Şanzımanlar — Manuel Şanzıman (MT), Otomatik Şanzıman (AT), Sürekli Değişken Şanzıman (CVT) ve Çift Değişken Şanzıman (DCT) Karşılaştırması

Contents — find the section you need

0. Bu makalenin açıkladığı konular

Bir tekerleğin neden doğrudan bir motora bağlanamayacağı ve neden bir orana ihtiyaç duyulduğu.
Manuel şanzıman (MT), tork konvertörlü otomatik şanzıman (AT), sürekli değişken şanzıman (CVT) ve çift kavramalı şanzıman (DCT) arasındaki mekanik elemanlar, verimlilik, ısı ve kontrol farklılıkları.
ZF 8HP, Toyota'nın planet dişli THS güç dağılımı ve DCT'ler dahil olmak üzere örnekler ve elektrikli araçların neden genellikle bir redüksiyon dişlisine yöneldiği.

1. Özetle: Şanzıman nedir?

Bir şanzıman, ana tahrik motorunun hızını ve torkunu, araç hızına, eğimine ve yüküne uyacak şekilde dönüştürür. Burada redüksiyon oranını $i$ giriş/çıkış olarak tanımlayalım. Giriş torku $T_i$ , çıkış torku $T_o$ , giriş hızı $\omega_i$ ve çıkış hızı $\omega_o$ için,

i=\frac{\omega_i}{\omega_o},\qquad \left.\frac{T_o}{T_i}\right|_{\eta_g=1}=i,\qquad \frac{T_o}{T_i}=\eta_g i,\qquad P_o=\eta_g P_i

Ortadaki ilişki kayıpsız ideal durumdur; Sağ taraftaki ilişki, verimlilikteki dişli, yatak ve yağ kayıplarını içerir $\eta_g$ . Daha büyük bir redüksiyon oranı $i$ tekerlek torkunu artırır ancak tekerlek hızını düşürür.

2. Neden bir orana ihtiyaç duyulur?

İçten yanmalı bir motor, yalnızca sınırlı bir hız aralığında verimli ve torkludur ve sıfır hızda dönmeyi sürdüremez. Tekerlekler, durma noktasından otoyol hızına kadar hareket etmelidir, bu nedenle kalkışta büyük bir redüksiyon kullanılır ve seyirde daha küçük bir redüksiyon kullanılır. Elektrik motorları yüksek düşük hız torku ve geniş bir sabit güç bölgesi sunar, bu nedenle birden fazla vitese ihtiyaç duymazlar, ancak ağır araçlar, yüksek hız ve çekme işlemleri iki veya daha fazla oranı haklı çıkarabilir.

Bir debriyaj hız farkını emer ve kaynağı keser; bir diferansiyel sol-sağ tekerlek hız farkına izin verir. Bu nedenle şanzıman verimliliği, yalnızca dişli ağı kaybını değil, vites değiştirme kesintisini, hidrolik pompa kaybını, soğutmayı ve kontrol yazılımını da içerir.

3. Temel mimari

Şekil 1 — Oran seçilir, debriyaj hız farkını emer ve diferansiyel torku tekerleklere dağıtır.

4. MT: En Doğrudan Vites Değiştirme

Manuel şanzıman (MT), sürücüden debriyajı bırakmasını, şaft hızını senkronize etmesini ve bir vitese geçmesini ister. Sabit dişliler yaygındır: kullanılmayan dişliler bile dönerken, senkronizasyon halkaları ve kavramalar seçilen dişliyi bağlar. Tasarım, az miktarda hidrolik kontrol ile mekanik olarak şeffaftır, ancak kalkış, yokuş kalkışları ve vites değiştirme sürücüye bağlıdır.

5. AT: Tork Konvertörü ve Planet Dişliler

Geleneksel çok vitesli otomatik şanzıman, bir sıvı tork konvertörü, planet dişli takımları, hidrolik kavramalar ve bir elektronik kontrol ünitesini birleştirir. Pompa, türbin ve stator hız farkı kalkış torkunu artırabilir; bir kilitleme kavraması seyir halindeyken kaymayı azaltır. Bir planet takımı, güneş, planet taşıyıcı ve halkasının hangisinin tutulduğunu, tahrik edildiğini veya çıkış verdiğini seçerek oranı değiştirir.

ZF, beş vites değiştirme elemanına sahip dört dişli takımı seçen bir 8HP tasarımı yayınlayarak, daha fazla oranın sadece daha fazla vites anlamına gelmediğini göstermektedir. Mevcut 8HP varyantları, yanmalı, hafif hibrit ve Şarj edilebilir hibrit araçlar.

6. CVT: Sürekli Değişken Oran

Bir kayışlı CVT, hidrolik basınçla iki kasnağın etkin yarıçaplarını değiştirir. Oranı şöyledir:

i_{CVT}=\frac{\omega_{in}}{\omega_{out}}=\frac{r_{driven}}{r_{drive}}

Kayma yokken, ωin rdrive = ωout rdriven. 50 mm tahrik yarıçapı ve 100 mm tahrik edilen yarıçap i=2 verir, bu nedenle çıkış hızı giriş hızının yarısıdır.

Bir motoru verimli bir hıza yakın tutabilir, ancak kayış sıkıştırma kuvveti, kasnak sürtünmesi ve hidrolik pompa enerji tüketir. Bir kalkış tork konvertörü veya planet dişli kademesi eklenebilir ve bir hibrit güç bölme sistemi bir elektrik yolunu yönlendirebilir; bu nedenle "CVT" olarak adlandırılan iki sistem çok farklı güç akışlarına sahip olabilir.

7. DCT: Alternatif olarak iki debriyaj

Çift debriyajlı bir şanzıman, tek ve çift vitesleri ayrı debriyajlara atar ve bir sonraki vitesi önceden seçer. Bir vites değiştirme, bir debriyajı açarken diğerini kapatarak kesintiyi en aza indirir. Kuru bir debriyajın Düşük yağ çalkalama kaybı ancak kalkış ısısı ve aşınma sorunlarıyla karşı karşıya; ıslak debriyaj daha iyi soğutur ancak pompa gücüne ihtiyaç duyar.

8. Yaklaşımların Karşılaştırılması

Tip	Mekanik fikir	Verimlilik eğilimi	Zorlu koşullar
MT	Sabit dişliler ve tek debriyaj	Yüksek, az kontrol kaybıyla	Trafik, kalkış, sürücü değişkenliği
Çok hızlı AT	Tork konvertörü, planet dişli takımları, hidrolik	Kilitlemeli yüksek	Hidrolik/soğutma kaybı, kütle, vites değiştirme gecikmesi
CVT	Değişken kasnaklar	Ana tahrik motorunu verimli bir noktaya yakın tutar	Yüksek tork, kayış sıkıştırma, ısı
DCT	Tek/çift dişliler ve iki debriyaj	Yüksek mekanik kavrama	Düşük hızda debriyaj ısısı ve kontrol karmaşıklığı
EV redüksiyon	Genellikle sabit redüksiyon ve diferansiyel	Az oranlı kayıplar	Yüksek hız, kütle, motor hız limiti

9. Kontrol ve pratik seçimler

Vites kontrolü araç hızını, gaz pedalını ve motoru okur Hız, eğim, yağ sıcaklığı ve yanal ivme. Basitleştirilmiş maliyet şöyledir:

J= w_f\,\mathrm{fuel}+w_s\,\mathrm{shift\ shock}+w_d\,\mathrm{delay}+w_t\,\mathrm{temperature}

Sadece yakıt optimizasyonu sık vites değişimlerine veya düşük hızda titreşime neden olabilir. Elektrikli sistemler motor hız limitlerini, batarya şarj durumunu (SOC), rejeneratif torku ve invertör sıcaklığını ekler.

Sürücü hissi ve servis kolaylığı: Manuel şanzıman (MT), debriyaj aşınmasını ve sürücü çabasını kabul eder.
Geniş araç kütlesi, çekme ve konfor: Çok hızlı otomatik şanzıman (AT), konvertör, hidrolik ve soğutmayı bir sistem olarak karşılaştırır.
Sabit hızda ekonomi: CVT, maksimum giriş torku ve termal kapasite kontrol edildikten sonra.
Hızlı vites değişimleri ve sportif tepki: DCT, trafikte debriyaj sıcaklığı kontrol edildikten sonra.
Binek Elektrikli Araç (EV): Sabit oranlı redüksiyon temeldir; yüksek hızda seyir ve çekme, birden fazla oranı haklı çıkarabilir.

10. Üç satırlık özet

Bir şanzıman, bir ana tahrik aracının dar verimli hız aralığını, Tekerleğin geniş hız aralığı.

MT, AT, CVT ve DCT şanzımanlar, verimlilik, ısı ve kontrol karmaşıklığına karşı dişli, hidrolik, kayış ve çift kavramalı davranışları takas eder.

EV'ler sabit bir redüksiyona indirgenebilir, ancak oran sayısı yüksek hız, çekme ve rejenerasyon dahil olmak üzere sistem verimliliğinden seçilmelidir.

Anlayışınızı kontrol edin

Redüksiyon oranını ikiye katlamak ne yapar?

İdeal olarak, çıkış hızı yarıya iner ve tork ikiye katlanır. Güç üretilmez; gerçek şanzımanlarda da kayıplar vardır.

Referanslar

What to read next

Review the backgroundGaz Türbinleri — Brayton Çevrimi ve Kombine Çevrimli Enerji Üretimi Continue the seriesRobot redüktörleri: planet, gerinim dalgası ve sikloidal mekanizmalar Explore another aspect of this fieldFren Sistemlerine Giriş — Disk, Kampana, Rejenerasyon ve Elektronik Frenleme

#transmission #MT #AT #CVT #DCT #gearbox #powertrain