CN1104963A

CN1104963A - 自动控制无级变速器

Info

Publication number: CN1104963A
Application number: CN 94100009
Authority: CN
Inventors: 孟宪铎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-01-07
Filing date: 1994-01-07
Publication date: 1995-07-12

Abstract

本发明涉及一种将粘性滑差离合器与行星差速器相结合的机械分流式无级变速装置，一支运动经粘性滑差离合器传给行星差速器，另一支运动通过定轴轮系传给差速器，两支运动合成后由差速器输出。本发明的主要技术方案是采用粘性滑差离合器后，能够随外负载变化自适应无级变速，滑差离合器产生转速差后由定轴轮系流过的功率加大，以保证输出的扭矩增大。另外，采用图解法设计结构参数，可以形象的知道流过每支运动路线的功率流和相对比例，并可防止产生循环功率，保证高效率的最佳方案。本发明可广泛应用于各种机械动力传递的变速装置，如说明书中列举了应用于汽车主变速系统的方案及分析。

Description

本发明是采用机械分流式传动（见图1）;一支运动是通过齿轮1、2和粘性滑差离合器5与差速器的转臂H联接;另一支运动是通过齿轮3与差速器内齿轮b的外齿4相啮合，两支运动合成后由中心轮a输出。

1.粘性滑差离合器

粘性滑差离合器是利用装满油液的密闭壳体内的摩擦片之间薄油膜的剪切力传递转矩。其工作原理是：当两摩擦片产生相对滑动回转时，其切向力沿油膜厚度的分布如图2所示，一部分由表面的平行速度产生直线分布;而另一部分是由压力梯度产生的抛物线分布。这种剪切作用会产生与回转方向相反的剪应力，对于牛顿润滑剂，剪应力为

τ=η· (dU)/(dZ)

而顶面和底面上单位宽度的阻力为

F₁=∫¹ ₀η（ (dU)/(dZ) ）_Z=0·dX

F₂=-∫¹ ₀η（ (dU)/(dZ) ）_z=h·dX

粘性传动滑差离合器传递的转矩与油膜厚度、油的压粘特性、温度以及主、从动摩擦片间的转速差有关，其实验曲线如图3所示。

传动的力矩为

M=λ·η_P·Z·W₁·D⁴ ₂·N-m

式中λ-力矩系数，由实验确定;

η_P-动力粘度，MP_a·S，

η_p=η₀EXP（ (A·P)/(B+P) ），P为压力，A、B为实验值，η₀为常温，常压下粘度;

Z-结合面数;

W₁-相对转速，γ/min

D₂-有效外径，m

粘性滑差离合器的输出特性是：当输入轴的转速一定时，输出轴转速随负载转矩的增大而减慢;主、从动摩擦片之间产生相对滑动，即转速差增大，传递转矩平衡。当通过控制机构改变摩擦片之间的距离时，改变了油膜厚度和压力，即改变了油的压粘特性，从而改变了剪切力来实现无级变速。

2、自动控制无级变速器特性

将粘性传动滑差离合器与行星传动差速器相结合，不仅能得到无级变速，而且改变了自适应变速的输出特性。为了得到高效率（无循环功率产生）的扩大速比型（中心轮a输出）或扩大功率型（转臂H输出）的无级变速的传动装置，其转速图和功率流向图如图4所示，当内齿轮b为定速（-n_b）、差速离合器5的转速在0-1之间变化时，两支运动合成后由中心轮a输出的转速为n_a1～n_a2之间无级变速，其变速范围为

R_a= (n_a2)/(n_a1)

由图4中知，其功率流向为

A_b+A_H=A_a

无循环功率产生。

当外载增大时，滑差离合器产生相对滑动速度加大，转臂H转速降低，中心轮a的转速n随之减慢，即产生自适应控制，则功率流向由n_b输出的转矩比例增大，从而使输出的转矩亦增大。当全速运动时，粘性滑差离合器的摩擦片没有相对滑动保证了高效率传动。

3、应用举例

汽车自适应无级变速器的传动简图如图5所示。发动机与Ⅰ轴联接，将摩擦离合器1向左移动是前进挡，通过齿轮Z₁、Z₂、Z₃、Z₄使粘性滑差离合器2按箭头所示方向旋转，带动差速器的转臂H同向旋转;另一支运动通过Ⅱ轴和齿轮Z₆、Z₇、Z₈、Z₉带动差速器内齿圈b旋转，两支运动合成后由齿轮Z₁₁传出。如：发动机的转速n=3800γ/min，内齿圈b的转速n_b=-380γ/min，粘性滑差离合器的转速n′=0～1000γ/min时，中心轮a的输出转速为n_a=760～3800γ/min，它适用于140型汽车主变速系统的自适应无级变速，其输出特性见表1。

表1.输出特性

输入转速％	100
								滑差率％	0	15	25	35	50	75	100
高速挡转速	3800	3540	3380	3200	2930	2480	2000
								滑损失功率％	0	4.8	5.7	5.6	4.0	1.5	0
输出功率％	100	83	76.3	72.6	72.3	80.7	100
								低速挡转速	2550	2280	2120	2000	1700	1220	760
滑损失功率％	0	7.7	9.0	9.3	6.9	1.7	0
								输出功率％	100	72.6	62.8	54.7	51.6	68	100

倒车是将摩擦离合器1向右移动，通过齿轮Z₅、Z₄使粘性传动滑差离合器反向转动，此时内齿圈b的旋转方向不变来实现的。

采用本无级变速装置有下列优点：

（1）能自适应行驶阻力的变化，自动地、无级地变更其输出轴的扭矩和转速，因而可以提高车辆的平均速度或生产率。而且能从根本上简化操纵，并为实现完全自动化的变速器提供了良好的条件。

（2）由表1中看出，粘性传动滑差离合器的滑差率在25～50%时，损失功率最大，为了提高效率，减少损失功率，可以采用高、低速两挡无级变速输出，即3800～2000γ/min为高速挡，损失功率最大值为5.7%;2000～760γ/min为低速挡，损失功率最大值为9.3%;

（3）由于粘性传动滑差离合器特性属于柔性联接，可降低传动系的动载荷，使发动机和传动系的零、部件以及轮胎等的寿命大为提高。在外负载突然增大时，可以防止发动机过载和突然熄火，因而对发动机有保护作用;

（4）采用柔性无级自适应变速，起动平稳，并能吸收衰减振动和冲击，因而可以提高乘坐的舒适性;

（5）由表1看出：当粘性传动滑差离合器在完全接合，或完全脱开时效率最高，可充分地利用发动机的功率，有利于减轻排气污染和节省燃料。

本无级变速装置可以应用在各种类型汽车主变速系统，变速范围R可达10以上。也可以应用在各类切削机床上的主传动系统，其变速范围可达100以上。

如图6所示，采用两行星排传动的自动无级变速器方案。其传动比可达10以上。

发动机的输入转速n_λ一支路线通过齿轮Z₁，Z₂粘性滑差离合器1传给第一排行星轮系a′，因内齿圈b′固定，转臂H′输出，且与第二排行星差速器内齿圈b相联，另一运动路线通过齿轮Z₁，Z₃宽齿轮Z₄传递给转臂H，合成后运动由中心轮A输出;得到n_a2～n_a3段无级变速;当齿轮Z₄向右滑移后，转臂H固定不动，这时，中心轮a输出0～n′_a2段无级变速。此传动方案可以得到全程段无级变速，低速挡传递功率取决粘性滑差离合器，高速挡传递功率为粘性滑差离合器和定轴传动功率之合。

主要参考资料

1.渐开线行星齿轮传动设计（1987，10）

马从谦等编著机械工业出版社

2.液力机械传动（1988，3）

罗邦杰编著人民交通出版社

3.汽车设计（1990，6第二版）

张洪欣主编机械工业出版社

Claims

1、将粘性滑差离合器与行星差速器相组合的机械外分流式无级变速装置的传动方案定轴传动与内齿圈相联滑差离合器与转臂相联，在外载变化时自适应无级变速；

2、该传动方案当粘性滑差离合器的滑差率增大时，流过定轴轮系的功率流比例加大，以保证输出轴扭矩增大，从而提高传动效率;

3、本设计采用图解设计法（图6），将转速图、功率流向及相对比例绘在一起，即确定了变速装置结构参数及传速的性能参数，以便寻求最佳传动方案。