自动变速器传动比的计算方法
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自动变速器传动比的计算方法
鲁储生
(广州市交通高级技师学院广州市交通高级技工学校, 广东广州 510540)
摘 要:简述了自动变速器动力传递原理; 根据单排单级行星齿轮机构传动比的计算原理, 以马自达FN4A -EL 自动变速器为例, 说明了混合行星齿轮机构变速器各挡动力传递路线和行星齿轮传动比的计算。
关键词:汽车; 自动变速器; 行星齿轮式; 传动比
中图分类号:U463.212 文献标识码:A 文章编号:1671-2668(2009) 04-0005-03
自动变速车辆驾驶轻松、乘坐舒适, 因而自动变速器在汽车上日渐普及。但由于自动变速器的结构相对复杂, 自动变速器, 尤其是行星齿轮式自动变速器的传动比计算相当抽象, 给自动变速器的传动特性和各挡位计算造成了一定困难。, 类旁通, 算方法, 。
2 (亦称中) , (如图1所示) 。由于单排行2个自由度, 即需对太阳轮、齿圈和行星架三者之一施加制动(使其转速为零) 或约束(使其以某一固定的转速旋转) , 以获得某一所需的传动比; 如果将三者中的任何两个连接为一体, 则整个行星齿轮机构以同一速度旋转
。
1 自动变速器主要由液力元件、变速传动机构、控制系统和壳体等部分组成。变速传动机构可分为固定平行轴式、行星齿轮式和金属带式无级自动变速器(CV T ) 三种。在轿车上, 自动变速器大多采用行星齿轮式变速传动机构。行星齿轮变速传动系统一般由2个或2个以上行星齿轮传动机构按不同方式组合而成, 其作用是通过对行星齿轮传动机构不同构件的驱动或制动, 产生不同速比的前进挡、倒挡及空挡。
换挡执行元件包括离合器、制动器和单向离合器三种元件。其中, 离合器的作用是连接或驱动, 将变速机构的输入轴(主动部件) 与行星齿轮机构的某个部件(被动部件) 连接在一起, 实现动力传递。制动器的作用是固定行星齿轮机构中的某基本元件, 它工作时将被制动元件与变速器壳体连接在一起, 使其固定不能转动。单向离合器具有单向锁止的功能, 当与之相连接元件的旋转趋势使其受力方向与锁止方向相同时, 该元件被固定(制动) 或连接(驱动) ; 当受力方向与锁止方向相反时, 该元件被释放(脱离连接) 。由此可见, 单向离合器在不同状态下具有与离合器、制动器相同的作用。
图1 单排单级行星齿轮机构
单排单级行星齿轮机构的传动比按照下列公式计算:
(n 心-n 架) /(n 圈-n 架) =-Z 圈/Z 心Z 架=Z 心+Z 圈
(1) (2)
式中:n 心为太阳轮转速; n 架为行星架转速; n 圈为内
齿圈转速; Z 心为太阳轮齿数; Z 圈为内齿圈齿数; Z 架为行星架假想齿数。
下面就汽车自动变速器中单排单级行星齿轮机构的几种运动状态进行分析。
1) 太阳轮固定(n 心=0) 、行星架驱动、内齿圈输
(2) , 则其传动比i =n 架/出时, 将n 心=0代入式(1) 、
n 圈=Z 圈/(Z 心+Z 圈) , 传动比小于1, 即为同向增速
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第4期
2009年7月
运动。
2) 太阳轮固定(n 心=0) 、内齿圈驱动、行星架输出时, 将n 心=0代入式(1) 和式(2) , 则其传动比i =n 圈/n 架=(Z 心+Z 圈) /Z 圈, 传动比大于1, 即为同向减速运动。
3) 齿圈固定(n 圈=0) 、行星架驱动、太阳轮输出时, 将n 圈=0代入式(1) 和式(2) , 则其传动比i =
n 架/n 心=Z 心/(Z 心+Z 圈) , 传动比小于1, 即为同向
星齿轮机构, 即前、后排太阳轮独立运动, 后排行星架与前排齿圈为一体; 后排齿圈与前排行星架为一体, 是动力输出端(见图2) 。
增速运动。
4) 齿圈固定(n 圈=0) 、太阳轮驱动、行星架输出时, 将n 圈=0代入式(1) 和式(2) , 则其传动比i =n 心/n 架=(Z 心+Z 圈) /Z 心, 传动比大于1, 即为同向减速运动。
5) 行星架固定(n 架=0) 、齿圈驱动、
太阳轮输出时, 将n 架=0代入式(1) 和式(2) , 则其传动比i =n 圈/n 心=-Z 心/Z 圈, 传动比小于1, 且为负值, 即为反向增速运动。
6) 行星架固定(n 架=0) 、图2 FN 4A -E L 自动变速器动力传动示意图
在变速器内部有3、2个制动器和1
, 2。
2 3、4挡离合器
作用
驱动前排太阳轮, 在1、2和3挡时工作驱动后排行星架/前排齿圈, 在3、4挡时工作
驱动后排太阳轮
通过锁住倒挡制动鼓, 固定后排太阳轮, 在2、4挡时工作
固定后排行星架/前排齿圈, 在1挡和R 挡时工作
在1挡时防止前排齿圈逆时针方向旋转(从变矩器方向观察)
时, 将n 架=0代入式(1) (, =
n 心/n 圈=-Z 圈/Z , , 即为反向减速运动。
单排单级行星齿轮机构在不同状态下的传动特性如表1所示。
表1 单排单级行星齿轮机构的运动规律固定件太阳轮太阳轮齿圈齿圈行星架行星架
主动件行星架齿圈行星架太阳轮齿圈太阳轮
从动件齿圈行星架太阳轮行星架太阳轮齿圈
转速增速减速增速减速增速减速
转向同向同向同向同向反向反向
倒挡离合器
2、4挡制动带
低挡和倒挡制动器单向离合器
3. 2 马自达FN 4A -E L 自动变速器各挡传动比计算
根据单排单级行星齿轮机构传动比计算公式,
分别代入前、后排行星齿轮系, 得出以下方程:
(n 前心-n 前架) /(n 前圈-n 前架) =-Z 前圈/Z 前心(3) (n 后心-n 后架) /(n 后圈-n 后架) =-Z 后圈/Z 后心(4)
由以上分析可知, 简单的行星齿轮机构并不能
满足汽车行驶时对不同速比和前进、倒后的要求, 因此实际应用中常常采用多个单排行星齿轮机构进行串、并联或混联主从动构件方法组成混合行星齿轮机构, 来满足汽车行驶挡位的需要。下面以马自达FN4A -EL 自动变速器为例, 探讨混合行星齿轮机构的传动比计算方法。
式中:n 前心为前太阳轮转速; n 前架为前行星架转速; n 前圈为前内齿圈转速; Z 前心为前太阳轮齿数(实际齿数为49) ; Z 前圈为前内齿圈齿数(实际齿数为89) ; n 后心为后太阳轮转速; n 后架为后行星架转速; n 后圈为后内齿圈转速; Z 后心为后太阳轮齿数(实际齿数为37) ; Z 后圈为后内齿圈齿数(实际齿数为98) 。
n 前圈
3 混合行星齿轮机构变速器传动比的计算
3. 1 马自达FN 4A -E L 自动变速器结构简介
FN4A -EL 自动变速器采用改进型辛普森行
因后排行星架与前排齿圈为一体, 所以n 后架=
, 而后排齿圈与前排行星架为一体, 所以n 后圈=
n 前架。根据以上条件, 联合式(3) 和式(4) 可求出各
挡传动比。
1) P 或N 挡时, 因没有换挡执行元件工作, 行
总第133期 H i g hw ays &A utomotive A p plications 7星齿轮处于空转状态。
2) R 挡时, 倒挡离合器工作, 驱动后排太阳轮, 低挡和倒挡制动器工作, 固定后排行星架/前排齿圈, 后排齿圈/前排行星架反向减速输出(见图3) , 即n 后架=0, n 前架=n 后圈, n 前圈=n 后架, 代入式(4) , 得:
i R =n 后心/n 前架=n 后心/n 后圈=-Z 后圈/Z 后心=
-98/37=-2. 648648
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件被同时驱动, 则整个行星齿轮机构以一个整体同向等速旋转, 为直接传动挡, 即后排齿圈/前排行星架同向等速输出, i 3=1。因动力传动过程没有单向离合器参与, 故发动机制动(见图6)
。
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图5 2
图3 R 挡动力传递路线
3) 1挡时, 前进离合器工作, 驱动前排太阳轮,
单向离合器锁止, 单向固定前排齿圈/,
后排齿圈/4) n 后圈=0, 代入式(3) :
i 1=n 前心/n 前架+前圈) /Z 前心=(49+
89) /49=2. 326
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图6 3挡动力传递路线
6) 4挡时, 3、4挡离合器接合, 驱动后排行星
架/前排齿圈。同时2、4挡制动带工作, 固定后排太
阳轮, 则后排齿圈/前排行星架同向增速输出。因动力传动过程没有单向离合器参与, 故发动机制动(见图7) , 即n 后心=0, 代入式(4) , 得:
i 4=n 前架/n 后圈=Z 后圈/(Z 后心+Z 后圈) =
98/135=0. 725925
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图4 1挡动力传递路线
4) 2挡时, 前进离合器工作, 驱动前排太阳轮, 2、4挡制动带工作, 固定后排太阳轮, 后排齿圈/前
排行星架同向减速输出。因动力传动过程没有单向离合器参与, 故发动机制动(见图5) , 即n 后心=0,
n 前架=n 后圈, n 前圈=n 后架, 代入式(3) 和式(4) , 得:
i 2=n 前心/n 前架=(Z 前心Z 后心+Z 前心Z 后圈+
Z 前圈Z 后心) /(Z 前心Z 后心+Z 前心Z 后圈) =
图7 4挡动力传递路线
9909/6615=1. 4979592
5) 3挡时, 前进挡离合器接合, 驱动前排太阳
轮, 同时3、4挡离合器接合, 驱动前排齿圈/后排行星架。因前排行星齿轮机构中齿圈与太阳轮两个部
由上述计算实例可知, 混合行星齿轮机构的传
动比计算需根据具体情况具体分析, 但计算方法基本相同。即根据固定元件的转速为零、相互连接的
(下转第13页)
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的物理、化学准备过程就不同, 从而导致着火延迟时
间不同。十六烷值高的燃料的着火延迟期较短, 压力升高率低, 燃烧过程柔和。因此, 为了降低燃烧噪声, 应选用十六烷值较高的燃油。
降低发动机燃烧噪声, 除采取上述措施改进燃烧过程外, 还应在燃烧激发力的辐射和传播途径上采取措施, 增强发动机结构对燃烧噪声的衰减, 尤其是对中、高频成分的衰减。措施有提高机体及缸套的刚性, 采用隔振隔声措施, 减少活塞、曲柄连杆机构各部分的间隙, 增加油膜厚度, 在保持功率不变的条件下采用较小的气缸直径, 增加缸数或采用较大的S/D 值, 改变薄壁零件(如油底壳等) 的材料和附加阻尼等。
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图3 不同喷油提前角对气缸压力级频谱和相应的
倍频程声压级频谱的影响
稳地运转, 对降低燃烧噪声有明显的作用。而进气
节流可使气缸内的压力降低和着火时间推迟, 因此, 进气节流不但能降低噪声, 同时对减少柴油机所特有的角速度波动和横向摆振也很有作用。2. 2. 4 采用增压技术着火条件, , 着火延迟期越短, , 从而可降低燃烧噪声。大量试验证明, 增压可使直喷式柴油机燃烧噪声降低2~3dB 。2. 2. 5 提高压缩比
提高压缩比可以提高压缩终了的温度和压力, 使燃料着火的物理、化学准备阶段得以改善, 从而缩短着火延迟期, 降低压力升高率, 使燃烧噪声降低。但压缩比增大会使气缸内压力增加, 导致活塞敲击声增大。因此, 提高压缩比不会使发动机的总噪声有很大降低。2. 2. 6 改善燃油品质
燃油品质不同, 喷入燃烧室后所进行的着火前
3 结 , , 单靠采用某。要降低, 应从发动机燃烧噪声的噪声源、传播途径等方面入手, 明确降噪的对象和目标, 采取各种技术手段, 在一定程度上可有效地控制和降低燃烧噪声, 达到降低汽车发动机噪声的目的。参考文献:
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(上接第7页)
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元件转速相同等条件, 依据单排单级行星齿轮机构
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