汽車自動變速之分流傳動

1、液力機(jī)械分流傳動液力機(jī)械分流傳動液力機(jī)械分流傳動的分類液力機(jī)械分流傳動的分類 液力變矩器與機(jī)械傳動元件組合，即液力機(jī)械變矩器。 根據(jù)實(shí)現(xiàn)功率分流的方法不同，液力機(jī)械變矩器有外分流和內(nèi)分流之分。 當(dāng)液力變矩器和行星傳動機(jī)構(gòu)組成一個外分流液力機(jī)械變矩器時，能夠獲得不同于原有液力變矩器的性能，而且相當(dāng)于一個新的液力變矩器。同時，由于行星機(jī)構(gòu)的參數(shù)不同以及與液力變矩器的組合方法不同，液力機(jī)械變矩器的性能可在很廣闊的范圍內(nèi)變化。 行星輪系布置在輸入端以起分流作用的裝置稱為輸入分流，而泵輪轉(zhuǎn)矩與輸入轉(zhuǎn)矩之比稱為分流比，以a1表示。 圖1轉(zhuǎn)矩真分流裝置，分流比分別為 0a10.5及0.5a11，實(shí)用范圍分別

2、為0.167a10.429及0.571a10.833，輸入功率的一部分由液力變矩器傳遞，其余部分由機(jī)械傳動輸出。 圖2具有1a12及2a1，實(shí)用范圍為1.2a11.75及2.33a16的正再生系統(tǒng)，液力變矩器輸出功率的一部分回到行星輪系。經(jīng)行星輪系及液力變矩器循環(huán)的功率大于傳動裝置的輸入功率。經(jīng)變矩器輸送的能量為正，即從泵輪到渦輪。 圖 1 轉(zhuǎn)矩真分流系統(tǒng)簡圖 圖 2 正再生系統(tǒng)簡圖 1泵輪 2渦輪 3導(dǎo)輪 1泵輪 2渦輪 3導(dǎo)輪 圖3具有 0a1-1及-1a1-，實(shí)用范圍為-0.2 a1-0.75及-1.33a1-5的負(fù)再生系統(tǒng)，由機(jī)械傳動的功率的一部分以負(fù)方向流經(jīng)變矩器，從渦輪到泵輪，再回

3、到行星輪系。 上述輸入分流的分類只適用于液力偶合器及通常的正轉(zhuǎn)變矩器。如果應(yīng)用反轉(zhuǎn)變矩器（即泵輪與渦輪的旋向相反），則例如負(fù)再生系統(tǒng)，要么成為真分流系統(tǒng)，要么成為正再生系統(tǒng)。然而用于該系統(tǒng)的基本數(shù)學(xué)方程并不需要加以修改。 行星機(jī)構(gòu)布置在輸出端起轉(zhuǎn)矩匯集作用的裝置可稱之為輸出分流，而渦輪轉(zhuǎn)矩與輸出轉(zhuǎn)矩之比則以a2表示。 圖 4具有0a20.5及0.5a21，實(shí)用范圍為0.167a20.429及0.571a20.833的轉(zhuǎn)矩真分流裝置。 圖5具有1a22及2a2，實(shí)用范圍為1.2a21.75及 2.33a26的正再生系統(tǒng)， 圖 6具有 0a2-1及-1a2-，實(shí)用范圍為-0.2a2-0.75及-1

4、.33a2-5的負(fù)再生系統(tǒng)。 圖 3負(fù)再生系統(tǒng)簡圖 圖 4轉(zhuǎn)矩真分流系統(tǒng)簡圖 1泵輪 2渦輪 3導(dǎo)輪 1泵輪 2渦輪 3導(dǎo)輪 圖 5 正再生系統(tǒng)簡圖 圖 6 負(fù)再生系統(tǒng)簡圖 1泵輪 2渦輪 3導(dǎo)輪 1泵輪 2渦輪 3導(dǎo)輪基本方程基本方程 功率方程 輸入功率 eBjPPP(1)bTjPPP 輸出功率 (2)轉(zhuǎn)速比方程 將方程（1）轉(zhuǎn)換成jjBBeenTnTnT(3)按輸入分流比定義1 a = BeTT1 1= = jeBeeTTTaTT且在輸入分流中Tjbnnn故由方程（3）得)1 ()1 (1111aannannannnnTBbbTBbe且)1 (111aiaiybe或因此，對于輸入分流11

5、= + = (1)jBeBjBbeeTTnnnn anaTT11(1)ybeyiiaia(4)按輸出分流比定義2TbTaTbjbTbTTTTTa21且在輸出分流中jBennn將方程（2）轉(zhuǎn)換成jjTTbbTnTnTn(5)1 (22ananTTnTTnneTbjjbTTb)1 (22aannnnBTeb則得及因此，對于輸出分流221aaiiybe (6) 圖 7 輸入分流傳動變矩器轉(zhuǎn)速比 圖 8 輸出分流傳動變矩器轉(zhuǎn)速比 與總轉(zhuǎn)速比之間的關(guān)系 與總轉(zhuǎn)速比之間的關(guān)系變矩比方程變矩比方程輸入分流，將輸出功率方程（2）轉(zhuǎn)換成jTbTTT（7）且eBeBBTeBeeTebTTTTTTTTTTTTT1變

6、矩器變矩比與總變矩比關(guān)系111aaKKybe輸出分流，輸入功率方程（1）轉(zhuǎn)換成 （8）jBeTTT （9） bTbTBTbTbbBbeTTTTTTTTTTTTT1yyybeKaKaaKaK)1 (112222故變矩器變矩比與總變矩比關(guān)系式)1 (22aKaKKyybe （10）圖 9 輸入分流傳動變矩器變矩比 圖10 輸出分流傳動變矩器變矩 與總變矩比的關(guān)系 與總變矩比的關(guān)系用于輸入分流的泵輪的轉(zhuǎn)速和功率用于輸入分流的泵輪的轉(zhuǎn)速和功率對方程（4）求解yi，得)1 (111aiaiibebey (11)將此式除以 ，由于在輸入分流情況下 ，故得： beiTbnn )1 (111aiannnnnn

7、iibeBebBeTbey 因此，泵輪與輸入軸轉(zhuǎn)速之比為11)1 (1aainnbeeB (12)為了得到輸入分流的泵輪與輸入軸的功率比，可將上式兩邊乘以 ，即得1aTTeB)1 (11aiPPbeeB (13)beibei圖 11 泵輪與輸入軸的轉(zhuǎn)速比 圖12 泵輪與輸入軸的功率比同總轉(zhuǎn)速比的關(guān)系 同總轉(zhuǎn)速比的關(guān)系 可見，泵輪轉(zhuǎn)速隨總轉(zhuǎn)速比而明顯地變化，泵輪吸收的功率在整個裝置失速時為100；而在 =1時達(dá)到分流比之值。 輸出分流的相應(yīng)方程不能以一般方式導(dǎo)出，因這時特定變矩器特性的假定成為必要。用于特定變矩器的方程（輸出分流）用于特定變矩器的方程（輸出分流） 以下假定變矩器效率按拋物線變化。

8、bei)1 (4maxyyyyii （14）以 除上式，可得變矩器變矩比的線性函數(shù)yi)1 (4maxyyyyyiKi （15） 下面的方程并不準(zhǔn)確地適用于不同特性的液力變矩器，然而可以表明輸出分流傳動的一般趨向，對于所有型式的液力變矩器是相類似的。輸出分流的泵輪功率輸出分流的泵輪功率 輸出分流泵輪與輸入軸一起旋轉(zhuǎn)，泵輪與輸入軸的功率比等于泵輪與輸入軸的轉(zhuǎn)矩比eBeBTTPP（16） ybebbTTeBeBKKaTTTTTTPP2（17）由 的方程（10）可以得出beK)1 (222aKaaPPyeB （18）引入方程（15）所示的特定變矩器特性，可得)1)(1 (42max22aiaaPPy

9、yeB (19) 將變矩器轉(zhuǎn)速比按方程（6）換成總轉(zhuǎn)速比，可得 222max22)1)(1 (4aaiaPPbeyeB (20)bei圖 13 泵輪與輸入軸的功率比同總轉(zhuǎn)速比之間的關(guān)系曲線 圖13表明當(dāng)=1，全部輸入功率為泵輪所吸收。當(dāng)=0，輸出功率等于0。因此，輸入功率與泵輪吸收的功率之間的差別就必須是變矩器渦輪所提供或消耗掉的。 輸出分流的失速變矩比輸出分流的失速變矩比 由于在輸出分流傳動中，分流傳動失速點(diǎn)并不與變矩器失速點(diǎn)相一致，因而傳動裝置的失速轉(zhuǎn)矩與變矩器的失速轉(zhuǎn)矩之間的比值就不由方程（10）所確定。 引入變矩器特性方程（15）可得)1)(1 (4)1 (42max2maxaiaiK

10、yyyybe （21）按照方程（6），在分流傳動失速時的變矩器轉(zhuǎn)速比為221aaiys （22） 將上式代入方程（21），即得分流傳動的失速變矩比：)1 (442max22maxaaKyybes（23） 因由方程（15）得 max04yyK分流傳動裝置與變矩器兩者失速變矩比之間的關(guān)系式為)1 (412max220aaKKyybes （24） 對于輸入分流傳動，此比值由方程（8）確定，由于此時渦輪與輸出軸相聯(lián)，因而變矩器與分流傳動裝置同時達(dá)到失速點(diǎn)。 圖14示出輸入及輸出分流傳動與變矩器失速關(guān)系。變矩器的最高效率為85，失速變矩比為3.4。可以看出，輸出分流的曲線在=1.7處有最大值，這是很有意

11、義的。 圖14表明，真分流意味著失速變矩比的減小，而正再生系統(tǒng)對于輸出分流可以增大失速變矩比，至少在一定實(shí)用范圍內(nèi)是如此。圖 14 輸入及輸出分流的分流傳動裝置與變矩器的失速關(guān)系傳動效率分流傳動裝置的總效率為bebeeebbebbeKiTnTnPP（25） 利用方程（8），對于輸入分流，總效率可以寫成)1(11aaKiybebe)1(11aaiiyybebe而用方程（11），則得111)1 (1aiaiibebeybebe)1 ()1 (111aiaibebeybe（26）此方程適用于各種變矩器。引入由方程（11）變換的方程（14），對于上述特定情況的變矩器，可得)1 ()1 (1)1 (41

12、11maxaiaiiiabebebebeybe （27） 對于輸出分流傳動，利用方程（10），可寫出)1 (22aKaKiyybebe)1(22aiaiiyyyybe)1 (22aiaiyyybe從方程（6）求解yi，得221aaiibey （28）并得221)1 (aiaibeybeybe（29） 此方程對于任何種變矩器也都是適用的。利用方程（14）及（28），對于特定的變矩器，可得max2224)1)(1 ()1 (ybebebebeaaiii（30） 由于在真分流裝置中，僅有一部分輸入功率流經(jīng)變矩器，只該部分功率經(jīng)受損失，故傳動裝置的最高效率就一定高于變矩器的最高效率。在再生系統(tǒng)中，由于

13、變矩器的功率高于傳動裝置的輸入功率，故傳動裝置的最高效率要比變矩器的低。有意義的是，隨著分 流比的減小，最高效率點(diǎn)往高轉(zhuǎn)速比值移動。還可以指出，隨著分流比的減小，曲線的寬度對于輸入分流為逐漸增大，對于輸出分流則趨于減小。 圖 15 輸入分流傳動的效率 圖 16 輸出分流傳動的效率同總轉(zhuǎn)速比之間的關(guān)系曲線 同總轉(zhuǎn)速比之間的關(guān)系曲線eb分流傳動的轉(zhuǎn)矩系數(shù)分流傳動的轉(zhuǎn)矩系數(shù) 輸入分流的轉(zhuǎn)矩系數(shù)及 對于液力機(jī)械分流傳動，由于 和 是可變的，因而轉(zhuǎn)矩系數(shù) 及 的數(shù)值也是可變的。但是對于液力變矩器 是轉(zhuǎn)速比 的函數(shù)，而根據(jù)方程（11）或（28）， 又是分流傳動轉(zhuǎn)速比 的函數(shù)。因此，分流傳動的轉(zhuǎn)矩方程（31

14、）和（32）與液力變矩器的轉(zhuǎn)矩方程之間存在著完全類似的關(guān)系。 以液力變矩器作為液力元件的液力機(jī)械分流傳動是與某一液力變矩器等效的。yKByebyKyiyibei52DgnTeee52DgnTebb（31） （32） 以式（31）除變矩器泵輪轉(zhuǎn)矩方程 52DgnTBByBy22eeBByeBynnTT以分流比定義 1aTTeBy及式（12）代入2111)1 (1aaiabeeBy2131)1 (1aiabeBye即 (33)以式（31）除式（32），可得beebebKTT以式（8）代入上式，可得111aaKyeb1121311)1 (1aaKaiaybeByb即 (34) 輸出分流的轉(zhuǎn)矩系數(shù) 及

15、eb以式（32）除變矩器渦輪轉(zhuǎn)矩方程可得22ebBTybTynnTT對于輸出分流，eBbTynnaTT,2bTya2故 beebK因 故beyBybeTybebeKaKKaK22將式（10）代入上式，得)1 (222aKaayBye2222)1 (aKaKaaKKyByyBybeebeb (35) (36) 由于帶有液力變矩器的分流傳動是與某一液力變矩器等效的，所以分流傳動與內(nèi)燃機(jī)的共同工作及其變矩器有效直徑的選擇，可用相同的方法加以解決。分流傳動特性的計(jì)算方法及實(shí)例分流傳動特性的計(jì)算方法及實(shí)例輸入分流傳動特性的計(jì)算方法輸入分流傳動特性的計(jì)算方法 根據(jù)液力變矩器的特性曲線及選定的分流比 之值，

16、輸入分流傳動的特性可按如下的順序進(jìn)行計(jì)算。1a（1） 的計(jì)算給出一系列的總轉(zhuǎn)速比 值，通常是間隔0.1個單位。（2） 的計(jì)算根據(jù)順序l中的各 值，應(yīng)用下式算出相應(yīng)的 值。beibeiyibeiyi)1 (111aiaiibebey（3） 的計(jì)算根據(jù)算出的各 值，由特性曲線（圖17）找出相應(yīng)的變矩比 值。yKyiyK圖 17 特性曲線 （4） 的計(jì)算 根據(jù)找出 的值，應(yīng)用下式計(jì)算相應(yīng)的總變矩比 值。beKyKbeK111aaKKybe（5） 的計(jì)算 根據(jù)順序1中 值及順序4中的 值，應(yīng)用下式計(jì)算相應(yīng)的分流傳動總效率 值。bebeibeKbebebebeiK（6） 的計(jì)算 根據(jù)順序2中算出 值，由

17、變矩器特性曲線找出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩系數(shù) 值。ByyiBy（7） 的計(jì)算 根據(jù)找出的各 值，應(yīng)用下式算出相應(yīng)的分流傳動轉(zhuǎn)矩系數(shù) 值。eBye2131)1 (1aiabeBye 作為計(jì)算實(shí)例，給出變矩器的特性曲線（圖17）及輸入分流比 ，計(jì)算輸入分流傳動的特性曲線。計(jì)算結(jié)果，列入表1。321a 按照上面的順序，對于不同的分流比，可進(jìn)行與 時相類似的計(jì)算。效率 與總轉(zhuǎn)速比 的關(guān)系曲線以及總變矩比 與變矩器變矩比 的關(guān)系曲線已分別例示于圖15及圖9中。轉(zhuǎn)矩系數(shù) 的計(jì)算結(jié)果則繪于圖18上。321abebeibeKyKe表 1 輸入分流傳動特性的計(jì)算結(jié)果( )321a 圖中的轉(zhuǎn)矩系數(shù)曲線表明，當(dāng)a10.5時，將

18、使分流傳動的可透度數(shù)值過高，以致該種傳動不能有效地與現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)相匹配。 減小分流比a1值，可以提高最大效率值 （圖15），但最大效率值的提高將伴隨著失速總變矩比 的減小（圖9）以及可透度的增大（圖18）。圖 18 采用“阿里遜”綜合式液力變矩器的各種輸入分流傳動的轉(zhuǎn)矩系數(shù)maxbebesK輸出分流傳動特性的計(jì)算方法輸出分流傳動特性的計(jì)算方法 根據(jù)變矩器的特性曲線及給定的分流比a2，輸出分流傳動的特性可按如下的順序進(jìn)行計(jì)算。（1） 的計(jì)算給出一系列的總轉(zhuǎn)速比 ，通常取其值相隔0.1個單位。（2） 的計(jì)算 根據(jù)順序1中的各 值，應(yīng)用下式算出相應(yīng)的 值。（3） 的計(jì)算根據(jù)順序2中算出的各 值，由特性曲線（例如圖17）上找出相應(yīng)的變矩比 值。（4） 的計(jì)算根據(jù)找出的 值，計(jì)算總變矩比 。beibeiyibeiyi221aaiibeyyKyiyKbeKyKbeK)1 (22aKaKKyybe（5） 的計(jì)算 根據(jù)順序