1 f a an an a is no in an is no in an is a do it in It an it is 2 In well an Well to well is of in a of a s is to to in of a of a be to to be to to at If a 0 be to in ve a If d no at be A be So to of s to at an 3 a an is of to to in an of of is in an s a at an a An A of to of a A of to of An A to of is of a of in is to do of it An an to to 4 of be or be s a at a of a 2 a 0 We of of S) C) R) 1 + R/S B C) R) S) 1 / (1 + S/R) C S) R) C) of up at a 1:1 is a - is is an - is is a is be of to in 5 So of of to or of in a we Well of in a of a a It is of it of s at of in to he in on on on - it on 6 of of by by by of 7 n is by in to is by in 0 2, so = - 72/30 = So is , be is as - is of of to is is to in of 8 in to It to a of as So of is is by is as as 1 + R/S = 1 + 36/30 = .2 of At as is as as so 1 / (1 + S/R) = 1 / (1 + 36/72) = To we by 2.2 x to a it a 1:1 in ll we to do to a 1:1 is of of in it is - we to do is of to If in in to to as a a 1:1 y an a Its a - of a In at If In to a up so of to 9 In is a is to of is to of is by to is by is to s go to 1 / (1 + S/R) = 1 / ( 1 + 36/72) = So of a of If is 000 000 to at is to of by is in is by to to we = 72/36 = So in is a in s 02 206 26 30- 62 26 62 10 is by a of In well in n we of is by we we In is a is to of is to of is by to is by is to To of to be by to by a by a so it is to by a so it a of s a at a n in a of to by of 11 of n of in of is is to by a of to on of to in a In is by a is 12 on - is of is of in a he of is on it to of is on it to is he is in at ·卡瑞姆 介紹自動(dòng)變速器的工作原理 如果你駕駛過(guò)帶有自動(dòng)變速器的 汽車，那么你一定知道手動(dòng)變速器與自動(dòng)變速器之間存在兩個(gè)很大的區(qū)別： · 自動(dòng)變速器中沒(méi)有離合器踏板 · 自動(dòng)變速器中沒(méi)有換檔 手柄 ，一旦讓變速器傳遞動(dòng)力，那么接下來(lái)的一切都是自動(dòng)完成的了。 雖然自動(dòng)變速器（包括液力變矩器）與手動(dòng)變速器（包括離合器）完成的 功能 是相同的，但它們卻是以完全不 同 的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。最終證實(shí)，自動(dòng)變速器的工作方式令人驚異。 自動(dòng)變速器概圖 14 本文是通過(guò)一個(gè)具體的自動(dòng)變速器來(lái)闡述其中的原理，我們從整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵 行星齒輪系入手 ， 然后我們將看到自動(dòng)變速器是如何 組裝 在一起的，學(xué)習(xí)控制裝置是如 何工作的，討論在自動(dòng)變速器控制方面的一些復(fù)雜的關(guān)系。 自動(dòng)變速器和手動(dòng)變速器一樣，主要功能就是允許發(fā)動(dòng)機(jī)工作在小范圍變速的速度內(nèi)，變速器卻能夠輸出較大變速范圍的速度。 自動(dòng)變速器 ,剖 面立體圖 如果沒(méi)有變速器 ，汽車將被限制 在一種傳動(dòng)比 ，并且那個(gè) 傳動(dòng) 必須被選 擇 作為汽車的 最高 期望 速度。 如果您想要 以 80 英里 /小時(shí)的最高速度 行駛 ，則 傳動(dòng)比 類似 于 手動(dòng) 變速器 汽車的第三檔。 您大概從未 嘗試 僅 使用 第三檔駕駛一輛手動(dòng) 變速的 汽車。 如果您 嘗試過(guò) ，您 馬上 會(huì)發(fā)現(xiàn) 啟動(dòng)時(shí)幾乎 沒(méi)有加速 過(guò)程 ， 而是直接以很高的速度啟動(dòng)，引擎是工作在警戒線附近 的。這樣 汽車很快就會(huì)損害，而且?guī)缀鯚o(wú)法駕駛。 因此 變速器 是 利用齒輪來(lái)更有效地利用發(fā)動(dòng)的扭矩 的 ，并且使得發(fā)動(dòng)機(jī)工作在適當(dāng)?shù)乃俣取?15 手動(dòng) 和自動(dòng) 變速器 之間的關(guān)鍵性區(qū)別 在于：手動(dòng)變速器采用鎖止或打開(kāi)不同的齒輪 ，從而使輸出軸獲得不同傳動(dòng)比，而在自動(dòng)變速器中，同樣是 這些齒輪 ，但是能得到 一定 范圍內(nèi)所有的不同的傳動(dòng)比。 而 行星齒輪系是使此成為可能的 裝置 。 讓我們來(lái)看一下行星齒輪系是如何工作的。 行星齒輪系和齒輪傳動(dòng)比 當(dāng)您拆散 自動(dòng)變速器往里面觀察，可以發(fā)現(xiàn)，在一個(gè)相對(duì)狹小的空間里布滿了很多零件。在這些零件中有： 一個(gè)精巧的行星齒輪系 一套 鎖止齒輪的鋼帶 三個(gè)鎖住另外一些 齒輪的 濕式片式離合器 控制離合器和 鋼帶的 復(fù)雜液壓系統(tǒng) 為變速器 提供液壓 的 齒輪泵 關(guān)注的重點(diǎn)是行星齒輪系 。 變速器所產(chǎn)生的所有不同的傳動(dòng)比決定于齒輪系尺寸的大小。變速器里其他的零 部件是協(xié)助行星輪系產(chǎn)生不同傳動(dòng)比的。這套裝置曾經(jīng)出現(xiàn)在材料的工作方式中 。 您可以從 電螺絲刀 中找到。 一個(gè)自動(dòng)變速器中包含有由兩套行星齒輪系組合在一起而成的一個(gè)部件。其介紹 可以 參見(jiàn)齒輪系工作方式。 16 從左到右：內(nèi)齒圈，行星架，和兩個(gè)太陽(yáng)輪 行星齒輪系有三個(gè)主要的組成部分： 太陽(yáng)輪 行星 輪和行星 架 內(nèi)齒圈 這三個(gè)組 成 中的 任何一組成都可以作為 輸入 或輸出 ， 或者被固定。 哪些組成充當(dāng)何種角色取決于行星齒輪系的速度比。 下面的動(dòng)畫可以顯示出其中的 關(guān)系。 17 這是變速器中 其中 的一個(gè)行星齒輪系，內(nèi)齒圈齒數(shù)為 72，太陽(yáng)輪齒數(shù)為 30。我們可以從中的到很多不同的速比。 輸入 輸出 固定 計(jì)算 齒輪 速 比 A 太陽(yáng) 輪 (S) 行星 架 (C) 內(nèi)齒圈 (R) 1 + R/S b 行星 架 (C) 內(nèi)齒圈 (R) 太陽(yáng) 輪 (S) 1/(1 + S/R) C 太陽(yáng) 輪 (S) 內(nèi)齒 圈 (R) 行星 架 (C) - R/S 并且，鎖 住三個(gè)組成中的 任何 兩個(gè)組成將鎖止整個(gè)個(gè)行星系，而此時(shí)速比為 1： 1。從表中可以看出，第一個(gè)中方案的速比為減速 輸出速度小于輸入。第二種方案為加速 輸出速度高于輸入。最后一種方案也是減速， 但 輸出 速度的方向相反 。這個(gè)行星齒輪系 還可以得到其他很多的速比，而剛才的這些速比僅和我們的自動(dòng)變速器有 關(guān)。 因此這一套 行星 齒輪 系 可 以產(chǎn)生所有需要的不同的齒輪傳動(dòng)比 ， 卻不需要 接合 或不接合其他齒輪。把兩套行星齒輪系置于一行，我們可以得到四個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)后退檔。下一部分內(nèi) 容我們將這兩個(gè)齒輪系組裝在一起。 復(fù)合行星齒輪系 自動(dòng)變速器中使用了一系列的行星齒輪系，我們稱之為 復(fù)合 行星齒輪系，看起來(lái)好像只有一個(gè)簡(jiǎn)單的行星齒輪系，實(shí)際上卻實(shí)現(xiàn)這兩套齒輪系的功能。其中包含一個(gè)總是作為輸出的內(nèi)齒圈、兩個(gè)太陽(yáng)和兩套行星裝置。 讓 我們看 其中的一些 零件： 18 變速器中的齒輪的組裝 從左到右： 內(nèi)齒圈，行星架，和兩個(gè)太陽(yáng)輪 下圖 中，行星輪裝 在行星 架上，可以看到，右邊的行星輪低于左邊的行星輪 。 右邊 的行星輪不與內(nèi)齒圈嚙合 它和另一個(gè)行星輪嚙合。而只有左邊的行星輪與內(nèi)齒圈嚙合。 行星架：兩 個(gè)行 星輪 在 下個(gè)圖中， 您 可 看到 在 行星 架 的 內(nèi)部 ， 短 行星輪與小太陽(yáng)輪嚙合，長(zhǎng)行星輪同時(shí)與大太陽(yáng)輪和小太陽(yáng)輪嚙合。 19 行星架 內(nèi)部 ：兩 個(gè) 行星輪 自動(dòng)變速檔位 第一檔 在一檔， 小太陽(yáng)輪在變矩器的渦輪驅(qū)動(dòng)下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。 行星 架 將自動(dòng)做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) ，但是 被離合器阻止了（離合器只允許單向旋轉(zhuǎn)），從而內(nèi)齒圈變成 了 輸出。 小太陽(yáng)輪有 30 齒，內(nèi)齒圈 72 齒，則速比為： = - 72/30 = 因此 旋轉(zhuǎn)速率為負(fù)的 ， 這 意味著 輸出方向同輸入的方向是相反的。但事實(shí)上，輸出方向是與輸入方向相同的，這就是要引入兩套 行星齒輪系 的原因。第一套與第二套嚙合，而第二套輸出至內(nèi)齒圈，這樣的組合把方向轉(zhuǎn)回原先輸入的方向。這樣還是使得大太陽(yáng)輪自轉(zhuǎn)，而這時(shí)的離合器是不作用的，大太陽(yáng)輪以同渦輪相反的方向（逆時(shí)針）自轉(zhuǎn)。 20 第二檔 變速器做一些單獨(dú)的事情來(lái)獲得二檔所需的傳動(dòng)比。它像相互連接的兩套行星輪和共同的行星架相連接。 行星架的第一級(jí)事實(shí)上是把大太陽(yáng)輪用作內(nèi)齒圈。所以第一級(jí)包括太陽(yáng)輪（小太陽(yáng)輪）、 行星架 和“內(nèi)齒圈”（大太陽(yáng)輪） 。 輸入是 小太陽(yáng)輪 ，內(nèi)齒圈 (大太陽(yáng) 輪 )由 鋼 帶 保持靜止，輸出是行星架。 對(duì)于 一級(jí) ， 太陽(yáng)輪作為輸入，行星架作為輸出，而內(nèi)齒圈固定，其公式為： 1 + R/S = 1 + 36/30 = 小太陽(yáng)輪旋轉(zhuǎn)一圈，行星架則轉(zhuǎn)過(guò) 。在第二級(jí)，行星架作為第二套行星齒輪系的輸入，大太陽(yáng)輪（被固定）作為太陽(yáng)輪，而內(nèi)齒 圈則作為輸出，其齒輪速比為： 1 / (1 + S/R) = 1 / (1 + 36/72) = 要 得到二檔的 減速比 ，我們 把 第一 級(jí)減速比和第二級(jí)減速比相乘 ， 2.2 x 到 。 這也許聽(tīng)起來(lái) 有些 怪，但 卻是這么 運(yùn)作 的 。 第三檔 絕大多數(shù)的自動(dòng)變速器在第三檔 是 1： 1 的速比。您還記得前面我們已經(jīng)得到速比為 1： 1 的方法 三個(gè)組成中鎖住任何兩個(gè)組成。這樣的裝置實(shí)現(xiàn) 就比較容易 我們所要做的就是接合離合器來(lái)鎖住太陽(yáng)輪中的一個(gè)。 如果兩個(gè)太陽(yáng)輪以同一方向旋轉(zhuǎn)，行星輪則被鎖定，因?yàn)樗鼈?反向旋轉(zhuǎn)。內(nèi)齒圈和行星輪固定使得它們作為一個(gè)整體旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生 1： 1 的速比。 21 加速 檔 根據(jù)定義， 輸出 的速度要高于輸入的速度。它是速度的增加 減速的對(duì)立面。在變速器中，加速時(shí)在同一時(shí)刻完成兩件事情。如果您看過(guò)變矩器是如何工作的，就知道變矩器的鎖止的情況。為了提高效率，一些汽車用機(jī)械方式鎖住變矩器，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩直接輸出到變速器。 變速器中，當(dāng)加速時(shí)，聯(lián)接到變矩器的外 殼（用螺栓連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪）的軸通過(guò)離合器的接合連接到行星架， 小太陽(yáng)輪和大太陽(yáng)輪 與加速鋼帶同步 ， 渦輪不接其他東西，而變矩器的外殼作為輸出 。我們回顧一下，此時(shí)行星架作為輸入，太陽(yáng)輪固定，而內(nèi)齒圈作為輸出。 1 / (1 + S/R) = 1 / ( 1 + 36/72) = 可得到，發(fā)動(dòng)機(jī)輸入旋轉(zhuǎn)速度為輸出的三分之二。例如，如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為每分鐘 2000 轉(zhuǎn)，輸出轉(zhuǎn)速就為 3000 轉(zhuǎn)每分鐘。這就允許發(fā)動(dòng)機(jī)以相對(duì)合適的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，汽車也能夠在高速公路上行駛 。 倒檔 倒檔和一檔非常類似，區(qū)別在于，不是小太陽(yáng)輪被驅(qū)動(dòng)，而是大太陽(yáng)輪被驅(qū)動(dòng)，而小 行星輪 以相反方向旋轉(zhuǎn)。行星架與變矩器外殼同步，則根據(jù)上述的公式可以得到： = 72/36 = 可見(jiàn)，變速器倒檔的傳動(dòng)比比一檔稍小一些。 齒輪 傳動(dòng)比 此變速器有四個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)倒檔，讓我們用傳動(dòng)比、輸入和輸出總結(jié)一下： 22 檔 位 輸 入 輸 出 固 定 齒輪 傳動(dòng)比 第 1 檔 30 齒 太陽(yáng) 輪 72 齒內(nèi)齒圈 行星 架 第 2 檔 30 齒 太陽(yáng) 輪 行星 架 36 齒內(nèi)齒圈 行星 架 72 齒內(nèi)齒圈 30 齒 太陽(yáng) 輪 兩級(jí)總比 第 3 檔 30 和 36 齒 太陽(yáng) 72 齒內(nèi)齒圈 加速檔 行星 架 72 齒內(nèi)齒圈 36 齒 太陽(yáng) 倒 檔 30 齒 太陽(yáng) 輪 72 齒內(nèi)齒圈 行星 架 在讀 完 這部分 之 后，您大概想知道不同的輸入 是 怎么 接合 與斷開(kāi)的 。這 是 由 變速器中的離合器和 鋼 帶完成的。在下一部分中，我們將看到 它 們是如何工作的。 變速器中的離合器和鋼帶 在上一部分，我們討論了變速器是如何得到不同檔位的傳動(dòng)比的。例如，討論加速檔是，我們說(shuō)： 變速器中，當(dāng)加速時(shí)，聯(lián)接到變矩器的外殼（用螺栓連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪）的軸通過(guò)離合器的接合連接到行星架 ， 小太陽(yáng)輪和大太陽(yáng)輪與加速鋼帶同步， 渦輪不接其他東西，而變矩器 的外殼作為輸出。 要讓變速器工作在加速檔，很多零部件要通過(guò)離合器和鋼帶連接或斷開(kāi)。行星架通過(guò)離合器與變矩器外殼連接。小太陽(yáng)輪通過(guò)離合器斷開(kāi)與渦輪連接，使其空轉(zhuǎn)。大太陽(yáng)輪利用鋼帶與外殼同步，使其無(wú)法旋轉(zhuǎn)。像這樣通過(guò)離合器與鋼帶的接合或不接合，每個(gè)齒輪運(yùn)動(dòng)都會(huì)觸發(fā)一系列的事件。讓我們看一下鋼帶。 23 鋼帶 變速器中有兩條鋼帶，這兩條鋼帶事實(shí)上是包貼在齒輪組切面周圍的，并且連接到外殼，由變速器的液壓缸推動(dòng)執(zhí)行的。 其中的鋼帶 在上圖 中 ，您 可以 看到 在變速器外殼上 其中 的 一條 鋼帶。此時(shí)齒輪都已經(jīng)被 移 走了，金屬推桿與 活塞相連，用來(lái)推動(dòng)鋼帶。 活塞推動(dòng)鋼帶 24 上圖可看到驅(qū)動(dòng)鋼帶的兩個(gè)活塞。油壓通過(guò)液壓閥控制進(jìn)入液壓缸，驅(qū)動(dòng)活塞推動(dòng)鋼帶，從而使得齒輪系中的某個(gè)組成與外殼鎖止。 變速器中的離合器共有四個(gè)，而且相對(duì)來(lái)說(shuō)要復(fù)雜一些。被壓縮的液壓油進(jìn)入離合器內(nèi)部的活塞，從而驅(qū)動(dòng)離合器。當(dāng)油壓降低 時(shí) ，彈簧確保離合器分離 后 回復(fù)原位。下圖所示 為 活塞和離合器從動(dòng)鼓，還要注意到活塞上的密封橡膠圈，當(dāng)變速器被重新修理裝配時(shí)，要求更換這個(gè)橡膠圈。 變速器中的一個(gè)離合器 下圖所示的是離合器中相互交替的摩擦片與金屬片。摩擦片內(nèi)側(cè)由花鍵聯(lián)接， 與輪系的其中一個(gè)組成鎖止。金屬片外側(cè)用花鍵與離合器外殼固接。同樣，變速器被修理時(shí)，這些離合器片要被更換。 離合器片 離合器的油壓是通過(guò)經(jīng)由軸內(nèi)通道來(lái)供應(yīng)的。在 任 一時(shí)刻，離合器和鋼帶的運(yùn)動(dòng)都是有液壓系統(tǒng)控制的。 注：本文來(lái)源 :