郝凱敏，嚴(yán)思敏，龍彬，安元卜，李謙

變速器壓力調(diào)節(jié)閥油路通斷節(jié)流設(shè)計(jì)研究

郝凱敏，嚴(yán)思敏，龍彬，安元卜，李謙

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司智能傳動(dòng)研究所，陜西 西安 710077）

變速箱液壓壓力調(diào)節(jié)在車輛駕駛過(guò)程中對(duì)換擋舒適性及閥芯的安全性起著至關(guān)重要的作用。針對(duì)現(xiàn)有閥芯在油路連通和關(guān)閉處存在瞬間液壓力轉(zhuǎn)換，壓力差變化較大，流量波動(dòng)明顯，出現(xiàn)閥芯擺動(dòng)，導(dǎo)致滑閥口產(chǎn)生噪聲氣蝕甚至破壞的問(wèn)題。文章設(shè)計(jì)了一種AT變速器壓力調(diào)節(jié)閥的油路通斷節(jié)流設(shè)計(jì)，利用閥芯在不同位移處調(diào)節(jié)開(kāi)啟面積，在閥芯油路連通處設(shè)計(jì)過(guò)流節(jié)流裝置，流動(dòng)介質(zhì)進(jìn)入面積緩變，壓力提前緩增，進(jìn)入型腔緩沖，能量轉(zhuǎn)換變緩，減少氣蝕，減少瞬時(shí)液壓力對(duì)閥芯的沖擊。

節(jié)流設(shè)計(jì)；壓力調(diào)節(jié)；開(kāi)啟面積

前言

汽車在不同的道路環(huán)境下，需要以不同的速度行駛，自動(dòng)變速器在工作的過(guò)程中，閥板上的過(guò)油孔會(huì)有流動(dòng)介質(zhì)快速流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)檔位切換。在檔位切換的時(shí)候，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，大量高壓流動(dòng)介質(zhì)從油泵口進(jìn)入，為使流動(dòng)介質(zhì)在變速器穩(wěn)壓口穩(wěn)定的流出至對(duì)應(yīng)油路，閥芯向左移動(dòng)，當(dāng)閥芯在壓力調(diào)節(jié)閥的油路通斷處移動(dòng)時(shí)，大量流動(dòng)介質(zhì)進(jìn)入中壓變矩器位置和低壓油底殼位置，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓和泄壓的作用，因過(guò)流面從無(wú)到有，從小縫到大縫，在瞬間液壓力作用下，壓力差較大，流量波動(dòng)比較明顯，出現(xiàn)了閥芯擺動(dòng)，導(dǎo)致滑閥口產(chǎn)生噪聲氣蝕甚至破壞。在此基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了一種變速器壓力調(diào)節(jié)閥的油路通斷節(jié)流設(shè)計(jì)，利用閥芯在不同位移處調(diào)節(jié)開(kāi)啟面積，在閥芯油路連通處設(shè)計(jì)過(guò)流節(jié)流裝置，減少了閥芯處的噪聲。在調(diào)節(jié)閥的油路斷開(kāi)時(shí)，流動(dòng)介質(zhì)回流到變矩器或者回流到油底殼時(shí)，因壓力調(diào)節(jié)閥的斷流節(jié)流作用，實(shí)現(xiàn)流動(dòng)介質(zhì)流出面積緩變，壓力逐步減少，降低了調(diào)節(jié)閥在斷開(kāi)時(shí)的噪音。

1 壓力調(diào)節(jié)閥的工作原理

壓力調(diào)節(jié)閥通常包括彈性裝置、閥芯裝置、高壓進(jìn)油口、高壓出油孔口、中壓出油口和低壓出油口等。換擋時(shí)，換擋軸驅(qū)動(dòng)自鎖裝置轉(zhuǎn)動(dòng)并使之到達(dá)需求擋位位置，自鎖裝置上方的銷驅(qū)動(dòng)液壓閥板上的手動(dòng)閥芯，將液壓油路切換至對(duì)應(yīng)的檔位中，從而實(shí)現(xiàn)換擋。其中，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，大量高壓流動(dòng)介質(zhì)從油泵口吸入，為使流動(dòng)介質(zhì)在變速器穩(wěn)壓口穩(wěn)定的流出至對(duì)應(yīng)油路，閥芯向左移動(dòng)，當(dāng)閥芯在壓力調(diào)節(jié)閥的油路通斷處移動(dòng)時(shí)，大量流動(dòng)介質(zhì)進(jìn)入中壓變矩器位置，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓和泄壓的作用；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速再增加時(shí)，中壓位置無(wú)法滿足調(diào)壓和泄壓要求時(shí)，為減少油耗，閥芯繼續(xù)向左移動(dòng)，大量的流動(dòng)介質(zhì)從輸入口油泵處回流到油底殼低壓處。

圖1 換擋時(shí)壓力調(diào)節(jié)工作原理簡(jiǎn)圖

在圖1所示的換擋壓力調(diào)節(jié)中，油泵處有大量的流動(dòng)介質(zhì)輸入，回流到變速器中壓變矩器處時(shí)不進(jìn)行滑閥口過(guò)流節(jié)流設(shè)計(jì)，在油路連通和關(guān)閉處存在非常大的瞬時(shí)液壓力，節(jié)流面面積增加明顯，大量的流動(dòng)介質(zhì)進(jìn)入，閥芯受力不均勻，能量轉(zhuǎn)換較快，對(duì)閥芯的沖擊力較強(qiáng)，大量流動(dòng)介質(zhì)沖擊滑閥口產(chǎn)生噪聲。

2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了解決這種問(wèn)題，本文對(duì)換擋時(shí)的壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)油泵處壓力較大時(shí)，為穩(wěn)定流向閥板處的壓力，將流動(dòng)介質(zhì)回流到節(jié)流面設(shè)計(jì)為錐形變矩器輸出口時(shí)，可以提前逐步穩(wěn)定的增加節(jié)流面積，減小壓力差變化量；當(dāng)油泵處壓力特別大時(shí)，流動(dòng)介質(zhì)將回流到油底殼，將流動(dòng)介質(zhì)的過(guò)流節(jié)流面設(shè)計(jì)為上下不同心的圓弧，創(chuàng)建油路通斷節(jié)流的四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，減少瞬時(shí)液壓力對(duì)閥芯的沖擊。

在調(diào)節(jié)閥的油路斷開(kāi)時(shí)，流動(dòng)介質(zhì)回流到變矩器時(shí)或者回流到油底殼時(shí)，因壓力調(diào)節(jié)閥的斷流節(jié)流作用，實(shí)現(xiàn)流動(dòng)介質(zhì)流出面積緩變，壓力逐步減少，降低了調(diào)節(jié)閥在斷開(kāi)時(shí)的噪音。

圖2 優(yōu)化后壓力調(diào)節(jié)閥簡(jiǎn)圖

圖3 優(yōu)化后中壓力變矩器輸出口

圖4 優(yōu)化后低壓力油底殼輸出口

圖5 優(yōu)化后輸出口關(guān)鍵位置編號(hào)

圖6 優(yōu)化后的錐形節(jié)流面

如圖2所示，流動(dòng)介質(zhì)從油泵口吸入，穩(wěn)壓流出到閥板內(nèi)部；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，為穩(wěn)定閥板壓力，流動(dòng)介質(zhì)將通過(guò)油路通斷節(jié)流設(shè)計(jì)（圖3）回流到變矩器；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加時(shí)，流動(dòng)介質(zhì)將通過(guò)油路通斷節(jié)流設(shè)計(jì)（圖4所示）回流到油底殼。閥芯向左移動(dòng)位移為x1，S1為閥芯向左移動(dòng)時(shí)，流動(dòng)到中壓變矩器處的流量；S為從為閥芯向左移動(dòng)x2時(shí)，流動(dòng)到低壓油底殼處的流量，S2為從關(guān)鍵位置1和3（如圖5）之間的流量，S3為從關(guān)鍵位置2和4之間的流量。

圖7 優(yōu)化后圓弧過(guò)流節(jié)流面

閥芯向左移動(dòng)x時(shí)，流量S1（如圖6）如下：

油泵處吸入大量的油量，閥芯繼續(xù)向左移動(dòng)，閥芯向左移動(dòng)x2（如圖7）時(shí)：

閥芯繼續(xù)向左繼續(xù)時(shí)，關(guān)鍵位置2開(kāi)啟，閥芯向左移動(dòng)x3=x2+0.9：

從而得到流往油底殼的流量S為：S=S2+S3。

3 優(yōu)化結(jié)果

圖1所示的換擋時(shí)壓力調(diào)節(jié)閥中，為穩(wěn)定進(jìn)入閥板內(nèi)的液壓壓力，大量的高壓流動(dòng)介質(zhì)進(jìn)入變矩器和油底殼，產(chǎn)生了極大的氣蝕。

圖8 有錐閥節(jié)流與無(wú)錐閥節(jié)流的流入量

在中壓變矩器輸入處，油路連通處壓力變化較大，能量轉(zhuǎn)換較快，閥芯處的噪音較大，在回油過(guò)程中，油路通斷節(jié)流處過(guò)油面由小變大（如圖6）流入，滑閥口的面積提前緩增（如圖8），壓力也緩慢增加，能量緩慢轉(zhuǎn)換，使得閥芯的噪音有效減少。當(dāng)油泵處壓力特別大時(shí)，使用不同心的圓弧（如圖5），在油路通斷節(jié)流處將流動(dòng)介質(zhì)先后從關(guān)鍵點(diǎn)1和關(guān)鍵點(diǎn)2流出至油底殼，流動(dòng)介質(zhì)進(jìn)入面積提前緩增（如圖9），在型腔內(nèi)提前進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，減少了壓差對(duì)閥芯的沖擊力，能量轉(zhuǎn)換減慢，減少了流動(dòng)介質(zhì)在壓力調(diào)節(jié)處油路連通時(shí)產(chǎn)生的噪聲。

圖9 有兩段圓弧節(jié)流與無(wú)節(jié)流的流入量

當(dāng)油泵處壓力減少時(shí)，為穩(wěn)定流向閥芯內(nèi)部的壓力，閥芯將向右移動(dòng)，流動(dòng)介質(zhì)在回流低壓油底殼時(shí)，從大縫變成小縫，再?gòu)男】p變成圓弧，先后從關(guān)鍵點(diǎn)4、關(guān)鍵點(diǎn)3、關(guān)鍵點(diǎn)2、關(guān)鍵點(diǎn)1逐步減少。當(dāng)油泵處壓力繼續(xù)減少時(shí)，閥芯繼續(xù)向右移動(dòng)，先后從中壓變矩器處的關(guān)鍵點(diǎn)6、關(guān)鍵點(diǎn)5完成油路斷開(kāi)。在斷開(kāi)過(guò)程中，瞬時(shí)液壓力逐步減少，能量損耗降低，閥芯處的壓力逐步減少，減少了閥芯處的流動(dòng)介質(zhì)在壓力調(diào)節(jié)處油路斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的噪聲。

根據(jù)本文的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案能夠彌補(bǔ)壓力調(diào)節(jié)閥的不足。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該優(yōu)化設(shè)計(jì)有以下優(yōu)點(diǎn)。

1）降低了油路通斷處的噪音；

2）能量轉(zhuǎn)換變緩，能量損耗降低；

3）壓力提前緩增，減少了瞬時(shí)液壓力對(duì)閥芯的沖擊；

4）減少了油路通斷處的氣蝕。

4 結(jié)論

本文對(duì)AT自動(dòng)變速箱的壓力調(diào)節(jié)閥的油路通斷節(jié)流設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，優(yōu)化結(jié)果表明，該方案實(shí)現(xiàn)流動(dòng)介質(zhì)從油泵位置回流到變矩器和油底殼時(shí)，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)入面積緩變，壓力提前緩增，進(jìn)入型腔緩沖，能量轉(zhuǎn)換變緩，減少氣蝕，減少瞬時(shí)液壓力對(duì)閥芯的沖擊。

[1] 劉銀水,許福玲.液壓與氣壓傳動(dòng)（第四版）[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

[2] 郭孔輝,周曉暉,王爽,等.自動(dòng)變速器換擋機(jī)構(gòu)的建模和結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化[J].汽車技術(shù),2008, 000(012):1-3.

Research on the Design of Transmission Pressure Control Valve Oil Circult on-off Throttling

Hao Kaimin, Yan Simin, Long Bin, An Yuanbo, Li Qian

( Shaanxi Fast Gear Co., Ltd. Intelligent Transmission Research Institute, Shaanxi Xi’an 710077 )

The hydraulic pressure regulation of gearbox plays an important role in the comfort of gear shifting and the safety of valve core during vehicle driving. In view of the problem of instantaneous liquid pressure conversion in the oil connection and closure of the existing valve cores, the pressure difference changes greatly, the flow fluctuation is obvious, the valve core swings, resulting in noise cavitation and even damage at the slide valve mouth. This paper designed a kind of pressure regulating valve AT the transmission oil on and off the throttle is designed, using the valve core AT different displacement adjusting the open area, oil on the valve core design flow throttling device connected, flow medium graded into the area, the pressure slowly increasing ahead of time, into the cavity buffer, energy conversion warming and reducing cavitation, reduce the impact of the transient fluid pressure to the valve core.

Throttling design; Pressure regulation; Open area

A

1671-7988(2020)24-55-03

U463.212

A

1671-7988(2020)24-55-03

郝凱敏，機(jī)械設(shè)計(jì)工程師，就職于陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司智能傳動(dòng)研究所，主要研究?jī)?nèi)容：AT變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及理論分析

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.019

CLC NO.: U463.212