自動變速器動力傳遞路線分析（六）——美國通用公司4T65E/4T60E型自動變速器

（接上期）
通用公司生產(chǎn)的4T65E自動變速器適用于發(fā)動機(jī)橫置、前輪驅(qū)動的車輛，它用于上海通用公司生產(chǎn)的別克及別克君威乘用車，其基本參數(shù)見表1。4T65E自動變速器與4T60E自動變速器的動力傳遞路線相同，這兩款自動變速器的適用車型除別克系列外，還用于卡迪拉克、旁帝克、奧茲莫比爾、雪弗蘭等車型。因4T65E自動變速器機(jī)械部件較為復(fù)雜，下面將其分為行星齒輪機(jī)構(gòu)及動力傳遞分析等兩部分介紹。

一、行星齒輪機(jī)構(gòu)與主減速器

1．行星齒輪機(jī)構(gòu) 

4T65E自動變速器采用改進(jìn)型的辛普森行星齒輪機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，其前、后行星排的太陽輪獨(dú)立運(yùn)動；前行星排的行星架與后行星排的齒圈為一體；前行星排的齒圈與后行星排的行星架為一體，是動力輸出端。這樣，行星齒輪機(jī)構(gòu)共有4個部件，分別為：前排太陽輪，也叫輸入太陽輪；前排行星架/后排內(nèi)齒圈，也叫輸入行星架；后排太陽輪，也叫被動太陽輪；后排行星架/前排內(nèi)齒圈，也叫被動行星架，是動力輸出端。在上述4個部件中，后排行星架/前排內(nèi)齒圈是動力輸出端，所以它既不能驅(qū)動，也不能固定。這樣，可以驅(qū)動或固定的部件只有3個，不同擋位時，各部件的狀態(tài)見表2。

圖1  行星齒輪機(jī)構(gòu)
C1-2擋離合器；C2-3擋離合器；C3-輸入離合器；B1-4擋制動器；B2-倒擋制動器；B3-低速擋制動器；B4-前進(jìn)擋制動器；F1-3擋單向離合器；F2-輸入單向離合器；F3-低速擋單向離合器

2．不同擋位的傳動比

根據(jù)單排單級行星齒輪機(jī)構(gòu)傳動比計(jì)算方程式，分別代入前、后排行星齒輪系，得出如下方程組：

 (n₁₁-n_1H)/（n₁₃-n_1H）=-Z_13/Z₁₁…………式（1）
 (n₂₁-n_2H)/（n₂₃-n_2H）=-Z₂₃/Z₂₁…………式（2）

 式中：n11-前排太陽輪轉(zhuǎn)速；n1H-前排行星架轉(zhuǎn)速；n13-前排內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)速；n21-后排太陽輪轉(zhuǎn)速；n2H-后排行星架轉(zhuǎn)速；n23-后排內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)速；Z11-前排太陽輪齒數(shù)；Z13-前排內(nèi)齒圈齒數(shù)；Z21-后排太陽輪齒數(shù)；Z23-后排內(nèi)齒圈齒數(shù)

因前行星排的行星架與后行星排的齒圈為一體，故有：

n_1H=n₂₃

 同時，前行星排的齒圈與后行星排的行星架為一體，故有：

n₁₃=n_2H

各部件的齒數(shù)為：前排太陽輪Z₁₁=26；前排內(nèi)齒圈Z₁₃=62；后排太陽輪Z₂₁=42；后排內(nèi)齒圈Z₂₃=74。

根據(jù)表2各部件狀態(tài)及齒數(shù)，聯(lián)解以上方程（1）和（2），可求得不同擋位的傳動比。

（1）1擋
 驅(qū)動前排太陽輪，前排內(nèi)齒圈/后排行星架輸出，后排太陽輪固定，即n₂₁=0，則傳動比為：

i=n₁₁/n₁₃=n₁₁/n_2H=（Z₁₁Z₂₁+Z₁₃Z₂₁+Z₂₃Z₁₁）/Z₁₁Z₂₃=（1092+2604+1924）/1924=2.920997。

（2）2擋

 驅(qū)動前排行星架（即后排內(nèi)齒圈）驅(qū)動，后排太陽輪固定，傳動比為：i=n_1H/n₁₃=n₂₃/n_2H=

（Z₂₁+Z₂₃）/Z₂₃ =（42+74）/74=1.567568。

（3）3擋

 3擋時，前排太陽輪和前排行星架兩個輸入部件同時驅(qū)動，整個行星齒輪機(jī)構(gòu)整體轉(zhuǎn)動，傳動比為1:1。

（4）4擋

驅(qū)動前排行星架，前排太陽輪固定，傳動比為：

i=n_1H/n_2H =n_1H/n₁₃=Z₁₃/Z_1H=Z₁₃/（Z₁₁+Z₁₃）=62/（26+62）=0.704545。

（5）R擋

 R擋時驅(qū)動前排太陽輪，前排行星架固定，傳動比為：

i=n₁₁/n_2H=n₁₁/n₁₃=-Z₁₃/Z₁₁=-62/26=-2.384615。

3．主減速器

 4T65E自動變速器主減速器位于雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)的后面，為單級行星排式主減速器，如圖2所示。

圖2  主減速器

 由圖2可知，主減速器是一個單排單級行星齒輪機(jī)構(gòu)，太陽輪是主動件，齒圈與殼體固定在一起，行星架與差速器殼是一體，是動力輸出件，所以，這是一個減速傳動。 

太陽輪齒數(shù)Z₁=34；齒圈Z₃=78；行星架的假想齒數(shù)Z_H=Z₁+Z₃=112，則主減速器傳動比為：

Z_H/Z₁=112/34=3.2941176。

二、動力傳遞路線分析

4T65E自動變速器動力傳遞路線示意圖如圖3所示，換擋執(zhí)行元件在不同擋位時的狀態(tài)見表3。

圖3  動力傳遞路線示意圖
1、4-輸出軸；2-主減速器；3-差速器；C1-2擋離合器；C2-3擋離合器；C3-輸入離合器；B1-4擋制動器；B2-倒擋制動器；B3-低速擋制動器；B4-前進(jìn)擋制動器；F1-3擋單向離合器；F2-輸入單向離合器；F3-低速擋單向離合器

1．P/N擋 

操縱手柄處于P或N位時，輸入離合器C3結(jié)合，驅(qū)動輸入單向離合器F2外圈，輸入單向離合器F2鎖止，動力傳至前排（輸入）太陽輪。但此時前排太陽輪、前排行星架/后排齒圈、后排太陽輪三個部件中沒有固定部件，都在空轉(zhuǎn)，所以沒有動力傳遞等。

2．D1擋動力傳遞路線

 D1擋動力傳遞路線如圖4所示。在D1擋，輸入離合器C3結(jié)合，驅(qū)動輸入單向離合器F2外圈，輸入單向離合器F2鎖止，動力傳至前排（輸入）太陽輪。因前排齒圈/后排行星架與車體相連，可視為固定或限定轉(zhuǎn)速，則前排太陽輪驅(qū)動前排行星架/后排齒圈同向旋轉(zhuǎn)；因后排行星架/前排齒圈與車體相連，可視為固定或限定轉(zhuǎn)速，則后排太陽輪有反向旋轉(zhuǎn)的趨勢。此時，前進(jìn)擋制動器B4工作，低速擋單向離合器F3鎖止，后排太陽輪被固定，則后排行星架/前排齒圈被同向減速驅(qū)動，車輛前行。

圖4  D1擋動力傳遞路線
1、4-輸出軸；2-主減速器；3-差速器；C1-2擋離合器；C2-3擋離合器；C3-輸入離合器；B1-4擋制動器；B2-倒擋制動器；B3-低速擋制動器；B4-前進(jìn)擋制動器；F1-3擋單向離合器；F2-輸入單向離合器；F3-低速擋單向離合器

 由以上分析可知，輸入單向離合器F2和低速擋單向離合器F3的鎖止是動力傳遞不可缺少的環(huán)節(jié)，當(dāng)轉(zhuǎn)矩來自車輪時，前排太陽輪有同向增速旋轉(zhuǎn)的趨勢，則F2和F3滑轉(zhuǎn)，動力不能反向傳遞，所以，D1擋沒有發(fā)動機(jī)制動。

3．D2擋動力傳遞路線

D2擋動力傳遞路線如圖5所示。在D2擋，2擋離合器C1結(jié)合，通過2擋驅(qū)動套驅(qū)動前排行星架/后排齒圈旋轉(zhuǎn)，對后行星排而言，后排齒圈驅(qū)動，后排行星架與車體相連，可視為固定或限定轉(zhuǎn)速，則后排太陽輪有反向旋轉(zhuǎn)的趨勢。此時，前進(jìn)擋制動器B4工作，低速擋單向離合器F3鎖止，后排太陽輪被固定，則后排行星架/前排齒圈被同向減速驅(qū)動，車輛前行。2擋時，輸入離合器C3仍處于結(jié)合狀態(tài)，但輸入單向離合器F2處于滑轉(zhuǎn)狀態(tài)。因?yàn)閷τ谇靶行桥哦�言，前排齒圈/后排行星架與車體相連，可視為固定或限定轉(zhuǎn)速，則前排太陽輪有同向增速旋轉(zhuǎn)的趨勢，所以輸入單向離合器F2超越滑轉(zhuǎn)。

圖5  D2擋動力傳遞路線
1、4-輸出軸；2-主減速器；3-差速器；C1-2擋離合器；C2-3擋離合器；C3-輸入離合器；B1-4擋制動器；B2-倒擋制動器；B3-低速擋制動器；B4-前進(jìn)擋制動器；F1-3擋單向離合器；F2-輸入單向離合器；F3-低速擋單向離合器

 同理，在D2擋時也沒有發(fā)動機(jī)制動。

4．D3擋動力傳遞路線

 D3擋動力傳遞路線如圖6所示。在D3擋時，2擋離合器C1結(jié)合，通過2擋驅(qū)動套將動力傳給前排行星架/后排齒圈；同時3擋離合器C2結(jié)合。對于前行星排構(gòu)而言，2擋離合器C1結(jié)合，驅(qū)動前排行星架旋轉(zhuǎn)，因前排齒圈/后排行星架與車體相連，可視為固定或限定轉(zhuǎn)速，則前排太陽輪有同向增速旋轉(zhuǎn)的趨勢；此時，3擋離合器C2結(jié)合，3擋單向離合器F1鎖止，使前排太陽輪不能超速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速被限定在3擋離合器的轉(zhuǎn)速（即輸入轉(zhuǎn)速）。這相當(dāng)于同時驅(qū)動了前排行星架與前排太陽輪，則整個行星齒輪機(jī)構(gòu)整體旋轉(zhuǎn)，傳動比為1:1。

圖6  D3擋動力傳遞路線
1、4-輸出軸；2-主減速器；3-差速器；C1-2擋離合器；C2-3擋離合器；C3-輸入離合器；B1-4擋制動器；B2-倒擋制動器；B3-低速擋制動器；B4-前進(jìn)擋制動器；F1-3擋單向離合器；F2-輸入單向離合器；F3-低速擋單向離合器

 當(dāng)轉(zhuǎn)矩來自車輪時，對前排星排齒輪機(jī)構(gòu)而言，因前行星架被C1驅(qū)動，可視為固定或限定轉(zhuǎn)速，則前排太陽輪有減速旋轉(zhuǎn)的趨勢，此時3擋單向離合器F1超越，沒有發(fā)動機(jī)制動。

5．D4擋動力傳遞路線

D4擋動力傳遞路線如圖7所示。在D4擋時，2擋離合器C1結(jié)合，通過2擋驅(qū)動套將動力傳給前排行星架/后排齒圈；4擋制動器B1工作，將前排太陽輪固定，則前排齒圈/后排行星架（與車體相連）為同向增速輸出。 

圖7  D4擋動力傳遞路線
1、4-輸出軸；2-主減速器；3-差速器；C1-2擋離合器；C2-3擋離合器；C3-輸入離合器；B1-4擋制動器；B2-倒擋制動器；B3-低速擋制動器；B4-前進(jìn)擋制動器；F1-3擋單向離合器；F2-輸入單向離合器；F3-低速擋單向離合器

在D4擋中，動力傳遞沒有采用單向離合器，故有發(fā)動機(jī)制動。

6．R擋動力傳遞路線

R擋動力傳遞路線如圖8所示。在R擋，輸入離合器C3結(jié)合，輸入單向離合器F2鎖止，驅(qū)動前排太陽輪旋轉(zhuǎn)。倒擋制動器B2工作，將前排行星架固定，則前排齒圈/后排行星架（與車體相連）為反向減速輸出。

圖8  R擋動力傳遞路線
1、4-輸出軸；2-主減速器；3-差速器；C1-2擋離合器；C2-3擋離合器；C3-輸入離合器；B1-4擋制動器；B2-倒擋制動器；B3-低速擋制動器；B4-前進(jìn)擋制動器；F1-3擋單向離合器；F2-輸入單向離合器；F3-低速擋單向離合器

7．手動3擋動力傳遞路線

 操縱手柄位于3位時，變速器的實(shí)際擋位只在1、2和3擋之間變化，不能升入4擋。在手動3擋中，1、2擋與D1、D2擋完全相同，沒有發(fā)動機(jī)制動，這里所分析的手動3擋特指其中的實(shí)際3擋狀態(tài)。

 手動3擋動力傳遞路線如圖9所示。在D3擋時，2擋離合器C1結(jié)合，通過2擋驅(qū)動套將動力傳給前排行星架/后排齒圈；同時3擋離合器C2結(jié)合，將前排太陽輪轉(zhuǎn)速被限定在3擋離合器的轉(zhuǎn)速（即輸入轉(zhuǎn)速）。這相當(dāng)于同時驅(qū)動了前排行星架與前排太陽輪，則整個行星齒輪機(jī)構(gòu)整體旋轉(zhuǎn)，傳動比為1。在手動3擋時，除了C1和C2工作外，輸入離合器C3也結(jié)合，它不傳遞動力，只是為了獲得發(fā)動機(jī)制動。

圖9  手動3擋動力傳遞路線
1、4-輸出軸；2-主減速器；3-差速器；C1-2擋離合器； C2-3擋離合器； C3-輸入離合器；B1-4擋制動器；B2-倒擋制動器；B3-低速擋制動器；B4-前進(jìn)擋制動器；F1-3擋單向離合器；F2-輸入單向離合器；F3-低速擋單向離合器

當(dāng)轉(zhuǎn)矩來自車輪時，對前行星排而言，因前行星架被驅(qū)動，可視為固定或限定轉(zhuǎn)速，則前排太陽輪有減速旋轉(zhuǎn)的趨勢，此時3擋單向離合器F1超越，發(fā)動機(jī)不能起到制動作用。而此時輸入離合器工作，輸入單向離合器F2鎖止，F(xiàn)2和F1的鎖止方向相反，F(xiàn)2阻止了前排太陽輪的減速趨勢，發(fā)動機(jī)起到了制動作用。

8．手動2擋動力傳遞路線 

操縱手柄位于2擋時，變速器的實(shí)際擋位只在1和2擋之間變化，不能升入3擋。在手動2擋中，1擋與D1相同，沒有發(fā)動機(jī)制動，這里所分析的手動2擋特指其中的實(shí)際2擋狀態(tài)。

手動2擋動力傳遞路線如圖10所示。手動2擋與D2擋的不同之處就是低速擋制動器B3工作，將后排太陽輪抱死雙向固定。當(dāng)轉(zhuǎn)矩來自車輪時，對后行星排而言，后太陽輪固定，后齒圈有一個同向增速的趨勢，這個轉(zhuǎn)矩通過2擋驅(qū)動套傳遞給2擋離合器，而2擋離合器此時結(jié)合，將轉(zhuǎn)矩傳給輸入軸，發(fā)動機(jī)起到了制動作用。

圖10  手動2擋動力傳遞路線
1、4-輸出軸；2-主減速器；3-差速器；C1-2擋離合器；C2-3擋離合器；C3-輸入離合器；B1-4擋制動器；B2-倒擋制動器；B3-低速擋制動器；B4-前進(jìn)擋制動器；F1-3擋單向離合器；F2-輸入單向離合器；F3-低速擋單向離合器

9．手動1擋動力傳遞路線

 手動1擋動力傳遞路線如圖11所示。在手動1擋，輸入離合器C3結(jié)合，驅(qū)動輸入單向離合器F2外圈，F(xiàn)2鎖止，動力傳至前排（輸入）太陽輪。同時，3擋離合器C2結(jié)合，因前排太陽輪轉(zhuǎn)速為輸入軸轉(zhuǎn)速，故3擋單向離合器F1不傳遞動力。在手動1擋時，低速擋制動器B3工作，將后排太陽輪抱死雙向固定。當(dāng)轉(zhuǎn)矩來自車輪時，對后行星排而言，后太陽輪固定，后排齒圈/前排行星架有一個同向增速的趨勢，前排行星架給前排太陽輪有一個同向增速的趨勢，因3擋離合器C2結(jié)合，3擋單向離合器F1鎖止，強(qiáng)迫前排太陽輪轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速相同，發(fā)動機(jī)起到了制動作用。輸入單向離合器F2與3擋單向離合器F1的鎖止方向相反。

圖11  手動1擋動力傳遞路線
1、4-輸出軸；2-主減速器；3-差速器；C1-2擋離合器； C2-3擋離合器； C3-輸入離合器；B1-4擋制動器；B2-倒擋制動器；B3-低速擋制動器；B4-前進(jìn)擋制動器；F1-3擋單向離合器；F2-輸入單向離合器；F3-低速擋單向離合器