變速器將發(fā)動機轉矩和轉速轉換為汽車所需要的牽引力和速度,并能滿足使汽車向前或向后行駛所需要的轉動方向的變換。電子控制的自動變速器可以自行選擇最佳擋位,使汽車的行駛更加省油,并在復雜的交通狀況下,如在陌生的環(huán)境或惡劣的天氣狀況下,幫助駕駛員減輕操作。在停停走走的斷續(xù)交通中可明顯的減輕駕駛員的疲勞。
車用變速器
內燃機在它的整個轉速范圍內不是等轉矩和等功率運轉的。其最佳的“彈性”轉速范圍是在標定轉速和最大轉矩對應的轉速之間。變速器實質上是轉速-力矩變換器。為了在上坡和加速行駛,變速器將發(fā)動機轉矩變換為相應的、汽車所需的力矩。變速器能最佳的利用發(fā)動機功率和優(yōu)化發(fā)動機燃油消耗。在變速器上有一個汽車起步部件。它是汽車從靜止狀態(tài)到運動狀態(tài)所必須的。
三軸五當變速器傳動簡圖
1-輸入軸 2-軸承 3-接合齒圈 4-同步環(huán) 5-輸出軸 6-中間軸 7-接合套 8-中間軸常嚙合齒輪
變速器是傳動系統(tǒng)效率的主要影響者。汽車變速器在最佳工作點的傳動功率損失約為1.5%。在汽車的日常行駛工況下,由于驅動汽車的各種行駛狀態(tài),其功率損失約為8%。變速器的電子控制通過自行選擇最佳擋位可以減少功率損失。
對變速器的要求
各汽車都對變速器提出一些具體的要求,所以各種型式的變速器在結構和性能方便都是不一樣的。開發(fā)變速器的目標和重點集中在以下幾個方面:
兩軸五當變速器傳動簡圖
1-輸入軸 2-接合套 3-里程表齒輪 4-同步環(huán) 5-半軸 6-主減速器被動齒輪 7-差速器殼 8-半軸齒輪 9-行星齒輪 10、11-輸出軸 12-主減速器主動齒輪 13-花鍵轂
一、舒適性:
對舒適性的一些重點要求則是:1、換當中沒有沖擊,沒有轉速的階躍。2、換擋方便,不受發(fā)動機負荷和工作條件的影響。3、噪聲小。4、在整個使用壽命內不會犧牲舒適性。
變速器遠距離外操縱機構
1-變速桿 2-縱向拉線 3-橫向拉線
二、燃油經濟型:
從變速器方面有效降低燃油消耗的條件為:1、傳動比大。2、機械效率高。3、智能的換擋策略。4、控制功率小。5、質量輕。6、有備用的控制。7、有液力偶合器。8、小的攪油功率損失(齒輪轉動時的攪動變速器內的阻力)等。
三、可操控性:
變速器的下列功能可保證變速器良好的操控性:1、換擋點與汽車行駛狀況協(xié)調。2、能識別汽車行駛狀態(tài)和駕駛員的類型。3、較好的酵素能力。4、山區(qū)下坡時的發(fā)動機制動作用。5、彎道較快行駛時防止換擋。6、能識別冬季路況。
四、結構尺寸:
按照驅動方式,對變速器的體積有不同的規(guī)定。對后驅的變速器而言,變速器的直徑應盡可能的小,而對前驅得得變速器來說,變速器的長度應盡量短。在沖擊試驗時,為滿足這些要求還有詳細的規(guī)定。
五、制造成本:
制造成本地的條件是:大批量生產、簡單的控制結構以及可自動化裝配。
在1886年第一批準備行駛的動力車上,驅動力直接傳遞到車輪上,而沒有起步離合器。所以必須推動車輛或用手轉動飛輪才能起步。為了將驅動力傳到路面,奔馳公司采用了下列機械部件。發(fā)動機曲軸端部裝上飛輪。因為發(fā)動機臥式地裝在后軸上,垂直安裝的錐齒輪傳動將發(fā)動機的驅動力傳到皮帶傳動機構上,皮帶傳動使中間軸的轉速降低,并進一步通過鏈傳動傳到驅動軸上。
基本上,變速器的類型分為:手動換擋變速器、自動換擋變速器(AST)、雙離合變速器(DKG)、自動變速器(AT)、無級自動變速器(CVT)、環(huán)形變速器。我們將分別為大家走出介紹。
手動換擋變速器
手動換擋變速器是最簡單和最便宜的變速器,至今在全世界還廣泛使用。由于發(fā)動機功率的不斷增大、汽車質量有所增加和汽車風阻系數(shù)不斷減小,自20世紀80年代以來5擋手動換擋變速器替代了占壓倒優(yōu)勢的4擋變速器。這一措施一方面可使汽車可靠起步和良好的加速,另一方面在較高的車速時,發(fā)動機可在較低轉速范圍工作,使油耗降低。
手動換擋工作原理圖
手動換擋變速器結構可以分為下面幾個部分:1、裝在兩根軸上的齒輪組。2、作為汽車起步部件的單片干式離合器,并在換擋時切斷驅動力。3、由慣性力同步操縱的離合器部件(作為換擋部件)。手動換擋變速器最大的優(yōu)點是:1、效效率高。2、結構緊湊,簡單。3、制造成本低。缺點為:相對不易操縱(換擋時要先踩離合器再手動換擋)。2、換擋時機取決于駕駛員。3、換擋時牽引力中斷。
自動換擋變速器(AST)
自動換擋變速器(AST,Automatic Step Transmission),也稱自動機械變速器(AMT,Automatic Manual Transmission)可假話變速器的操縱和提高燃油經濟性。以前的手動換擋變速器的換擋過程現(xiàn)在通過氣動、液壓或電動來實現(xiàn)。
離合器電子管理(EKM)用于自動換擋變速器(AST),并補充了兩個選擋和換擋的伺服電機。帶有AST的伺服電機在不需要更多費用時,可實現(xiàn)自動化和提高方便性。所需的電子控制信號,按系統(tǒng)情況可直接來自駕駛員操縱的換擋桿或來自串接的電子控制。
在最簡單的AST系統(tǒng)中,遙控代替機械拉桿。換擋桿(輕擊桿或H換擋圖的換擋桿)只送出信號,起步過程和離合器結合如同手動換擋變速器那樣操縱。在全自動的AST系統(tǒng)中,變速器和汽車起步部件是自動化的。駕駛員的操縱部件是換擋桿或按鍵開關。為了對常用的變速器實現(xiàn)自動控制,需要有一個綜合性的換擋策略,包括考慮汽車當前的行駛阻力,如負載和路面情況,在換擋牽引力中斷時,為保證變速器的同步,電控發(fā)動機要短時、自動地端由。
其結構特點為:1、基本結構同手動換擋變速器。2、通過(啟動、液壓或電機)控制器和電子控制,操縱離合器和換擋。
優(yōu)點:傳動效率高、結構緊湊、可適應現(xiàn)有的手動換擋變速器、操縱簡單、有效的換擋策略以達到最佳的燃油經濟型、比有級自動變速器或無級自動變速器更便宜。而其缺點就是在換當中會發(fā)生牽引力中段。
之前我們已經介紹過手動換擋變速器以及自動換擋變速器(AST),今天繼續(xù)介紹另外兩種變速器的類型,他們分別是:雙離合器變速器(DKG)和自動變速器(AT)。這兩種是較為常見的變速器,下面我們來簡單的介紹一下它們。
雙離合變速器
雙離合器變速器(DKG)
雙離合器變速器是自動換擋變速器(AST)的發(fā)展,它沒有AST變速器在換擋時牽引力中斷的主要缺點。并且比AST變速器省油是DKG的一大優(yōu)點。在換擋舒適性和功能性方面相當于AST。DKG變速器主要用于高檔汽車。
DKG同樣滿足汽車制造廠家按模塊化設計要求。模塊化設計理念就是手動換擋變速器和自動換擋變速器可以再同一生產線上生產。其主要結構特點有基本結構與手動換擋變速器一樣。齒輪組支承在三根軸上。兩個離合器。通過變速器控制和執(zhí)行機構操縱離合器和換擋機構。
液力變矩器
其工作原理是將排列各擋的齒輪分為偶數(shù)擋齒輪和奇數(shù)擋齒輪兩組。盡管與常規(guī)的中間軸換擋變速器的基本排列相似,但它們間的根本區(qū)別是DKG的主軸是分開的,一根是實心軸,一根是套在實心軸外的空心軸。實心軸與空心軸靠齒輪組連接在一起。在變速器輸入端的實心軸和空心軸都裝有離合器。因為在換擋時嵌入兩個檔位(即主動擋和預選的相鄰擋位),所以能在兩個擋位間迅速換擋,如同自動變速器那樣而沒有牽引力中斷。
在性能方面,DKG的優(yōu)點主要表現(xiàn)為:工作效率高、有與AST相近的舒適性、換擋時沒有牽引力中斷、能跳過一個擋位。缺點則是體積要比AST大并且支承力大、結構粗實。
行星齒輪
自動變速器(AT)
自動換擋變速器(AT Automatic Transmission)起著起步、選擇速比和自動換擋的功能。利用簡單的換擋,自動變速器可以通過接通和切斷換擋機構實現(xiàn)跳擋。自動變速器的起步部件為液力變矩器。
在結構上,許多4擋自動變速器基于大家熟知的拉維尼亞(Ravigneaux)行星齒輪組。多于4個前進擋的自動變速器無法換擋。5擋自動變速器則是需要另一個基本變速器,或者需要在4擋自動變速器前面或后面再接上一個行星排。發(fā)過工程師萊普迪爾發(fā)現(xiàn)了5擋或更多擋換擋的巧妙辦法。他在雙軸拉維尼亞行星齒輪組上加了一個前行星排,以便用另一個驅動轉速來驅動該行星排。起步部件的數(shù)目不變。對增加的擋只是多次使用。該方案的優(yōu)點在于體積小,質量輕,成本低。
液力變矩器
剛才提到變矩器,而變矩器的作用是幫助汽車起步,它在汽車起步過程中起著附加擋的作用。在要求舒適性的大多數(shù)自動變速器上采用液力變矩器作為起步部件。由于液力變矩器是液體機構,所以 它是理想的起步部件并可以吸收震動。為提高液力變矩器在高速比工況下的傳動效率,在變矩器的泵輪和渦輪上跨接了一個離合器,從而構成一個帶鎖止離合器的液力變矩器。避免由于液力變矩器的滑動轉而造成功率損失并增加油耗。
片式離合器可保證換擋時不會出現(xiàn)牽引力中段現(xiàn)象而仍能傳遞發(fā)動機轉矩。在換擋過程,離合器襯片和鋼片以及換擋制動器承受了動態(tài)轉矩,并在換擋以后傳遞負載力矩。
行星變速器是自動變速器的核心部件,其功能是調整傳動比和保證不間斷傳遞動力。行星變速器是由布置在中心的一個齒輪,即太陽輪。多個行星輪。一個內嚙合齒輪共同組成的。