不同應(yīng)用類型的單向離合器的結(jié)構(gòu)原理分析和安裝方法研究

屈亞鋒

(武漢交通職業(yè)學(xué)院, 湖北 武漢 430065)

單向離合器在自動(dòng)變速器中使用很普遍，單向離合器使用數(shù)量的多少，是自動(dòng)變速器綜合性能好壞的重要標(biāo)志之一[1]。單向離合器使用數(shù)量的多少，可由汽車對(duì)性能的要求決定，也可由自動(dòng)變速器電控控制決定。雖然單向離合器的安裝可通過記號(hào)識(shí)別或者借助維修手冊(cè)進(jìn)行安裝，但由于單向離合器通常兩側(cè)對(duì)稱，形狀差異不大，容易造成安裝方向混淆。因此，單向離合器的安裝方法對(duì)于自動(dòng)變速器的解體裝復(fù)至關(guān)重要。目前，對(duì)單向離合器的作用、結(jié)構(gòu)原理及單向離合器對(duì)變速器性能影響研究較多，但是，尚沒有文獻(xiàn)全面分析單向離合器的應(yīng)用類型及其安裝方法。本文總結(jié)了起單向約束作用、與離合器并聯(lián)和與離合器串聯(lián)等不同應(yīng)用類型的單向離合器的結(jié)構(gòu)原理，提出通過轉(zhuǎn)動(dòng)方向分析法對(duì)其進(jìn)行安裝，避免了單向離合器安裝方向混淆的失誤。

1 單向離合器的結(jié)構(gòu)和安裝方法簡(jiǎn)介

1.1 單向離合器的結(jié)構(gòu)

單向離合器是自動(dòng)變速器中常見的基礎(chǔ)傳動(dòng)部件，其結(jié)構(gòu)主要有楔塊式和滾柱式兩種類型，如圖1所示。雖然楔塊式和滾柱式兩種類型的單向離合器結(jié)構(gòu)上略有區(qū)別，但其原理是相同的，假設(shè)內(nèi)座圈固定，外座圈可按圖1中方向單向旋轉(zhuǎn)。由于楔塊式單向離合器的楔塊有長(zhǎng)徑和短徑的特殊結(jié)構(gòu)，利用轉(zhuǎn)動(dòng)方向分析法時(shí)比較直觀，并容易理解和判斷，故本文研究不同應(yīng)用類型的單向離合器的結(jié)構(gòu)時(shí)均以楔塊式單向離合器為例進(jìn)行介紹。

1.2 單向離合器的安裝方法

轉(zhuǎn)動(dòng)方向分析法是指根據(jù)自動(dòng)變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)原理，通過轉(zhuǎn)動(dòng)與單向離合器相關(guān)聯(lián)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)某些元件的方向來判斷單向離合器安裝是否正確的方法，其判斷標(biāo)準(zhǔn)是與單向離合器相關(guān)聯(lián)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)某些元件的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和其實(shí)際工作原理中的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。轉(zhuǎn)動(dòng)方向分析法的優(yōu)點(diǎn)是不受限于單向離合器的外觀結(jié)構(gòu)或安裝標(biāo)記，可避免安裝方向混淆，難點(diǎn)是對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)某些元件的轉(zhuǎn)動(dòng)方向的判斷。下文總結(jié)了不同應(yīng)用類型的與單向離合器相關(guān)聯(lián)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)某些元件的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，以幫助自動(dòng)變速器維修人員來判斷單向離合器是否安裝正確。

2 起單向約束作用的單向離合器

2.1 起單向約束作用的單向離合器的應(yīng)用情況

自動(dòng)變速器使用的單向離合器具有機(jī)械式自動(dòng)分離或超越(失能)與接合(使能)的工作特點(diǎn)，屬于可控型單向離合器的類型；由于其工作狀態(tài)切換迅速，且切換過程中具有強(qiáng)烈非線性，可作為升降檔的換檔器，在AT產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越多[2]。起單向約束作用的單向離合器的應(yīng)用類型如圖2(a)所示，有直接通過單向離合器來約束傳動(dòng)機(jī)構(gòu)某元件、單向離合器與液壓制動(dòng)器串聯(lián)來約束傳動(dòng)機(jī)構(gòu)某元件兩種類型；其外座圈被直接固定或通過液壓制動(dòng)器來固定，內(nèi)座圈與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)某元件連接，主要作用是使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)某元件順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，不能逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，因此單向離合器中的楔塊式結(jié)構(gòu)如圖2(b)所示。一旦液壓制動(dòng)器不起作用，單向離合器將處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，不起單向約束的作用。

圖 1 單向離合器的結(jié)構(gòu)

圖 2 起單向約束作用的單向離合器的應(yīng)用情況

2.2 起單向約束作用的單向離合器的安裝方法

起單向約束作用的單向離合器可采用轉(zhuǎn)動(dòng)方向分析法進(jìn)行安裝，根據(jù)前文對(duì)其作用、結(jié)構(gòu)和原理的分析，安裝時(shí)必須能夠確保與單向離合器相關(guān)聯(lián)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)某元件的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)：以圖2(b)為例，固定單向離合器的外座圈，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)某元件能順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，不能逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

值得注意的是，由于自動(dòng)變速器的差別，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)某元件可能與單向離合器外座圈連接，內(nèi)座圈被固定，安裝方法與上文所述相同。

3 與離合器并聯(lián)的單向離合器

3.1 與離合器并聯(lián)的單向離合器的應(yīng)用情況

與離合器并聯(lián)的單向離合器是將單向離合器和離合器平行安裝，其兩端與某行星排中的兩個(gè)元件相連接的情況，豐田A540E、寶馬4HP-24、豐田A340E等自動(dòng)變速器都有所應(yīng)用。圖3所示為豐田A340E超速排的應(yīng)用實(shí)例，雖然豐田A340E自動(dòng)變速器在實(shí)際車輛中基本處于淘汰狀態(tài)，但是該款自動(dòng)變速器依然作為典型辛普森式代表，廣泛出現(xiàn)在各出版社《汽車底盤電控系統(tǒng)檢修》教材中，且多數(shù)教材對(duì)此處單向離合器的結(jié)構(gòu)、作用和安裝方法分析不夠完善，下面進(jìn)行詳細(xì)分析。

通過圖3(a)不難看出，離合器和單向離合器并聯(lián)同時(shí)連接豐田A340E超速排中的行星架和太陽輪[3]。當(dāng)液壓制動(dòng)器工作時(shí)，即超速排太陽輪被固定(也可視單向離合器內(nèi)座圈固定)，此時(shí)超速排行星架作為動(dòng)力輸入能順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，可推斷出楔塊式單向離合器的結(jié)構(gòu)如圖3(b)所示。

圖 3 與離合器并聯(lián)的單向離合器的應(yīng)用實(shí)例

假設(shè)豐田A340E超速排無單向離合器，當(dāng)動(dòng)力輸入的瞬間，視輸出端(齒圈)不動(dòng)，則太陽輪速度比行星架速度要快，勢(shì)必加劇離合器工作時(shí)的自身摩擦，減少其使用壽命；另外發(fā)動(dòng)機(jī)剛啟動(dòng)系統(tǒng)尚未建立正常油壓時(shí)，離合器處于半接合狀態(tài)致使其摩擦片打滑而加劇磨損。如果有單向離合器，雖然有太陽輪轉(zhuǎn)的快、行星架轉(zhuǎn)的慢的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)(圖3(b)所示快慢方向)，但是此時(shí)單向離合器處于卡死狀態(tài)，保證了行星架和太陽輪必然是同速同向旋轉(zhuǎn)，即可避免上述弊端。

豐田A340E超速排單向離合器的另一作用是改善3檔升至超速檔4檔時(shí)的換檔平順性。豐田A340E自動(dòng)變速器通過切換超速排中液壓制動(dòng)器和離合器的油路來實(shí)現(xiàn)3檔和4檔的變換。當(dāng)3檔升4檔時(shí)，由于油路設(shè)計(jì)中液壓離合器泄油速度比液壓制動(dòng)器充油速度快，即出現(xiàn)液壓離合器已經(jīng)釋放但液壓制動(dòng)器尚未完全接合而致使超速排出現(xiàn)打滑空轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速升高，產(chǎn)生換檔沖擊現(xiàn)象。由于單向離合器的存在，可避免上述現(xiàn)象發(fā)生，同時(shí)當(dāng)液壓制動(dòng)器完全接合時(shí)自動(dòng)退出工作。

3.2 與離合器并聯(lián)的單向離合器的安裝方法

利用轉(zhuǎn)動(dòng)方向分析法進(jìn)行安裝，以圖3(b)為例做介紹，根據(jù)前述對(duì)豐田A340E超速排單向離合器的作用和結(jié)構(gòu)分析，安裝時(shí)必須能夠確保與單向離合器相關(guān)聯(lián)的行星架和太陽輪正確的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)：太陽輪固定時(shí)，行星架能順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，不能逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；行星架固定時(shí)，太陽輪能逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，不能順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

4 與離合器串聯(lián)的單向離合器

4.1 與離合器串聯(lián)的單向離合器的應(yīng)用情況

與離合器串聯(lián)的單向離合器是將單向離合器串聯(lián)于離合器的動(dòng)力傳入路線中，其主要作用是有選擇地限制離合器的動(dòng)力輸入。其應(yīng)用類型如圖4所示，有單向離合器正裝和單向離合器反裝兩種基本類型。

圖 4 與離合器串聯(lián)的單向離合器的應(yīng)用類型

如圖5所示，以別克君威轎車的4T65E自動(dòng)變速器變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為例介紹其基本應(yīng)用，離合器C2、C3分別與單向離合器F1、F2串聯(lián)使用，F(xiàn)1、F2都采用楔塊式結(jié)構(gòu)；單向離合器F3采用滾柱式結(jié)構(gòu)[4]。F3與前述圖2(b)應(yīng)用類型相同，后面不贅述其作用、結(jié)構(gòu)和原理。根據(jù)換檔執(zhí)行元件C3為一檔輸入離合器[4]，即：C3工作時(shí)，動(dòng)力可通過單向離合器F2(此時(shí)F2內(nèi)、外座圈應(yīng)處于卡死狀態(tài))傳遞至前排太陽輪；而F1與F2安裝方向正好相反，故可推斷出F1、F2的結(jié)構(gòu)如圖6所示，圖中箭頭為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向。

單向離合器F1、F2的工作情況可分為以下幾種類型：

1.C2或C3單獨(dú)動(dòng)力輸入

當(dāng)離合器C2或C3單獨(dú)動(dòng)力輸入時(shí)，利用F2的內(nèi)、外座圈和楔塊卡死現(xiàn)象將動(dòng)力傳遞至前太陽輪，而F1外座圈可以自由旋轉(zhuǎn)不能將動(dòng)力傳遞至前太陽輪。

2.C1和C2同時(shí)動(dòng)力輸入

當(dāng)C1和C2同時(shí)動(dòng)力輸入時(shí)(忽略其他約束條件)，一開始，動(dòng)力經(jīng)C1傳遞至前行星架(前齒圈為輸出端，可視為不動(dòng))，而單向離合器F1的結(jié)構(gòu)使C2無動(dòng)力傳遞至前太陽輪；此時(shí)，可視前排行星架輸入、太陽輪輸出、齒圈固定的動(dòng)力傳遞情況，形成前太陽輪速度轉(zhuǎn)的比前行星架要快的趨勢(shì)，即有單向離合器F1的內(nèi)座圈轉(zhuǎn)的比外座圈要快的趨勢(shì)，出現(xiàn)單向離合器F1被卡死而形成一個(gè)整體傳力；前太陽輪和前行星架同速同向旋轉(zhuǎn)。由于C3沒有工作，單向離合器F2的外座圈無約束，當(dāng)前太陽輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，單向離合器F2處于不工作狀態(tài)，允許前太陽輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖 5 別克君威轎車的4T65E自動(dòng)變速器的變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

圖6 單向離合器F1、F2的結(jié)構(gòu)

3.C1和C3同時(shí)動(dòng)力輸入

當(dāng)C1和C3同時(shí)動(dòng)力輸入時(shí)(忽略其他約束條件)，分析方法與C1、C2同時(shí)有動(dòng)力輸入情況類似，因單向離合器F2的安裝與F1正好相反，因此單向離合器F2不會(huì)出現(xiàn)卡死而形成一個(gè)整體進(jìn)行傳力，即前行星排不能傳力。由于C2沒有工作，F(xiàn)1也處于不工作狀態(tài)。

4.2 與離合器串聯(lián)的單向離合器的安裝方法

利用轉(zhuǎn)動(dòng)方向分析法進(jìn)行安裝，以圖5為例做介紹，根據(jù)前述對(duì)別克君威轎車的4T65E自動(dòng)變速器中單向離合器F1和F2的結(jié)構(gòu)、工作情況分析，安裝時(shí)必須能夠確保與之相關(guān)聯(lián)的輸入軸(與單向離合器外座圈轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同)和前排太陽輪(與單向離合器內(nèi)座圈轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同)正確的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，具體如下：

當(dāng)前、后行星齒輪排安裝好后，由于單向離合器F1和F2共用內(nèi)座圈[4]，首先安裝內(nèi)座圈，然后安裝F2的外座圈總成(含楔塊及保持架)，確保當(dāng)共用內(nèi)座圈固定不動(dòng)時(shí)，F(xiàn)2的外座圈總成能逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，不能順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；最后安裝F1的外座圈總成(含楔塊及保持架)，確保當(dāng)共用內(nèi)座圈固定不動(dòng)時(shí)，F(xiàn)1的外座圈總成能順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，不能逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。另外，F(xiàn)1和F2的外座圈總成外觀非常類似，不易區(qū)分，拆裝時(shí)務(wù)必做好標(biāo)記，千萬不能裝錯(cuò)。

5 結(jié)論

本文總結(jié)出的各種應(yīng)用類型基本概述了目前研發(fā)生產(chǎn)的各類型自動(dòng)變速器中單向離合器的實(shí)際使用情況，以豐田A340E自動(dòng)變速器和別克君威轎車4T65E自動(dòng)變速器為應(yīng)用實(shí)例詳細(xì)分析與離合器并聯(lián)和串聯(lián)的單向離合器的作用、結(jié)構(gòu)、工作原理和安裝方法，希望文中應(yīng)用實(shí)例的分析對(duì)其他自動(dòng)變速器與應(yīng)用實(shí)例相類似的情況分析起到舉一反三的效果；另外，文中采用轉(zhuǎn)動(dòng)方向分析法對(duì)不同應(yīng)用類型的單向離合器進(jìn)行安裝，其優(yōu)點(diǎn)是不受限于單向離合器的外觀結(jié)構(gòu)或安裝標(biāo)記，可避免安裝方向混淆，是值得推薦的一種安裝方法。

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