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自動變速箱

科目:

  • 一般信息
  • 選檔桿/山地齒輪
  • 單行星齒輪系統
  • 組合行星齒輪系統(辛普森系統)
  • 拉維諾系統
  • 變速箱油
  • 油泵
  • 控制單元
  • 控制閥

一般信息:
自動變速箱的優點是增加了操作的簡單性、舒適性和安全性。 更換變速箱盡可能平穩地完成,不會出現抖動。 當您輕輕加速時,自動變速箱會比將油門踏板踩到底時更快地升到更高的檔位。 如果後者完成,則切換只會在轉速限制器之前發生。 當車輛停下來時,它會自動換至一檔。
液力耦合器或液力變矩器安裝在引擎和自動變速箱之間。 請參閱單獨的章節以了解這一點 液力變矩器.

帶有 Ravigneaux 系統的鏤空自動變速箱

選檔桿/山地齒輪:
配備自動變速箱的汽車有一個選檔桿。 首先操作煞車踏板即可操作選檔桿。 下面總結一下它的功能:

  • P:停車位置(輸出軸受阻,汽車不再溜走,引擎可以轉速)
  • R:反向
  • N:空檔(汽車處於空檔,輸出軸不會被阻擋,因此鬆開煞車踏板即可溜走
  • D:驅動(前進檔,加速時汽車會自動升檔和降檔
  • *S:運動(汽車升檔較少,因此當您突然加速時會產生更多加速度)
  • *M:手動(這允許您透過向前或向後移動選檔桿至 + 或 - 來指示何時升檔或降檔。

* 通常是一個選項,但並非在每台機器上都可用。

其他汽車品牌使用位置 L、2 和 3 讓駕駛者選擇汽車應保持在哪個檔位。 這些模式也稱為「山地齒輪」。
當其中一種模式被啟動時,自動變速箱將置於特定檔位並保持在那裡。 這在山區駕駛時非常有用。 正常下坡時,自動變速箱將在「D」位置升至更高檔位。 結果,傳動比變得更小,導致汽車下降得越來越快。 透過掛入 3、2 檔(1 或 L),自動變速箱將以較低檔位行駛(例如從第 5 檔到第 4 檔)。 然後引擎將以更高的速度運行,導致汽車減速。 現在不需要越來越多地制動,因為引擎上有更多的製動。 當使用拖車行駛時,在陡峭的下坡時這是必要的,否則煞車會因持續煞車而過熱。

單行星齒輪系統:
行星齒輪系統用於多種系統,即自動變速箱、起動馬達、超速傳動裝置和輪轂減速裝置。 行星齒輪系統由以下部分組成:

  • 林維爾
  • 3 衛星輪
  • 德爾格
  • 太陽輪

為了用單一行星齒輪系統傳遞扭矩,必須固定環形齒輪、行星架或太陽齒輪。 該部分然後用作響應元素。 衛星輪僅用於彌合太陽齒輪和環形齒輪之間的距離。

示例: 太陽輪與馬達連接並以相同的速度旋轉。 托架連接至輸出軸。 環形齒輪固定至變速箱殼體。 這會導致明顯的延遲。 這意味著:太陽輪是驅動元件,齒圈是反作用元件,托架是從動元件。
太陽齒輪(淺藍色,位於中間)逆時針轉動。 這驅動​​(紅色)順時針旋轉的衛星輪。 它們將在環形輪中旋轉,並帶動(藍色)載體。
因此,托架的旋轉速度將低於太陽輪的旋轉速度。 這意味著運動速度減慢。

表格顯示了 6 種不同的傳輸選項。 並非所有變速箱選項都可以用於汽車技術。 通常只剩下 3 個選項。
煞車帶或多板聯軸器用於連接和固定各種元件。 透過這種方式,我們可以連接不同的元素並創建減速、加速和旋轉方向的變化。 

Z = 太陽輪,D = 行星架,R = 齒圈

在最新的系統中,電腦確保將油壓發送到多片離合器,從而固定零件。 本頁將進一步討論煞車帶和多片離合器的理論。

此圖顯示了自動變速箱中四組行星齒輪系統的示意圖。 共有三種前進檔系統和一種倒檔系統。 紅線表示通過自動變速箱的力的方向; 從左側(帶變矩器的引擎側)穿過帶有行星系統的完整部件(黑線)到傳動軸的聯軸器。 變速箱中使用了四個系統,每個系統都有 Z、D 和 R(太陽輪、行星架和齒圈)。

在頁面上 計算行星齒輪系統的減速 包含有關打開和關閉行星系統以及將各種系統連接在一起的更多資訊。

行星齒輪系統在中心線上方和下方對稱。 沒有其他辦法,因為行駛時內部會旋轉。
為了深入了解齒輪嚙合時發生的情況,影像行星系統中的從動部件也以紅色突出顯示。

圖中,齒輪 1 已嚙合。 要接合 1 檔,必須接合離合器。 該連結顯示為藍色。 對於閉式聯軸器和行星系統的一側從動側,一個部件也必須旋轉。 在這種情況下,零件的尺寸決定了傳動比(想像一下小輸入齒輪和大輸出齒輪;大齒輪將旋轉得更慢。如果大齒輪的齒數是小齒輪的兩倍,那麼比例為1:2 )。 

原則上,這也適用於自動變速箱; 四個系統中的齒圈、太陽齒輪和衛星齒輪的尺寸都不同。 現在您可能可以想像,當另一個離合器通電時(例如左側的系統),輸出軸的速度改變了。 按此了解更多有關計算行星齒輪減速的資訊。

組合行星齒輪系統(辛普森系統)
在自動變速箱中,經常使用組合行星齒輪系統,其中多個衛星輪或託架安裝在一個恆星齒輪上。 其中,所謂的辛普森系統就是這種情況。 
辛普森系統有一個寬太陽輪和 2 個齒圈。 這些環形齒輪通常是從動的,因此齒載荷比從動太陽齒輪低得多。 因此,系統通常可以做得更小。 如今,辛普森系統已不常用。 Ravigneaux 系統更受開發人員歡迎,因為它節省了更多空間。
此圖將行星齒輪系統顯示為一個緻密的整體。 可以看到環形齒輪(左側帶齒的寬環)和托架(銀色部分)。

齒圈已滑落。 現在可以看到衛星輪和載體了。 3 個衛星輪與內側的太陽齒輪和外側的齒圈(現已滑落)嚙合。 這些齒輪始終相互連接。

此處,載體(包含衛星輪)已從太陽齒輪上滑落。 太陽輪是位於右側的齒輪。

在這裡您可以看到雙太陽齒輪。 左側部分驅動上圖所示的行星齒輪系統。 正確的齒輪是它旁邊的系統。 這就是「組合」齒輪系統的名稱,或者換句話說,辛普森系統。 如果太陽輪是單一的(僅左側部分)且只有 1 個行星齒輪系統,則稱為單一或拉維尼奧系統。 Ravigneaux 系統有 6 個衛星輪,而不是本系統中的 3 個,但這將在稍後解釋。

這是組合系統的另一部分。 左邊是黑色的環形齒輪,中間是帶有衛星輪的托架,右邊是太陽輪(在那裡)。

拉維尼奧系統:
法國工程師 Paul Ravigneaux 在 20 年代末開發了一種緊湊的行星齒輪系統,可以輕鬆創建多種實用的傳動比。 這稱為拉維尼奧系統。 該系統目前在許多自動變速箱上使用。
該系統非常緊湊,因為 2 個行星齒輪系統僅組合成 1 個系統。 它由2個太陽輪、3個大、3個小衛星輪和1個齒圈組成。 下面是側視圖。

在下圖中,您可以看到衛星輪嚙合在一起。 大衛星輪與太陽輪 1 連接。小衛星輪與太陽輪 2 連接。
從表中我們可以看到,當接合一檔時,離合器 1 (K1) 和煞車帶 1 (B1) 接合。 這意味著太陽輪 2 和帶有衛星輪的托架是固定的(它們是從動的)。 然後環形齒輪浮動。
這會導致最大的延遲。 大的減速度也意味著扭力的增加以及車輪的低速。 1 檔是從靜止加速的最佳檔位。
當變速箱換至 2 檔時,煞車帶 B1 釋放,離合器 B2 接合。 現在太陽齒輪 2 和環形齒輪被固定並因此被驅動。 在這種情況下,佩戴者受到驅動。 這種連結部件的組合產生的減速度比第一檔更小,並為第二檔提供了正確的傳動比。

多片離合器和煞車帶:
舊變速箱上使用煞車帶來固定各個部件(例如太陽輪、托架和齒圈)。 煞車帶由鐵製成並經過潤滑,以盡可能防止和冷卻金屬與金屬的接觸。 下圖顯示了煞車帶(左)和環形齒輪周圍的煞車帶(右)。
透過用液壓柱塞(延伸)擠壓煞車帶來固定齒圈。 因此,當擰緊時,行星齒輪系統中的某個部分會浮動並被驅動,導致齒輪嚙合。

對於較新的變速箱,通常不再使用煞車帶,而是使用多片離合器。 多片離合器由多個獨立的離合器片組成,一個在另一個之後,利用油壓將這些離合器片相互壓緊。 這“接合”聯軸器並固定齒圈。 下圖顯示了拆卸狀態下的多板聯軸器。 這些部件被推在一起。 鐵殼的齒互鎖。

變速箱油:
自動變速箱的齒輪油通常為 ATF(自動變速箱油)類型,但有時製造商會提供不同類型和不同規格的油。 這裡必須始終小心,因為變速箱中的油錯誤可能會導致額外的磨損和過早故障。 自動變速箱的油位也應定期檢查。 如果太低,油可能會過熱,導致其老化速度更快,從而導致變速箱磨損加劇。 有時使用量油尺可以非常輕鬆地檢查油位,就像檢查引擎油一樣,但容器通常沒有量油尺。 然後,必須在引擎運轉的情況下擰開加油塞並加油直至油剛好耗盡來檢查油位。 根據製造商的不同,必須先檢查溫度。 有時必須使用盡可能冷的油,有時需要使用 30 至 50 攝氏度之間的油。

油泵:
傳動裝置中經常使用齒輪泵或鐮刀泵。 圖中的幫浦是鐮刀幫浦。 該泵由引擎直接驅動。 當引擎運轉時,即在選檔桿的所有位置,機油始終循環。

控制單元:
控制單元確保幫浦壓力不斷調節至基本壓力。 此外,控制單元確保控制閥在正確的時間打開和關閉。

控制閥:
控制閥透過選檔桿的位置進行操作。 在 P 和 N 位置,通道關閉,油從所有管道流出。 所有聯軸器和煞車帶因此失去油壓並被彈簧力壓回。 當控制單元發出訊號(例如,鎖定一檔齒圈)時,訊號會傳送到電磁閥(也稱為電磁閥)。 當閥門以及滑塊殼體的滑塊打開時,油在高壓下流至柱塞,柱塞向多片離合器或煞車帶供應油。 壓力選擇器是一種調節閥,可根據油門踏板調節流體壓力。 此油壓可固定自動變速箱中的某個零件,從而實現換檔。