自動變速器之單向離合器

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1、5 第1期 米貴岐等 品牌零售商外埠擴(kuò)張思考 簡論自動變速器之單向離合器 李書江，胡彥斌 （石家莊理工職業(yè)學(xué)院，河北 石家莊 050228） 摘 要：電子控制自動變速器已經(jīng)成為當(dāng)今中高檔轎車上的首選配置，它不僅能減輕駕駛操作疲勞度，為汽車的行駛提供較為理想的換檔模式，同時滿足了大多數(shù)駕駛者對轎車的動力學(xué)與經(jīng)濟(jì)性的要求，因此受到了越來越多的人們的喜愛。機械結(jié)構(gòu)的單向離合器是自動變速器中不可缺少的部件之一，由于其結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、傳動效率高及故障率低等多種原因，被目前大多數(shù)自動變速器所采用。 關(guān)鍵詞：單向離合器 結(jié)構(gòu) 原理 檢驗 中圖分類號：F7

2、13.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 收稿日期： 責(zé)任編輯： 校 對： 作者簡介：李書江（1962- ），男，漢族，河北藁城人，汽車學(xué)院副教授，長期從事汽車專業(yè)的理論和實踐教學(xué)。 1 . 前言 在電控自動變速器的變速箱內(nèi)，有一個部件往往不被使用者和維修者過多地關(guān)注，但它在自動變速器良好使用中的作用是不可低估的，尤其是汽車維修人員。這個部件統(tǒng)稱為單向離合器，也有人稱之為自由輪機構(gòu)。在自動變速器維修作業(yè)中，一旦將單向離合器拆下，裝復(fù)中稍有不慎極易裝錯，從而導(dǎo)致自動變速器無法正常運轉(zhuǎn)和傳遞動力。而問題的嚴(yán)重性表現(xiàn)在以下兩個方面，一是錯裝之后不會影響有關(guān)相鄰部件的安裝位置

3、，也就是說若錯裝，其他部件照樣能夠裝上去；其二是，自動變速器不上車，不進(jìn)行道路試驗，錯裝的情況無法檢視出來。而一旦自動變速器上車路試，出現(xiàn)問題，則需要拆下變速器總成，分解檢查。而自動變速器總成的拆下分解，對絕大多數(shù)轎車而言，是以拆下發(fā)動機為前提的。由于汽車發(fā)動機已廣泛采用電子燃油噴射技術(shù)，在其周圍有許多管道、電線以及其他附屬件。如此，因錯裝造成的返工現(xiàn)象，其工作量是巨大的。因此，了解單向離合器結(jié)構(gòu)原理，熟悉其工作過程，對自動變速器的使用維修至關(guān)重要。 2．單向離合器結(jié)構(gòu)特征 單向離合器按其結(jié)構(gòu)型式有棘輪型、滾柱型和楔塊型三種，目前廣泛使用的是楔塊型。楔塊型單向離合器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。 楔

4、塊式單向離合器是由內(nèi)環(huán)、外環(huán)、楔塊、保持架和片狀彈簧等組成。內(nèi)環(huán)和外環(huán)分別與自動變速器的某一個旋轉(zhuǎn)件或固定件相連接，保持架借助于片狀彈簧將楔塊均勻等份地布置在圓形的內(nèi)環(huán)與外環(huán)之間。由于楔塊具有特殊的形狀，使得長軸方向A的尺寸略大于內(nèi)、外環(huán)之間的距離，即內(nèi)外環(huán)半徑差B；而在短軸方向C的尺寸略小于內(nèi)外、圈之間的距離B。 2.1鎖止?fàn)顟B(tài) 當(dāng)外環(huán)相對內(nèi)環(huán)順時針方向轉(zhuǎn)動時，楔塊在磨擦力的作用下立起，由于A>B，因此楔塊被卡死在內(nèi)環(huán)與外環(huán)之間，此時單向離合器處于鎖止?fàn)顟B(tài)；從而阻止了內(nèi)環(huán)與外環(huán)所連接件的相對轉(zhuǎn)動。 2.2自由狀態(tài) 當(dāng)外環(huán)相對內(nèi)環(huán)逆時針方向轉(zhuǎn)動時，楔塊在磨擦力的作用下傾斜伏倒，由于B>

5、C，因此內(nèi)環(huán)與外環(huán)可以相對轉(zhuǎn)動，此時單向離合器處于打滑的自由狀態(tài)；從而使內(nèi)環(huán)與外環(huán)所連接件的相對轉(zhuǎn)動，兩者無動力的傳遞和連接。 3.單向離合器作用分析 單向離合器由于結(jié)構(gòu)特殊，具有單向分離、反向結(jié)合的特性，因此，與單向離合器內(nèi)環(huán)、外環(huán)相連接的機件（大多是行星齒輪機構(gòu)），只能實現(xiàn)單一方向的整體運動和動力傳遞，而在相反方向上二者之間脫離關(guān)系，動力被切斷。 不同車型自動變速器中單向離合器安裝的數(shù)量和位置各不相同，但其基本的作用是一致的?，F(xiàn)僅以豐田轎車安裝的四檔自動變速器A140E型為例說明其具體工作特性。 豐田A140E自動變速器內(nèi)，裝有三個單向離合器，其結(jié)構(gòu)形式均楔塊式，三個單向離合器的安

6、裝位置簡圖如圖2所示。 3.1單向離合器實現(xiàn)了各檔位轉(zhuǎn)換時的動力不間斷傳遞 眾所周知，自動變速器在一檔、二檔、三檔以及超速檔之間相互轉(zhuǎn)換時，在每兩個檔位中間都有一定時間（盡管僅有幾秒鐘）的“脫檔”現(xiàn)象。無論自動變速器是升檔或降檔，各檔所使用的制動器、離合器的動作，以及各換檔閥所控制的液壓油路中壓力的增減與轉(zhuǎn)換，都需要一定的時間。此時，將會出現(xiàn)發(fā)動機動力輸出的間斷。它不僅會導(dǎo)致有明顯的換檔沖擊，同時將會有很大的一聲發(fā)動機“空油聲”（加速踏板位置未動，發(fā)動機負(fù)載突然減小所致）。這時，三個單向離合器則會在三個換檔的“檔隙”，使發(fā)動機動力不間斷地通過自動變速器向車輪傳遞。變速器各換檔執(zhí)行元件工

7、作順序表見圖3所示。 3.1.1超速排單向離合器Fo的動力連接 單向離合器Fo安裝在超速行星齒輪機構(gòu)中， Fo外環(huán)與超速行星架相連接，內(nèi)環(huán)與超速排太陽輪軸相連接。它將阻止太陽輪相對行星架順時針轉(zhuǎn)動。 變速器在三檔時，超速排離合器Co結(jié)合，超速排制動器Bo不工作。由于Co將太陽輪軸和行星架結(jié)合在一起，故此時超速排動力以直接檔(i=1)方式，將來自行星架的動力傳給齒圈，最后輸出。 變速器在四檔（超速檔）時，超速排離合器Co分離。超速排制動器Bo動作，將太陽輪軸剎住固定不轉(zhuǎn)。此時，超速排行星輪以超速檔（i﹥1）方式，將來自行星架的動力傳給齒圈。 變速器在三檔升入四檔的換檔空隙時，超速排離合

8、器Co由結(jié)合逐漸變?yōu)榉蛛x，即行星架與太陽輪軸逐漸分離，超速排制動器Bo逐漸剎住太陽輪軸。此時，作為主動件的行星架，欲帶動太陽輪軸沿行星架順時針轉(zhuǎn)動。如果使太陽輪軸沿行星架順時針轉(zhuǎn)動，則行星架將無法使動力傳給齒圈輸出（三元件無一固定件）。這時，單向離合器Fo起作用，它將行星架與太陽輪軸鎖止在一起，從而實現(xiàn)著變速器三檔的動力傳遞方式。待制動器Bo剎住太陽輪軸后，由于單向離合器Fo將變?yōu)樽杂纱蚧瑺顟B(tài)，行星架將沿著太陽輪軸順轉(zhuǎn)，變速器換入四檔。 變速器由四檔降為三檔的換檔空隙時，單向離合器Fo的工作方式與三檔升入四檔時完全相同，仍然是以三檔的方式傳遞動力。 3.1.2一檔單向離合器F2的動力連接

9、 變速器一檔用單向離合器F2，外環(huán)通過連接塊與變速器外殼相固定，不能轉(zhuǎn)動；內(nèi)環(huán)與辛普森行星輪機構(gòu)的后排行星架相連接。它將阻止該行星架逆時針轉(zhuǎn)動。 變速器檔位在“D”位一檔時，前進(jìn)檔離合器C1結(jié)合。由于一檔單向離合器F2阻止了后行星架逆時針轉(zhuǎn)動，使其鎖止不動，從而實現(xiàn)了變速器一檔的動力傳遞。 變速器檔位在“D”位二檔時，除前進(jìn)檔離合器C1結(jié)合外，二檔制動器B2參與了制動太陽輪軸。這時，后行星架將順時針轉(zhuǎn)動，單向離合器由鎖止?fàn)顟B(tài)變?yōu)樽杂纱蚧瑺顟B(tài)，從而實現(xiàn)了變速器二檔的動力傳遞。 變速器由一檔升入二檔的空隙時，前進(jìn)檔離合器工作不變，僅加入二檔制動器逐漸剎太陽輪軸。在二檔制動器剎住太陽輪軸之前，

10、單向離合器F2始終阻止后行星架逆時針轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)了變速器的一檔動力傳遞。 變速器由二檔降為一檔的空隙時，單向離合器F2在二檔制動器逐漸松開過程中，便參與工作，阻止后行星架逆時針轉(zhuǎn)動，同樣實現(xiàn)了變速器的一檔動力傳遞。 3.1.3二檔制動器用單向離合器F1的動力連接 與二檔制動器B2配合使用的單向離合器F1，其外環(huán)與二檔制動器內(nèi)的制動片相連接；內(nèi)環(huán)與辛普森行星輪的太陽輪軸相連接。在二檔制動器B2制動時，它將阻止太陽輪軸逆時針轉(zhuǎn)動。 變速器在二檔時，前進(jìn)檔離合器C1以及二檔制動器B2同時工作。二檔制動器B2通過單向離合器F1將太陽輪軸剎住，使其不能逆時針轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)了變速器的二檔動力傳遞

11、。 變速器在三檔時，前進(jìn)檔離合器C1以及二檔制動器B2仍然工作，同時直接檔離合器C2結(jié)合，也參與動力傳遞。兩個離合器都參與動力傳遞，而且同步，故為變速器的直接檔。此時，單向離合器F1打滑，允許太陽輪軸順時針轉(zhuǎn)動。盡管二檔制動器B2仍然工作，但不會影響變速器三檔的動力傳遞。 當(dāng)變速器由二檔升入三檔的空隙時，二檔制動器仍剎車，位于二檔制動器與太陽輪軸之間的單向離合器F1，在直接檔離合器C2結(jié)合之前，仍防止太陽輪軸逆時針轉(zhuǎn)動。故，此時變速器仍實現(xiàn)著二檔的動力傳遞。 當(dāng)變速器由三檔降為二檔的空隙時，其情形與二檔升入三檔的空隙時相同，此時變速器仍以二檔的方式傳遞動力。 3.2單向離合器使液壓控制

12、閥的結(jié)構(gòu)有所簡化 自動變速器的液壓控制閥安裝在閥體上，變速器的檔位變換是通過液壓控制閥的動作，接通或切斷某離合器或制動器的液壓油路，來實現(xiàn)的。閥體的結(jié)構(gòu)在自動變速器上是最復(fù)雜的，故，有人形象地稱之為液壓“集成塊”。單向離合器可以減少控制油路的條數(shù)，進(jìn)而減少控制閥的個數(shù)，達(dá)到簡化液壓控制閥體結(jié)構(gòu)的目的。 譬如，二檔制動器B2用單向離合器F1，由于它在二檔制動器B2制動時，阻止了太陽輪軸逆時針轉(zhuǎn)動，同時又允許太陽輪軸順時針轉(zhuǎn)動，因此，在二檔時開始剎車的二檔制動器B2，當(dāng)變速器升入三檔、四檔后，就不必再松開。這樣就減少了一套液壓控制裝置，仍能實現(xiàn)檔位的正常轉(zhuǎn)換。 3.3單向離合器延長了變速器的

13、維修周期 自動變速器的維修周期取決于易損件的壽命。離合器和制動器內(nèi)的摩擦片，是自動變速器的最常見的易損件，它的損耗主要是在離合器和制動器結(jié)合或分離時，與鋼片之間的摩擦。減少離合器和制動器的動作次數(shù)，是延長其壽命的有效方法。 由于自動變速器內(nèi)安裝了一檔用單向離合器F2，因此，在變速器檔位的“D”、“2”位的一檔時，使變速器內(nèi)的一\倒檔制動器B3不必參與工作，也就無所謂B3制動器中摩擦片的磨損了。 由于自動變速器內(nèi)安裝了二檔用單向離合器F1，因此，在變速器升入三檔和四檔時，二檔制動器B2仍然保持二檔時的制動狀態(tài)，不必頻繁動作，從而使制動器內(nèi)摩擦片的磨損大大減少。 3.4單向離合器協(xié)助了個別

14、離合器和制動器的工作 單向離合器除自身單獨承擔(dān)檔位傳遞時的鎖止動作外，同時也參與了個別離合器和制動器的動力傳遞，從而使離合器和制動器的結(jié)構(gòu)尺寸或摩擦片數(shù)有所減少。 譬如，超速排安裝的單向離合器Fo，在超速排離合器Co結(jié)合時（變速器在一、二、三、倒檔），協(xié)助其將太陽輪軸與行星架結(jié)合鎖止在一起。 4．單向離合器裝復(fù)與檢驗 由于單向離合器不需要液壓操縱系統(tǒng)的控制，而是自行起作用，從而給檢查和故障診斷帶來一定的困難。同時，汽車維修人員在對自動變速器拆檢時，不可避免地要拆卸各單向離合器，尤其是當(dāng)單向離合器內(nèi)楔塊因磨損過甚（有明顯的壓痕）時，需要更換單向離合器總成。這時，將單向離合器裝反的情況極容

15、易發(fā)生。裝反的單向離合器，將造成自動變速器的不正常工作，不能換檔、汽車不能起步，甚至損壞自動變速器內(nèi)部的部件。現(xiàn)在仍以豐田A140E自動變速器為例，對三個單向離合器的具體安裝方法進(jìn)行分析，指出錯裝的危害以及正確組裝的檢驗方法。 4.1超速排單向離合器Fo安裝與檢驗 超速行星齒輪機構(gòu)用單向離合器Fo外環(huán)與超速行星架相連接，內(nèi)環(huán)與超速排太陽輪相連接。它將阻止太陽輪相對行星架順時針轉(zhuǎn)動。若因錯裝而裝反，則太陽輪軸將阻止行星架順時針轉(zhuǎn)動，而行星架是超速排的動力輸入軸，當(dāng)自動變速器在一、二、三檔時，不會出現(xiàn)問題。當(dāng)自動變速器換入四檔時，超速排制動器Bo起作用，剎住太陽輪軸。由于該單向離合器的裝反，這

16、時，超速排制動器Bo將通過太陽輪軸、單向離合器、超速排行星架等，對發(fā)動機及自動變速器的輸出動力進(jìn)行制動。其結(jié)果不僅變速器無法換入四檔，同時將使超速排制動器Bo以及該單向離合器因制動力過大而損壞。 顯然，錯裝的危害相當(dāng)嚴(yán)重。因此，組裝時需仔細(xì)檢查之，其正確的安裝檢驗方法為：依發(fā)動機為前方，由前向后看，用一只手固定單向離合器內(nèi)環(huán)或太陽輪軸，另一只手轉(zhuǎn)動行星架或單向離合器外環(huán)。應(yīng)順時針打滑轉(zhuǎn)動，逆時針鎖止轉(zhuǎn)不動為宜。否則，將單向離合器翻轉(zhuǎn)180安裝即可。 4.2一檔單向離合器F2安裝與檢驗 變速器一檔用單向離合器F2，外環(huán)通過連接塊與變速器外殼相固定，不能轉(zhuǎn)動。內(nèi)環(huán)與辛普森行星輪機構(gòu)的后排行星

17、架相連接。它將阻止該行星架逆時針轉(zhuǎn)動。若裝反，則它將阻止行星架順時針轉(zhuǎn)動，從而導(dǎo)致自動變速器檔位在“D”位和“2”位無變速器一檔，即汽車在這兩個位置根本無法起步。 該單向離合器裝復(fù)時的檢驗方法是：用手固定單向離合器外環(huán)的連接塊，用另一只手轉(zhuǎn)動行星架或內(nèi)環(huán)，依發(fā)動機為前方，由前向后看，應(yīng)順時針打滑轉(zhuǎn)動，逆時針鎖止轉(zhuǎn)不動為宜。否則，將單向離合器翻轉(zhuǎn)180 安裝即可。 4.3二檔制動器用單向離合器F1安裝與檢驗 二檔制動器用單向離合器F1，外環(huán)與二檔制動器內(nèi)的制動片相連接，內(nèi)環(huán)與辛普森行星輪的太陽輪軸相連接。在二檔制動器B2制動時，它將阻止太陽輪軸逆時針轉(zhuǎn)動。若裝反，不僅使自動變速器檔位在“D

18、”位無二檔，同時，也會造成自動變速器在“2”位無法進(jìn)入三檔，并有可能使直接檔離合器C2、二檔制動器B2以及該單向離合器F1損壞。它正確的安裝檢驗方法是：用手固定單向離合器外環(huán)，用另一只手轉(zhuǎn)動內(nèi)環(huán)或太陽輪軸，依發(fā)動機為前方，由前向后看，應(yīng)順時針打滑轉(zhuǎn)動，逆時針鎖止轉(zhuǎn)不動為宜。否則，將單向離合器翻轉(zhuǎn)180安裝即可。 5．就車檢驗單向離合器性能的方法 單向離合器的就車檢驗通常通過道路試驗完成，同時，道路試驗也用來檢驗變速器修復(fù)后是否能達(dá)到使用性能。需要注意的是，在進(jìn)行道路試驗之前，要確認(rèn)油面高度、油質(zhì)狀況、變速器檔位拉桿、節(jié)氣門拉桿位置正常。 5.1單向離合器Fo就車檢驗 前面已分析過，F(xiàn)0

19、主要在變速器“D”位三、四檔之間切換時才起作用，所以在進(jìn)行道路試驗時，如果“D”位三、四檔工作均正常，但在切換過程中有沖擊和不平穩(wěn)現(xiàn)象，就可判定F0已損壞。 5.2單向離合器F2就車檢驗 由變速器各換檔執(zhí)行元件工作順序表（圖3）可知，變速器檔位的“D“位一檔和“2”位一檔的工作元件相同，而“L”位要多一個B3，但F2不起作用。所以在道路試驗時，如果“L”位工作正常，但“D”位一檔或“2”位一檔不正常，就可判定F2已損壞。 5.2單向離合器F1就車檢驗 由于F1是通過B2作用后才自動起作用的，所以較難準(zhǔn)確判斷到底是F1還是B2損壞。在道路試驗中，如果“D”位一檔和“D”位三檔工作正常，但

20、過渡不平穩(wěn)、有沖擊，就可判斷是B2或F1損壞，但需拆出B2和F1進(jìn)行進(jìn)一步的鑒定。通過判斷和檢查，確定是單向離合器損壞后，只需拆開更換即可。 6．結(jié)論 單向離合器作為一種換檔執(zhí)行元件被廣泛用于電控液力自動變速器中，以確保平順地?zé)o沖擊換檔。單向離合器可以起到離合器與制動器的作用，所不同的是以單向鎖止原理來實現(xiàn)固定或連接作用。由于保證了各檔位轉(zhuǎn)換中間（檔隙）的動力不間斷傳遞，從而簡化了液壓控制閥的結(jié)構(gòu)，減輕了變速器換檔時的換檔沖擊。與此同時，單向離合器還協(xié)助或替代了個別離合器和制動器的工作，延長了變速器的維修周期。它是液力自動變速器中一個至關(guān)重要的元件，起到了一兩撥千斤的功效。因此，在變速器使用和維修中必須給予特別注意。 參考文獻(xiàn)： [1] 李書江.電控自動變速器性能試驗三步法[J].汽車維修與保養(yǎng) 2000.12 [2] 美國米切爾維修信息公司.進(jìn)口汽車自動變速器檢測與維修［M］人民交通出版社，2003.1