汽车自动变速之分流传动

会计学1汽车自动变速之分流传动汽车自动变速之分流传动 当液力变矩器和行星传动机构组成一个外分流液力机械变矩器时，能够获得不同于原有液力变矩器的性能，而且相当于一个新的液力变矩器。同时，由于行星机构的参数不同以及与液力变矩器的组合方法不同，液力机械变矩器的性能可在很广阔的范围内变化。行星轮系布置在输入端以起分流作用的装置称为输入分流，而泵轮转矩与输入转矩之比称为分流比，以a1表示。图1转矩真分流装置，分流比分别为 0a10.5及0.5a11，实用范围分别为0.167a10.429及0.571a10.833，输入功率的一部分由液力变矩器传递，其余部分由机械传动输出。图2具有1a12及2a1，实用范围为1.2a11.75及2.33a16的正再生系统，液力变矩器输出功率的一部分回到行星轮系。经行星轮系及液力变矩器循环的功率大于传动装置的输入功率。经变矩器输送的能量为正，即从泵轮到涡轮。第1页/共35页 图 1 转矩真分流系统简图 图 2 正再生系统简图 1泵轮 2涡轮 3导轮 1泵轮 2涡轮 3导轮 第2页/共35页 图3具有 0a1-1及-1a1-，实用范围为-0.2 a1-0.75及-1.33a1-5的负再生系统，由机械传动的功率的一部分以负方向流经变矩器，从涡轮到泵轮，再回到行星轮系。上述输入分流的分类只适用于液力偶合器及通常的正转变矩器。如果应用反转变矩器（即泵轮与涡轮的旋向相反），则例如负再生系统，要么成为真分流系统，要么成为正再生系统。然而用于该系统的基本数学方程并不需要加以修改。行星机构布置在输出端起转矩汇集作用的装置可称之为输出分流，而涡轮转矩与输出转矩之比则以a2表示。图 4具有0a20.5及0.5a21，实用范围为0.167a20.429及0.571a20.833的转矩真分流装置。图5具有1a22及2a2，实用范围为1.2a21.75及 2.33a26的正再生系统，图 6具有 0a2-1及-1a2-，实用范围为-0.2a2-0.75及-1.33a2-5的负再生系统。第3页/共35页 图 3负再生系统简图 图 4转矩真分流系统简图 1泵轮 2涡轮 3导轮 1泵轮 2涡轮 3导轮第4页/共35页 图 5 正再生系统简图 图 6 负再生系统简图 1泵轮 2涡轮 3导轮 1泵轮 2涡轮 3导轮第5页/共35页基本方程基本方程 功率方程 输入功率(1)输出功率(2)转速比方程 将方程（1）转换成(3)按输入分流比定义且在输入分流中第6页/共35页故由方程（3）得且或因此，对于输入分流(4)按输出分流比定义第7页/共35页且在输出分流中将方程（2）转换成(5)则得及因此，对于输出分流(6)第8页/共35页图 7 输入分流传动变矩器转速比 图 8 输出分流传动变矩器转速比 与总转速比之间的关系 与总转速比之间的关系变矩比方程变矩比方程输入分流，将输出功率方程（2）转换成第9页/共35页（7）且变矩器变矩比与总变矩比关系输出分流，输入功率方程（1）转换成（8）（9）故第10页/共35页变矩器变矩比与总变矩比关系式（10）图 9 输入分流传动变矩器变矩比 图10 输出分流传动变矩器变矩 与总变矩比的关系 与总变矩比的关系第11页/共35页用于输入分流的泵轮的转速和功率用于输入分流的泵轮的转速和功率对方程（4）求解，得 (11)将此式除以 ，由于在输入分流情况下 ，故得：因此，泵轮与输入轴转速之比为 (12)为了得到输入分流的泵轮与输入轴的功率比，可将上式两边乘以 ，即得第12页/共35页 (13)图 11 泵轮与输入轴的转速比 图12 泵轮与输入轴的功率比同总转速比的关系 同总转速比的关系第13页/共35页 可见，泵轮转速随总转速比而明显地变化，泵轮吸收的功率在整个装置失速时为100；而在 =1时达到分流比之值。输出分流的相应方程不能以一般方式导出，因这时特定变矩器特性的假定成为必要。用于特定变矩器的方程（输出分流）用于特定变矩器的方程（输出分流）以下假定变矩器效率按抛物线变化。（14）以 除上式，可得变矩器变矩比的线性函数（15）下面的方程并不准确地适用于不同特性的液力变矩器，然而可以表明输出分流传动的一般趋向，对于所有型式的液力变矩器是相类似的。输出分流的泵轮功率输出分流的泵轮功率 输出分流泵轮与输入轴一起旋转，泵轮与输入轴的功率比等于泵轮与输入轴的转矩比第14页/共35页（16）（17）由 的方程（10）可以得出 （18）引入方程（15）所示的特定变矩器特性，可得(19)将变矩器转速比按方程（6）换成总转速比，可得 (20)第15页/共35页图 13 泵轮与输入轴的功率比同总转速比之间的关系曲线 图13表明当=1，全部输入功率为泵轮所吸收。当=0，输出功率等于0。因此，输入功率与泵轮吸收的功率之间的差别就必须是变矩器涡轮所提供或消耗掉的。第16页/共35页输出分流的失速变矩比输出分流的失速变矩比 由于在输出分流传动中，分流传动失速点并不与变矩器失速点相一致，因而传动装置的失速转矩与变矩器的失速转矩之间的比值就不由方程（10）所确定。引入变矩器特性方程（15）可得（21）按照方程（6），在分流传动失速时的变矩器转速比为 （22）将上式代入方程（21），即得分流传动的失速变矩比：（23）因由方程（15）得 分流传动装置与变矩器两者失速变矩比之间的关系式为第17页/共35页 （24）对于输入分流传动，此比值由方程（8）确定，由于此时涡轮与输出轴相联，因而变矩器与分流传动装置同时达到失速点。图14示出输入及输出分流传动与变矩器失速关系。变矩器的最高效率为85，失速变矩比为3.4。可以看出，输出分流的曲线在=1.7处有最大值，这是很有意义的。图14表明，真分流意味着失速变矩比的减小，而正再生系统对于输出分流可以增大失速变矩比，至少在一定实用范围内是如此。图 14 输入及输出分流的分流传动装置与变矩器的失速关系第18页/共35页传动效率分流传动装置的总效率为（25）利用方程（8），对于输入分流，总效率可以写成而用方程（11），则得（26）此方程适用于各种变矩器。第19页/共35页引入由方程（11）变换的方程（14），对于上述特定情况的变矩器，可得（27）对于输出分流传动，利用方程（10），可写出从方程（6）求解，得第20页/共35页（28）并得（29）此方程对于任何种变矩器也都是适用的。利用方程（14）及（28），对于特定的变矩器，可得（30）由于在真分流装置中，仅有一部分输入功率流经变矩器，只该部分功率经受损失，故传动装置的最高效率就一定高于变矩器的最高效率。在再生系统中，由于变矩器的功率高于传动装置的输入功率，故传动装置的最高效率要比变矩器的低。有意义的是，随着分 第21页/共35页流比的减小，最高效率点往高转速比值移动。还可以指出，随着分流比的减小，曲线的宽度对于输入分流为逐渐增大，对于输出分流则趋于减小。图 15 输入分流传动的效率 图 16 输出分流传动的效率同总转速比之间的关系曲线 同总转速比之间的关系曲线第22页/共35页分流传动的转矩系数分流传动的转矩系数 输入分流的转矩系数 及 对于液力机械分流传动，由于 和 是可变的，因而转矩系数 及 的数值也是可变的。但是对于液力变矩器 是转速比 的函数，而根据方程（11）或（28），又是分流传动转速比 的函数。因此，分流传动的转矩方程（31）和（32）与液力变矩器的转矩方程之间存在着完全类似的关系。以液力变矩器作为液力元件的液力机械分流传动是与某一液力变矩器等效的。（31）（32）以式（31）除变矩器泵轮转矩方程 以分流比定义 及式（12）代入第23页/共35页即(33)以式（31）除式（32），可得以式（8）代入上式，可得即 (34)输出分流的转矩系数 及第24页/共35页以式（32）除变矩器涡轮转矩方程可得对于输出分流，故 因 故将式（10）代入上式，得第25页/共35页(35)(36)由于带有液力变矩器的分流传动是与某一液力变矩器等效的，所以分流传动与内燃机的共同工作及其变矩器有效直径的选择，可用相同的方法加以解决。分流传动特性的计算方法及实例分流传动特性的计算方法及实例输入分流传动特性的计算方法输入分流传动特性的计算方法 根据液力变矩器的特性曲线及选定的分流比 之值，输入分流传动的特性可按如下的顺序进行计算。（1）的计算给出一系列的总转速比 值，通常是间隔0.1个单位。（2）的计算根据顺序l中的各 值，应用下式算出相应的 值。第26页/共35页（3）的计算根据算出的各 值，由特性曲线（图17）找出相应的变矩比 值。图 17 特性曲线 第27页/共35页（4）的计算 根据找出 的值，应用下式计算相应的总变矩比 值。（5）的计算 根据顺序1中 值及顺序4中的 值，应用下式计算相应的分流传动总效率 值。（6）的计算 根据顺序2中算出 值，由变矩器特性曲线找出相应的转矩系数 值。（7）的计算 根据找出的各 值，应用下式算出相应的分流传动转矩系数 值。作为计算实例，给出变矩器的特性曲线（图17）及输入分流比 ，计算输入分流传动的特性曲线。计算结果，列入表1。第28页/共35页 按照上面的顺序，对于不同的分流比，可进行与 时相类似的计算。效率 与总转速比 的关系曲线以及总变矩比 与变矩器变矩比 的关系曲线已分别例示于图15及图9中。转矩系数 的计算结果则绘于图18上。表 1 输入分流传动特性的计算结果()第29页/共35页 图中的转矩系数曲线表明，当a10.5时，将使分流传动的可透度数值过高，以致该种传动不能有效地与现有内燃机相匹配。减小分流比a1值，可以提高最大效率值 （图15），但最大效率值的提高将伴随着失速总变矩比 的减小（图9）以及可透度的增大（图18）。图 18 采用“阿里逊”综合式液力变矩器的各种输入分流传动的转矩系数第30页/共35页输出分流传动特性的计算方法输出分流传动特性的计算方法 根据变矩器的特性曲线及给定的分流比a2，输出分流传动的特性可按如下的顺序进行计算。（1）的计算给出一系列的总转速比 ，通常取其值相隔0.1个单位。（2）的计算 根据顺序1中的各 值，应用下式算出相应的 值。（3）的计算根据顺序2中算出的各 值，由特性曲线（例如图17）上找出相应的变矩比 值。（4）的计算根据找出的 值，计算总变矩比 。第31页/共35页（5）的计算 根据顺序1中的 值及顺序4中的 值算出分流传动的总效率 。（6）的计算 根据顺序2中算出的各 值，在变矩器特性曲线（如图17）上找出相应的转矩系数 值。（7）的计算 根据找出的各 值及顺序3中找出的 之值，算出相应的分流传动转矩系数 值。作为计算实例，给出变矩器的特性曲线（图 17）及输出分流比 a2=0.833，计算分流传动的特性曲线。计算结果，列入表2。由于效率及总变矩比曲线已分别示于图16及图10中，此处仅将转矩系数 的计算结果示于图19上。图中的曲线表明，a2值的减小将使转矩系数 值增加，从而可以减小液力变矩器有效直径的尺寸。但可透度的急剧第32页/共35页增高，将导致与内燃机共同工作的不相适应。对于现有的内燃机，不大可能小于0.7。表 2 输出分流传动特性曲线的计算结果（a2=0.833）对输入分流及输出分流传动，可以依据某一个具有普遍意义的参数进行比较。从使用观点来看，它应当是传动装置中的主要特性参数之一。此参数可以是透过度（透穿性），因为在一定的范围内，透过第33页/共35页度值越大，则最大效率值 越高，且利用发动机的可能性也越好。正是与该分流传动共同工作的发动机的特性，决定了提高透过度的允许范围，也就是限制了提高最大效率值的可能范围。图 19 采用“阿里逊”综合式液力变矩器的各种输出分流传动装置的转矩系数第34页/共35页