讲 稿 内 容 上节内容回顾： 变速器的功用与类型、三轴变速器结构和工作原理、防止跳档的结构和措施、无 同步器时变速器的换档过程、惯性式同步器的的构造和原理 第十三章 液力机械传动和机械式无级变速器 第1节 液力机械传动 液力耦合器和液力变矩器都是动液传动装置。所谓动液传动是指靠液体在循环流动过程中动能的变化而传递动力的液压传动方式。 一、液力耦合器 泵轮刚性连接在外壳上，与曲轴一起旋转。泵轮刚性连接在外壳上，与曲轴一起旋转。 泵轮与涡轮装合后，其通过输入轴或者输出轴的断面为环形，成为循环圆，传递动力的液体即绕轴线作圆周运动，又在循环圆内从高能区向低能区作循环运动。在工作轮之间留有一定的间隙（ 3-4mm ），一方面保证安装精度，另一方面过小的间隙会增加液体流动的阻力，甚至引起涡流。 工作液充满液力耦合器壳体，同时通过补偿阀和泄油阀补充或者排除工作液。 液力耦合器的工作原理 流动的液体在动能变化过程中吸收或者放出能量 液力耦合器的工作过程 工作轮旋转，工作液体在离心力的作用下，外端的动能高于内端的动能；因此工作液在绕轴线作圆周运动的同时，沿工作轮叶片由内部向外部流动。其速度取决于曲轴的速度和工作轮的半径。 泵轮与涡轮的半径相同，而泵轮的速度高于涡轮的速度，因此泵轮内外部工作液压高于涡轮外部的工作液压，工作液自泵轮的外部流向涡轮，并形成首尾相连的螺旋线。 泵轮对液体做功时其能量增高， 液体对涡轮做功，并由涡轮将动力传递给输出轴。 汽车上采用液力耦合器的优缺点 优点： ? 泵轮与涡轮之间允许较大的转速差，可以保证汽车的平稳起步和加速； ? 衰减传动系统扭转振动并防止转动系统过载，延长传动系统的使用寿命； ? 在暂时停车时也可以不脱开传动系统，可以减少换档的次数； 缺点： ? 液力耦合器只能传递扭矩，而不能改变扭矩的大小，因此必须与变速机构一起使用。 ? 增加质量和尺寸。因为液力耦合器不能完全的中断动力，因此在换档时仍然需要离合器来中断动力，减少换档时的冲击载荷。 ? 存在液流损失，传动效率低。 二、液力变矩器 液力变矩器与液力耦合器的不同点： ? 在结构上多一个不动的导轮。 ? 不仅能传递转矩，还能在泵轮转速和转矩不变的前提下，改变涡轮转矩的大小。 液力变矩器的工作原理 设发动机转速和负荷不变，即泵轮的（nb）和转矩（Mb）不变。 以起步工况为例。 nw=0 Mw =Mb + Md Mw 〉 Mb 液力变矩器起到了增大转矩的作用。当涡轮的转矩随着泵轮的转矩增大而增大到克服汽车的起步阻力，则汽车实现起步。 汽车已经实现起步，涡轮转速逐渐增加
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备注 此时由涡轮叶片出口处的速度为： v= w + u u—牵连速度； w—沿叶片的相对速度。 V方向改变 Mw =Mb + Md Md逐渐变小 当v与导轮的出口方向一致时 Md=0 此时：Mw=Mb nw 继续增大 V继续向左倾斜 Md变为负值 此时：Mw=Mb－ Md 直至:nw = nb时，工作液停止流动，不再传递动力。 经过上述分析： 液力变矩器的输出转矩可以根据涡轮的转速变化：具体为： 涡轮速度低——转矩大于泵轮转矩； 涡轮速度等于一设定值——转矩等于泵轮转矩； 涡轮速度高——转矩小于泵轮转矩； 涡轮速度等于泵轮速度——不传递转矩。 液力变矩器能够改变扭矩的原因是在泵轮和涡轮之间加入了导轮。 液力变矩器的特性 表征液力变矩器的特性的参数为： 传动比i：输出速度与输入速度之比。 i=nw/nb 变矩系数K：输出转矩与输入转矩之比。 k=Mw/Mb 最大变矩系数：涡轮转速为0时的变矩系数。 结论： ? 液力变矩器的传动比为小于等于1的连续可变的数； ? 液力变矩器的转矩随着汽车的行驶工况自动的改变。当涡轮的速度低时具有较大的转矩；涡轮速度为0时的转矩最大；当涡轮的速度高时具有较小的转矩；涡轮速度与泵轮的速度相等时的转矩最小为0； ? 液力变矩器同时具有液力耦合器保证汽车平稳起步，衰减传动系的扭转振动，防止系统过载的特点。 ? 在涡轮速度高于nw1时，涡轮的输出转矩小于泵轮的输入转矩，效率低、降低了动力性。 三、典型液力变矩器结构 a. 三元件综合式液力变矩器 单向离合器的作用 在液力变矩器的涡轮速度达到一定的程度时，让液力变矩器转化为液力耦合器工作，以增大涡轮在高速时的输出的转矩，提高动力性。 因为这个液力变矩器可以转化为液力耦合器工况，因此称之为综合式的。一般将液力变矩器的工作状态的数目称之为相。同时，一般将导轮与泵轮、或者导轮与导轮之间的涡轮数称之为液力变矩器的级。 三元件综合式液力变矩器的特性 b. 四元件综合式液力变矩器 原因： 三元件的液力变矩器在最高效区到转换点之间的效率较低。 办法：
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让导轮1与导轮2 先后与涡轮同向旋转，而提高效率。 特性： 两个变矩特性与一个耦合特性的组合。 具有三个工作状态，因此称之为单级三相四元件综合式液力变矩器。 c. 带锁止离合器的液力变矩器 原因： 因为液力损失和泵轮与涡轮之间的转速差，液力变矩器的效率比机械传动低，导致燃油经济性差。 锁止离合器的作用： 在良好的路面上，让液力变矩器被锁止，使液力变矩器的输入轴和输出轴刚性连接（涡轮与泵轮接合成一体），提高传动效率，此时的变矩器效率为1。 四、液力机械变速器 液力变矩器一般与齿轮变速器（有级式）共同组成，液力机械变速器。 原因： 1.液力变矩器的变矩系数较小，不能满足汽车的需要； 2.过大的变矩系数影响液力变矩器的效率； 液力机械变速器的总传动比 液力机械变速器的总传动比为： 液力变矩器的变矩系数K与齿轮变速器的传动比i的乘积。I=K*i 传动比越大，液力机械变速器的所传递的转矩越大，转速越低，这点与机械变速箱是一致的。 因为液力变矩器的变矩系数在一定的范围内可以连续变化，配合上机械变速机构后，液力机械变速器的传动比在几个区间内是连续变化的。我们称之为部分无级变速器。 第2节 金属带式无级自动变速器 机械式无级变速器简称CVT(Continuously Variable Transmission)，于20世纪70年代，由荷兰的VDT(VAN Doorne’s Transmission b.V)公司研制成功了新型的金属带式无级自动变速器简称VDT - CVT 。 VDT – CVT的结构和工作原理 ? 无级变速部分由：油泵、主动轮（可动与不可动部分）、金属带、从动轮（可动与不可动部分）和控制油缸组成。 ? 主动轮和从动轮的直径在一定的范围内可以连续变化，从而实现传动比的连续变化。 ? 传动比由液压控制系统根据行驶路况来调节； ? VDT – CVT的传动比一般在0.4~7之间； ? 采用VDT – CVT在结构上需要离合器，以保证汽车起步平稳； 18
汽 车 构 造 教 案
第 6 次课 教学课型：理论课√ 实验课□ 习题课□ 实践课□ 技能课□ 其它□ 主要教学内容（注明：重点* # 难点 ）： 第十四章 万向传动装置 第一节 概述 第二节 万向节*# 第三节 传动轴和中间支承 第十五章 驱动桥 第一节 主减速器* 第二节 差速器* 第四节 半轴与桥壳 教学目的要求： 了解和掌握向传动装置的组成及其在汽车上的应用。普通十字轴万向节的构造及不等速性。等速万向节的类型、构造及工作原理。 了解和掌握驱动桥的组成及典型结构，主减速器的功用和类型。差速器的功用和类型，齿轮式差速器、强制锁止式差速器的构造及工作原理。半轴的支承形式，桥壳的功用和类型。 教学方法和教学手段： 课堂讲授 讨论、思考题、作业： 7． 等速万向节的工作原理 8． 主减速器的功能 9． 强制锁止差速器的工作原理 参考资料： 多媒体材料，网络资料
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讲 稿 内 容 上节内容回顾： 液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械变速器的工作原理 第十四章 万向传动装置 第1节 概述 功用：主要用来在工作过程中相对位置不断改变或者轴线不重合的两根轴间传递转矩和旋转运动组成：万向节和传动轴组成，距离较大时还加装中间支承。 要求： – 1)保证所连接的两轴相对位置在预计范围内变动时，能可靠地传递动力。 – 2)保证所连接两轴尽可能等速运转。由于万向节夹角而产生的附加载荷、振动和噪声应在允许范围内。 – 3)传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易等。 一、万向传动装置 功用：在轴间夹角和轴的相互位置经常发生变化的转轴之间继续传递动力。 组成： 万向节、传动轴、中间支承。 应用场合： 1）变速器与驱动桥之间 2）变速器与分动器之间 3）驱动桥的半轴 4）断开式驱动桥的半轴 5）转向轴 第2节 万向节*# 一、万向节分类 万向节：按扭转方向是否有明显的弹性，可分为刚性万向节和挠性万向节 刚性万向节：根据万向节连接的两轴夹角α≠0不等于于零时，输入轴瞬时角速度瞬时ω1与输出轴瞬时角速度ω2的运动关系 ，分为： – 不等速万向节：ω1≠ω2（几乎时时成立），如十字轴式 – 准等速万向节：ω1＝ω2 （α＝α1）；ω1≠ω2 （α≠α1），如双联式、三销轴式等 – 等速万向节：ω1＝ω2 （α＜α1），如球叉式、球笼式等 一)、十字轴万向节 十字轴的密封 ? 如密封唇朝向轴承，用于防止润滑油泄出 ? 密封唇背向轴承，用于防止灰尘、杂物侵入 ? 同时安装两个皮碗密封 运动分析： 当十字轴万向节的主动轴与从动轴存在一定夹角α 时，主动轴转角φ1与从动轴转角φ2之间存在如下关系：tan?1?tan?2cos? 要点： 备注 ?2/?1是φ1的周期函数，周期为π，即转动一周，波动2次 当主动轴匀速旋转，从动轴的最大转速为：?2max??1，最小转速为：?2min??1cos? cos?20