一、單向離合器
在汽車自動變速器執行機構中,除濕式多片離合器外,還有一種起單向止動作用的單向離合器。它可以是滾子式的,也可以是楔塊式的。一般來說,前者使用得更為普遍一些。當然,在自動變速器中,單向離合器的使用還不僅僅局限於執行機構,例如,在液力變矩器的導輪支承處,也採用了單向離合器。
1)滾子式單向離合器
滾子式單向離合器由外圍、滾子、彈簧和內圈組成,滾子數目通常為6—8個。工作過程中,若單向離合器的外圈相對於內圈沿逆時針方向轉動,那麼,滾子便在具有凸輪型線的開口槽中向大端移動並壓縮彈簧。這時,單向離合器不會出現鎖止現象,而允許外圈轉動,也就是說,圖示的單向離合器在任何時候都允許其外圈相對於內圈作逆時針轉動。換一種說法,即允許其內圈相對於外圈作順時針轉動。
但在工作過程中,若單向離合器的外圈試圖相對於內圈沿順時針方向轉動,那麼,滾子便在開口槽中向小端移動,楔入內、外圈之間,將兩者鎖住,與此同時,還可以在兩者之間傳遞扭矩。此刻,彈簧的作用是改善滾子最初的楔入動作,一旦滾子楔入開口槽的小端,則單向離合器出現鎖止,從而不允許其外圈相對於內圈作順時針轉動,或內圈相對於外圈作逆時針轉動。
外圈與滾子的接觸面製成凸輪型線表面,並具有一定的楔入角。在現有結構中,此角一般為6度—8度。考慮到機加工誤差及使用中磨損的影響,為在接觸區段保持不變的楔入角,常將開口槽的凸輪表面型線加工成對數螺旋線。
滾子式單向離合器工作時,最大接觸應力發生在滾子與內、外圈的接觸處。嚴格地講,由於滾子兩側的作用力相等,而且其與內圈凸面的接觸面積要小於與外圈凹面的接觸面積,所以,最大接觸應力發生在滾子與內圈的接觸表面上。這裡,最易發生的是表面疲勞磨損,典型的失效形式是點蝕剝落。製造單向離合器滾子及內、外圈的金屬材料,一般與滾動軸承材料相同。
由於單向離合器工作時,滾子始終受到旋轉離心力的作用,因而總是試圖從與外圍的接觸點向外偏移。所以,必須借助彈簧將滾子向開口槽小端壓緊,以制止這種偏移,這也就是為什麼要求彈簧應有一定預緊力的原因。
2)楔塊式單向離合器
楔塊式單向離合器由外圈、8字形楔塊、保持彈簧和內圈組成,這些楔塊以與滾子式單向離合器中的滾子類似的方式工作。當圖示中的外圈相對於內圈沿逆時針方向轉動時,楔塊被推動發生傾斜,在內、外圍之間讓出一定空間,因而不會鎖止離合器。換言之,圖示楔塊式單向離合器在任何時候都允許其外圈相對於內圈沿逆時針方向旋轉,或允許其內圈相對於外圍沿順時針方向旋轉。
然而,若外圈試圖相對於內圈沿順時針方向轉動時,楔塊因幾何形狀的緣故,將卡在內、外圈之間無法活動,從而將兩者鎖死在一起。這就是說,一旦楔塊卡住內、外圈,則單向離合器出現鎖止,使外圈無法相對於內圈按順時針方向旋轉,或內圈相對於外圈按逆時針方向旋轉。為保證楔塊能可K地楔在內、外圈之間,在這種單向離合器中,裝有一個保持彈簧,使楔塊按能鎖住兩圈的方向,始終保持一點傾斜。
楔塊式單向離合器的失效形式及製造材料等,均與滾子式單向離合器相同。
比較而言,單向離合器較之其他型式的執行裝置,有幾個顯著的特點:
首先,單向離合器是純粹而簡單的機械裝置,因而不必通過液壓油來使其工作;
其次,當作用於其內、外圈上的力矩方向或相對運動方向發生改變時,即可自動地產生或解除鎖止;
再者,單向離合器的鎖止與鬆脫幾乎是瞬時發生的。
二、自動變速器制動器的結構與工作原理
汽車自動變速器的制動器,有濕式多片式和帶式兩種。浸在自動變速器油中工作的濕式制動器,採用多片式結構,其主要優點在於接觸面多,所以制動平順柔和,可以保證換檔質量。另外,制動器浸在油液中工作,能及時帶走摩擦時所產生的熱量,提高可K性和耐久性。至於帶式制動器,其最大的長處是結構簡單,佔用空間小。無論是片式制動器還是帶式制動器,都是通過液力的方式而起作用的,即通過一個液壓活塞來控制其動作。
1.濕式多片制動器
濕式多片制動器在工作原理上,與濕式多片離合器相同,只不過是出於不同的工作要求,在具體結構上略有差異而已。
摩擦片內緣處有內花鍵齒,以便與制動器鼓上的外花鍵相嚙合。與摩擦片相互交錯排列的仍是鋼片盤,它們的外緣上加工有花鍵齒,且與在自動變速器殼體中的內花鍵相嚙合。
顯然,若在摩擦片與鋼片盤間留有間隙,則制動器鼓就可以自由地沿順時針或逆時針兩個方向旋轉。一旦濕式多片制動器接合,即其、中的摩擦片與鋼片盤之間的間隙由於液壓活塞的動作而消失,那麼,兩組盤片將被壓緊成為一體。由於殼體是靜止的,盤片間的摩擦力矩阻止了制動器鼓的轉動。因此,與制動器鼓相連的行星齒輪機構部件也被夾持固定,直至濕式多片制動器再度分離為止。
與濕式多片離合器相同的是,驅動濕式多片制動器工作的活塞,也位於在自動變速器殼體中加工出的缸孔內,而殼體中加工出的油液通道,則將自動變速器油引向制動器油缸處。另外,汽車自動變速器濕式多片制動器的工作原理,也與濕式多片離合器相仿;制動作用的化解,一般是在制動油壓解除後,K制動器活塞復位彈簧的張力使活塞復位,從而使制動器盤片分離來實現的。當然,也有在制動器油缸的復位彈簧一側另外提供一個油壓來幫助活塞復位的情形。
2.帶式制動器
汽車自動變速器中的帶式制動器,採用一條內敷摩擦材料的制動帶,包繞在轉鼓的外圓表面,制動帶的一端固定在變速器殼體上,另一端則與制動油缸中的活塞相連。當制動油進入制動油缸後,壓縮活塞復位彈簧推動活塞,進而使制動帶的活動端移動,箍緊轉鼓。由於轉鼓與行星齒輪機構中的某一部件構成一體,所以箍緊轉鼓即意味著夾持固定了該部件,使其無法轉動。制動油壓力解除後,復位彈簧使活塞在制動油缸中復位,並拉回制動帶活動端,從而鬆開轉鼓,解除制動。
顯然,對帶式制動器來說,箍緊轉鼓的制動力矩的大小,取決於制動帶的長度和寬度,以及作用於制動帶活動端的力之大小。
在自動變速器中,依其所需完成的任務不同,制動帶在尺寸和結構上有所不同。例如,某些制動帶僅由一根柔性的,內表面敷有摩擦材料的鋼片製成,稱為單匝制動帶;也有除兩端外,中間完全分開的雙匝制動帶。一般來說,雙匝制動帶能更好地與轉鼓外圓表面貼合,因而在活動端作用力一定的情況下,可以提供更大的制動摩擦力矩;同時,雙匝制動帶與轉鼓的接合也較單匝制動帶更為平穩,使換檔動作更趨柔和。然而,自動變速器中的單匝制動帶,就其製造成本來說,要較雙匝制動帶低,而且在許多應用場合其性能也相當令人滿意,因此,大多數新型汽車自動變速器都採用柔性好、輕巧、成本低且製造簡單的單匝制動帶。
在制動時,允許制動帶與轉鼓之間有輕微的滑摩,以便被制動的行星齒輪機構部件不至於突然止動,因為非常突然的止動將產生衝擊,並可能對自動變速器造成損害。但另一方面,制動帶與轉鼓之間太多的滑動,即制動帶打滑,也會引起制動帶磨損或燒蝕。制動帶的打滑程度一般隨其內表面所襯敷的摩擦材料磨損及制動帶與轉鼓之間的間隙增大而增大,這就意味著制動帶需不時地予以調整。的確,大多數早期的汽車自動變速器必須定期地進行此項調整工作,但隨著制動帶設計的改進,大多數20世紀90年代生產的自動變速器已不需要定期地調整帶式制動器的制動帶了。
制動帶箍住或鬆開轉鼓的動作,是由一個可在制動液壓油缸中往復移動的活塞控制的。當無制動油壓時,活塞在復位彈簧張力的作用下,被頂K在制動油缸的一端;一旦具有一定壓力的自動變速器油進入油缸並克服復位彈簧的張力,活塞就被移向油缸的另一端。在此過程中,通過一個連桿帶動制動帶的活動端箍緊轉鼓,當制動油缸的油壓切斷並洩放時,活塞在復位彈簧的作用下復位,拉動連桿及制動帶的活動端,解除制動作用。在新型汽車自動變速器中,制動作用的解除通常是由復位彈簧及油液壓力共同完成的,即伴隨活塞一側制動油壓的切斷和洩放,另一側額外地提供一個制動解除油壓,以此來協助復位彈簧盡快地解除制動。當活塞完全復位後,該制動解除油壓仍將繼續作用,以確保制動帶處於完全放鬆的狀態。
位於制動油缸活塞與制動帶活動端之間的連桿,有直桿、槓桿和鉗形桿三種形式。毫無疑問,直桿式連桿所需的設計空間最大,原因是它必須將一端連接於制動帶活動端的直桿安排得與制動油缸及活塞的軸線重合,從而使活塞在制動油缸中的往復移動直接轉變為制動帶活動端的動作。另外,這種結構形式所需的制動油缸尺寸也最大,因為直桿無任何增力作用,而活塞的推力必須大到足以在最大力矩作用於轉鼓時,仍可防止制動帶的打滑。
帶式制動器,採用一個槓桿來推動作用於制動帶活動端的推桿。在設計中,當出於種種考慮,制動油缸必須被安排在自動變速器殼體中的某一位置,而在此位置活塞的位移又不能直接作用於制動帶活動端時,即要採用槓桿傳動。這種傳動方式改變了制動活塞推力的方向,然後再使其作用於制動帶。此外,眾所周知,槓桿傳動還可以有效地增大作用力。
第三種連桿形式即鉗形桿,這時,制動器使用一個搖臂和一個活動支承在制動帶兩端的鉗形桿。當制動器活塞在油壓作用下推動頂桿時,項桿下壓搖臂的右端,並通過圖中所示的推桿將力傳至制動帶的一端。與此同時,扣在制動帶另一端的鉗形桿隨著推桿的移動而向支承銷方向位移,從而共同收緊制動帶的兩活動端,箍住轉鼓。這種傳動形式除了像槓桿傳動那樣,在給定的制動油缸直徑下可增大制動摩擦力矩外,還可以減輕制動帶的磨損,並且使制動平緩柔和,其原因在於這時制動帶可自動找正中心位置,而且其包繞轉鼓收縮得也更加平穩。
對大多數在制動帶磨損後需進行調整的直桿型或槓桿型連桿來說,制動帶與轉鼓之間的間隙是由作為制動帶固定端的調整螺栓確定的。此調整螺栓旋在貫通自動變速器殼體的螺紋孔中,所以制動帶與轉鼓的間隙可在殼體外進行調整,調完後,再用鎖止螺母鎖緊。
但對於所給出的鉗形桿傳動,制動帶調整螺釘及鎖止螺母位於搖臂一端,因此,制動帶與轉鼓的間隙必須在拆下自動變速器油底殼之後才能進行調整。
3.工作緩衝裝置
在自動變速器執行機構中,多片離合器及制動器的接合和分離,以及帶式制動器的箍緊和放鬆,都不能過於突然,以免產生換檔衝擊,影響乘車的舒適性,甚至造成總成中零部件的損壞。因此,在執行機構的液壓系統中,專門設置了用於吸收因油壓突然升高而產生衝擊的緩衝裝置,目的即在於控制換檔質量,避免執行機構發生振動或接合過猛。在各種緩衝裝置中,實際使用較多的是液壓蓄能減振器。
蓄能減振器之所以能夠緩衝液壓油的壓力衝擊,是由於它可以暫時性地將一部分液壓油引至一個並聯油路或空腔,從而使油壓在主要油路中的增高要平穩得多,並使離合器或制動器平順接合。蓄能減振器可分為活塞型和閥型兩類,活塞型的看上去像是一個制動器的液壓油缸。事實上,某些蓄能減振器的活塞就是與制動器活塞共用一個油缸的,這種設計稱為整體式蓄能減振器。當然,也有將活塞型蓄能減振器安裝在自動變速器殼體中單獨設的孔內的,這種設計被稱為獨立式蓄能減振器。但無論怎樣,這兩種蓄能減振器的工作原理基本上是相同的。閥型蓄能減振器則與自動變速器液壓系統中的滑動柱塞閥相似,其任務與活塞型的相同,即暫時分流一部分原可直接作用於離合器或制動器油缸的液壓油。
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