馬自達6轎車自動變速器虛擬仿真裝配研究本科生畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 成。 圖 FS5AEL自動變速器組成圖示 虛擬仿真裝配技術 圖 FS5AEL自動變速器組成圖 在圖中，動力傳遞系統由液力變矩器和行星齒輪機構組成，將發動機輸出的動力經過傳遞而降低轉速、增加扭矩。電子控制系統是按照通過輸入系統里的開關和傳感器的信號，通過 TCM（變速器控制模塊） 向液壓控制系統中的線性類、ON/OFF 類電磁閥及工作循環類電磁閥輸出與當前駕駛條件相吻合的信號。而液壓控制機械裝置，則是根據 TCM所傳遞 的信號，依據每個電磁閥的操作，接通在控制閥體中的液壓通道，另外同時控制離合器的結合壓。 圖 FS5AEL自動變速器中，動力傳遞的流程圖、液壓控制信號的傳遞圖和電子信號傳遞圖的組合，詳細的展示了各個結構和組成關系。 圖 1 動力裝置 2 液壓控制機械裝置 3 電子控制機械裝置 4 液力變矩器 5 離合器、制動器 6 虛擬仿真裝配技術 行星齒輪 7 差速器 8 輪胎 9 主控制閥閥體 10 換檔電磁閥 D， E （ ON/OFF 類） 11 壓 力控制電磁閥 A （線性類） 12 換檔電磁閥 A， B， C （工作周期型） 13 油泵 14 副控制閥體 15 壓力控制電磁閥 B （工作周期型） 16 換檔電磁閥 F （ ON/OFF 類） 17 油壓開關信號 18 車速 19 ATF 溫度 20 前進離合器鼓轉速 21 發動機轉速 22 節氣門位置信號 23 副齒輪轉速 24 動力流程圖 25 液壓控制信號 26 電子信號 下面為上圖中傳遞的流程顯示： 動力裝置：發動力動力 —— 液力變矩器 —— 離合器、制動器 —— 行星齒輪組 ——差速器 —— 輪胎 電子控制機械裝置：油壓開關信 號 、車速 、 ATF 溫度 、 前進離合器鼓轉速 、 發動機轉速 、節氣門位置信號 、副齒輪轉速 —— TCM（變速器控制模塊） 液壓控制機械裝置： TCM—— 壓力控制電磁閥 、換檔電磁閥 F （ ON/OFF 類）壓力控制電磁閥 A （線性類）、 換檔電磁閥 A， B， C （工作周期型）、換檔電磁閥 D，E （ ON/OFF 類） —— 主副控制閥閥體 —— 離合器和制動器的結合壓 根據上述的介紹，下面分別講述動力裝置的結構組成以及其功能原理 FS5AEL自動變速器的動力裝置包括液力變矩器、四對離合器、兩對制動器、帶式制 動器、兩對單向離合器和三對單式行星齒輪。下面分別介紹各個裝置的組成及其工作原理。 1 液力變矩器 液力變矩器把動力從發動機傳遞至機械式變速器。它主要由泵輪、渦輪和固定不動的導輪三部分組成，各工作輪用鋁合金精密鑄造，或用鋼板沖壓焊接而成，其結構示意圖如圖 圖 液力變矩器組成圖 泵輪 主動部分，將發動機動力變成油液動能 渦輪 輸出部分，將動力傳遞至機械式變速器的輸入軸 導輪 反作用元件，它通過單向離合器與變速器殼體固定 變矩器不僅能夠傳遞轉矩 ，而且能在泵輪轉矩不變的情況下，隨著渦輪的轉虛擬仿真裝配技術 速（反映著汽車行駛速度）不同而改變渦輪輸出的轉矩數值，在液體循環流動的過程中，固定不動的導輪給渦輪一個反作用力矩，使渦輪輸出的轉矩不同于從泵輪輸入的轉矩，因而可以隨著汽車的行駛速度改變所輸出的轉矩。圖 力變矩器增加扭矩圖 圖 圖中 MdMbwM ??39。 在變矩器的泵輪轉速和 轉矩不變的條件下，渦輪轉矩隨其轉速（反映汽車行駛速度）的變化規律，就是液力變矩器的特性。圖 圖 液力變矩器的傳動比 i 為輸出轉速（即渦輪轉速 wn ）與輸入轉速（即泵輪轉速 bn ）之比，即 1??bwnni 液力變矩器輸出轉矩 wM 與輸入轉矩（即泵輪轉矩 bM ）之比稱為變矩系數，用 K虛擬仿真裝配技術 表示，即bwMMK? 上圖反應了變矩系數 K和變矩器傳動比 i （或渦輪轉速 wn ）之間的變化關系 可以得到，變矩系數 K是隨著渦輪轉速的改變而連續變化的，當汽車起步、上坡或者遇到較大的阻力的過程中，假如發動機的轉速和負荷不變，即從泵輪輸入的轉速和轉矩不變，這時候，汽車車速會相應的降低，即渦輪的轉速降低，從而由圖中得知，變矩器傳動比會降低，而變矩系數會相應的增大，即渦輪所輸出的扭矩會相應的增大，使得驅動車輪獲得較大的扭矩，保證汽車在行 進過程中克服遇到的阻力而繼續前行，所以變矩器是一種隨著汽車行駛阻力的不同而自動改變輸出扭矩的無級變速器，另外還具有保證汽車平穩起步，減緩扭轉振動等功能。 2 行星齒輪變速系統 液力變矩器雖然在一定范圍內能夠改變轉矩比和傳動比，但是其變矩系數不大，變矩的范圍不寬廣，所以難以滿足汽車使用的要求，為了提高自動變速器輸出扭矩的變化范圍，在具有液力變矩器的前提下，添加一個齒輪式變速器與其相結合，這中變速器稱為液力機械式變速器，而這個齒輪式變速器多數是行星齒輪變速器。 1）單排行星齒輪變速器的工作原理 為 了了解行星齒輪變速器的變速工作原理，必須先了解其組成中最基本的單排行星齒輪結構的運動規律，圖 ，圖中標出了行星輪所受到的作用力。 1— 太陽輪 2— 齒圈 3— 行星架 4— 行星輪 作用于太陽輪 1上的力矩 111 rFM? 作用于齒圈 2上的力矩 虛擬仿真裝配技術 222 rFM ? 作用于行星架 3上的力矩 333 rFM? 令齒圈與太陽輪的齒數比為α，則 1212 rrzz ??? 因而 12 rr ?? 13 21 rr ??? 由行星齒輪 4的力平衡條件得 21 FF? 13 2FF ?? 代入上面的力矩公式，根據能量守恒定律，三個元件上輸入和輸出的功率的代數和應為零，故通過轉換得到以下式子 0)1( 321 ???? nnn ?? 通過上式可以看出，在太陽輪、齒圈和行星架這 3個零件之中，可以任意選兩個零件，一個作為主動件，一個作為從動件，而使第三個零件固定不動，即第三個零件的轉速為零，或者讓第三個零件的運動受到一定的限制，使其轉速固定，則整個行星齒輪組以一定的傳動比傳動動力，而通過三個零件的各種限制條件，可以得到不同的傳動比，這就是單排行星齒輪傳動最基本的原理，下面分別討論各種條件 ?太陽輪 1作為主動件，行星架 3為從動件，齒圈 2固定，此時式中 02?n 則得 到的傳動比 123113 11 zznnr ????? ? ?齒圈 2為主動件，行星架 3為從動件，太陽輪 1固定，此時式中 01?n 則得到的傳動比 213223 11 zznnr ????? ?? ?太陽輪 1為主動件，齒圈 2為從動件，行星架 3固定，此時式中 03?n 則得到的傳動比 122112 zznnr ????? ? 這種條件下，與符號相反，表示主動軸輸入和從動軸輸出的旋轉方向相反，于是汽車就出現了倒檔傳動情況 這種傳動很好的解決了汽車倒檔的問題，不同于傳統的手動變速器，還需在變速虛擬仿真裝配技術 器整體中添加一根倒檔軸和相應的傳動齒輪。 ④若要使得太陽輪和齒圈的轉速想同，即 21 nn? 則 21113 1 nnnnn ????? ?? 所以，當三個元件中的任意兩個零件連成一體轉動時，第三個零件的轉速和前兩個轉動零件的轉速相同，即行星齒輪組中所有元件都沒有相對運動的情況，就是一個整體的運動，從而變成從液力變矩器輸入，直接從變速器輸出的一端輸出，這就是直接檔傳動，傳動比就是 1 2） FS5AEL自動變速器齒輪組結構 在變速器內部有 3個行星齒輪組，分別稱為前行星齒輪組、后行星齒輪組和副行星齒輪組。其中，前、后行星齒輪組是改進型辛普森行星齒輪機構，辛普森行星齒輪結構是由兩排行星齒輪共用一個太陽輪而組成的復合式行星齒輪機構。即 前行星齒輪組的前中心齒輪和副行星齒輪組的副中心齒輪在同一根軸上，而且齒數相同，前內齒輪與后排行星架為一體，前排行星架與后排內齒輪為一體，是動力輸出端．兩個太陽輪為獨立運動。副行星齒輪組是一個單級行星齒輪機構，它在 1— 4擋和 R擋時執行減速運動，在 5擋時是直接傳動。 1 前行星齒輪和后行星齒輪 前行星齒輪機構與單向離合器的外座圈整合在一起，并與低速檔和倒檔制動器的驅動盤嚙合。因此，在前行星齒輪轉動時，單向離合器的外座圈與低速檔和倒檔制動器的驅動盤同時轉動。前中心齒輪安裝在前小齒輪內部，前內齒輪安裝在前 小齒輪外部。 前中心齒輪與前進離合器從動盤轂嚙合，前內齒輪與后行星托板嚙合。后行星齒輪與后小齒輪的內部裝有后中心齒輪，其外部有后內齒輪。 后中心齒輪通過 24 制動鼓與渦輪軸嚙合，后內齒輪通過前行星架與主齒輪嚙合。圖 。 前行星齒輪和后行星齒輪結構示意圖 虛擬仿真裝配技術 1 輸入 2 前進離合器 3 1 號單向離合器 4 前行星齒輪架 5 前中心齒輪 6 前小齒輪 7 前內齒輪 8 第一軸傳動齒輪 ? 由于離合器和或制動器接合 / 分離的原因，前行星齒輪和后行星齒輪起到傳動的作用，將渦輪軸輸送的驅動力進行轉換，并輸送到中心齒輪。 2 副行星齒輪 在副行星齒輪中，副中心齒輪安裝在此小齒輪內部，副內部齒輪安裝在其外部。 副中心齒輪與直接離合器鼓相連，副齒輪與副內部齒輪相連。 副行星架與副軸整合，并與離合器的驅動盤相連接。圖 副行星齒輪結構組圖 9 二檔齒輪 10 副小齒輪 11 減速制動 12 2 號單向離合器 13 副中心齒輪 14 副內齒輪 15 驅動齒輪 16 齒圈（差速器） 17 輸出 ? 由于離合器和 / 或制動器接合 / 分離的原因，副中心齒輪起到傳動的作用，將渦輪軸輸送的驅動力進行轉換，并輸送到輸出齒輪。 3 離合器與制動器 在 FS5AEL自動變速器動力裝置中，包括幾對離合器與制動器，離合器有前進離合器、 34離合器、倒檔離合器、直接離合器和 2號單向離合器。制動器包括 24制動帶、低速檔和倒檔制動器和減速制動器。 1） 離合器 離合器基本結構如圖 。 在圖 A 中，液體在離 合器盤（驅動盤，從動盤）中，因為液體在各個盤上滑動，不能傳遞動力。 圖 B 顯示當液壓作用于活塞上時的離合器狀態；驅動盤和從動盤緊緊地壓在一起，將離合器鼓旋轉速度傳遞到輪轂。 當活塞內的液壓消除后，因為復位彈簧的作用，離合器松開并回到 圖 A所示的狀態。 虛擬仿真裝配技術 離合器基本結構示意圖 1 活塞 2 離合器鼓 3 離合器從動盤轂 前進離合器 ? 將輸入扭矩從汽輪機軸傳送至前中心齒輪。 ? 在 第一、第二、第三檔位的前進檔運作。 圖 為前進離合器組成機構模型圖 圖 34 離合器 ? 將輸入扭矩從汽輪機軸傳送至后行星齒輪后架。 ? 在第三、第四、第五檔位的前進檔運作。 倒檔離合器 ? 將輸入扭矩從汽輪機軸傳送至后中心齒輪。 ? 當車輛倒退時運作。 直接離合器 ? 把副行星齒輪架與副中心齒輪接合。 ? 在第五檔位運作。 虛擬仿真裝配技術 單向離合器概述 1 號單向離合器 ?1 號單向離合器鎖住前內齒輪的 反時針方向旋轉（從液力變矩器側看去） 1 號單向離合器在 1GR 的 D、 M 檔運作。 2 號單向離合器 ?2 號單向離合器鎖定直接離合器鼓的順時針方向（從液力變矩器一側看）轉動。 2 號單向離合器 1GR、 2GR、 3GR和 4GR 的 D、 M 檔運作。 單向離合器結構 1 號單向離合器 ?單向離合器的外座圈與前內齒輪整合，并且單向離合器的內座圈固定在變速驅動橋箱上。 2 號單向離合器 ?單向離合器的外座圈與直接離合器鼓整合，并且單向離合器的內座圈固定在變速驅動橋箱上。 單向離合器操作 1 號單向離合器 ?單向離合器 外座圈（前內齒輪）可順時針方向（從液力變矩器一側看）自由轉動，但在外座圈試圖逆時針轉動時，斜撐擋圈升起，阻止其按逆時針方向轉動。 圖 1號單向離合器示意圖 1 單向離合器外座圈（