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别克汽车4T65E自动变速器的动力传递路线

有 800 人浏览 日期:2019-05-09   来源:互联网 进入发布者【商铺 放大字体  缩小字体

文章摘要:通用公司生产的4T65E自动变速器适用于发动机横置、前轮驱动的车辆,它用于上海通用公司生产的别克及别克君威乘用车,其基本参数

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通用公司生产的4T65E自动变速器适用于发动机横置、前轮驱动的车辆,它用于上海通用公司生产的别克及别克君威乘用车,其基本参数见表1。4T65E自动变速器与4T60E自动变速器的动力传递路线相同,这两款自动变速器的适用车型除别克系列外,还用于卡迪拉克、旁帝克、奥兹莫比尔、雪弗兰等车型。因4T65E自动变速器机械部件较为复杂,下面将其分为行星齿轮机构及动力传递分析等两部分介绍。

一、行星齿轮机构与主减速器

1.行星齿轮机构 

4T65E自动变速器采用改进型的辛普森行星齿轮机构,其结构如图1所示,其前、后行星排的太阳轮独立运动;前行星排的行星架与后行星排的齿圈为一体;前行星排的齿圈与后行星排的行星架为一体,是动力输出端。这样,行星齿轮机构共有4个部件,分别为:前排太阳轮,也叫输入太阳轮;前排行星架/后排内齿圈,也叫输入行星架;后排太阳轮,也叫被动太阳轮;后排行星架/前排内齿圈,也叫被动行星架,是动力输出端。在上述4个部件中,后排行星架/前排内齿圈是动力输出端,所以它既不能驱动,也不能固定。这样,可以驱动或固定的部件只有3个,不同挡位时,各部件的状态见表2。

图1  行星齿轮机构
C1-2挡离合器;C2-3挡离合器;C3-输入离合器;B1-4挡制动器;B2-倒挡制动器;B3-低速挡制动器;B4-前进挡制动器;F1-3挡单向离合器;F2-输入单向离合器;F3-低速挡单向离合器

2.不同挡位的传动比

根据单排单级行星齿轮机构传动比计算方程式,分别代入前、后排行星齿轮系,得出如下方程组:

 (n11-n1H)/(n13-n1H)=-Z13/Z11…………式(1)
 (n21-n2H)/(n23-n2H)=-Z23/Z21…………式(2)

 式中:n11-前排太阳轮转速;n1H-前排行星架转速;n13-前排内齿圈转速;n21-后排太阳轮转速;n2H-后排行星架转速;n23-后排内齿圈转速;Z11-前排太阳轮齿数;Z13-前排内齿圈齿数;Z21-后排太阳轮齿数;Z23-后排内齿圈齿数

因前行星排的行星架与后行星排的齿圈为一体,故有:

n1H=n23

 同时,前行星排的齿圈与后行星排的行星架为一体,故有:

n13=n2H

各部件的齿数为:前排太阳轮Z11=26;前排内齿圈Z13=62;后排太阳轮Z21=42;后排内齿圈Z23=74。

根据表2各部件状态及齿数,联解以上方程(1)和(2),可求得不同挡位的传动比。

(1)1挡
 驱动前排太阳轮,前排内齿圈/后排行星架输出,后排太阳轮固定,即n21=0,则传动比为:

i=n11/n13=n11/n2H=(Z11Z21+Z13Z21+Z23Z11)/Z11Z23=(1092+2604+1924)/1924=2.920997。

(2)2挡

 驱动前排行星架(即后排内齿圈)驱动,后排太阳轮固定,传动比为:i=n1H/n13=n23/n2H=

(Z21+Z23)/Z23 =(42+74)/74=1.567568。

(3)3挡

 3挡时,前排太阳轮和前排行星架两个输入部件同时驱动,整个行星齿轮机构整体转动,传动比为1:1。

(4)4挡

驱动前排行星架,前排太阳轮固定,传动比为:

i=n1H/n2H =n1H/n13=Z13/Z1H=Z13/(Z11+Z13)=62/(26+62)=0.704545。

(5)R挡

 R挡时驱动前排太阳轮,前排行星架固定,传动比为:

i=n11/n2H=n11/n13=-Z13/Z11=-62/26=-2.384615。

3.主减速器

 4T65E自动变速器主减速器位于双排行星齿轮机构的后面,为单级行星排式主减速器,如图2所示。

图2  主减速器

 由图2可知,主减速器是一个单排单级行星齿轮机构,太阳轮是主动件,齿圈与壳体固定在一起,行星架与差速器壳是一体,是动力输出件,所以,这是一个减速传动。 

太阳轮齿数Z1=34;齿圈Z3=78;行星架的假想齿数ZH=Z1+Z3=112,则主减速器传动比为:

ZH/Z1=112/34=3.2941176。

二、动力传递路线分析

4T65E自动变速器动力传递路线示意图如图3所示,换挡执行元件在不同挡位时的状态见表3。

图3  动力传递路线示意图
1、4-输出轴;2-主减速器;3-差速器;C1-2挡离合器;C2-3挡离合器;C3-输入离合器;B1-4挡制动器;B2-倒挡制动器;B3-低速挡制动器;B4-前进挡制动器;F1-3挡单向离合器;F2-输入单向离合器;F3-低速挡单向离合器

1.P/N挡 

操纵手柄处于P或N位时,输入离合器C3结合,驱动输入单向离合器F2外圈,输入单向离合器F2锁止,动力传至前排(输入)太阳轮。但此时前排太阳轮、前排行星架/后排齿圈、后排太阳轮三个部件中没有固定部件,都在空转,所以没有动力传递等。

2.D1挡动力传递路线

 D1挡动力传递路线如图4所示。在D1挡,输入离合器C3结合,驱动输入单向离合器F2外圈,输入单向离合器F2锁止,动力传至前排(输入)太阳轮。因前排齿圈/后排行星架与车体相连,可视为固定或限定转速,则前排太阳轮驱动前排行星架/后排齿圈同向旋转;因后排行星架/前排齿圈与车体相连,可视为固定或限定转速,则后排太阳轮有反向旋转的趋势。此时,前进挡制动器B4工作,低速挡单向离合器F3锁止,后排太阳轮被固定,则后排行星架/前排齿圈被同向减速驱动,车辆前行。

图4  D1挡动力传递路线
1、4-输出轴;2-主减速器;3-差速器;C1-2挡离合器;C2-3挡离合器;C3-输入离合器;B1-4挡制动器;B2-倒挡制动器;B3-低速挡制动器;B4-前进挡制动器;F1-3挡单向离合器;F2-输入单向离合器;F3-低速挡单向离合器

 由以上分析可知,输入单向离合器F2和低速挡单向离合器F3的锁止是动力传递不可缺少的环节,当转矩来自车轮时,前排太阳轮有同向增速旋转的趋势,则F2和F3滑转,动力不能反向传递,所以,D1挡没有发动机制动。

3.D2挡动力传递路线

D2挡动力传递路线如图5所示。在D2挡,2挡离合器C1结合,通过2挡驱动套驱动前排行星架/后排齿圈旋转,对后行星排而言,后排齿圈驱动,后排行星架与车体相连,可视为固定或限定转速,则后排太阳轮有反向旋转的趋势。此时,前进挡制动器B4工作,低速挡单向离合器F3锁止,后排太阳轮被固定,则后排行星架/前排齿圈被同向减速驱动,车辆前行。2挡时,输入离合器C3仍处于结合状态,但输入单向离合器F2处于滑转状态。因为对于前行星排而言,前排齿圈/后排行星架与车体相连,可视为固定或限定转速,则前排太阳轮有同向增速旋转的趋势,所以输入单向离合器F2超越滑转。

图5  D2挡动力传递路线
1、4-输出轴;2-主减速器;3-差速器;C1-2挡离合器;C2-3挡离合器;C3-输入离合器;B1-4挡制动器;B2-倒挡制动器;B3-低速挡制动器;B4-前进挡制动器;F1-3挡单向离合器;F2-输入单向离合器;F3-低速挡单向离合器

 同理,在D2挡时也没有发动机制动。

4.D3挡动力传递路线

 D3挡动力传递路线如图6所示。在D3挡时,2挡离合器C1结合,通过2挡驱动套将动力传给前排行星架/后排齿圈;同时3挡离合器C2结合。对于前行星排构而言,2挡离合器C1结合,驱动前排行星架旋转,因前排齿圈/后排行星架与车体相连,可视为固定或限定转速,则前排太阳轮有同向增速旋转的趋势;此时,3挡离合器C2结合,3挡单向离合器F1锁止,使前排太阳轮不能超速旋转,转速被限定在3挡离合器的转速(即输入转速)。这相当于同时驱动了前排行星架与前排太阳轮,则整个行星齿轮机构整体旋转,传动比为1:1。

图6  D3挡动力传递路线
1、4-输出轴;2-主减速器;3-差速器;C1-2挡离合器;C2-3挡离合器;C3-输入离合器;B1-4挡制动器;B2-倒挡制动器;B3-低速挡制动器;B4-前进挡制动器;F1-3挡单向离合器;F2-输入单向离合器;F3-低速挡单向离合器

 当转矩来自车轮时,对前排星排齿轮机构而言,因前行星架被C1驱动,可视为固定或限定转速,则前排太阳轮有减速旋转的趋势,此时3挡单向离合器F1超越,没有发动机制动。

5.D4挡动力传递路线

D4挡动力传递路线如图7所示。在D4挡时,2挡离合器C1结合,通过2挡驱动套将动力传给前排行星架/后排齿圈;4挡制动器B1工作,将前排太阳轮固定,则前排齿圈/后排行星架(与车体相连)为同向增速输出。 

图7  D4挡动力传递路线
1、4-输出轴;2-主减速器;3-差速器;C1-2挡离合器;C2-3挡离合器;C3-输入离合器;B1-4挡制动器;B2-倒挡制动器;B3-低速挡制动器;B4-前进挡制动器;F1-3挡单向离合器;F2-输入单向离合器;F3-低速挡单向离合器

在D4挡中,动力传递没有采用单向离合器,故有发动机制动。

6.R挡动力传递路线

R挡动力传递路线如图8所示。在R挡,输入离合器C3结合,输入单向离合器F2锁止,驱动前排太阳轮旋转。倒挡制动器B2工作,将前排行星架固定,则前排齿圈/后排行星架(与车体相连)为反向减速输出。

图8  R挡动力传递路线
1、4-输出轴;2-主减速器;3-差速器;C1-2挡离合器;C2-3挡离合器;C3-输入离合器;B1-4挡制动器;B2-倒挡制动器;B3-低速挡制动器;B4-前进挡制动器;F1-3挡单向离合器;F2-输入单向离合器;F3-低速挡单向离合器

7.手动3挡动力传递路线

 操纵手柄位于3位时,变速器的实际挡位只在1、2和3挡之间变化,不能升入4挡。在手动3挡中,1、2挡与D1、D2挡完全相同,没有发动机制动,这里所分析的手动3挡特指其中的实际3挡状态。

 手动3挡动力传递路线如图9所示。在D3挡时,2挡离合器C1结合,通过2挡驱动套将动力传给前排行星架/后排齿圈;同时3挡离合器C2结合,将前排太阳轮转速被限定在3挡离合器的转速(即输入转速)。这相当于同时驱动了前排行星架与前排太阳轮,则整个行星齿轮机构整体旋转,传动比为1。在手动3挡时,除了C1和C2工作外,输入离合器C3也结合,它不传递动力,只是为了获得发动机制动。

图9  手动3挡动力传递路线
1、4-输出轴;2-主减速器;3-差速器;C1-2挡离合器; C2-3挡离合器; C3-输入离合器;B1-4挡制动器;B2-倒挡制动器;B3-低速挡制动器;B4-前进挡制动器;F1-3挡单向离合器;F2-输入单向离合器;F3-低速挡单向离合器

当转矩来自车轮时,对前行星排而言,因前行星架被驱动,可视为固定或限定转速,则前排太阳轮有减速旋转的趋势,此时3挡单向离合器F1超越,发动机不能起到制动作用。而此时输入离合器工作,输入单向离合器F2锁止,F2和F1的锁止方向相反,F2阻止了前排太阳轮的减速趋势,发动机起到了制动作用。

8.手动2挡动力传递路线 

操纵手柄位于2挡时,变速器的实际挡位只在1和2挡之间变化,不能升入3挡。在手动2挡中,1挡与D1相同,没有发动机制动,这里所分析的手动2挡特指其中的实际2挡状态。

手动2挡动力传递路线如图10所示。手动2挡与D2挡的不同之处就是低速挡制动器B3工作,将后排太阳轮抱死双向固定。当转矩来自车轮时,对后行星排而言,后太阳轮固定,后齿圈有一个同向增速的趋势,这个转矩通过2挡驱动套传递给2挡离合器,而2挡离合器此时结合,将转矩传给输入轴,发动机起到了制动作用。

图10  手动2挡动力传递路线
1、4-输出轴;2-主减速器;3-差速器;C1-2挡离合器;C2-3挡离合器;C3-输入离合器;B1-4挡制动器;B2-倒挡制动器;B3-低速挡制动器;B4-前进挡制动器;F1-3挡单向离合器;F2-输入单向离合器;F3-低速挡单向离合器

9.手动1挡动力传递路线

 手动1挡动力传递路线如图11所示。在手动1挡,输入离合器C3结合,驱动输入单向离合器F2外圈,F2锁止,动力传至前排(输入)太阳轮。同时,3挡离合器C2结合,因前排太阳轮转速为输入轴转速,故3挡单向离合器F1不传递动力。在手动1挡时,低速挡制动器B3工作,将后排太阳轮抱死双向固定。当转矩来自车轮时,对后行星排而言,后太阳轮固定,后排齿圈/前排行星架有一个同向增速的趋势,前排行星架给前排太阳轮有一个同向增速的趋势,因3挡离合器C2结合,3挡单向离合器F1锁止,强迫前排太阳轮转速与输入转速相同,发动机起到了制动作用。输入单向离合器F2与3挡单向离合器F1的锁止方向相反。

图11  手动1挡动力传递路线
1、4-输出轴;2-主减速器;3-差速器;C1-2挡离合器; C2-3挡离合器; C3-输入离合器;B1-4挡制动器;B2-倒挡制动器;B3-低速挡制动器;B4-前进挡制动器;F1-3挡单向离合器;F2-输入单向离合器;F3-低速挡单向离合器

 
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