自动变速器功率损失探讨

周能文，代旭涛

（西安双特智能传动有限公司，陕西 西安 710119）

自动变速器功率损失探讨

周能文，代旭涛

（西安双特智能传动有限公司，陕西 西安 710119）

∶文章简要介绍了在自动变速器中造成功率损失的各方面因素，并介绍了各个因素引起的功率损失的计算方法。采用此方法可以在样机试制前对自动变速器总的功率损失进行分析，对确定自动变速器的效率目标和减少开发风险非常有帮助。同时在开发过程中，可以对引起功率损失比较大的因素进行着重考虑，减少整个自动变速器的功率损失。

∶自动变速器；功率损失

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.054

CLC NO.: U463.212Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-154-03

引言

效率是自动变速器一项非常重要的指标，因为效率低的变速器，功率损失非常大，油耗也就非常高。而当前的自动变速器设计，基本是在样机试制完成后在台架上测试才能获取变速器的效率，如果效率低下，基本宣告整个开发工作失败。所以如何根据传动路线和初步布置提前分析变速器的效率显得尤为重要。本文就是在此前提下，对影响自动变速器功率损失的各方面因素进行了探讨，并介绍了各个因素引起功率损失的计算方法，通过本文可以基本计算除变矩器之外的自动变速器总体效率。

1、影响自动变速器功率损失的因素和计算方法

影响自动变速器功率损失的主要因素分为受速度影响的损失和受扭矩影响的损失。其中和速度有关的损失有齿轮啮合损失，离合器和制动器拖曳损失，密封元件摩擦损失，风损，齿轮和轴承空转损失，油泵损失等；和扭矩有关的损失有齿轮啮合损失，轴承摩擦损失及油泵损失等。下面分别就各项影响因素及计算方法进行说明。计算实例基于艾利逊3000传动路线，计算其在输入转速1000转/分，输入扭矩1000牛米条件下的功率损失，计算时选用的各齿轮齿数如表1所示。

齿轮啮合损失是齿轮运动，摩擦系数，转速和传递扭矩共同作用的结果。齿轮运动包括滚动和滑动，摩擦系数取决于润滑油特性，传递载荷和相对转速。计算方法参考AGMA6123-B06，计算得到示例中所有齿轮啮合损失如图1所示。

表1　行星轮系各齿轮齿数

图1　齿轮啮合损失

轴承摩擦损失取决于摩擦系数，轴承载荷，轴承尺寸和转速。实际计算时考虑行星轮系中的所有轴承，包括止推轴承，圆锥滚子轴承，滚针轴承和滑动轴承。计算公式参考AGMA 6123 B06，计算时各轴承所受径向或轴向载荷可以通过在给定输入条件下，由ROMAX建模得到。计算时所用轴承摩擦系数可以参考轴承厂家推荐的标准数据，本文基于SKF提供的数据，见表2，计算得到示例中所有行星架上滚针轴承的摩擦损失如图2所示：

表2　轴承摩擦系数

风阻损失只考虑变速器中尺寸比较大的零件，比如齿圈。计算方法参考AGMA 6123-A88。计算得到示例中三个齿圈的风阻如图3所示，从图中可以看出风阻对整个变速器功率损失影响非常小。

图2　滚针轴承摩擦损失

图3　风阻造成的功率损失

当变速器处于某个档位时，未结合的离合器和制动器的拖曳损失对整个变速器的功率损失影响非常大，贡献了大约20%的功率损失[3]。拖曳损失主要受摩擦片数量和尺寸，温度，摩擦片间隙和润滑油流量的影响。计算方法见参考文献3，从文献中可以看出，拖曳扭矩和摩擦片相对转速有关，不受输入扭矩影响，同时对进入离合器和制动器的润滑油流量非常敏感。在实际应用时，指定了摩擦片尺寸数量和间隙后，为了尽可能减小离合器和制动器拖曳损失，需要想办法减少进入未结合的离合器和制动器的润滑油流量。本示例采用了离合器和制动器选择性润滑，即离合器和制动器不工作时，通过控制手段，减少进入其的润滑油流量。由于离合器和制动器中还有残余油液或可能由变速器其他部位溅入的油液，计算时仍然假定不结合时还有部分润滑油液进入，见表3所示。计算得到的离合器和制动器拖曳损失造成的功率损失如图4所示。

表3　离合器和制动器不工作时润滑油流量

密封元件摩擦损失主要考虑变速器中有旋转运动的密封元件的摩擦损失，比如油封和轴上使用的旋转密封圈，由于活塞上的密封圈没有旋转运动，所有不计算其对功率损失的影响。计算时假定在每mm直径上有4Nmm密封损失，参考AGMA6123-A88 图9-4。本示例中共有8个旋转密封圈，根据各密封圈直径，计算得到密封元件摩擦损失如图5所示。可以看出，在所有档位，密封元件摩擦损失基本不变。

图4　离合器和制动器拖曳造成的功率损失

图5　密封元件摩擦损失

油泵是自动变速器中必不可少的零件。油泵功率由油泵的排量，效率和工作压力决定。本示例中假定油泵排量=50.6毫升/转，效率=85%，工作压力=2兆帕。

计算时假定在所有档位时工作压力保持不变。计算得到的油泵损失如图6所示，在实际应用时，可以考虑在不同工况时，减小工作压力，以减小油泵损失，提高效率。

图6　油泵引起的功率损失

将上述影响功率损失的因素叠加起来，得到整个变速器的功率损失如图7所示。

图7　自动变速器总功率损失

从图7中可以看出，对功率损失影响较大的是油泵损失，齿轮啮合损失和离合器和制动器拖曳损失。本示例是在假定某一输入扭矩和输入转速的条件下计算的，实际计算时需要考虑不同的输入扭转的输入转速的组合。同时在计算过程中我们发现，功率损失对油泵工作压力和未结合离合器和制动器的润滑流量非常敏感。

2、结论

（1）在自动变速器中，对功率损失影响较大的是油泵损失，齿轮啮合损失和离合器和制动器拖曳损失。本结论可以指导技术人员在选取传动路线时，选取在各档时参与功率流传递齿轮数量最少的路线，在实际设计过程中，考虑如何在减少油泵损失以及离合器和制动器拖曳损失方面采取措施，以提高效率，减少功率损失。

（2）当传动路线选定后，由于功率损失在各种输入扭矩、输入转速以及档位条件下不尽相同，在确定自动变速器效率目标时，需要指定输入扭矩和转速以及档位。当样机试制完成后可以在台架上按相同的输入条件测量变速器实际的功率损失，以验证本分析的正确性。

[1] AGMA6123-B06 Design Manual for Enclosed Epicyclic Gear Drives.

[2] AGMA6123-A88 Design Manual for Enclosed Epicyclic Gear Drives.

[2] ShinkFilm Wet Clutch Drag Method from Venu, Wet Clutch Modelling Techniques, Chalmers University of Technology, 2013.

Power Loss of Automatic Transmission

Zhou Nengwen, Dai Xutao
（Xi'an FC intelligence transmission co., LTD, Shaanxi Xi'an 710119）

Lots of items affected power loss of automatic transmission will be introduced in this paper, the calculation methods induce power loss will also be introduced. The overall power loss will be analyzed before prototype manufacture that helpful for setting the efficiency target and reducing risk. And the items which make the majority of power loss will be focused to improve the efficiency of the automatic transmission.

Automatic transmission; Power loss

∶U463.212

∶A

∶1671-7988 (2016)09-154-03

周能文（1981-），男，工程师，就职于西安双特智能传动有限公司，主要从事汽车自动变速器研发工作。

代旭涛（1984-），男，工程师，就职于西安双特智能传动有限公司，主要从事汽车自动变速器研发工作。