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汽車變速箱轉速高還是發動機轉速高?

發動機是不能直接驅動車輪的,因此在發動機與車輪之間還存在變速箱。變速箱的作用就是彌補發動機的短處,可以降低轉速放大發動機扭矩、也可以犧牲扭來提高轉速,當發動機低檔位時變速箱是減速,這時候變速箱輸出轉速自然低於發動機的,而高檔位時變速箱則是增速、輸出軸轉速是高於發動機的。

下圖是DQ250變速箱各檔位的傳動比:

可以看出來1-5檔傳動比都>1,這五個檔位都是降速檔。6檔傳動比<1,是增速檔。有了傳動比後我們就可以計算出變速箱輸出轉速、扭矩。

傳動比是什麼?

傳動比是機構中兩轉動構件角速度的比值,也稱速比。構件a和構件b的傳動比為i=ωa/ ωb=na/nb,式中ωa和 ωb分別為構件a和b的角速度(弧度/秒);na和nb分別為構件a和b的轉速(轉/分)。當式中的角速度為瞬時值時,則求得的傳動比為瞬時傳動比。當式中的角速度為平均值時,則求得的傳動比為平均傳動比。

對於齒輪嚙合傳動的變速箱(雙離合、手動、AT)來講,瞬時傳動比是不變的。對於鏈條傳動的變速箱(CVT等),瞬時傳動比是變化的。簡單的來說汽車變速箱的傳動比就是輸入轉速與輸出轉速的比值。因此我們知道了汽車各檔位的傳動比就可以算出來變速箱輸出軸轉速。假如發動機轉速為2000轉/分,一檔傳動比為上圖中的3.461:1,那麼變速箱輸出軸轉速為2000/3.461≈578轉/分。此時變速箱雖然輸出轉速比較低,但是輸出扭矩是非常大的,假如發動機2000轉/分時輸出扭矩為350Nm。那麼變速檔位在一檔時輸出扭矩被放大3.461倍,350*3.461=1211Nm,一檔時變速箱把扭矩放大到1121Nm。這就是典型的降低轉速放大扭矩來驅動車輛起步。

車輛起步後隨著速度增加,對扭矩要求逐步降低。因此變速箱檔位會逐步提升,變速箱輸出轉速也越來越高。當掛如三擋後變速箱輸出軸轉速為2000/1.464=1366.120219轉/分,當掛入五檔時變速箱輸出軸轉速為2000/1.093=1829.826167轉分,可以看到變速箱輸出軸轉速越來越接近發動機轉速。而掛入六檔後,變速箱輸出軸轉速為2000/0.921=2171.55266轉/分,此時變速箱輸出軸轉速大於發動機轉速。這就是超速檔,通過變速箱來放大發動機轉速,可以降低發動機轉速來節約燃油、降低發動機高轉速帶來的噪音/震動,提高舒適性。但是放大轉速是通過犧牲扭矩來實現的,上圖表中的六檔傳動比為0.921,變速箱輸出扭矩為350*0.921=322.35Nm。可以看出來發動機扭矩經過變速箱後降低了!這就是放大轉速犧牲扭矩。

變速箱輸出軸的轉速還不是車輪的最終轉速,變速箱輸出動力還要經過差速器才能傳遞到車輪。

而差速器除了可以實現「差速」之外,還具備減速功能。也就是說變速箱輸出軸轉速經過差速器後還會進一步降低轉速,當然扭矩還會進一步被放大。差速器的速比都是固定的,並不能像變速箱那樣可調檔位也沒有必要。

上圖可以看到,來自變速箱的動力與差速器主動齒輪連接,而主動齒輪與環齒輪嚙合,但是主動齒輪的齒數明顯低於環齒輪,主動齒輪轉N圈環齒輪才能轉一圈,這就是齒輪減速。假如差速器速比為3.91那麼發動機轉速為2000轉/分的時候,變速箱處於一檔,變速箱輸出轉速為2000/3.461≈578轉/分,而經過差速器進一步降速後的轉速為578/3.91=147.826087轉/分。同理,變速箱六檔時差速器輸出轉速為2171.55266/3=723.8508867.91轉/分。

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