浅谈汽车变速器速比按等比级数分配的优点与缺点

浅谈汽车变速器速比按等比级数分配的优点与缺点
摘要变速器是汽车传动系中一个比较关键的部件,所以它的好坏直接影响到汽车的使用性能。

为了保证汽车必要的经济性和动力性指标必须合理的配置变速器档位及各档速比。

通过变速器速比按等比级数分配时,对发动机功率的利用程度以及对换档性能的影响的分析,阐述速比按等比级数分配时的优点。

关键词汽车变速器;等比级数分配
传动比变换范围以及邻档传动比比值是变速器的两个重要参数。

国产汽车中,轿车变速器传动比变化范围是3~4,轻型货车约为5~6,其它货车为7以上。

为了使发动机在最有利的转速范围内工作,变速器各档传动比之间的关系基本是几何级数,故邻档传动比比值就是几何级数的公比。

这样可以使发动机经常在接近外特性的最大功率处大范围内运转,从而增加了发动机的后备功率,并且提高了爬坡度和加速能力。

但是在实际计算出的理论值会略有出入。

本文主要对等比级数分配速比的优点与缺点进行简单的分析。

1 等比级数分配原则和优点
按等公比原则分配传动比,利用对数来确定公比。

认为各档都是等比级数的排列,各档速比阶都是一样,即:
I1/I2=I2/I3=I3/I4=…=q
式中:q为常数,为各档之间的公比。

因此各档的传动比为:
I1=qI2
I2=qI3
I3=qI4
……
一般最高档速比为IN=1,因此可以计算出各档速比。

一档速比按I1=1.45N-1计算,可采用对数公式进行求解。

式中:I1—一档速比;
N—总档数。

下面举一例子进行说明:
已知一六档变速器总档数N=6,六档速比为I6=1,一档速比为I1=7.5,并设公比为q则:
I1/I6=q5=7.5
Igq=1g7.5/5
q=1.496
图1
由此得出各档的传动比为:I1=7.5;I2=5.013;I3=3.351;I4=2.239;I5=1.497;I6=1.0。

这些是理论传动比,在实践中齿轮配置等原因会偏离这一理论值,其差值一般不大于0.05为好。

按等比级数分配速比的主要目的是为了充分利用发动机的功率,提高汽车的动力性。

当汽车需要大功率时,如加速或上坡,若排挡选择恰当,具有按等比排列速比的变速器能使发动机经常在发动机外特性曲线最大功率处大功率范围内运转。

从而提高了发动机的后备功率,提高了汽车加速或上坡能力。

下面证明此结论。

当变速器一档速比和直接档速比不变的情况下,中间速比选择的不同时,汽车在加速过程中发动机功率利用程度有显著的不同。

设变速器有三个前进档,发动机外特性曲线图Pe-n如图1。

根据公式U=0.377n·r/(in·i0)画出每个档位车速与发动机转速的关系线。

分别画出一档和直接档V-n射线ob和of,再在其间做od和od’分别代表二档传动比i2和i’2两种情况,并设i’2<i2,i2在i1和i3是按等比级数排列。

假设加速过程中节气门全部打开,用外特性功率加速至接近最大功率Pe max 相应转速为n2时换档,并且换档迅速,换档过程中车速没有降低。

如图所示驾驶员用一档起步,车速随着发动机的转速升高而增大,当发动机转速为n2时换档,设换挡过程中车速不变,发动机转速应降为n1。

一档终了时的车速为:
Vb=0.377n2·r(i1·i0)
二档开始加速时的车速应为:
Vc=0.377n1·r(i2·i0)
因为车速没有降低,所以Vb=Vc即:i2/i1=n2/n1
同理,二档终了时车速为:
Vd=0.377n2·r(i2·i0)
三档开始开始加速时的车速为:
Ve=0.377n1·r(i3·i0)
因为Ve=Vd所以i3/i2=n2/n1
所以i2/i1=i3/i2=n2/n1。

推广到N个前进档(不包括超速档)时有
i2/i1=i3/i2=i4/i3=……in/in-1=n2/n1=q。

由上面证明变速器传动比只有按等比级数分配时,汽车加速过程中,发动机才能总在同一转速范围n1~n2内工作。

下面再分析一下在速比按等比分配和不按等比分配时,加速过程中发动机的功率利用情况见表1。

由表1可见,在速比为i’2 二档加速时采用了一段较底的功率P1’→P1,在三档加速时少用了一段功率较高的P1→P2。

传动比为i’2时功率的利用率较差。

同样也可以证明速比大于i2时功率的利用率也不高。

2 结语
综合以上分析,变速器速比按等比级数分配的优点是:汽车加速的过程中,发动机可以总在接近最大功率Pmax的同一转速范围内工作,增加了发动机的后备功率,提高了汽车的加速能力。