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毕业论文--汽车自动变速器结构原理与故障分析

2017-10-07 16页 doc 81KB 89阅读

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毕业论文--汽车自动变速器结构原理与故障分析毕业论文--汽车自动变速器结构原理与故障分析 题 目: 汽车自动变速器结构原理与故障分析 院 部: 专 业: 学 号: 学生姓名: 指导教师: 职 称: 二O一O 年 五 月 二十日 要 摘 装用自动变速器的汽车如果发现自动变速器油变色或有焦味,或者在行驶中最高车速明显下降,发动机转速偏高,加速或爬坡无力,这些现象表明自动变速器可能损坏。自动变速器损坏程度较低时不会使汽车立即丧失行驶能力,故障不易被察觉,不及时修理而使损坏程度加重,甚至导致重要零件严重损坏,失去修理价值,最后只能更换总成。 关键词:工作原理 常见故障...
毕业论文--汽车自动变速器结构原理与故障分析
毕业论文--汽车自动变速器结构原理与故障分析 题 目: 汽车自动变速器结构原理与故障分析 院 部: 专 业: 学 号: 学生姓名: 指导教师: 职 称: 二O一O 年 五 月 二十日 要 摘 装用自动变速器的汽车如果发现自动变速器油变色或有焦味,或者在行驶中最高车速明显下降,发动机转速偏高,加速或爬坡无力,这些现象表明自动变速器可能损坏。自动变速器损坏程度较低时不会使汽车立即丧失行驶能力,故障不易被察觉,不及时修理而使损坏程度加重,甚至导致重要零件严重损坏,失去修理价值,最后只能更换总成。 关键词:工作原理 常见故障 检修 Structural Principle and Failure Analysis on Automatic Transmission Abstract: If the automatic transmission oil has been discolored or with burning smell, or the car’s maximum speed has been decreased significantly and the high-speed engine with acceleration or hill climbing weakness, all these phenomena show that the automatic transmission may be damaged. The automatic transmission with less damage will not make the car failed immediately, so the failure has not been easily found. If the transmission has not been repaired in time, the damage will be more serious and the important parts will be damaged badly, which will result in losing repair value and replacing the assembly finally. Keywords: Working principle Common breakdown Maintenance 目 录 第一章 汽车自动变速器技术的发展 ..................................... - 1 - 1.1 自动变速器的技术发展 ............................................. - 1 - 1.1.1 液力自动变速器 .............................................. - 1 - 1.1.2 电控机械式自动变速器 ........................................ - 1 -1.2 自动变速器的发展趋势 ............................................. - 2 - 1.2.1 双离合技术 .................................................. - 2 - 1.2.2 无极变速技术 ................................................ - 3 - 1.2.3 多档位技术 .................................................. - 3 - 第二章 自动变速器的结构和工作原理 ................................... - 4 - 2.1 液力变矩器的基本原理简介 ......................................... - 4 - 2.1.1 液力偶合器的工作原理 ........................................ - 4 - 2.1.2 液力偶合器和液力变矩器的能量转换原理 ........................ - 5 - 2.2 油泵 ............................................................. - 6 - 2.2.1 齿轮式油泵的结构和原理 ...................................... - 6 - 2.2.2 转子式油泵的结构与原理 ...................................... - 7 - 2.2.3 叶片泵的结构和原理 .......................................... - 7 - 2.2.4 变量泵的结构与原理 .......................................... - 8 - 第三章 汽车自动变速器常见故障及分析 ................................. - 9 - 3.1 自动变速器油路故障的诊断 ......................................... - 9 - 3.2 自动变速器打滑故障的诊断 ........................................ - 10 - 致 谢 ........................................................... - 12 - 参考文献 .......................................................... - 13 - 第一章 汽车自动变速器技术的发展 1.1 自动变速器的技术发展 1.1.1 液力自动变速器 液力自动变速器已经走过六十多年的历史,其技术成熟,性能可靠。对液力自动变速器的研究,主要围绕提高效率而展开。20世纪60年代研究重点是采用多元件工作轮, 70年代使用闭锁离合器,而到80年代则采取增加行星齿轮变速器档位的方法及使用电子控制。 最近几年,传统的液力自动变速器通过采用CAD/CAM(电脑辅助制造)技术来提高液力变矩器效率,增加行星齿轮变速器的档位以及电子技术的应用,液力自动变速器的性能已相当完善。现在的液力自动变速器可通过微电脑对整个传动系进行控制。 由各种电子传感器和微电脑组成的电控单元,根据各传感元件输入的信号确定换档、锁止等命令。2002年,通用汽车公司与福特汽车公司达成,共同开发用于前轮驱动汽车的6档自动变速器,预计其燃油经济性比传统4档自动变速器提高4%~8%,这种变速器在2005年后开始投入使用。液力自动变速器的应用范围广,可装备轿车、客车、货车等各种车型,在汽车自动变速器行业中占有主导地位。 1.1.2 电控机械式自动变速器 继1984年日本五十铃公司在世界上率先研制成功电子控制全机械式有极自动变速器“NAVI-5”并装载于ASKA(阿斯卡)轿车后,世界上许多汽车制造公司竞相进行类似的开发研制工作。1996年宝马M3轿车所采用的“M序列式变速器”,以全新的电液控制系代替了传统的机械式变速器的操纵系统,并可选择自动变速和手动变速两种模式。德国ZF公司(弗里德里西港ZF股份公司)也推出了其电控机械式自动变速器新产品-ASTRONIC系列。1998年德国大众Lupo(路波)轿车安装了电控机械式自动变速器,其百公里耗油量为2.99L,显示了非常光明的前景。先进的电控机械式自动变速器,均 - 1 - 装有电控单元,它是变速器的核心。将车辆的行驶状况与希望实现的状况进行实时比较,并发出控制命令,改变变速器的档位、离合器的分离与结合以及油门的开度,实现自动选择最佳档位和最佳换档时间。在几种自动变速器中,电控机械式的性价比最高。在中低档轿车、城市客车、军用车辆、载货车等方面应用前景较广阔。 1.2 自动变速器的发展趋势 作为汽车关键总成之一,变速器技术在汽车诞生的百年历史中不断与时俱进。手动变速器由于其传递动力的直接与高效性,加之制作技术的成熟与低成本,现代汽车中装备手动变速器的汽车仍占有很大比例。但随着人们对汽车舒适性要求越来越高,现代汽车自动变速器装备率越来越高却是不争的事实,尤其是当自动变速器也逐渐能够兼顾操控性的时候。那么,自动变速器的未来将要走向何方呢,在当前多种技术的研发中,自动变速器技术逐渐呈现出比较明显的三大发展趋势,一是以德国大众汽车公司为代表的双离合技术即DCT技术,二是无级变速技术即CVT技术,三是多家公司已然推出的多档位技术。 1.2.1 双离合技术 双离合变速器(DCT)有别于一般的自动变速器系统,它基于手动变速器而又不是自动变速器,除了拥有手动变速器的灵活性及自动变速器的舒适性外,还能提供无间断的动力输出。而传统的手动变速器使用一台离合器,当换档时,驾驶者须踩下离合器踏板,使不同档的齿轮做出啮合动作,而动力就在换档期间出现间断,令输出表现有所持续。 DCT内含两台自动控制的离合器,由电子控制及液压推动,能同时控制两台离合器的运作。当变速器运作时,一组齿轮被啮合,而接近换档时,下一组档段的齿轮已被预选,但离合器仍处于分离状态;当换档时,一台离合器将使用中的齿轮分离,同时另一台离合器啮合已被预选,在整个换档期间能确保最少有一组齿轮在输出动力,从而不会出现动力中断的状况。为配合以上运作,DCT的传动轴运动时被分为两部分,一为实心的传动轴,另一为空心的传动轴。实心的传动抽连接了1、3、5及倒档,而空心的传动轴则连接2、4、6档,两台离合器各自负责一根传动轴的啮合动作,引擎动力便会由其 - 2 - 中一根传动轴做出无间断的传送。 与传统的手动变速器相比,DSG(直接换档变速器)使用更方便,因为它使用了DCT的新技术,使得手动变速器具备自动性能,同时大大改善了汽车的燃油经济性,DCT比手动变速器换档更快速、顺畅,动力输出不间断。基于DCT的特性及操作模式,DCT系统能带给驾驶员犹如驾驶赛车的感受。另外,它消除了手动变速器在换档时的扭矩中断感,使驾驶更灵敏。基于其使用手动变速器作为基础及其独特的设计,DCT能抵御高达350N?m的扭力。 1.2.2 无极变速技术 无极变速箱CVT的内部并没有传统变速箱的齿轮传动结构,而是以两个可改变直径的传动轮,中间套上传动带来传动。基本原理是将传动带两端绕在一个锥形传动轮上,传动轮的外径大小靠油压大小进行无极的调节。起步时,主动轮直径变为最大直径,而被动轮变为最小直径,最大轮带动最小轮,以最大的动力克服起步时的巨大阻力。在行驶中,当慢速行驶时可以令主动带轮的凹槽宽度大于被动带凹槽,主动带轮半径仍大于被动带轮半径,即小轮带大论,因此能传递较大的扭矩;当汽车逐渐转为高速时,液压系统迫使主动带轮的直径逐渐变小,而被动带轮的直径正好相反,在逐渐变大,从而逐渐实现了小轮带大轮。 1.2.3 多档位技术 汽车自动变速器向多档位方向发展,5档或者6档自动变速器将逐步取代4档自动变速器的主导地位。档位多使变速器具有更大的速比范围和更细密的档位之间的速比分配,从而改善汽车的动力性、燃油经济性和换档平顺性。档位越多意味着变速器越复杂,执行元件和齿轮数目会随之增加,不但成本增加,体积和重量也会增大,对于前轮驱动的汽车而言还会增加动力传动系统布置的困难。因此,为了缩小体积和减轻重量,要采用紧凑化设计,简化内部结构,引入电子控制系统,采用轻质材料。整个操作界面改为线控技术,由电子信息操纵换档。用塑料材料做油底壳及铝合金变速器箱体,进一步减轻重量。 - 3 - 第二章 自动变速器的结构和工作原理 2.1 液力变矩器的基本原理简介 液力变矩器是一种液力传动装置,它以液体为工作介质来进行能量转换。它的能量输入部件成为泵轮,以“B”表示;它发动机的输出轴相连,并将发动机输出的机械能转换为工作介质的功能。能量输出部件为涡轮,以“T”表示;它将液体的动能又还原为机械能输出。 2.1.1 液力偶合器的工作原理 如图2-1,所示为液力偶合器原理图。泵轮2固定在发动机曲轴上,为能量输入端,涡轮4固定在输出轴5上,为输出端。泵轮和涡轮之间有2-4mm间隙,整个偶合器充满了液体工作介质。 1-发动机曲轴,2-泵轮,3-偶合器壳体,4-涡轮,5-偶合器输出轴 图2-1 液力偶合器 1. 泵轮的转动 ? 发动机启动后,曲轴1旋转并带动泵轮2同步旋转。充满在泵轮叶片间的工作液体随着泵轮同步旋转,这是工作液体绕传动轴的牵连运动。 ? 在离心惯性力的作用下,工作液体在绕传动轴坐牵连运动的同时,它沿叶片间的通道从内缘向外缘流动,这是流体和叶片间的相对运动,并于泵轮的外缘流入涡轮。 - 4 - 2. 涡轮的运动 工作液体流入涡轮后,把从泵轮处获得的能量(动量)传递给涡轮,使涡轮旋转。从涡轮外缘(涡轮入口)流入的液体,既随涡轮旋转作牵连运动,又从外缘向内缘(涡轮出口)流动,这是涡轮叶片和流体的相对运动,最后,流体经涡轮内缘又流回泵轮。 2.1.2 液力偶合器和液力变矩器的能量转换原理 1. 液力偶合器的能量转换 流体在偶合器(变矩器)内的循环流动是一个相当复杂的三维流动,流体与工作叶片间的相互作用也相当复杂。因此,分析这类问题时,在流体力学方面作了一系列假定后,一般用一元流束理论来描述。 2. 变矩器的能量传递原理 液力变矩器与液力偶合器在结构上的最大区别就是液力变矩器比液力偶合器多加装了一个固定的流体导向装置——导轮。图2-2所示为最简单的液力变矩器的结构简图。它由泵轮1、涡轮2和导轮3等三个基本组件组成。 当泵轮1由发动机驱动旋转时,工作液体泵轮的外端出口b甩出(R2即表示泵轮叶片出口在中间旋转曲面上的半径)而进入涡轮,然后自涡轮的c端(R3表示涡轮叶片出口在中间旋转曲面的半径)流出而进入导轮,再经导轮a端流入端流入泵轮而形成环流泵。 1-泵轮,2-涡轮,3-导轮 图2-2 变矩器结构图 - 5 - 3. 单向离合器和锁止离合器的应用 涡轮转速升高以后,由涡轮流出流体的绝对速度的方向改变,使这些流体冲击导轮叶片的背部而引起了导轮流进泵轮的流体的方向改变而使流体对泵轮产生了一个阻滞泵轮运动的力矩。要改变这种状况,关键是改变导轮流出流体绝对速度方向的改变。 ? 单向离合器的作用 当涡轮的转速不高,由于涡轮出口流体力使导轮反转(指和泵轮转向相反),此时单向离合器反向锁止,导轮被固定不动。最终使涡轮的输出力矩大于泵轮力矩。 当涡轮转速再升高,涡轮出口流体开始冲击导轮叶片背部,导轮旋转,导轮出口流体的绝对速度改变,使导轮输出力矩保持在偶合状态。 ? 锁止离合器的作用 当涡轮转速达到一定值以后,它就只能工作在偶合器的工作状态,成为一个偶合器。当汽车处于高速轻载时,其效率必然很低。当汽车高速轻载时,把变矩器的泵轮和涡轮直接锁止在一起形成机械传动,充分发挥机械传动效率高的特点,汽车在良好路面行驶时,通过锁止装置把泵轮和涡轮锁止在一起,使汽车高速行驶时的效率大为提高。 2.2 油泵 液压系统的动力源主要是油泵。在自动变速器中的电液控制系统中所用的油泵大致有三种类型。一种是齿轮泵,一种是转子泵,第三种是叶片泵。 2.2.1 齿轮式油泵的结构和原理 在自动变速器中所用的齿轮泵一般是内啮合齿轮泵。泵主要由泵体、从动论(齿圈)、主动轮和导轮轴组成。由于从动论是一个齿圈且较大,而主动轮是一个较小地外齿轮,所以,在主、从动齿轮之间的空隙用一个月牙型隔板把这个容腔分为两部分。其中一腔为进油腔,另一腔为压油腔。 - 6 - 2.2.2 转子式油泵的结构与原理 转子式油泵实际也是内啮合齿轮泵系列中的一种。但它的齿型不是一般的渐开线齿轮而多用摆线,所以又称为摆线转子泵。 它主要由一对内啮合的转子组成。内转子为外齿轮,且为主动件;外转子为内齿轮,是从动件。内转子一般比外转子少一个齿。内外转子之间是偏心安装。内转子的齿廓和外转子的齿廓是由一对共轭曲线组成,因此内转子上的齿廓和外转子上的齿廓相啮合,就形成了若干密封容腔。 2.2.3 叶片泵的结构和原理 自动变速器叶片泵的工作原理如图2-3,和普通液压传动用的单作用叶片泵的工作原理一样。这种油泵由转子1、定子2和叶片3及端盖等组成。定子具有圆柱形内表面,定子和转子之间有偏心距e。叶片装在转子槽中,并可在槽中滑动。 当转子回转时,由离心力的作用,使叶片紧贴在定子内壁,在定子、转子、叶片和端盖间就形成了若干个密封空间。 1 转子 2 叶片 3 定子 图2-3 叶片泵原理图 - 7 - 2.2.4 变量泵的结构与原理 上述三种油泵的排量都是固定不变的,称为定量泵。为保证自动变速器的正常工作,油泵的排量应足够大,以便在发动机怠速运转的低速工况下也能为自动变速器各部分提供足够大的流量和压力的液压油,定量泵的泵油量是随转速的增大而成正比的增加的。当发动机在中高速运转时,油泵的泵油量将大大的超过自动变速器的实际需要,此时油泵泵出的大部分液压油将通过油压调节阀返回油底壳。由于油泵泵油量愈大,其运转阻力也愈大,因此这种定量泵在高转速时,过多的泵油量使阻力增大,从而增加了发动机的负荷和油耗,造成了一定的动力损失。 为了减少油泵在高速运转时泵油量过多而引起的动力损失,目前用于汽车自动变速器的叶片泵大部分都设计成排量可变的形式(称为变量泵或可变排量式叶片泵)。采用这种油泵的车型有福特、马自达、大宇等轿车。这种叶片泵的定子不是固定在泵壳上,而是可以绕一个销轴做一定的摆动,以改变转子与定子的偏心距,从而改变油泵的排量。在油泵运转时,定子的位置由定子侧面控制腔内来自油压调节阀的反馈油压来控制。当油泵转速过低时,泵油量较小,油压调节阀将反馈油路关小,使反馈压力下降,定子在回位弹簧的作用下绕销轴向顺时针方向摆动一个角度,加大了定子与转子的偏心距油泵的排量随之增大;当油泵转速增高时,泵油量增大,出油压力随之上升,推动油压调节阀将反馈油路开大,使控制腔内的反馈油压上升,定子在反馈油压的推动下绕销轴向逆时针方向摆动,定子与转子的偏心距减小,油泵的排量也随之减小,从而降低了油泵的泵油量。 - 8 - 第三章 汽车自动变速器常见故障及分析 3.1 自动变速器油路故障的诊断 1. 故障现象 无论操纵手柄位于倒档、前进档或前进低档,汽车都不能行驶; ? ?冷车启动后汽车能行驶一小段路程,但热车状态下汽车不能行驶。 2. 故障原因 ?油泵损害; ?自动变速器油底渗漏,液压油全部漏光; ?油泵进油滤网堵塞; ?主油路严重泄漏; ?操纵手柄和手动阀摇臂之间的连杆或拉索松脱,手动阀保持在空档或停车档位置。 3. 故障诊断与排除 ?检查自动变速器内有无液压油。其方法是:拔出自动变速器的油尺,观察油尺上有无液压油。若油尺上没有液压油,自动变速器内的液压油已漏光。对此,应检查油底壳,液压油散热器、油管等处有无破损而导致漏油。如有严重漏油处,应修复后重新加油; ?若冷车起动时主油路有一定的油压,但热车后油压即明显下降,说明油泵磨损过甚。对此,应更换油泵; - 9 - ?拆下主油路测压孔上的螺塞,起动发动机,将操纵手柄拨至前进挡或倒挡位置,检查测压孔内有无液压油流出; ?若主油路测压孔内只有少量液压油流出,油压很低或基本上没有油压,应打开油底壳,检查油泵进油滤网有无堵塞。如无堵塞,说明油泵损坏或主油路严重泄漏,对此,应拆卸分解自动变速器,予以修理; 若主油路侧压孔内没有液压油流出,应打开油底壳,检查手动阀摇臂轴与摇臂间? 有无松脱,手动阀阀芯有无折断或脱钩。若手动阀工作正常,则说明油泵损坏。对此,应拆卸分解自动变速器,更换油泵; ?检查自动变速器操纵手柄与手动阀摇臂之间的连杆或拉索有无松脱。如果有松脱,应予以装复,并重新调整好操纵手柄的位置。 3.2 自动变速器打滑故障的诊断 1. 故障现象 ?起步时踩下油门踏板,发动机转速很快升高但车速升高缓慢; ?行驶中踩下油门踏板加速时,发动机转速升高但车速没有很快提高; ?平路行驶基本正常,但上坡无力,且发动机转速很高。 2. 故障原因 ?液压油油面太低; ?液压油油面太高,运转中被行星排剧烈搅动后产生大量气泡; ?离合器或制动器摩擦片、制动带磨损过甚火烧焦; ?油泵磨损过甚或主油路泄漏,造成油路油压过低 ?单向超越离合器打滑; - 10 - ?离合器或制动器活塞密封圈损坏,导致漏油; ?减震器活塞密封圈损坏,导致漏油。 3. 故障诊断与排除 打滑是自动变速器中最常见的故障之一。虽然自动变速器打滑往往都伴有离合器或制动器摩擦片严重磨损甚至烧焦等现象,但如果只是简单地更换磨损的摩擦片而没有找出打滑的真正原因,则会使修后的自动变速器使用一段时间后又出现打滑现象。因此,对于出现打滑的自动变速器,不要急于拆卸分解,应先做各种检查测试,以找出造成打滑的真正原因。 ?对于出现打滑现象的自动变速器,应先检查其液压油的油面高度和品质。若油面过低或过高,应先调整至正常后再做检查。若油面调整正常后自动变速器不再打滑,可不必拆修自动变速器。 ?检查液压油的品质。若液压油呈棕黑色或有烧焦味,说明离合器或制动器的摩擦片或制动带有烧焦,应拆修自动变速器。 ?做路试,以确定自动变速器是否打滑,并检查出现打滑的挡位和打滑的程度。将操纵手柄拨入不同的位置,让汽车行驶。若自动变速器升至某一挡位时发动机转速突然升高,但车速没有相应地提高,即说明该挡位有打滑。打滑时发动机的转速愈容易升高,说明打滑愈严重。 ?对于有打滑故障的自动变速器,在拆卸分解之前,应先检查自动变速器的主油路油压,以找出造成自动变速器打滑的原因。自动变速器不论前进挡或倒挡均打滑,其原因往往是主油路油压过低。若主油路油压正常,则只要更换磨损或烧焦的摩擦元件即可。若主油路油压不正常,则在拆修自动变速器的过程中,应根据主油路油压,相应地对油泵或阀根据进行检修,并更换自动变速器的所有密封圈和密封环。 - 11 - 致 谢 经过半年的忙碌和工作,本次毕业论文设计已经接近尾声,作为一个专科生的毕业论文,由于经验的匮乏,难免有许多考虑不周全的地方,如果没有导师的督促指导,以及一起工作的同学们的支持,想要完成这个设计是难以想象的。 在论文写作过程中,得到了***老师的亲切关怀和耐心的指导。他严肃的科学态度,严谨的治学精神,精益求精的工作作风,深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成,*老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。多少个日日夜夜,孙老师不仅在学业上给我以精心指导,同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀,除了敬佩孙老师的专业水平外,他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样,并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向*老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在论文即将完成之际,我的心情无法平静,从开始进入课题到论文的顺利完成,有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助,在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母,谢谢你们! 最后我还要感谢汽车学院和我的母校***学院三年来对我的栽培。 - 12 - 参 考 文 献 [1] 葛安林,《自动变速器(二)—液力变矩器》,汽车技术,2001年6月 [2] 马文星,《液力传动在汽车上的应用与展望》,汽车技术,1991年2月 [3] 过学迅,《汽车自动变速器》,机械工业出版社出版,1999年1月 [4] 张银生,《轿车自动变速器故障诊断与分析》,机械工业出版社 2008年3月 - 13 -
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