为了改造发动机特性,需要改变发动机到车轮间的速比,哪些装置可以改变速比,是我们这一节需要学习与了解的。变速装置多种多样,不同的变速装置有其特有的优缺点,只有深入学习了解它们,才能更好的应用它们以及解决实践中遇到的各种与关的问题。

图1.7车辆传动变速装置主要类型
  图1.7列出了常用的传动装置(即变速装置)的分类,正如图1.7所示,传动装置的基本类型主要由机械传动、液体传动、电力传动以及复合传动四者构成。下面概要的将汽车行业中常用到的传动装置进行介绍。

一、机械传动
  机械传动是指利用机械方式传递动力和运动的传动。机械传动在机械工程中应用非常广泛,有多种形式,主要可分为两类:1)靠主动件与从动件啮合或借助中间件啮合传递动力或运动的啮合传动,有齿轮传动和链传动两种方式。其中齿轮传动还可以分为定轴齿轮传动和行星齿轮传动。2)靠机件间的摩擦力传递动力和运动的摩擦传动,主要有离合器和带传动两种方式。
  (1)定轴齿轮传动
  当齿轮系运转时,若其中各齿轮的轴线相对于机架的位置都是固定不变的,则该齿轮系称为定轴齿轮系,这种传动方式也就称为定轴齿轮传动。如图1.8所示,主动轮带动从动轮旋转,其传动比i12满足以下关系式:
  i12=n1/n2=z2/z1=M2/M1,z1,n1,M1为主动齿轮的参数。z2,n2,M2为从动齿轮的参数。即有
图1.8 定轴齿轮机构
  定轴齿轮传动是大部分手动机械变速器(MT)所采用的传动方式,不同的齿轮配合可以得到不同的传动比,容易满足变速器的变速要求。此外,它拥有效率高、简单、可靠、传动精度高等优点,应用极为广泛,不过也有刚性传动、单点啮合、定速比传动等缺点。
  (2)行星齿轮传动
1-太阳轮;2-齿圈;3-行星架;4-行星齿轮
图1.9 行星齿轮结构
  图1.9所示的是单排行星齿轮机构,主要是由一个太阳轮、一个带有两个和多个行星齿轮的行星架和一个齿圈组成的。
  行星齿轮机构结构相对定轴齿轮传动较为复杂,因而其传动原理并不相同,行星齿轮机构工作时将太阳轮、齿圈和行星架这三者中的任一元件作为主动件,使它与输入轴联结,将另一元件作为被动件与输出轴联结,再将第三个元件加以约束制动(即固定)。这样整个行星齿轮机构即以一定的传动比传递动力。
  行星齿轮机构:
  若输出转速高于输入转速即为超速档,反之为降速档。表1.1给出了各种配合方式所得到动力传动效果:
表1.1 行星齿轮动力传动效果
  相对于定轴传动,行星齿轮传动有以下特点:
  ① 所有行星齿轮均参与工作,都承受载荷,工作更安静,强度更大,体积更小。
  ② 行星齿轮工作时,齿轮间产生的作用力由齿轮系统内部承受,不传递到变速器壳体,变速器可以设计得更薄、更轻。
  其不足是:
  结构复杂,造价相对定轴齿轮较高等缺点,因此应用不如定轴齿轮广泛。
  (3)带传动
  带传动属于摩擦传动中的一种,是利用张紧在带轮上的柔性带进行运动或动力传递的一种机械传动,图1.10所示即为常见的带传动装置:
图1.10带传动装置
  带传动有诸如传动平稳、结构简单、使用维护方便、过载打滑等方面的优点,特别是能够连续的改变传动比,实现无级变速,主要应用于无级变速器CVT,但由于是摩擦传动,也有效率低、传递的扭矩范围较窄等缺点。
  无级变速器CVT:
  (4)离合器
  离合器是汽车传动系统中非常重要的一种传动装置,顾名思义,他是一种分离结合的装置,它是直接与发动机相连接的部件,起到中断及继续动力传递的作用。根据离合器片是否浸润在油液里,离合器可分为湿式离合器
湿式离合器
  (湿式离合器指的就是油式离合器.也就是离合片浸在液压油内的形式)
干式离合器
干式离合器
(干式离合器是在无油的环境下工作)
,湿式离合器片的摩擦特性相对稳定,较干式离合器易于控制。
  湿式多片离合器的结构:
  干式单片电磁离合器结构示意图:
  离合器优点主要有:
  ①结构简单
  ②价格便宜
  ③具有防止过载的功能(传递扭矩过大时,离合器会打滑)
  ④具有减振、降低动负荷作用(在一些离合器片上装有扭转减振器,并可通过瞬间的打滑降低动负荷)
  但也有以下缺点:
  ①主要用于完全分离和结合状态,不能长时间工作在打滑状态,一般用于汽车换挡、起步工况。
  ②打滑状态速比控制难。


二、流体传动
  流体传动主要分为液力传动
液力传动
  (以液体为工作介质,利用液体动能来传递能量的流体传动)
液压传动
液压传动
(液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式)
两大类。
  (1)液力传动
  首先对液力元件进行定义:主要通过工作液体的动量矩的变化来传递或变换能量的液体元件称为液力元件。在传动系统中若有一个以上环节采用液力元件来传递动力,则这种传动称为液力传动。
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图1.12液力传动装置
  图1.12所示即为常见的液力传动装置。泵轮和发动机连接,发动机带动泵轮旋转后带动液力变矩器中的油液,建立液体动能,建立起动能的液体通过导轮控制流向后,冲击到涡轮上,从而带动涡轮旋转。通过流体的动能变化将发动机的动力传递到自动变速器的输入轴。当汽车阻力变大时,涡轮转速下降,而涡轮扭矩将变大,这使得液力变矩器在一定范围内具有自动,无级的改变传动比和扭矩比的特性,其特性如图1.13所示。
图1.13 液力变矩器特性
  图中横坐标为传动比,K为变矩比,即涡轮扭矩于泵轮转矩之比,η为液力变矩器的效率,以W代表涡轮,B代表泵轮,有:
  泵轮:
  导轮:
  涡轮:
  根据图1.13可以看出液力传动装置主要有以下优点:
  ①具有良好的自动适应性,可以根据负载的变化自动调节力矩。
  ②使传动系统获得自动、无级变速和变矩能力。
  ③具有良好的稳定的低速性能。
  但是同时也有以下主要缺点:
  ①与机械传动相比,效率较低。
  ②由于需要有油作为传动介质,需要增加油泵等一些附加设备,使结构较复杂,造价高。
  (2) 液压传动
  液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。在汽车行业中一般应用的是液压机械传动,即使用液压泵和马达传递发动机的部分功率,可以无级地改变传动比,使发动机功率得到比较充分的利用,从而提高了车辆的机动性。液压部分和机械部分功率配置合理时可以得到较高的传动效率。
  液压机械传动受液压泵和马达传递功率能力的限制,目前一般传递功率小于450kW,大功率的液压机械传动装置仍在研制中。此外,液压机械传动装置的制造工艺要求高,成本昂贵,是当前不能广泛应用的原因之一。
  液压泵:

三、复合传动
  复合传动是指将不同类型的传动技术结合在一起应用,利用不同技术的相互交叉与渗透以及合理匹配,实现优势互补,达到整体的综合优化。复合传动既可是不同的传动介质(液压-机械、液力-机械等),也可是单一的传动介质(机械-机械等)。
  从传动能量的流动路线来分,复合传动有并联与串联两种类型。
  (1)并联

  并联形式一般又称为“功率分流”,输入功率在传动系统的输入端被分为两路分别由不同的传动装置传递,在输出端再汇合在一起输出至负载。
  (2) 串联

  串联形式复合传动是指动力依次通过不同的传动装置来传递。最典型的例子就是液力机械传动,如图1.14所示。
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图1.14液力机械传动装置