專利名稱：肺型高效無(wú)級(jí)變速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種家用轎車液力自動(dòng)變速器，尤其是能同時(shí)具有高效率，大的變扭系數(shù)和好的正透過(guò)性三位一體的肺型高效無(wú)級(jí)變速器。
背景技術(shù)：
目前，公知的家用轎車無(wú)級(jí)變速器是由變矩器、中間軸、行星齒輪系、執(zhí)行元件組、變速器殼體和變速器輸出軸組成。而變矩器多采用單級(jí)二相三元件或單級(jí)三相四元件的結(jié)構(gòu)，變矩器主要有變矩器外殼、泵輪、渦輪和1-2個(gè)導(dǎo)輪組成，軸面投影形狀是圓型、扁圓型、橢圓型、心型或桃型。該結(jié)構(gòu)的液體循環(huán)路經(jīng)是由泵輪到渦輪到導(dǎo)輪到泵輪，渦輪是向心渦輪，此結(jié)構(gòu)在變速器工作時(shí)具有較好的正透過(guò)性。其動(dòng)力傳遞是發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸將動(dòng)力傳給與它相連的變矩器外殼上，變矩器外殼與泵輪相連并帶動(dòng)其共同旋轉(zhuǎn)，泵輪將曲軸傳遞過(guò)來(lái)的機(jī)械能變?yōu)楣ぷ饕后w的機(jī)械能，具有機(jī)械能的液體射入渦輪中，渦輪將液體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為渦輪的機(jī)械能旋轉(zhuǎn)并由與它相連的中間軸傳到行星齒輪系中，在執(zhí)行元件組的控制和執(zhí)行下，按不同的傳動(dòng)比由變速器輸出軸傳輸出去。
但是，目前世界上采用上述技術(shù)存在著一個(gè)根本問題是轎車燃油能耗大，其主要原因有三點(diǎn)，其一家用轎車為了使乘座的動(dòng)力性能和舒適性能好，并且使發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命更長(zhǎng)，限制了變矩器的效率提高，因?yàn)檗I車的動(dòng)力性能是由變矩器的變扭系數(shù)所決定，發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命受到變矩器透過(guò)性的影響，而轎車的燃油能耗是由變矩器的效率所決定，該三個(gè)參數(shù)即緊密聯(lián)系又相互矛盾，采用有正透過(guò)性的變矩器，就限制了其變扭系數(shù)，必然導(dǎo)致效率下降；要有好的效率，變扭系數(shù)必定要小，轎車的動(dòng)力性能較差；目前的無(wú)級(jí)變速產(chǎn)品達(dá)不到三者兼故。其二目前的無(wú)級(jí)變速技術(shù)其動(dòng)力傳遞基本上都是通過(guò)變矩器傳遞，動(dòng)力傳遞單一，變矩器要想在各種路況下都達(dá)到好的效率，幾乎是不可能的。目前技術(shù)為了在低傳動(dòng)比下獲得好的效率，采用了偶合和閉鎖工作狀態(tài)，即使采取這兩種工作狀態(tài)，其工作的高效區(qū)的效率仍然較低，燃油能耗還是過(guò)大。其三目前無(wú)級(jí)變速技術(shù)中變矩器的液力損失較大，液力效率較低。
目前世界上無(wú)級(jí)變速技術(shù)的典型技術(shù)可以歸為三類其一美國(guó)克萊斯勒公司的專利技術(shù)POWER FLLTE和中國(guó)的紅旗CA770技術(shù)，在中高傳動(dòng)比時(shí)，動(dòng)力傳遞由變矩器的泵輪到渦輪到中間軸到行星齒輪系到輸出軸；在低傳動(dòng)比時(shí)，變矩器外于偶合器工作狀態(tài)，泵輪和渦輪偶合運(yùn)行將動(dòng)力傳給中間軸，再由中間軸到行星輪系到輸出軸。其優(yōu)點(diǎn)是在低傳動(dòng)比時(shí)變矩器處于偶合器工作狀態(tài)，使其處于高效區(qū)，但缺點(diǎn)是渦輪與泵輪之間存在著一定的滑差，使變矩器的效率下降，該結(jié)構(gòu)即使是在高效率區(qū)運(yùn)行時(shí)的效率仍然較低。該技術(shù)的變矩器采用單級(jí)三相四元件結(jié)構(gòu)，變矩器軸面投影圖型是圓型、泵輪葉片是經(jīng)向平直葉片，渦輪葉片是彎曲葉片，導(dǎo)輪單向雙導(dǎo)輪形式，其特點(diǎn)是(1)液體循環(huán)路線是由泵輪到渦輪到第一導(dǎo)輪到第二導(dǎo)輪到泵輪，該結(jié)構(gòu)具有較好的正透性，使發(fā)動(dòng)機(jī)的適應(yīng)性廣；(2)泵輪由于采用徑向平直葉片，葉片出口安放角是90°，其所產(chǎn)生的能頭中動(dòng)能頭占有50％，但其出口速度較高，出口動(dòng)量矩大，因此該結(jié)構(gòu)變矩器變矩系數(shù)大，汽車的動(dòng)力性能好，但其能頭的利用率較低，因此效率較低，非常耗油；(3)該結(jié)構(gòu)軸面投影是圓型、葉片是平直形狀，液體在流道中的液力損失較大、液力效率較低；(4)采用雙導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)、液體在循環(huán)流道中的元件間的結(jié)合部位增多，液體在結(jié)合部位的沖擊損失和局部損失加大。從以上方面分析，該技術(shù)具有變扭系數(shù)較大，動(dòng)力性能較好的同時(shí)具有較好的正透性，但是其缺點(diǎn)是液力損失太大，效率低，燃油耗太高。其二是日本技術(shù)如豐田A43DE無(wú)級(jí)變速器，該技術(shù)的變矩器是單級(jí)二相三元件結(jié)構(gòu)，其動(dòng)力傳遞在中高傳動(dòng)比時(shí)，與第一類相似，在低傳動(dòng)時(shí)采用閉鎖運(yùn)行，提高了低傳動(dòng)比時(shí)的效率，但其在向閉鎖狀態(tài)過(guò)渡時(shí)，變矩器沖擊損失較大，降低了效率，增加了燃油能耗；該技術(shù)變矩器的特點(diǎn)是其軸面投影圖型呈桃型，泵輪和渦輪的葉片呈翼型，泵輪出口安放角大于90°，進(jìn)口安放角大于或等于90°，導(dǎo)輪是單向?qū)л啠涮攸c(diǎn)是(1)流道形狀更接近于實(shí)際流線形狀，其液力損失較小，液力效率較高；(2)泵輪出口安放角大于90°，其泵輪所產(chǎn)生的能頭大，而且動(dòng)能頭所占的比例大，出口速度高，變矩系數(shù)大，變速器的動(dòng)力性能好。缺點(diǎn)是(1)泵輪雖然產(chǎn)生的能頭大，但是相對(duì)速度大，過(guò)流部件損失大，泵輪的效率低；(2)泵輪進(jìn)口安放角大于或等于90°時(shí)，進(jìn)口速度環(huán)量增大，使得泵輪效率降低；(3)各個(gè)元件的接合部位的沖擊損失大，能耗加大。綜合上述，第二類技術(shù)的綜合特性優(yōu)于第一類技術(shù)，其變扭系數(shù)較大，而且效率也有所提高，但是其效率仍然較低，燃油能耗仍然較高。第三類技術(shù)如美國(guó)福特公司的專利技術(shù)產(chǎn)品AUTO-OVERDRIVE，該技術(shù)的特點(diǎn)是在高傳動(dòng)比工況下，變矩器沒有滑差，效率較高，在中低傳動(dòng)比工況下，采用動(dòng)力分流，三檔時(shí)動(dòng)力的40％由變矩器傳遞，60％由機(jī)械傳遞，四檔時(shí)，動(dòng)力100％由機(jī)械直接傳遞，使動(dòng)力在各個(gè)傳動(dòng)比情況下得到比較充分的應(yīng)用，其突出的優(yōu)點(diǎn)是效率高，節(jié)省燃油，但是缺點(diǎn)是泵輪采用出口安放角小于90°的設(shè)計(jì)，其能頭小但效率高，而且在所產(chǎn)生的能頭中動(dòng)能頭所占的比例小，因此其出口動(dòng)量矩小，變扭系數(shù)小，動(dòng)力性能較差，因此該技術(shù)與前兩類相比效率更好，節(jié)省燃油，但變扭系數(shù)小，動(dòng)力性能較差。
從目前已知的汽車無(wú)級(jí)變速技術(shù)看，變速器燃油能耗大的主要原因是其效率低，而變速器效率低的主要原因是變矩器的效率低和動(dòng)力傳遞單一，即使采取使用閉鎖和偶合工作狀態(tài)來(lái)提高效率，但由于偶合時(shí)存在著滑差和閉鎖時(shí)大的液力沖擊損失，均影響效率的提高。
發(fā)明的目的，本發(fā)明的目的是提供一種肺型高效無(wú)級(jí)變速器，它不僅有大的變扭系數(shù)，好的動(dòng)力性能；而且有高的效率，節(jié)省燃油；同時(shí)又具有好的正透性。
技術(shù)方案本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它由肺型高效變矩器和建立在其性能基礎(chǔ)上的多種動(dòng)力傳遞組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。肺裂高效變矩器在高傳動(dòng)比局部范圍內(nèi)，使其具有高的效率前題下保持有大的變扭系數(shù)和好的正透過(guò)性，在中低傳動(dòng)比范圍內(nèi)，利用多種動(dòng)力傳遞組合來(lái)實(shí)現(xiàn)高效率，充分利用變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)額定工況下的高效率，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞分流，使得變速器無(wú)論在何種路況下，都保持在一種高效率工況下工作，并且能夠滿足動(dòng)力性能和透過(guò)性能。
它由肺型高效變矩器，渦輪從動(dòng)軸，直接傳動(dòng)軸，行星齒輪系，執(zhí)行元件組，變速器輸出軸和變速器殼體組成，而肺型高效變矩器由變矩器外殼、肺型泵輪、肺型渦輪和導(dǎo)輪組成，變矩器是單級(jí)二相三元件結(jié)構(gòu)，軸面投影形狀是肺型形狀，變矩器外殼與肺型泵輪相連，肺型泵輪垂直裝于渦輪從動(dòng)軸上并可以繞其軸線自由轉(zhuǎn)動(dòng)，肺型渦輪與泵輪平行安裝并與渦輪從動(dòng)軸剛性連接，渦輪從動(dòng)軸套于直接傳動(dòng)軸上并可以在其上自由轉(zhuǎn)動(dòng)，兩者軸線重合，渦輪從動(dòng)軸和直接傳動(dòng)軸都接到行星齒輪系中，齒輪系與執(zhí)行元件組一起組成變速器的控制和執(zhí)行部分，通過(guò)執(zhí)行元件組的控制由變速器輸出軸將動(dòng)力傳輸出去。其中渦輪從動(dòng)軸和直接傳動(dòng)軸組成多種傳遞途徑，代替了目前公知技術(shù)中的中間軸傳遞功能。下面逐個(gè)闡明實(shí)現(xiàn)高效率、大的變扭系數(shù)和好的正透性的技術(shù)方案。
一、其高的效率是這樣實(shí)現(xiàn)的肺型高效無(wú)級(jí)變速器的高效率是由肺型高效變矩器和建立在它性能之上的動(dòng)力傳遞組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。變矩器的性能是由它的軸面投影圖型形狀和它的工作輪進(jìn)出口參數(shù)，葉片數(shù)以及各工作輪之間的配合關(guān)系所決定，軸面投影形狀對(duì)工作輪的效率和能頭有影響，工作輪的進(jìn)口參數(shù)葉片進(jìn)口安放角、葉輪進(jìn)口直徑、葉片進(jìn)口邊寬度三個(gè)幾何參數(shù)對(duì)工作輪的效率和汽蝕有重要影響，而出口幾何參數(shù)葉片出口安放角，葉輪出口直徑，葉片出口邊寬度三個(gè)幾何參數(shù)和葉片數(shù)一起對(duì)效率和能頭有重要影響；而工作輪之間的配合關(guān)系對(duì)液力損失的大小有決定的影響，因此，肺型高效變矩器是對(duì)上述各個(gè)參數(shù)的優(yōu)化組合，從而滿足設(shè)計(jì)要求。
1、肺型泵輪其軸面投影形狀是半肺型；葉片數(shù)21片，葉片呈翼型；出口幾何參數(shù)出口安放角100°，出口有效直徑181mm，中間流線出口直徑170mm，葉片出口邊寬度10mm；進(jìn)口幾何參數(shù)葉片進(jìn)口安放角80°，中間流線進(jìn)口直徑95mm，葉片進(jìn)口邊寬度21mm；此結(jié)構(gòu)和參數(shù)組合，是考慮到泵輪生產(chǎn)工藝的前提下對(duì)泵輪所能產(chǎn)生的能頭、效率、和流量以及汽蝕等方面的優(yōu)化組合，根據(jù)無(wú)窮葉片數(shù)泵輪的理論中歐拉公式和能量公式計(jì)算，此泵輪所產(chǎn)生的能頭高，效率高，而且汽蝕性能的可能性降低。
2、肺型高效渦輪其軸面投影形狀呈半肺型，葉片為翼型，進(jìn)口安放角42.6°，進(jìn)口寬度10mm，進(jìn)口邊有效直徑181mm，中間流線直徑171mm，出口安放角29.1°，出口寬度21mm，葉片進(jìn)口安放角是泵輪出口射流角的兩倍，進(jìn)口相對(duì)速度和絕對(duì)速度相等，進(jìn)口速度三角形是等腰三角形，在考慮生產(chǎn)工藝前提下，此結(jié)構(gòu)泵輪所產(chǎn)生的能頭能全部被轉(zhuǎn)化為渦輪的機(jī)械能，并且出口速度環(huán)量小，效率高，而且渦輪從動(dòng)軸的傳動(dòng)比小。
3、導(dǎo)輪導(dǎo)輪葉片呈翼型，葉片數(shù)13片，進(jìn)口安放角50°，進(jìn)口采用正沖角4.3°，進(jìn)口寬度21mm，進(jìn)口邊中間流線的直徑95mm，出口安放角41°，出口寬度21mm，出口邊中間流線直徑95mm，該結(jié)構(gòu)進(jìn)口采用正沖角4.3°，在進(jìn)口葉片背面產(chǎn)生相對(duì)穩(wěn)定的旋渦，其旋渦不易擴(kuò)散，不易產(chǎn)生液力脈動(dòng)和汽蝕，出口采用41°出口角，該出流與肺型泵輪進(jìn)口邊的絕對(duì)速度一致，在導(dǎo)輪出口和泵輪進(jìn)口接合部不產(chǎn)生沖擊損失，因此其液力損失小，肺型流道中液流流暢，液力效率高。
4、肺型軸面投影形狀軸面投影形狀和葉片翼型決定著流道的形狀，該變矩器的泵輪和渦輪均呈半肺型，并且左右對(duì)稱，加上導(dǎo)輪流道，組合成一個(gè)完整的肺型形狀流道，該形狀與工作輪的幾何參數(shù)相配一起形成一個(gè)與實(shí)際液體流動(dòng)最相似的流動(dòng)，其流線形狀更接近變矩器工作時(shí)流體的實(shí)際流線形狀。在流體動(dòng)力技術(shù)中，目前其液力損失還不能用解析式準(zhǔn)確的描述，世界各國(guó)在流體動(dòng)力設(shè)計(jì)中都是通過(guò)定性描述和試驗(yàn)來(lái)確定。而本發(fā)明中的肺型流道是用于變矩器中的比較理想的流道。其原因是(1)穩(wěn)定流動(dòng)損失小肺型流道中液體的形狀更接近于實(shí)際流線形狀，其相等速度變化穩(wěn)定，變化很小，因此其穩(wěn)定流動(dòng)損失小。(2)肺型流道的邊界條件的軸對(duì)稱性，保證葉片的附著旋渦的相對(duì)穩(wěn)定，使非穩(wěn)定相對(duì)流動(dòng)的液力損失減?。?3)肺型流道中泵輪和渦輪的流量變化相對(duì)小，流道中產(chǎn)生液力制動(dòng)損失的可能性減??；(4)肺型流道的液體過(guò)流斷面變化均勻，而且進(jìn)、出口斷面的比值小，其整個(gè)流道的局部損失的擴(kuò)散損失很小。因此根據(jù)上述原因，該流道的液力損失較小，其液力效率較高。
5、泵輪、渦輪、導(dǎo)輪三者的配合關(guān)系三個(gè)工作輪的配合關(guān)系對(duì)液體在流道中循環(huán)時(shí)的沖擊損失和局部損失有重要的影響，因此也對(duì)液力效率起著決定的影響，渦輪進(jìn)口角42.6°是泵輪出口射流角的2倍，該結(jié)構(gòu)能使渦輪在相同條件下效率最大，進(jìn)口沖擊損失最?。粚?dǎo)輪進(jìn)口角50°，該結(jié)構(gòu)與渦輪出口射流基本一致，使液流流動(dòng)順暢，沖擊損失減小，進(jìn)口沖擊損失最?。粚?dǎo)輪具有4.3°的正沖角，該正沖角使得液流在通過(guò)導(dǎo)輪后進(jìn)入泵輪進(jìn)口邊的汽蝕可能性大大降低，并且旋渦是穩(wěn)定性旋渦，不易擴(kuò)散，同時(shí)可以獲得較大的力矩，并且過(guò)流流暢，泵輪的進(jìn)口安放角80°，該角度使得導(dǎo)輪的出口射流與泵輪的進(jìn)口的絕對(duì)流速一致，液體在接合部位過(guò)流通暢，沖擊損失小，不易產(chǎn)生旋渦和脫流。因此流體在流道中流動(dòng)過(guò)程中，液力損失小，液力效率高，也使得變矩器的效率高，汽車傳動(dòng)部份的能耗小。
6、動(dòng)力傳遞組合實(shí)現(xiàn)該發(fā)明的高效率的另一手段是建立在肺型高效變矩器性能之上的動(dòng)力傳遞組合該發(fā)明的動(dòng)力傳遞特點(diǎn)是，充分利用變矩器的額定工況即設(shè)計(jì)工況和發(fā)動(dòng)機(jī)的額定工況下的高效率進(jìn)行動(dòng)力傳遞，使無(wú)級(jí)變速器始終處于高效率工況下運(yùn)行。其動(dòng)力傳遞分為三種方式傳遞，第一種在高傳動(dòng)比時(shí)，如變速器第一檔，第二檔和倒檔，其動(dòng)力傳遞由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸到肺型高效變矩器外殼到肺型泵輪到肺型渦輪到渦輪從動(dòng)軸到行星齒輪系和執(zhí)行元件組再到肺型高效變速器輸出軸，該動(dòng)力傳遞過(guò)程中，在變矩器的設(shè)計(jì)工況下，渦輪和泵輪之間沒有滑差，變矩器處于高效傳動(dòng)過(guò)程；第二種傳動(dòng)方式是變速器處于中傳動(dòng)比時(shí)，如第三檔，其動(dòng)力傳遞為發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸到變矩器外殼到肺型泵輪到肺型渦輪到渦輪從動(dòng)軸到執(zhí)行元件到變速器輸出軸。該動(dòng)力傳遞過(guò)程中，變速器利用肺型高效變矩器的設(shè)計(jì)工況下的高效率和傳動(dòng)比由渦輪從動(dòng)軸與變速器輸出軸相連而直接輸出。第三種傳動(dòng)方式是變速器處于低傳動(dòng)比時(shí)，如第四檔即超速檔時(shí)，其動(dòng)力傳遞為發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸到直接傳動(dòng)軸到行星齒輪和執(zhí)行元件到變速器輸出軸，該動(dòng)力傳遞過(guò)程中，變速器利用發(fā)動(dòng)機(jī)的額定工況下的高效率由直接傳動(dòng)軸直接輸出。
綜合上述6點(diǎn)本發(fā)明的高效率是由型肺型高效變矩器的性能和建立在該基礎(chǔ)上的動(dòng)力傳遞組合實(shí)現(xiàn)的。肺型變矩器能使液力損失最小而能頭產(chǎn)生大、能量轉(zhuǎn)化完全，使變速器在第一檔、第二檔和倒檔時(shí)，變矩器無(wú)滑差，效率高，而在第三檔和第四檔即超速檔時(shí)，利用變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)的額定工況的高效率直接輸出，因此該發(fā)明的變速器始終處于高效率的運(yùn)行工況下。
二本發(fā)明大的變扭系數(shù)是這樣實(shí)現(xiàn)的，它由肺型泵輪和導(dǎo)輪上各自的結(jié)構(gòu)以及兩者之間的配合關(guān)系所決定。
1.肺型泵輪本設(shè)計(jì)泵輪采用100°的葉片出口角；80°的葉片進(jìn)口角，葉片數(shù)21片，出口邊有效直徑181mm，該結(jié)構(gòu)在加工工藝簡(jiǎn)單的前提下，是流量和動(dòng)量矩的優(yōu)化配合，其出口速度三角形呈純角形，出口速度矩增大，其進(jìn)口速度三角形呈銳角形，進(jìn)口速度環(huán)量減少，導(dǎo)致進(jìn)口速度矩減小，因此在最優(yōu)流量下其動(dòng)量矩的變化最大，根據(jù)歐拉公式，泵輪上的力矩MB＝γQ·ΔVu1r1/g，是泵輪出口和進(jìn)口的動(dòng)量矩的變化量，因此，理論上泵輪將獲得較大的力矩。
2、導(dǎo)輪導(dǎo)輪葉片進(jìn)口安放角50°，采用4.3°正沖角，出口安放角41°，葉片數(shù)13片，其絕對(duì)速度方向相反，該結(jié)構(gòu)在失速工況時(shí)，渦輪的牽連速度是0，渦輪出口的絕對(duì)速度與相對(duì)速度相等，那么導(dǎo)輪的進(jìn)口速度即是渦輪出口的相對(duì)速度，也是出口的絕對(duì)速度，此時(shí)，在進(jìn)口安放角50°的情況下，導(dǎo)輪的進(jìn)口處圓周方向的動(dòng)量矩是一個(gè)較大的理想值，而導(dǎo)輪出口液體方向沿41°流出并流進(jìn)泵輪，其動(dòng)量矩與泵輪進(jìn)口動(dòng)量矩大小相等且方向相反，而且是理論無(wú)沖擊的進(jìn)入泵輪，其在圓周方向上的動(dòng)量矩的值是一個(gè)較大的理想值并且方向與進(jìn)口相反，根據(jù)歐拉公式，導(dǎo)輪上的力矩MD＝γQ·ΔVu3r3/g。
綜合上述第1和第2兩項(xiàng)，變矩器的力矩失速工況下的最大力矩應(yīng)是泵輪和導(dǎo)輪力矩之和，MB+MD＝γQ(ΔVu1r1+ΔVu3r3)/g其中，公式中第一項(xiàng)是泵輪出口動(dòng)量矩的理想值，第二項(xiàng)是導(dǎo)輪進(jìn)口動(dòng)量矩的理想值，因兩者方向相反，中間的“一”應(yīng)變?yōu)椤笆?。所以，上述泵輪和?dǎo)輪各自的結(jié)構(gòu)和兩者之間的相互配合關(guān)系，使該變矩器具有較大的失速扭矩比，同時(shí)也具有大的變扭系數(shù)。
三、本發(fā)明的正透性是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明變矩器采用單級(jí)二相三元件，肺型渦輪是向心式渦輪，向心式渦輪在渦輪轉(zhuǎn)速增加時(shí)，流量減小，從而引起泵輪的力矩減小，也使加在發(fā)動(dòng)機(jī)上的力矩減小，使發(fā)動(dòng)機(jī)能得到充分的發(fā)揮。
有益效果由于采用上述方案，可以使無(wú)級(jí)變速器，即有大的變矩系數(shù)又有高的效率，同時(shí)又有好的正透過(guò)性，使得家用轎車動(dòng)力性能好，節(jié)省燃油，而且延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作壽命，采用上述方案，可以使其在同功率下的變速器體積小，重量輕。
圖面說(shuō)明下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1是肺型高效無(wú)級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)示意2是肺型高效變矩器的軸面投影3是肺型高效變矩器沿中間流線展開翼型4是肺型高效變矩器中泵輪，渦輪和導(dǎo)輪的出口速度三角形圖。
圖中，1、變矩器外殼；2、肺型泵輪；3、肺型渦輪；4、導(dǎo)輪；5、渦輪從動(dòng)軸；6、直接傳動(dòng)軸；7、執(zhí)行元件組；8、行星齒輪系；9、變速器輸出軸；10、變速器殼體。
實(shí)現(xiàn)發(fā)明最好方式本實(shí)施例為四前進(jìn)檔的無(wú)級(jí)變速器，第四檔即為超速檔；所配發(fā)動(dòng)型號(hào)和參數(shù)直列或V型6缸；排氣量3.0升，最大功率和轉(zhuǎn)速126(KW)/5200(rpm)；最大扭矩和轉(zhuǎn)速250(N.M)/4000(rpm)，工作液體以30#機(jī)油為介值，其重度900千克/米3或8820牛頓/米3。
根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，以發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率工況為肺型高效無(wú)級(jí)變速器的設(shè)計(jì)工況，變速器的輸入功率和扭矩也是變矩器泵輪上的輸入功率和扭矩，其值大小為發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率工況下的功率減去發(fā)動(dòng)機(jī)附件的機(jī)械損失，如風(fēng)扇等的機(jī)械損失，其值一般為0.1倍的額定功率即發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率，因此肺型高效變矩器上泵輪的輸入功率和扭短分別是N＝(1-0.1)Ne＝113.4(千瓦)；M＝9.55×103N/n＝208(牛頓·米)在圖1中，變矩器外殼(1)和肺型泵輪(2)連成一體，肺型泵輪(2)垂直裝于渦輪從動(dòng)軸(5)和直接傳動(dòng)軸(6)的共公軸線上，并在該軸線上自由轉(zhuǎn)動(dòng)，渦輪從動(dòng)軸(5)套于直接傳動(dòng)軸(6)上，兩者軸心線重合并且配合為松配合，肺型渦輪(3)在進(jìn)口面與肺型泵輪(2)出口面平行安裝，兩平行平面間間隙為2.6mm，肺型渦輪(3)與渦輪從動(dòng)軸(5)鋼性連接，并可以一起繞其軸線自由旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)輪(4)裝在肺型泵輪(2)和肺型渦輪之間，其內(nèi)圈裝在渦輪從動(dòng)軸(5)上并可繞其軸線單向旋轉(zhuǎn)，渦輪從動(dòng)軸(5)和行星齒輪(8)連接，執(zhí)行元件組(7)與行星齒輪系(8)組成變速器的控制和執(zhí)行部份，執(zhí)行元件組(7)中的制動(dòng)部份固定在變速器殼體(10)上，渦輪從動(dòng)軸(5)上的動(dòng)力在執(zhí)行元件組(7)的控制下通過(guò)行星齒輪系(8)由變速器輸出軸(9)傳輸出去。另一條傳動(dòng)路線是直接傳動(dòng)軸(6)與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸聯(lián)接，又一端與行星齒輪系(8)連接，在執(zhí)行元件組(7)的控制下，動(dòng)力由變速器輸出軸輸出出去。
在圖(2)和圖(3)中，兩者合起來(lái)組成肺型泵輪、肺型渦輪和導(dǎo)輪的結(jié)構(gòu)圖。其中肺型泵輪(2)的結(jié)構(gòu)參數(shù)流量0.10(m3/s)；葉片數(shù)21片，有效直性181mm，葉片出口安放角100°，出口寬度10mm，中間流線出口直線171mm，葉片進(jìn)口安放角80°，進(jìn)口寬度21mm，中間流線進(jìn)口直徑95mm，軸面投影呈半肺型。肺型渦輪(3)的結(jié)構(gòu)參數(shù)流量0.10(m3/s)，葉片數(shù)＝17片，有效直徑＝181mm，葉片進(jìn)口安放角42.6°，進(jìn)口寬度10mm，中間流線進(jìn)口直徑171mm，葉片出口安放29.1°，出口寬度21mm，中間流線出口直徑95mm，軸面呈半肺型。導(dǎo)輪(4)的結(jié)構(gòu)參數(shù)葉片數(shù)13片，葉片進(jìn)口安放角50°，進(jìn)口角度21mm，中間流線進(jìn)口直95mm。葉片出口安放角41°，出口寬度21mm，中間流線出口直徑95mm。
本實(shí)施例所能產(chǎn)生的能頭、效率、失速扭矩比由圖4的速度三角形圖形計(jì)算如下1、肺型泵輪出口速度三角形牽連速度46.6m/s，相對(duì)速度19.8m/s，絕對(duì)速度53.7m/s，進(jìn)口速度三角形牽連速度25.9m/s，相對(duì)速度19.8m/s，絕對(duì)速度29.8m/s，根據(jù)能量方程肺型泵輪所產(chǎn)生的能頭HB＝ΔUVu/g＝178，其中U是牽連速度，Vu是絕對(duì)速度在圓周方向上的分速度。
2、肺型渦輪牽連速度u＝28.8m/s，相對(duì)速度28.8m/s，絕對(duì)速度53.7m/s，出口牽連速度16m/s，相對(duì)速度40.1m/s，絕對(duì)速度27.2m/s。肺型渦輪所能發(fā)出的扭矩和能頭根據(jù)歐拉公式MT＝＝468(N.m)；根據(jù)能量公式HT＝ΔUVu/g＝-178，其中MT是力矩、Q是流量、γ是重度；計(jì)算得出渦輪從動(dòng)軸的輸出轉(zhuǎn)速是3218(rpm)；由此可以看出，該肺型渦輪所轉(zhuǎn)化的能頭是-178米，在忽略機(jī)械損失、容積損失、液力損失的前題下，理論上該結(jié)構(gòu)的肺型渦輪可以將導(dǎo)輪所產(chǎn)生的液體的機(jī)械能頭全部轉(zhuǎn)化為渦輪的機(jī)械能，并由渦輪從動(dòng)軸輸入行星齒輪系中，而且渦輪從動(dòng)軸3218轉(zhuǎn)/分鐘較高的轉(zhuǎn)速，保證了其在第三檔時(shí)可以直接傳輸，并且能滿足家用轎車的使用要求。因此理論上，肺型渦輪的能量轉(zhuǎn)化是100％，也即效率達(dá)到最高；而其在額定工況下的扭矩是468牛頓·米，因此其在額定工況下的變扭系數(shù)約K＝2.2。
3.導(dǎo)輪導(dǎo)輪進(jìn)、出口的絕對(duì)速度和相對(duì)速度相等，進(jìn)口絕對(duì)速度是27.2米/秒；出口絕對(duì)速度是29.8米/秒，其所產(chǎn)生的能頭和力矩的變化是根據(jù)歐拉公式計(jì)算導(dǎo)輪的力矩是180牛頓·米；而根據(jù)能量公式計(jì)算，導(dǎo)輪的能頭是0米。
4.失速工況下的失速扭矩比家用轎車在剛起步時(shí)，渦輪所獲得力矩最大，此時(shí)的變扭系數(shù)即是失速扭矩比Ko，該數(shù)值的大小是評(píng)價(jià)汽車動(dòng)力性能好壞的重要指標(biāo)，在本發(fā)明中，失速時(shí)的力矩變化是根據(jù)歐拉公式計(jì)算，渦輪所獲得的力矩是579牛頓·米，此時(shí)的失速扭短比ko=MTMB=2.8]]>5.其動(dòng)力傳遞方式如下在圖1中，在設(shè)計(jì)工況下變矩器外殼(1)與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸相連并與其一起轉(zhuǎn)動(dòng)，肺型泵輪(2)固定在變矩器外殼(1)上并被其帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)對(duì)工作液體產(chǎn)生HB＝178m的能頭和MB＝288(N、M)扭矩，具有能頭的液體斜射入與肺型泵輪平行的肺型渦輪(3)的葉片上，經(jīng)過(guò)吸收液體的機(jī)械能，肺型渦輪(3)轉(zhuǎn)化出HT＝178(m)的機(jī)械能頭和MT＝468((N、M)的輸出扭矩，并以轉(zhuǎn)速nT＝3218rpm的速度被與肺型渦輪相連的渦輪從動(dòng)軸(5)傳輸?shù)叫行驱X輪系(8)里；經(jīng)過(guò)肺型渦輪吸收能量后的液體經(jīng)過(guò)導(dǎo)輪(4)后被肺型泵輪(2)重新吸入泵腔內(nèi)開始新一輪循環(huán)；經(jīng)過(guò)渦輪從動(dòng)軸(5)傳到行星齒輪系(8)里的動(dòng)力在執(zhí)行元件組(7)的控制下，分三種方式由變速器輸出軸(9)輸出變速器，第一種傳動(dòng)比在第1檔、第2檔和倒檔，動(dòng)力由渦輪從動(dòng)軸(5)相對(duì)應(yīng)的傳到行星齒輪系(8)中的1檔、2檔和倒檔的齒輪組里，在執(zhí)行元件組(7)的調(diào)配下按輸出1檔、2檔和倒檔的傳動(dòng)比由變速器輸出軸(9)輸出；第二種變速器在第3檔時(shí)，動(dòng)力傳遞由渦輪從動(dòng)軸(5)按變矩器肺型渦輪的額定轉(zhuǎn)速nT＝3218rpm和額定扭矩MT＝468N、M直接傳到變速器輸出軸(9)的齒圈而變?yōu)橹苯虞敵觯谌N，變速器處于第4檔時(shí)，即超速檔時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與直接傳動(dòng)軸(6)在執(zhí)行元件組(7)的作用下直接相連，并直接傳到變速器輸出軸(9)的齒圈上而直接輸出。
在失速工況下，即汽車起步時(shí)，其動(dòng)力傳遞是肺型泵輪(2)與變矩器外殼(1)一起隨發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸以一定的角速度旋轉(zhuǎn)，獲得相應(yīng)能頭和扭矩的液體以一定的絕對(duì)速度射入肺型渦輪(3)中，此時(shí)肺型渦輪的牽連速度等于0，那么進(jìn)入肺型渦輪的絕對(duì)速度和相等速度相等，并沿肺型渦輪的出口安放角的方向流入導(dǎo)輪(4)，液體在導(dǎo)輪(4)中獲得附加力矩后進(jìn)入肺型泵輪流道中進(jìn)行新的循環(huán)，此時(shí)肺型渦輪所獲得的力矩最大，MTmax＝579N.M，該最大力矩通過(guò)渦輪從動(dòng)軸(5)傳到行星齒輪系中并從變速器輸出軸(9)中輸出，該工況的扭矩系數(shù)最大，即為失速扭矩比ko=MtmaxM=579208=2.81]]>對(duì)實(shí)施例的計(jì)算進(jìn)行分析得出1、肺型高效變矩器的能頭變化，也即效率變化泵輪所能產(chǎn)生的能頭HB＝178米，在忽略變矩器的機(jī)械損失、容積損失和液力損失時(shí)，渦輪獲得的能頭HT＝178米，效率y=H7H13=178178×100%=100%,]]>但并不能說(shuō)明該發(fā)明的效率是100％，但是對(duì)于單級(jí)二相三元件結(jié)構(gòu)，有效直徑相近的變矩器的機(jī)械損失和容積損失相差不大，但是液力損失卻有很大差別，而液力損失又不能用公式明確的計(jì)算出來(lái)，只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行實(shí)測(cè)，或者定性的進(jìn)行描述，本設(shè)計(jì)在忽略各種損失的前題下，可以定性說(shuō)明該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的能頭值與目前公知的技術(shù)相比是1個(gè)較大的理想值，并且渦輪可以將泵輪所產(chǎn)生的能頭100％轉(zhuǎn)化為渦輪的機(jī)械能，不存在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的能頭損失，因此可以定性地說(shuō)明該設(shè)計(jì)是個(gè)理想的設(shè)計(jì)。2、變扭系數(shù)分析渦輪在設(shè)計(jì)工況時(shí)的扭矩為MT＝468牛頓.米。失速工況時(shí)的最大扭矩MTmax＝579牛頓.米，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩M＝208牛頓.米，可以得出設(shè)計(jì)工況時(shí)變扭系數(shù)K=MTM=2.2,]]>失速工況時(shí)的失速扭矩比，ko=MtmaxM=2.8,]]>該技術(shù)與日本目前公知的技術(shù)Ko＝2.0～2.5，美國(guó)福特技術(shù)Ko＝1.9～2.2相比均有較好的動(dòng)力性能。3、正透過(guò)性分析，目前世界對(duì)上無(wú)級(jí)變速器的透過(guò)性沒有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，本設(shè)計(jì)在汽車起動(dòng)時(shí)，肺型高效變矩器的失速扭矩比Ko＝2.8，而發(fā)動(dòng)機(jī)額定工況時(shí)其變矩扭系數(shù)是K＝2.2，說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)所受到的反力矩是由大到小，從最大扭矩逐漸減小到額定扭矩并在額定扭矩下平穩(wěn)工作，此證明該設(shè)計(jì)具有好的透過(guò)性，并且發(fā)動(dòng)機(jī)的力矩變化平均值在1.1～1.2之間，是發(fā)動(dòng)機(jī)最佳工作范圍，可以保護(hù)和延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作壽命。
通過(guò)實(shí)施例可以證明，由肺型高效變矩器和建立在其性能基礎(chǔ)之上的三種動(dòng)力傳遞組合完全可以實(shí)現(xiàn)發(fā)明目地，使肺型高效無(wú)級(jí)變速器無(wú)論在任何路況下都能在高的效率下工作，節(jié)省燃油，而且動(dòng)力性能好，其高效率值和失速扭矩比的值理論上均高于目前公知的技術(shù)，正透過(guò)性好，可以延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作壽命。
權(quán)利要求
1.一種肺型高效無(wú)級(jí)變速器，它由變矩器，渦輪從動(dòng)軸，行星齒輪系，執(zhí)行元件組，變速器殼體和變速器輸出軸組成，而變矩器則有變矩器外殼、肺型泵輪、肺型渦輪和導(dǎo)輪組成，是單級(jí)二相三元件結(jié)構(gòu)，變矩器外殼與肺型泵輪固定連接，肺型泵輪垂直裝于渦輪從動(dòng)軸上并可以繞其軸線自由轉(zhuǎn)動(dòng)，肺型渦輪與泵輪平行并與渦輪從動(dòng)軸剛性連接，渦輪從動(dòng)軸接到行星齒輪系中，行星齒輪系與執(zhí)行元件組一起組成變速器的控制和執(zhí)行部份。行星齒輪系的另一端與變速器輸出軸聯(lián)接，其動(dòng)力傳遞是發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸到變矩器外殼，到肺型泵輪，到肺型渦輪，到渦輪從動(dòng)軸，到行星齒輪系和執(zhí)行元件組，到變速器輸出軸，其特征是變矩器軸面投影形狀呈肺型，泵輪、渦輪和導(dǎo)輪組成一個(gè)完整的肺型軸面流道，渦輪從動(dòng)軸套于直接傳動(dòng)軸上，在中傳動(dòng)比和低傳動(dòng)比時(shí)，渦輪從動(dòng)軸和直接傳動(dòng)軸分別可以直接將動(dòng)力按照各自的傳動(dòng)途徑由變速器輸出軸傳輸出去。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肺型高效無(wú)級(jí)變速器，其特征是泵輪軸面投影呈半肺型，葉片數(shù)21片，葉片呈翼型；出口安放角100°，出口有效直徑181mm，中間流線出口直徑171mm，葉片出口寬度10mm；葉片進(jìn)口安放角80°，中間流線進(jìn)口直徑95mm，葉片進(jìn)口邊寬度21mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肺型高效無(wú)級(jí)變速器，其特征是渦輪軸面投影呈半肺型，葉片數(shù)17片，葉片呈翼型，進(jìn)口安放角35.2°，進(jìn)口邊寬度10mm，進(jìn)口有效直徑為181mm，中間流線進(jìn)口直徑171mm；出口安放角29.1°，出口寬度21mm，中間流線出口直徑為95mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肺型高效無(wú)級(jí)變速器，其特征是導(dǎo)輪葉片翼型，葉片數(shù)13片，進(jìn)口安放角33°，進(jìn)口邊寬度21mm，進(jìn)口中間流線直徑95mm；出口安放角41°，出口邊寬度21m，出口邊中間流線直徑95mm。
全文摘要
一種燃油能耗低，能力性能好且能延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命的帶超速檔的肺型高效無(wú)級(jí)變速器，它由肺型高效變矩器、渦輪從動(dòng)軸、直接傳動(dòng)軸、行星齒輪系，執(zhí)行元件組成，變速器殼體和變速器輸出軸組成，肺型高效變矩器有變矩器外殼、肺型泵輪、肺型渦輪和導(dǎo)輪組成，是單級(jí)二相三元件結(jié)構(gòu)，軸面呈肺型，其動(dòng)力傳遞由軸心線重合且套于一起的渦輪從動(dòng)軸和直接傳動(dòng)軸按不同的傳動(dòng)比組成三種動(dòng)力傳遞組合，本發(fā)明利用肺型高效變矩器大的變扭系數(shù)，高的效率和良好的透過(guò)性以及三種動(dòng)力傳遞組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，使變速器能在任何路況下即有好的動(dòng)力性能又處于高效率工況下工作，本發(fā)明可用于排量小于4.0升，帶超速檔的汽車。
文檔編號(hào)F16H47/00GK1693738SQ20041002706
公開日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2004年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月8日
發(fā)明者李國(guó)強(qiáng) 申請(qǐng)人:李國(guó)強(qiáng)