0026-轎車用無級自動變速器速比變速器的設(shè)計(jì)【全套32張CAD圖+SW三維模型+文獻(xiàn)翻譯+說明書】
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本部分內(nèi)容以奧迪Multitronic CVT為例進(jìn)行介紹，該無級變速器的內(nèi)部編號為01J。
1．奧迪01J CVT的基本組成
奧迪01J CVT主要由飛輪減振裝置、前進(jìn)檔離合器/倒檔制動器及行星齒輪裝置、速比變換器、液壓控制單元和電控單元組成，如圖4-91所示。
圖4-91 奧迪01J CVT的基本組成
1-飛輪減振裝置 2-倒檔制動器 3-輔助減速齒輪 4-速比變換器
5-電子控制系統(tǒng) 6-液壓控制系統(tǒng) 7-前進(jìn)檔離合器 8-行星齒輪機(jī)構(gòu)
發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩通過飛輪減振裝置或雙質(zhì)量飛輪傳遞給變速器，前進(jìn)檔離合器和倒檔制動器都是濕式摩擦元件，兩者均為起動裝置。倒檔的旋轉(zhuǎn)方向是通過行星齒輪機(jī)構(gòu)改變的。發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩通過輔助減速齒輪傳到速比變換器，并由此傳到主減速器、差速器。液壓控制系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)集成一體，位于變速器內(nèi)部。
2．前進(jìn)檔離合器/倒檔制動器及行星齒輪機(jī)構(gòu)
1) 前進(jìn)檔離合器和倒檔制動器
奧迪01J CVT的起動裝置是前進(jìn)檔離合器和倒檔制動器，并與行星齒輪機(jī)構(gòu)一起實(shí)現(xiàn)前進(jìn)檔和倒檔。它們只做起動裝置，并不改變傳動比，這與在自動變速器中的離合器和制動器的功用是不同的。
奧迪01J CVT的前進(jìn)檔離合器和倒檔制動器均是采用濕式多片式結(jié)構(gòu)，這與前述的自動變速器中的離合器和制動器的結(jié)構(gòu)是相同的，這里不過多敘述。
2) 行星齒輪機(jī)構(gòu)
行星齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖4-92所示，由齒圈、兩個(gè)行星輪、行星架、太陽輪組成。當(dāng)太陽輪順時(shí)針主動時(shí)，驅(qū)動行星輪1逆時(shí)針轉(zhuǎn)動，再驅(qū)動行星輪2順時(shí)針轉(zhuǎn)動，最后驅(qū)動齒圈也順時(shí)針轉(zhuǎn)動。
圖4-93 行星齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)
1-行星架 2-行星輪1 3-行星輪2 4-齒圈 5-太陽輪
做為輸入元件的太陽輪與輸入軸和前進(jìn)檔離合器鋼片相連接，做為輸出元件的行星架與輔助減速齒輪的主動齒輪和前進(jìn)檔離合器的摩擦片相連接，齒圈和倒檔制動器摩擦片相連接，倒檔制動器鋼片和變速器殼體相連接。行星齒輪機(jī)構(gòu)的簡圖4-93如圖所示。
圖4-93 行星齒輪機(jī)構(gòu)的簡圖
a．P/N檔的動力傳動路線
選檔桿處于P或N位時(shí)，前進(jìn)檔離合器和倒檔制動器都不工作。發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩通過輸入軸相連接的太陽輪傳到行星齒輪機(jī)構(gòu)并驅(qū)動行星輪1，行星輪1再驅(qū)動行星輪2，行星輪2與齒圈相嚙合。車輛尚未行駛時(shí)，做為輔助減速齒輪輸入部分的行星架(行星齒輪機(jī)構(gòu)的輸出部分)的阻力很大，處于靜止?fàn)顟B(tài)，齒圈以發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速一半的速度怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向與發(fā)動機(jī)相同。
b．前進(jìn)檔的動力傳動路線
選檔桿處于D位時(shí)，前進(jìn)檔離合器工作。由于前進(jìn)檔離合器鋼片與太陽輪連接，摩擦片與行星架相連接，此時(shí)，太陽輪(變速器輸入軸)與行星架(輸出部分)連接，行星齒輪機(jī)構(gòu)被鎖死成為一體，并與發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向相同，傳動比為1：1。
c．倒檔的動力傳動路線
選檔桿處于R位時(shí)，倒檔制動器工作。由于倒檔制動器摩擦片與齒圈相連接，鋼片與變速器殼體相連接此時(shí)，齒圈被固定，太陽輪(輸入軸)主動，轉(zhuǎn)矩傳遞到行星架，由于是雙行星齒輪(其中一個(gè)為惰輪)，所以行星架就會以與發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反的方向運(yùn)轉(zhuǎn)，車輛向后行駛。
由行星架輸出的動力輔助減速齒輪傳遞到速比變換器，如圖4-94所示。
圖4-94 輔助減速齒輪
1-行星齒輪機(jī)構(gòu) 2-輔助減速齒輪 3-鏈輪裝置1
3．速比變換器
速比變換器是CVT最重要的裝置，其功用是實(shí)現(xiàn)無級變速傳動。
速比變換器由2組滑動錐面鏈輪和專用鏈條組成，如圖4-95所示。主動鏈輪由發(fā)動機(jī)通過輔助減速齒輪驅(qū)動，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩由傳動鏈傳遞到從動鏈輪裝置，并由此傳給主減速器。每組鏈輪裝置中的其中一個(gè)鏈輪可沿軸向移動，來調(diào)整傳動鏈的跨度尺寸，從而連續(xù)地改變傳動比。2組鏈輪裝置必須同步進(jìn)行，這樣才能保證傳動鏈?zhǔn)冀K處于張緊狀態(tài)，并且具有足夠的傳動鏈和鏈輪之間的接觸壓力。
圖4-95 速比變換器的基本組成和原理
(a) 低速（傳動比大） (b) 高速（傳動比?。?
1-主動鏈輪裝置 2-從動鏈輪裝置 3-動力輸出 4-動力輸入 5-傳動鏈條
速比變換器的組成如圖4-96所示。該速比變換器的工作模式是基于雙活塞工作原理。其特點(diǎn)是利用少量的壓力油就可以很快地進(jìn)行換擋，這可以保證在相對低壓時(shí)，錐面鏈輪與傳動鏈之間有足夠的接觸壓力。在鏈輪裝置1和鏈輪裝置2上各有一個(gè)保證傳動鏈輪和傳動鏈之間正常接觸壓力的壓力缸和用于調(diào)整變速比的分離缸。為了有效地傳遞發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩，錐面鏈輪和傳動鏈之間需要很高的接觸壓力，接觸壓力通過調(diào)節(jié)壓力缸內(nèi)的油壓產(chǎn)生。壓力缸表面積很大，能夠在低壓時(shí)提供所需的接觸壓力。液壓系統(tǒng)泄壓時(shí)，主動鏈輪膜片彈簧和從動鏈輪的螺旋彈簧產(chǎn)生一個(gè)額定的傳動鏈條基礎(chǔ)張緊力(接觸壓力)。在卸壓狀態(tài)下，速比變換器起動傳動比由從動鏈輪的螺旋彈簧彈力調(diào)整。
圖4-96 速比變換器的組成
1-轉(zhuǎn)矩傳感器 2、8-壓力缸 3-膜片彈簧 4-錐面鏈輪1 5-鏈輪裝置1
6、11-分離缸 7-螺旋彈簧 9-錐面鏈輪2 10-鏈輪裝置2
1) 換檔控制
a．電子控制部分
奧迪01J CVT的電子控制單元有一動態(tài)控制程序(DRP)，用于計(jì)算額定的變速器輸入轉(zhuǎn)速。為了在每個(gè)駕駛狀態(tài)下獲得最佳傳動比，駕駛員輸入信息和車輛實(shí)際工作狀態(tài)要被計(jì)算在內(nèi)。根據(jù)邊界條件動態(tài)控制程序(DRP)計(jì)算出變速器額定輸入轉(zhuǎn)速。變速器輸入轉(zhuǎn)速傳感器G182監(jiān)測主動鏈輪1處的實(shí)際轉(zhuǎn)速。電子控制單元會根據(jù)實(shí)際值與設(shè)定值進(jìn)行比較，并計(jì)算出壓力調(diào)節(jié)電磁閥N216的控制電流，這樣N216就會產(chǎn)生液壓換擋閥的控制壓力，該壓力與控制電流幾乎是成正比的?？刂茊卧ㄟ^檢查來自變速器輸入轉(zhuǎn)速傳感器G182和變速器輸出轉(zhuǎn)速傳感器G195及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號來實(shí)現(xiàn)對換擋的監(jiān)控。
b．液力換擋控制(增速與降速)
液壓控制單元中的輸導(dǎo)控制閥(VSTV)向換擋壓力調(diào)節(jié)電磁閥N216提供一個(gè)約0．5MPa的常壓。N216根據(jù)電子控制單元計(jì)算的控制電流產(chǎn)生控制壓力，該壓力的大小會影響減壓閥UV的位置。
根據(jù)控制壓力，減壓閥UV將調(diào)節(jié)出來的壓力傳遞到主動鏈輪和從動鏈輪的分離缸。當(dāng)調(diào)節(jié)壓力在0.18~0.2MPa之間時(shí)，減壓閥UV處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)控制壓力低于0.18MPa時(shí)，調(diào)節(jié)壓力通過減壓閥UV傳遞到主動鏈輪1的分離缸，同時(shí)從動鏈輪的分離缸與油底殼接通，速比變換器朝增速的方向進(jìn)行變速，如圖4-97所示。
圖4-97 速比變換器增速的控制
當(dāng)調(diào)節(jié)壓力高于0.22MPa時(shí)，調(diào)節(jié)壓力通過減壓閥傳遞到從動鏈輪2的分離缸，同時(shí)主動鏈輪1的分離缸與油底殼相通，速比變換器朝減速的方向變速，如圖4-98所示。
圖4-98 速比變換器減速的控制
2) 接觸壓力控制
壓力缸中合適的油壓最終產(chǎn)生錐面鏈輪與鏈條之間的接觸壓力，若接觸壓力過高會降低傳動效率；相反，若接觸壓力過低，傳動鏈會打滑，這將損壞傳動鏈和鏈輪。轉(zhuǎn)矩傳感器的目的就是根據(jù)要求建立起盡可能精確、安全的接觸壓力。
轉(zhuǎn)矩傳感器集成于主動鏈輪1內(nèi)，靜態(tài)和動態(tài)高精確度地監(jiān)控傳遞到壓力缸的實(shí)際轉(zhuǎn)矩，并建立壓力缸的正確油壓。轉(zhuǎn)矩傳感器主要部件為2個(gè)滑軌架，每個(gè)支架有7個(gè)滑軌，滑軌中裝有7個(gè)滾子，如圖4-99所示。
圖4-99 轉(zhuǎn)矩傳感器的組成
滑軌架1裝在主動鏈輪1的輸出齒輪中(輔助減速輸出齒輪)，滑軌架2通過內(nèi)花鍵與主動鏈輪1連接，并可以軸向移動且由轉(zhuǎn)矩傳感器活塞支撐。轉(zhuǎn)矩傳感器活塞調(diào)整接觸壓力，并形成2個(gè)壓力腔：轉(zhuǎn)矩傳感器腔1和腔2。轉(zhuǎn)矩傳感器產(chǎn)生的軸向力作為控制力，與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩成正比，壓力缸中建立起來的壓力與控制力成正比。轉(zhuǎn)矩傳感器支架彼此間可徑向旋轉(zhuǎn)，將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為軸向力(因滾子和滑軌的幾何關(guān)系)，此軸向力施加于滑軌支架2，并移動轉(zhuǎn)矩傳感器控制凸緣關(guān)閉或打開轉(zhuǎn)矩傳感器腔輸出端，如圖4-100所示。
圖4-100 轉(zhuǎn)矩傳感器的工作原理
a．輸入轉(zhuǎn)矩低時(shí)
轉(zhuǎn)矩傳感器腔1直接與壓力缸相通。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的軸向力與壓力缸內(nèi)的壓力達(dá)到平衡。在汽車穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，出油孔只部分關(guān)閉，打開排油孔(轉(zhuǎn)矩傳感器)后壓力下降，出油孔進(jìn)油壓力降低，直至恢復(fù)壓力平衡，如圖4-101所示。
圖4-101 低轉(zhuǎn)矩時(shí)的控制
b．輸入轉(zhuǎn)矩高時(shí)
轉(zhuǎn)矩達(dá)到峰值時(shí)，控制凸緣完全關(guān)閉出油孔。若轉(zhuǎn)矩傳感器進(jìn)一步移動，將會起到油泵作用，此時(shí)被排出的油使壓力缸內(nèi)的壓力迅速上升，這樣就會毫無延遲地調(diào)整接觸壓力。錐面鏈輪產(chǎn)生的接觸壓力不僅取決于輸入扭矩，還取決于傳動鏈跨度半徑，此二者確定了速比變換器的實(shí)際傳動比，如圖4-102所示。
圖4-102 高轉(zhuǎn)矩時(shí)的控制
4．液壓控制系統(tǒng)
CVT的液壓控制系統(tǒng)也像自動變速器的液壓控制系統(tǒng)一樣，擔(dān)負(fù)著系統(tǒng)油壓的控制、油路的轉(zhuǎn)換控制、用油元件的供油以及冷卻控制等。
1) 供油裝置
奧迪01J CVT的供油裝置采用的是帶月牙形密封的內(nèi)嚙合齒輪泵，直接裝在液壓控制單元上，形成一個(gè)整體，減少了壓力損失。
2) 液壓控制單元
液壓控制單元由手動換檔閥、9個(gè)液壓閥和3個(gè)電磁控制閥組成。液壓控制單元和電子控制單元直接插接在一起，液壓控制單元應(yīng)完成下述功能：
a．前進(jìn)檔離合器/倒檔制動器；
b．調(diào)節(jié)離合器壓力；
c．冷卻離合器；
d．為接觸壓力控制提供壓力油；
e．傳動控制；
f．為飛濺潤滑油罩蓋供油。
液壓控制系統(tǒng)的油路圖如圖4-103所示。為防止系統(tǒng)工作壓力過高，限壓閥將油泵產(chǎn)生的最高壓力限制在0.82MPa，并通過輸導(dǎo)控制閥向三個(gè)壓力調(diào)節(jié)電磁閥提供一個(gè)恒定的0.5MPa的輸導(dǎo)控制壓力。壓力閥防止起動時(shí)油泵吸入空氣，當(dāng)油泵輸出功率高時(shí)，壓力閥打開，允許ATF油從回油管流到油泵吸入廁，提高油泵效率。施壓閥控制系統(tǒng)壓力，在各種工況下都始終能夠提供足夠的油壓。電磁閥N88、N215和N216在設(shè)計(jì)上稱為壓力控制閥，它們將控制電流轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的液壓控制壓力。
圖4-103 液壓控制系統(tǒng)的油路圖
5．電子控制系統(tǒng)
奧迪01J CVT的電子控制系統(tǒng)由電子控制單元、輸入裝置（傳感器、開關(guān)）和輸出裝置（電磁閥）三部分組成。其特點(diǎn)是電子控制單元集成在速比變換器內(nèi)，控制單元直接用螺栓緊固在液壓控制單元上。3個(gè)壓力調(diào)節(jié)閥與控制單元間直接通過堅(jiān)固的插頭連接(S形接頭)，沒有連接線?？刂茊卧靡粋€(gè)25針腳的小型插頭與汽車相連。電控系統(tǒng)更具特點(diǎn)的是集成在控制單元內(nèi)的傳感器技術(shù)：電器部件的底座為一個(gè)堅(jiān)硬的鋁板，殼體材料為塑料，并用鉚釘緊固到底座上。殼體容納全部的傳感器，因此不再需要線束和插頭。這種結(jié)構(gòu)大大提高了工作效率和可靠性。另外將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和多功能開關(guān)設(shè)計(jì)成霍爾傳感器，霍爾傳感器沒有機(jī)械磨損，信號不受電磁干擾，這使其可靠性進(jìn)一步提高。傳感器為控制單元的集成部件，若某個(gè)傳感器損壞，必須更換電子控制單元。如圖4-104所示為電子控制系統(tǒng)的組成。
圖4-104 電子控制系統(tǒng)的組成
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