外花鍵齒安裝在離合器鼓2的內(nèi)花鍵齒圈上，可沿齒圈鍵槽做軸向移動(dòng)；摩擦片5由其內(nèi)花鍵齒與離合器轂的外花鍵齒連接，也可沿鍵槽做軸向移動(dòng)。摩擦片的兩面均為摩擦系數(shù)較大的銅基粉末冶金層或合成纖維層。一般情況下離合器轂為主動(dòng)件，離合器鼓為從動(dòng)件。

（2）工作原理。當(dāng)來自控制閥的液壓油進(jìn)入離合器液壓缸時(shí)，作用在離合器活塞上液壓油的壓力推動(dòng)活塞，使之克服回位彈簧的彈力而移動(dòng)，將所有的鋼片和摩擦片相互壓緊在一起；鋼片和摩擦片之間的摩擦力使離合器鼓和離合器轂連接為一個(gè)整體，此時(shí)離合器處于結(jié)合狀態(tài)。

當(dāng)液壓控制系統(tǒng)將作用在離合器液壓缸內(nèi)的液壓油的壓力解除后，離合器活塞在回位彈簧1的作用下被壓回液壓缸的底部，將液壓油排出。此時(shí)鋼片4和摩擦片5相互分離，兩者之間無壓力，離合器鼓和離合器轂可以朝不同的方向或以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，離合器處于分離狀態(tài)。此時(shí)離合器活塞和離合器片之間有一定的軸向間隙，以保證鋼片和摩擦片之間無軸向壓力。這一軸向間隙稱為離合器的自由間隙，其大小可以用擋圈的厚度來調(diào)整，離合器自由間隙標(biāo)準(zhǔn)的大小取決于離合器的片數(shù)和工作條件。通常離合器片數(shù)越多或該離合器的交替工作越頻繁，其自由間隙就越大。

有些離合器在活塞和鋼片之間有一個(gè)碟形環(huán)，它具有一定的彈性，可以減緩離合器結(jié)合時(shí)的沖擊力。

離合器處于分離狀態(tài)時(shí)，其液壓缸內(nèi)仍殘留有少量液壓油。其在離心力的作用下會(huì)被甩向液壓缸外緣處，并在該處產(chǎn)生一定的油壓。若離合器鼓的轉(zhuǎn)速較高，這一壓力有可能推動(dòng)離合器活塞壓向離合器片，使離合器處于半結(jié)合狀態(tài)，導(dǎo)致鋼片和摩擦片因互相接觸摩擦而產(chǎn)生不應(yīng)有的磨損，影響離合器的使用壽命。為此，在離合器活塞或離合器鼓的液壓缸壁面上設(shè)有一個(gè)由鋼球組成的單向閥。當(dāng)液壓油進(jìn)入液壓缸時(shí)，鋼球在油壓的推動(dòng)下被壓緊在閥座上，單向閥處于關(guān)閉狀態(tài)，保證了液壓缸密封；當(dāng)液壓缸內(nèi)的油壓被解除后，鋼球在離心力的作用下離開閥座，使單向閥處于開啟狀態(tài)，殘留在液壓缸內(nèi)的液壓油在離心力的作用下從單向閥的閥孔中流出，保證了離合器的徹底分離。

2）制動(dòng)器

制動(dòng)器將行星齒輪機(jī)構(gòu)中的太陽輪、齒圈和行星架這3個(gè)基本元件之一與變速器殼體相連，使該元件被約束固定而不能旋轉(zhuǎn)。制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式較多，目前最常見的是帶式制動(dòng)器和片式制動(dòng)器兩種。

（1）帶式制動(dòng)器。帶式制動(dòng)器是利用圍繞在制動(dòng)鼓周圍的制動(dòng)帶收縮而產(chǎn)生制動(dòng)效果的一種制動(dòng)器。帶式制動(dòng)器主要由制動(dòng)鼓3、制動(dòng)帶2、液壓缸及活塞4等組成，如圖3.37所示。帶式制動(dòng)器的制動(dòng)鼓3與行星齒輪機(jī)構(gòu)的某一個(gè)基本元件相連接，并隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)。制動(dòng)帶的一端支承在變速器殼體1上的制動(dòng)帶支架或制動(dòng)帶調(diào)整螺釘上，另一端與液壓缸活塞上的推桿連接。液壓缸被活塞4分隔為液壓缸施壓腔5和液壓缸釋放腔7兩部分，分別通過各自的控制油道與控制閥相通。

當(dāng)液壓缸的施壓腔和釋放腔內(nèi)均無液壓油時(shí)，帶式制動(dòng)器不工作。制動(dòng)帶2與制動(dòng)鼓3之間有一定的間隙，制動(dòng)鼓3可以隨著與它相連接的行星排基本元件一同旋轉(zhuǎn)。

當(dāng)液壓油進(jìn)入制動(dòng)器液壓缸施壓腔5時(shí)，作用在活塞4上的液壓油壓力推動(dòng)活塞，使之克服回位彈簧10的彈力而移動(dòng)，活塞上推桿8隨之向外伸出，將制動(dòng)帶2箍緊在制動(dòng)鼓3上，于是制動(dòng)鼓被固定而不能旋轉(zhuǎn)。此時(shí)制動(dòng)器處于制動(dòng)狀態(tài)。

在制動(dòng)器處于制動(dòng)狀態(tài)且有液壓油進(jìn)入液壓缸釋放腔7時(shí)，由于液壓缸釋放腔7一側(cè)的活塞面積大于是施壓腔一側(cè)的活塞面積，活塞兩側(cè)所受的液壓壓力不相等，釋放腔一側(cè)的壓力大于施壓腔一側(cè)的壓力，推桿8隨之回縮，制動(dòng)帶2被放松，使制動(dòng)器由制動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)成釋放狀態(tài)。

當(dāng)帶式制動(dòng)器不工作或處于釋放狀態(tài)時(shí)，制動(dòng)帶與制動(dòng)鼓之間應(yīng)有適當(dāng)?shù)拈g隙，這一間隙的大小可用制動(dòng)帶調(diào)整螺釘來調(diào)整。

帶式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡單、軸向尺寸小，維修方便，但它的工作平順性較差。因此，可在控制油路中設(shè)置緩沖裝置，使之在開始結(jié)合時(shí)液壓缸內(nèi)的油壓能緩慢上升，以緩和制動(dòng)力的增長速度，改善工作平順性。

（2）片式制動(dòng)器。片式制動(dòng)器由制動(dòng)器活塞、回位彈簧、鋼片、摩擦片及制動(dòng)轂等部件組成。它的工作原理和多片濕式離合器基本相同，制動(dòng)鼓固定在變速器殼體上，如圖3.38所示。鋼片4通過外花鍵齒安裝固定在變速器殼體11上的內(nèi)花鍵齒圈中，摩擦片4則通過內(nèi)花鍵齒和制動(dòng)轂1上的外花鍵齒連接。

當(dāng)制動(dòng)器不工作時(shí)，鋼片和摩擦片之間沒有壓力，制動(dòng)轂1可以自由旋轉(zhuǎn)。當(dāng)制動(dòng)器工作時(shí)，來自控制閥的液壓油進(jìn)入制動(dòng)轂1內(nèi)的液壓缸中，油壓作用在制動(dòng)器活塞7上，推動(dòng)活塞將制動(dòng)器鋼片和摩擦片4夾緊在一起，與行星排某一基本元件連接的制動(dòng)轂1就被固定住而不能旋轉(zhuǎn)。

片式制動(dòng)器的工作平順性優(yōu)于帶式制動(dòng)器，也易于通過增減摩擦片的片數(shù)來滿足不同排量發(fā)動(dòng)機(jī)的要求，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，軸向尺寸增大。

3）單向離合器

單向離合器又稱單向超越離合器，與其他離合器的區(qū)別是，單向離合器無須控制機(jī)構(gòu)，它是依靠其單向鎖止原理來發(fā)揮固定或連接作用的。單向鎖止發(fā)揮連接作用是指把某個(gè)行星排的3個(gè)基本元件中的兩個(gè)在某個(gè)方向連接在一起，使其以相同的轉(zhuǎn)速一同旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生直接傳動(dòng)。

單向超越離合器有多種型式，常用有棘輪式、滾柱斜槽式和楔塊式3種型式。楔塊式單向超越離合器使用的較為廣泛，其由外環(huán)、內(nèi)環(huán)、楔塊等組成，如圖3.39所示。外環(huán)或內(nèi)環(huán)上設(shè)有楔形槽，其滾子不是圓柱形的，而是特殊形狀的楔塊，如圖3.39（a）所示，楔塊在A方向上的尺寸略大于內(nèi)外環(huán)之間的距離B，而在C方向上的尺寸略小于B。當(dāng)外環(huán)2相對于內(nèi)環(huán)3朝順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，楔塊1在摩擦力的作用下立起，因自鎖作用而被卡死在內(nèi)外環(huán)之間，使內(nèi)環(huán)與外環(huán)無法相對滑轉(zhuǎn)，此時(shí)單向超越離合器處于單向鎖止?fàn)顟B(tài)，如圖3.39（c）所示。當(dāng)外環(huán)2相對于內(nèi)環(huán)3朝逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，楔塊1在摩擦力的作用下傾斜，脫離自鎖狀態(tài)，內(nèi)環(huán)3與外環(huán)2可以相對滑動(dòng)，此時(shí)單向超越離合器處于自由狀態(tài)，如圖3.39（b）所示。

楔塊式單向離合器的鎖止方向取決于楔塊的安裝方向。維修時(shí)不可裝反，以免影響自動(dòng)變速器的正常工作。

3.4.3 供油系統(tǒng)

供油系統(tǒng)是向自動(dòng)變速器有關(guān)液壓元件提供具有一定油壓、足夠流量、合適溫度的液壓油。供油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成因其功能要求不同而有所不同，但主要組成部分基本相同，一般由油泵、各供油油道及輔助裝置、壓力調(diào)節(jié)裝置等部分組成。

1．油泵

油泵通常安裝在液力變矩器的后方，由液力變矩器殼后端的軸套驅(qū)動(dòng)。在自動(dòng)變速器的供油系統(tǒng)中，油泵有定量泵和變量泵兩種。

1）定量泵

常用定量泵有內(nèi)嚙合齒輪泵、轉(zhuǎn)子泵和葉片泵，應(yīng)用最廣泛的仍然是內(nèi)嚙合齒輪泵。

內(nèi)嚙合齒輪泵主要由外齒齒輪、內(nèi)齒齒輪、月牙形隔板、泵殼、泵蓋等組成，其齒輪緊密地裝在泵體的內(nèi)腔里，外齒齒輪為主動(dòng)齒輪，內(nèi)齒齒輪為從動(dòng)齒輪，月牙形隔板將外齒齒輪和內(nèi)齒齒輪隔開。內(nèi)齒和外齒齒輪緊靠著月牙形隔板，有微小的間隙。泵體是鑄造而成的，經(jīng)過精加工，泵體內(nèi)有很多油道，有進(jìn)油口和出油口。泵蓋也是一個(gè)經(jīng)精加工的鑄件，也有很多油道，泵蓋和泵體用螺栓連接在一起。

內(nèi)嚙合齒輪泵的月牙形隔板將內(nèi)齒輪與外齒輪之間空出的容積分隔成兩個(gè)部分，在齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)齒輪的輪齒由嚙合進(jìn)入分離的那一部分，其容積由小變大，稱為吸油腔；齒輪由分離進(jìn)入嚙合的那一部分，其容積由大變小，稱為壓油腔。由于內(nèi)、外齒輪的齒頂和月牙形隔板的配合是很緊密的，所以吸油腔和壓油腔是互相密封的。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，變矩器殼體后端的軸套帶動(dòng)外齒輪和內(nèi)齒輪一起運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)在吸油腔內(nèi)，由于外齒輪和內(nèi)齒輪不斷退出嚙合，容積不斷增加，以致形成局部真空，將油盤中的液壓油從進(jìn)油口吸入，且隨著齒輪旋轉(zhuǎn)，齒間的液壓油被帶到壓油腔；在壓油腔，由于外齒輪和內(nèi)齒輪不斷進(jìn)入嚙合，容積不斷減少，將液壓油從出油口排出，油液就這樣源源不斷地輸往液壓系統(tǒng)。內(nèi)嚙合齒輪泵的排量取決于外齒齒輪的齒數(shù)、模數(shù)及齒寬。油泵的實(shí)際泵油量會(huì)小于理論泵油量，因?yàn)橛捅玫母髅芊忾g隙處有一定的泄漏。

內(nèi)嚙合齒輪泵是自動(dòng)變速器中應(yīng)用最為廣泛的一種油泵，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、質(zhì)量輕、自吸能力強(qiáng)、流量波動(dòng)小、噪聲低等特點(diǎn)。

轉(zhuǎn)子泵由一對內(nèi)嚙合的轉(zhuǎn)子、泵殼和泵蓋等組成。其排量取決于內(nèi)轉(zhuǎn)子的齒數(shù)、齒形、齒寬以及內(nèi)外轉(zhuǎn)子的偏心距。齒數(shù)越多，齒形、齒寬及偏心距越大，排量就越大。擺線轉(zhuǎn)子泵是一種具有特殊齒形的內(nèi)嚙合齒輪泵，它具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、噪聲小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、高速性能良好等優(yōu)點(diǎn)；但其流量脈動(dòng)大，加工精度要求高。

葉片泵由定子、轉(zhuǎn)子、葉片、殼體及泵蓋等組成。轉(zhuǎn)子由變矩器殼體后端的軸套帶動(dòng)，繞其中心旋轉(zhuǎn)；定子是固定不動(dòng)的，轉(zhuǎn)子與定子不同心，二者之間有一定的偏心距。葉片泵的排量取決于轉(zhuǎn)子直徑、轉(zhuǎn)子寬度及轉(zhuǎn)子與定子的偏心距，轉(zhuǎn)子直徑、轉(zhuǎn)子寬度及轉(zhuǎn)子與定子的偏心距越大，葉片泵的排量就越大。葉片泵具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲小、泵油量均勻、容積效率高等優(yōu)點(diǎn)，但它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對液壓油的污染比較敏感。

2）變量泵

為保證自動(dòng)變速器在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的低速工況下也能為其各部分提供足夠大的流量和壓力液壓油，油泵的排量應(yīng)足夠大。定量泵的泵油量是隨轉(zhuǎn)速的增大而正比地增加，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)中高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，油泵的泵油量將大大超過自動(dòng)變速器的實(shí)際需要，過多的泵油量使阻力增大，從而增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷和油耗，造成了一定的動(dòng)力損失。為此，將汽車自動(dòng)變速器的葉片泵設(shè)計(jì)成排量可變的型式即稱為變量泵。這種葉片泵的定子不是固定在泵殼上，而是可以繞一個(gè)銷軸作一定的擺動(dòng)，以改變定子與轉(zhuǎn)子的偏心距，如圖3.40所示。

在油泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，定子3的位置由定子側(cè)面控制腔內(nèi)來自油壓調(diào)節(jié)閥的反饋油壓來控制。當(dāng)油泵轉(zhuǎn)速較低時(shí)，泵油量較小，油壓調(diào)節(jié)閥將反饋油路關(guān)小，使反饋壓力下降，定子在回位彈簧的作用下繞銷軸向順時(shí)針方向擺動(dòng)一個(gè)角度，加大了定子與轉(zhuǎn)子的偏心距，油泵的排量隨之增大；當(dāng)油泵轉(zhuǎn)速增高時(shí)，泵油量增大，出油壓力隨之上升，推動(dòng)油壓調(diào)節(jié)閥將反饋油路開大，使控制腔內(nèi)的反饋油壓上升，定子在反饋油壓的推動(dòng)下繞銷軸朝逆時(shí)針方向擺動(dòng)，定子與轉(zhuǎn)子的偏心距減小，油泵的排量也隨之減小，從而降低了油泵的泵油量，直到出油壓力降至原來的數(shù)值。

變量泵的泵油量在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過某一數(shù)值后就不再增加，從而減少了油泵在高轉(zhuǎn)速時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)阻力，提高了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。

2．油壓調(diào)節(jié)裝置

自動(dòng)變速器供油系統(tǒng)的油壓調(diào)節(jié)裝置是由主油路調(diào)壓閥、副調(diào)壓閥、單向閥和安全閥等組成。

1）主油路調(diào)壓閥

主油路調(diào)壓閥又稱主調(diào)節(jié)閥，它是根據(jù)車速和節(jié)氣門開度的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)流向各液壓系統(tǒng)的油壓，保證各系統(tǒng)液壓的穩(wěn)定，使各信號(hào)閥工作平穩(wěn)。主油路調(diào)壓閥一般由閥芯、閥體和彈簧等主要元件組成，如圖3.41所示。

來自油泵的壓力油液從進(jìn)油口a進(jìn)入，并作用到閥芯的右端；來自于節(jié)氣門閥和手動(dòng)閥倒擋油路的兩個(gè)反饋油壓則經(jīng)進(jìn)油口f作用在閥芯的左端。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷較小，輸出功率較小時(shí)，節(jié)氣門調(diào)節(jié)壓力也較低，作用在閥芯右端的油液壓力較高，油壓所產(chǎn)生的作用力大于閥芯左端彈簧預(yù)緊力和節(jié)氣門調(diào)節(jié)壓力對閥芯的作用力時(shí)，彈簧將被壓縮，閥芯向左移動(dòng)，閥芯中部的密封臺(tái)肩將使泄油口露出一部分；來自油泵的油液有一部分經(jīng)出油口b輸給手動(dòng)閥，有一部分經(jīng)出油口d輸出往液力變矩器，還有一部分經(jīng)泄油口流回油底殼，使油壓下降，直至油液壓力所產(chǎn)生的推力與調(diào)壓彈簧的預(yù)緊力、節(jié)氣門調(diào)節(jié)壓力的合力保持平衡為止。此時(shí)調(diào)壓閥以低于油泵輸入壓力的油壓輸出。當(dāng)節(jié)氣門開度增大，輸出功率增大時(shí)，增大了的節(jié)氣門調(diào)節(jié)油壓將使閥芯向右移動(dòng)，閥芯中部的密封臺(tái)肩將堵住泄油口，泄油口開度降低，泄油道減小或處于封閉狀態(tài)，使油壓上升，調(diào)節(jié)閥以高于油泵輸入壓力的油壓輸出。節(jié)氣門開度越大，調(diào)壓閥輸出的壓力越高，輸往手動(dòng)閥和液力變矩器的油液壓力將隨所要傳遞的功率的增大而增大，使油液壓力保持在相對穩(wěn)定的范圍內(nèi)。

在閥芯的右端還作用著另一個(gè)反饋油壓，它來自于壓力校正閥。這一反饋油壓對閥芯產(chǎn)生一個(gè)向左的推力，使主油路調(diào)壓閥所調(diào)節(jié)的主油路油壓減小。

當(dāng)自動(dòng)變速器處于前進(jìn)擋的1擋或2擋時(shí)，無倒擋油路油壓，壓力校正閥關(guān)閉，調(diào)壓閥右端的反饋油壓也為零。而當(dāng)自動(dòng)變速器處于3擋或超速擋時(shí)，若車速增大到某一數(shù)值，壓力校正閥開啟，來自節(jié)氣門閥的壓力油經(jīng)壓力校正閥進(jìn)入調(diào)壓閥右端，增加了閥芯向左的推力，使主油路油壓減小，減小了油泵的運(yùn)轉(zhuǎn)阻力。當(dāng)自動(dòng)變速器處于倒擋時(shí)，來自手動(dòng)閥的倒擋油路壓力油進(jìn)入閥芯的左端，閥芯左端的油壓增大，主油路調(diào)壓閥所調(diào)節(jié)的主油路壓力也因此升高，滿足了倒擋時(shí)對主油路油壓的需要。

2）副調(diào)壓閥

副調(diào)壓閥又稱二次調(diào)壓閥，根據(jù)車速和節(jié)氣門開度的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)變矩器的油壓、潤滑油壓和冷卻油壓。二次調(diào)壓閥也是由閥體、閥芯和彈簧等組成，調(diào)壓原理與主油路調(diào)壓閥相同。

3）安全閥

安全閥實(shí)際就是一個(gè)限壓閥，由彈簧和鋼球組成，并聯(lián)在油泵的進(jìn)、出油口上，以限制油泵壓力。當(dāng)油泵壓力高時(shí)，壓開鋼球，經(jīng)回油道流回油底殼。

4）旁通閥

旁通閥是液壓油冷卻裝置的保護(hù)器，與冷卻裝置并聯(lián)。當(dāng)流到冷卻裝置的液壓油溫度過高、壓力過大時(shí)，閥體打開，起旁通作用，以免高溫、高壓的液壓油損壞冷卻裝置。

3.4.4 控制系統(tǒng)

自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)根據(jù)操縱手柄的位置和汽車行駛狀態(tài)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋；控制變矩器中液壓油的循環(huán)和冷卻，以及控制變矩器中鎖止離合器的工作。

自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)由液壓信號(hào)裝置、換擋控制裝置、換擋品質(zhì)控制裝置和液力變矩器控制裝置組成，電子控制自動(dòng)變速器的控制系統(tǒng)還包括各種傳感器、執(zhí)行器、電子控制單元等。

1．液壓信號(hào)裝置

液壓信號(hào)裝置是將節(jié)氣門開度和車速的變化轉(zhuǎn)變成液壓信號(hào)的裝置。常見的液壓信號(hào)裝置有節(jié)氣門閥和車速調(diào)壓閥兩種。

1）節(jié)氣門閥

節(jié)氣門閥用于轉(zhuǎn)換節(jié)氣門油壓，反映節(jié)氣門開度，控制系統(tǒng)根據(jù)汽車節(jié)氣門開度的大小改變主油路油壓和換擋車速，滿足汽車使用要求。

節(jié)氣門閥是由節(jié)氣門開度所控制，根據(jù)控制方式的不同，節(jié)氣門閥有機(jī)械式節(jié)氣門閥、真空式節(jié)氣門閥、帶海拔高度補(bǔ)償裝置的真空式節(jié)氣門閥等幾種型式。由于機(jī)械式節(jié)氣門閥結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，所以使用最廣泛。

如圖3.42所示為一種機(jī)械式節(jié)氣門閥的結(jié)構(gòu)簡圖，它由柱塞2、閥芯4、彈簧3和閥體等組成。

當(dāng)踩下加速踏板，使節(jié)氣門開度增大時(shí)，搖臂1沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)柱塞2右移，壓縮彈簧3，使其彈力增大，則推動(dòng)閥芯4右移，使進(jìn)油口a的開口量增大，而泄油口的開口量減小，于是通往控制裝置的輸出油壓上升。閥芯右端的油室與出油口b相通，壓力油對閥芯4產(chǎn)生向左的液壓推力。當(dāng)壓力油對閥芯的作用力與彈簧3的作用相平衡時(shí)，閥芯就保持在某一工作位置，得到一個(gè)穩(wěn)定的輸出信號(hào)油壓。

當(dāng)擺臂1沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)到最大轉(zhuǎn)角位置時(shí)，柱塞2移動(dòng)到右端位置，其環(huán)槽把油口d與b接通，此時(shí)輸出壓力達(dá)最大值，并從d口輸出，送往強(qiáng)制降擋油路，從而達(dá)到強(qiáng)制降擋目的。

2）車速調(diào)節(jié)閥

車速調(diào)節(jié)閥能根據(jù)汽車速度的變化得到和汽車速度相對應(yīng)的輸出油壓，從而控制自動(dòng)變速器的換擋時(shí)機(jī)。車速調(diào)節(jié)閥一般裝在輸出軸上，車速調(diào)節(jié)閥有單錘式、雙錘式和復(fù)錘式等型式。在電子控制自動(dòng)變速器中，車速調(diào)節(jié)閥由車速傳感器代替，這里就不再介紹其結(jié)構(gòu)。

2．換擋控制裝置

換擋控制裝置按照換擋規(guī)律的要求，隨著控制參數(shù)的變化，自動(dòng)地選擇最佳換擋點(diǎn)，發(fā)出換擋信號(hào)，控制換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成擋位的自動(dòng)變換。液壓換擋控制裝置有手動(dòng)閥、換擋控制閥等。

1）手動(dòng)閥

手動(dòng)閥是一種直接由駕駛員控制的多路換向閥，位于控制系統(tǒng)的閥板總成中，經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和自動(dòng)變速器操縱手柄相連。手動(dòng)閥根據(jù)自動(dòng)變速器操縱手柄的位置，使自動(dòng)變速器處于不同的擋位狀態(tài)。在操縱手柄處于不同位置時(shí)，如停車擋P、空擋N、倒擋R、前進(jìn)擋D、前進(jìn)低擋S、L或2、1等，手動(dòng)閥也隨之移至相應(yīng)的位置，使進(jìn)入手動(dòng)閥的主油路與不同的控制油路接通，或直接將主油路壓力油送入不同的控制油路，并讓不參加工作的控制油路與泄油孔接通。

如圖3.43所示為自動(dòng)變速器手動(dòng)閥的一種結(jié)構(gòu)。閥體通過連接桿受操縱手柄操縱，閥體能左右移動(dòng)，移動(dòng)時(shí)能分別打開或關(guān)閉閥體中的油道。手動(dòng)閥的進(jìn)油口與主油路壓力調(diào)節(jié)閥相通，出油口與各換擋閥、順序動(dòng)作閥或離合器調(diào)節(jié)閥相通。

2）換擋控制閥

換擋控制閥是一種由液壓控制的兩位換向閥，它根據(jù)節(jié)氣門開度或車速的變化，自動(dòng)控制擋位的升降，使自動(dòng)變速器處于最適合汽車行駛狀態(tài)的擋位上。

任何一種自動(dòng)變速器都用換擋控制閥來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋，其數(shù)目根據(jù)變速器前進(jìn)擋位數(shù)而定，安裝在自動(dòng)變速器閥板內(nèi)。換擋控制閥由閥體、彈簧和滑閥等組成，如圖3.44所示為換擋控制閥的工作原理示意圖。

對于全液壓控制自動(dòng)變速器來說，自動(dòng)變速器換擋閥的滑閥移動(dòng)完全由節(jié)氣門閥產(chǎn)生的節(jié)氣門油壓P2和車速調(diào)壓閥產(chǎn)生的油壓P1大小來控制。節(jié)氣門開度越大，節(jié)氣門油壓也越大；車速調(diào)壓閥產(chǎn)生的油壓取決于車速，車速越高，速度調(diào)節(jié)油壓也就越高。若汽車行駛中，節(jié)氣門開度保持不變，當(dāng)車速較低時(shí)，滑閥右端的調(diào)節(jié)油壓P1較小，低于左端節(jié)氣門油壓P2和彈簧力F之和，此時(shí)滑閥保持在右端低擋位置，主油路壓力油進(jìn)入低擋換擋執(zhí)行元件，如圖3.44（a）所示；隨著車速的提高，速度調(diào)節(jié)油壓P1逐漸增大，當(dāng)車速提高到某一車速時(shí)，滑閥右端的速度調(diào)節(jié)油壓P1增大至超過左端節(jié)氣門油壓P2和彈簧力F之和，此時(shí)滑閥將移向左端高擋位置，主油路壓力油進(jìn)入高擋換擋執(zhí)行元件，讓自動(dòng)變速器升高一個(gè)擋位，如圖3.44（b）所示；若汽車在高擋位行駛中因上坡或阻力增大而使車速下降時(shí)，速度調(diào)節(jié)油壓P1也隨之降低，當(dāng)車速下降到某一數(shù)值時(shí)，換擋閥右端的速度調(diào)節(jié)油壓P1將降低至小于左端節(jié)氣門油壓P2和彈簧力F之和，此時(shí)滑閥移向右端低擋位置，使自動(dòng)變速器降低一個(gè)擋位。因此，當(dāng)節(jié)氣門開度不變時(shí)，汽車升擋和降擋時(shí)刻完全取決于車速。

若汽車行駛中保持較大的節(jié)氣門開度，則滑閥左端的節(jié)氣門油壓也較大，速度調(diào)節(jié)油壓必須在較高的車速下才能達(dá)到節(jié)氣門油壓和彈簧彈力之和，使自動(dòng)變速器升擋，因而相應(yīng)的升、降擋車速都較高；反之，若汽車行駛中保持較小的節(jié)氣門開度，則滑閥左端節(jié)氣門油壓也較小，速度調(diào)節(jié)油壓在較低的車速下就能達(dá)到節(jié)氣門油壓和彈簧彈力之和，因而相應(yīng)的升、降擋車速都較低。因此，汽車的升擋和降擋車速取決于節(jié)氣門的開度，節(jié)氣門的開度越大，汽車升擋和降擋的車速就越高；反之，節(jié)氣門開度越小，汽車升擋和降擋的車速也就越低。當(dāng)汽車行駛阻力較大時(shí)，駕駛員必須將節(jié)氣門保持在較大的開度才能保證汽車的加速，此時(shí)汽車的換擋車速也應(yīng)比平路行駛時(shí)稍高一些，以防止過早換擋而導(dǎo)致“拖擋”現(xiàn)象。反之，當(dāng)汽車平路行駛或載重較小時(shí)，節(jié)氣門保持在較小的開度，換擋車速也可以低一些，以節(jié)省燃油。這種換擋車速隨節(jié)氣門開度變化的規(guī)律符合汽車的實(shí)際使用要求。

3）強(qiáng)制降擋閥

強(qiáng)制降擋閥用于節(jié)氣門全開或接近全開時(shí)，強(qiáng)制性地將自動(dòng)變速器降低一個(gè)擋位，以獲得良好的加速性能。

強(qiáng)制降擋閥主要有兩種類型，一種類似于節(jié)氣門閥，另一種是一種電磁閥。類似于節(jié)氣門閥的強(qiáng)制降擋閥結(jié)構(gòu)如圖3.45所示，由控制節(jié)氣門閥的節(jié)氣門拉索和節(jié)氣門閥凸輪控制其工作。在節(jié)氣門接近全開時(shí)，節(jié)氣門拉索通過節(jié)氣門閥凸輪推動(dòng)強(qiáng)制降擋閥，使之打開一個(gè)通往各個(gè)換擋閥的油路B。該油路的壓力油作用在換擋閥上節(jié)氣門液壓端，迫使換擋閥移至低擋位置，使自動(dòng)變速器降低一個(gè)擋位。

另一種強(qiáng)制降擋閥是一種電磁閥，由安裝在加速踏板上的強(qiáng)制降擋開關(guān)控制。當(dāng)加速踏板踩到底時(shí)，強(qiáng)制降擋開關(guān)閉合，使強(qiáng)制降擋電磁閥通電，電磁閥作用在閥桿上的推力消失，閥芯在彈簧彈力的作用下移動(dòng)，打開油路，主油路壓力油進(jìn)入換擋閥作用著節(jié)氣門油壓的一端，強(qiáng)迫換擋閥移動(dòng)，讓自動(dòng)變速器降低一個(gè)擋位。

3．換擋品質(zhì)控制裝置

換擋品質(zhì)是指換擋過程的平順程度。換擋過快，產(chǎn)生較大的沖擊和動(dòng)載荷；而換擋過慢，雖然改善了換擋平穩(wěn)性，但摩擦元件的滑轉(zhuǎn)時(shí)間延長，導(dǎo)致其溫度升高、磨損增加。因此，在換擋閥至換擋執(zhí)行元件之間的油路中增加了一些裝置如蓄能器、單向節(jié)流閥和調(diào)節(jié)閥等，提高換擋過程的平穩(wěn)性。

1）蓄能器

蓄能器用于儲(chǔ)存少量壓力油液，在換擋時(shí)，使壓力油液迅速流到換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的油缸，并吸收和平緩所輸送油壓的壓力波動(dòng)。當(dāng)彈簧被壓縮時(shí)，儲(chǔ)存能量，而當(dāng)彈簧伸長時(shí)，釋放能量。蓄能器在自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)中采用的一般是彈簧式，它由缸筒、活塞和彈簧組成。

2）單向節(jié)流閥

單向節(jié)流閥對流向換擋執(zhí)行元件的液壓油產(chǎn)生節(jié)流作用，在換擋執(zhí)行元件接合時(shí)延緩油壓增大的速率，以減小換擋沖擊。單向節(jié)流閥有兩種型式：①彈簧節(jié)流閥式，如圖3.46（a）、（b）所示，在充油時(shí)，節(jié)流閥關(guān)閉，液壓油只能從節(jié)流閥中的節(jié)流孔通過，從而產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)；在回油時(shí)，液壓油將節(jié)流閥推開，節(jié)流孔不起作用。②球閥節(jié)流孔式，如圖3.46（c）、（d）所示，在充油時(shí)，球閥關(guān)閉，液壓油只能從球閥旁的節(jié)流孔經(jīng)過，減緩了充油過程；回油時(shí)，球閥開啟，加快了回油過程。

4．液力變矩器控制裝置

液力變矩器控制裝置為液力變矩器提供具有一定壓力的液壓油，同時(shí)將變矩器內(nèi)受熱后的液壓油送至散熱器冷卻，并讓一部分冷卻后的液壓油流回到齒輪變速器，對齒輪變速器中的軸承和齒輪進(jìn)行潤滑；同時(shí)控制變矩器中鎖止離合器工作。下面僅介紹全液壓控制自動(dòng)變速器的液力變矩器所用鎖止離合器控制裝置。

1）組成

液力變矩器鎖止離合器控制裝置由壓力調(diào)節(jié)閥、泄壓閥、回油閥、鎖止信號(hào)閥、鎖止繼動(dòng)閥及相應(yīng)的油路組成。

2）鎖止離合器控制原理

液力變矩器鎖止離合器的工作是由鎖止信號(hào)閥和鎖止繼動(dòng)閥一同控制的，其原理如圖3.47所示。鎖止信號(hào)閥上方作用著車速調(diào)壓閥調(diào)節(jié)的油壓。當(dāng)車速較低時(shí)，車速調(diào)壓閥調(diào)節(jié)的油壓也較低，鎖止信號(hào)閥在彈簧彈力的作用下保持在上方位置，將通往鎖止繼動(dòng)閥主油路切斷，從而使鎖止繼動(dòng)閥在上方彈簧彈力及主油路油壓的作用下保持在下方位置，讓變矩器中鎖止離合器壓盤左側(cè)的油腔與來自變矩器壓力調(diào)節(jié)閥的進(jìn)油道相通，此時(shí)鎖止離合器處于分離狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力完全由液力來傳遞，如圖3.47（a）所示。當(dāng)汽車以高速擋行駛，且車速及相應(yīng)的車速調(diào)壓閥調(diào)節(jié)的油壓升高到一定數(shù)值時(shí)，鎖止信號(hào)閥在車速調(diào)壓閥調(diào)節(jié)的油壓的作用下被推至下方位置，使來自高速擋油路的主油路壓力油進(jìn)入鎖止繼動(dòng)閥下端，鎖止繼動(dòng)閥在下方主油路油壓的作用下上升，從而鎖止離合器左側(cè)的油腔與泄油口相通，鎖止離合器前移，與泵輪摩擦接合，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)鎖止離合器直接傳至渦輪輸出，如圖3.47（b）所示。