换挡执行机构与液压控制原理

行星齿轮变速器中的所有齿轮都处于常啮合状态，其挡位变换必须通过以不同方式对行星齿轮机构的基本元件进行约束（固定或连接某些基本元件）来实现，能对这些基本元件实施约束的机构，就是行星齿轮变速器的换挡执行机构。

换挡执行机构主要有离合器、制动器和单向离合器三种类型，离合器和制动器是以液压方式控制行星齿轮机构元件旋转的，而单向离合器则是以机械方式对行星齿轮机构的元件进行锁止的。

1.离合器

离合器的作用是将变速器的输入轴和行星排的某个基本元件连接，或将行星排的某两个基本元件连接在一起，使之成为一个整体而转动。

自动变速器中所用的离合器为湿式多片离合器，它通常由离合器毂、离合器活塞、回位弹簧、钢片、摩擦片和花键毂等组成，其结构如图3－18所示。

图3-18　湿式多片离合器

（a）分离状态；（b）接合状态

离合器毂通过花键与主动元件相连或与其制成一体，钢片通过外缘键齿与离合器毂的内花键槽配合，与主动元件同步旋转。离合器花键毂与行星齿轮机构的主动元件制成一体，摩擦片通过内缘键齿与花键毂相连，钢片和摩擦片均可以轴向移动，压盘固定于离合器毂键槽中，用以限制钢片、摩擦片的位移量，其外侧安装了限位卡环，活塞装于离合器毂内，回位弹簧一端抵于活塞端面，另一端支撑在弹簧保持座上，回位弹簧有周置螺旋弹簧、中央布置螺旋弹簧和中央布置碟形弹簧3种形式。

当离合器处于分离状态时，活塞在回位弹簧的作用下处于左极限位置，钢片、摩擦片间存在一定间隙。当压力油经油道进入活塞左腔室后，液压力克服弹簧张力使活塞右移，将所有钢片、摩擦片依次压紧，离合器接合，该元件成为输入元件，动力经主动元件、离合器鼓、钢片、摩擦片和花键毂传至行星齿轮机构。油压撤出后，活塞在回位弹簧的作用下回位，离合器分离，动力传递路线被切断。

2.制动器

制动器的作用是固定行星齿轮机构中的基本元件，阻止其旋转。在自动变速器中常用的制动器有片式制动器和带式制动器两种。

1）片式制动器

片式制动器由制动器活塞、回位弹簧、钢片、摩擦片及制动器毂等组成，如图3－19所示。其结构和工作原理与湿式多片离合器基本相同，只是其钢片通过外花键齿安装在变速器壳体的内花键齿圈上，摩擦片则通过内花键齿和制动器毂上的外花键槽相连，制动器毂与行星齿轮机构的元件相连。当液压缸中没有压力油时，制动器毂可以自由旋转，当压力油进入制动器的液压缸后，通过活塞将钢片和摩擦片压紧在一起，制动器毂以及与其相连的行星齿轮机构的某一元件被固定住而不能旋转。

图3-19　片式制动器工作原理示意(www.xing528.com)

2）带式制动器

带式制动器由制动带及其伺服装置（控制油缸）组成。制动带是内表面带有镀层的开口式环形钢带，开口的一端支撑在与变速器壳体固连的支座上，另一端与伺服装置相连。

制动器伺服装置有直接作用式和间接作用式两种类型。直接作用式制动器伺服装置结构如图3－20所示。制动带开口的一端通过摇臂支撑于固定在变速器壳体的支承销上，另一端支撑于油缸活塞杆端部，活塞在回位弹簧和左腔油压的作用下位于右极限位置，此时，制动带和制动器毂之间存在一定间隙。

图3-20　直接作用式伺服装置结构

制动时，压力油进入活塞右腔，克服左腔油压和回位弹簧的作用力推动活塞左移，制动带以固定支座为支点收紧，在制动力矩的作用下，制动器毂停止旋转，行星齿轮机构某元件被锁止。随着油压撤除，活塞逐渐回位，制动解除。若仅依靠弹簧张力，则活塞回位速度较慢，目前大多数制动器设置了左腔进油道，在右腔撤除油压的同时左腔进油，活塞在油压和回位弹簧的共同作用下回位，可迅速解除制动。

图3－21所示为间接作用式伺服装置。它与上述结构的区别在于制动器开口的一端支撑于推杆的端部，活塞杆通过杠杆控制推杆的动作，由于采用杠杆结构将活塞作用力放大，故制动力矩进一步增大。

图3-21　间接作用式伺服装置

制动解除后，制动带与制动器毂之间应存在一定间隙，否则会造成制动带过度磨损和制动器毂的滑磨，影响行星齿轮系统的正常工作。调整该间隙的常见结构有以下3种：

（1）长度可调整的支承销；

（2）长度可调整的活塞杆（或推杆）；

（3）通过调整螺钉调整长度的杠杆。

3.单向离合器

单向离合器的作用是使某元件只能按一定方向旋转，在另一个方向上锁止。在行星齿轮系统中有若干个单向离合器，其工作性能对变速器的换挡品质有很大影响。执行机构的灵敏性直接影响换挡的平顺性，单向离合器具有灵敏度高的优点，可瞬间锁止（或解除锁止），提高了换挡时机的准确性。另外，单向离合器不需要附加的液压或机械操纵装置，结构简单，不易发生故障。单向离合器有滚子式和楔块式两种类型。其结构与工作原理见液力变矩器导轮单向离合器。