GF6自動(dòng)變速器的動(dòng)力傳遞分析及傳動(dòng)比的計(jì)算

【摘 要】通過對(duì)GF6自動(dòng)變速器各檔位動(dòng)力傳遞路線分析及傳動(dòng)比的推導(dǎo)，以及在寶駿630中的應(yīng)用，為該系列其他變速器的傳動(dòng)比計(jì)算分析提供便捷的途徑，也給相關(guān)的設(shè)計(jì)和維修人員提供一定的理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】GF6自動(dòng)變速器 動(dòng)力傳遞 傳動(dòng)比計(jì)算 寶駿630

【中圖分類號(hào)】 G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

【文章編號(hào)】0450-9889（2015）04C-0190-03

一、GF6自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)介紹

GF6系列變速器是通用汽車公司研發(fā)的新款全電子控制，前輪驅(qū)動(dòng)的6速自動(dòng)變速器，該系列變速器設(shè)計(jì)巧妙、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用在上海通用的各款主力車型中。該系列變速器根據(jù)匹配的發(fā)動(dòng)機(jī)功率不同，存在著不同的型號(hào)，但是GF6系列變速器的基本結(jié)構(gòu)是一樣的。變速器由3組單排單級(jí)式行星齒輪機(jī)構(gòu)組成，如圖1所示。從右向左分別為前排、中排、后排行星齒輪機(jī)構(gòu)，中排太陽(yáng)輪通過花鍵與輸入軸剛性連接始終作為輸入；前排行星架與后排齒圈剛性連接為一體（簡(jiǎn)稱：前架后圈），并作為輸出部件。前排齒圈與中間行星架剛性連接為一體（簡(jiǎn)稱：前圈中架），中排齒圈與后排行星架剛性連接為一體（簡(jiǎn)稱：中圈后架）。

為了使GF6自動(dòng)變速器實(shí)現(xiàn)6個(gè)前進(jìn)檔和1個(gè)倒檔，除了3排行星齒輪機(jī)構(gòu)外，還有六個(gè)換檔執(zhí)行元件，他們的作用分別是：離合器C1-2-3-4用于固定前排太陽(yáng)輪，離合器C2-6固定后排太陽(yáng)輪，離合器C3-5-R連接輸入軸和后排太陽(yáng)輪，離合器C4-5-6連接輸入軸和中圈后架，離合器CL-R是固定中圈后架，單向離合器OWC使后排行星齒輪架只能順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，防止逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，連接方式如圖1所示。各檔位換檔執(zhí)行元件的工作狀況，如表1所示。

二、GF6自動(dòng)變速器行星齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性方程的建立

單排單級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性方程式為：

n1+an2-（1+a）n3=0 （1）

其中，n1為太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)速；n2為齒圈轉(zhuǎn)速；n3為行星架轉(zhuǎn)速；a為齒圈齒數(shù)z2與太陽(yáng)輪齒數(shù)z1之比，即a=z2/z1。

GF6自動(dòng)變速器的前排、中排和后排均為單排單級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu)組成，因此對(duì)這3排行星齒輪機(jī)構(gòu)建立運(yùn)動(dòng)特性方程式如下：

n11+a1n12-（1+a1）n13=0 （2）

n21+a2n22-（1+a2）n23=0 （3）

n31+a3n32-（1+a3）n33=0 （4）

其中，n11為前排太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)速；n12為前排齒圈轉(zhuǎn)速；n13為前排行星架轉(zhuǎn)速；n21為中排太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)速；n22為中排齒圈轉(zhuǎn)速；n23為中排行星架轉(zhuǎn)速；n31為后排太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)速；n32為后排齒圈轉(zhuǎn)速；n33為后排行星架轉(zhuǎn)速；a1為前排的齒圈齒數(shù)z12與太陽(yáng)輪齒數(shù)z11之比，即a1=z12/z11；a2為中排的齒圈齒數(shù) z22與太陽(yáng)輪齒數(shù)z21之比，即a2=z22/z21；a3為后排的齒圈齒數(shù)z32與太陽(yáng)輪齒數(shù)z31之比，即 a3=z32/z31。

根據(jù)GF6自動(dòng)變速器行星齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性方程（2）（3）（4），可列出方程組，并結(jié)合換檔執(zhí)行元件的工作情況，列出各檔位的約束條件，就很容易的得出各檔位傳動(dòng)比的計(jì)算。

三、GF6自動(dòng)變速器各檔位動(dòng)力傳遞分析及傳動(dòng)比計(jì)算

（一）D-1檔

1.動(dòng)力傳遞分析

當(dāng)變速器在D-1檔工作時(shí)，由表1可知，工作的執(zhí)行元件有：?jiǎn)蜗螂x合器OWC和離合器C1-2-3-4。此時(shí)中排太陽(yáng)輪輸入，中圈后架被制動(dòng)，前太陽(yáng)輪被制動(dòng)，前架后圈輸出。

動(dòng)力通過輸入軸順時(shí)針輸入，帶動(dòng)中排太陽(yáng)輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，中排行星輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，中圈后架被單向離合器制動(dòng)。前圈中架順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，因前排太陽(yáng)輪制動(dòng)，所以前架后圈將動(dòng)力輸出。

因后排行星齒輪組中3個(gè)部件都沒有制動(dòng)，即形成空檔，所以后排行星齒輪組對(duì)傳動(dòng)輸出沒有影響。

2.傳動(dòng)比的計(jì)算

由以上D-1檔動(dòng)力傳遞分析可知，此時(shí)前、中兩排行星機(jī)構(gòu)的約束條件為：

n11=n22=0 ；n12=n23=0

根據(jù)運(yùn)動(dòng)特性方程式（2）和（3）以及前、中兩排行星機(jī)構(gòu)的約束條件可得到D-1檔的傳動(dòng)比為：

（二）D-2檔

1.動(dòng)力傳遞分析

當(dāng)變速器在D-2檔工作時(shí)，由表1可知，工作的執(zhí)行元件有：離合器C2-6和離合器C1-2-3-4。此時(shí)中排太陽(yáng)輪輸入，前、后太陽(yáng)輪被制動(dòng)，中圈后架受限，前架后圈輸出。

動(dòng)力通過輸入軸順時(shí)針輸入，前、中兩排行星齒輪組動(dòng)力傳遞路線與D-1檔基本相同，而此時(shí)后排太陽(yáng)輪被固定，后排行星輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)后排行星架順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。由于在D-1檔時(shí)后排行星架是靜止的，而此時(shí)后排行星架的轉(zhuǎn)動(dòng)必然帶動(dòng)前架后圈以更快的速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，因此提高了輸出轉(zhuǎn)速形成D-2檔。

2.傳動(dòng)比的計(jì)算

由以上D-2檔動(dòng)力傳遞分析可知，此時(shí)三排行星機(jī)構(gòu)的約束條件為：

n11=n31=0 ；n12=n23；n22=n33；n13=n32；

根據(jù)運(yùn)動(dòng)特性方程式（2）、（3）和（4）以及三排行星機(jī)構(gòu)的約束條件可得到D-2檔的傳動(dòng)比為：

（三）D-3檔

1.動(dòng)力傳遞分析

當(dāng)變速器在D-3檔工作時(shí)，由表1可知，工作的執(zhí)行元件有：離合器C3-5-R和離合器C1-2-3-4。此時(shí)中、后排太陽(yáng)輪輸入，前排太陽(yáng)輪被制動(dòng)，中圈后架受限，前架后圈輸出。

動(dòng)力通過輸入軸順時(shí)針輸入，前、中兩排行星齒輪組動(dòng)力傳遞路線與D-2基本相同。但是在D-2檔時(shí)后排太陽(yáng)輪被固定，而在D-3檔位時(shí)輸入軸帶動(dòng)后排太陽(yáng)輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)后排行星架以及前架后圈以更快的速度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，因此提高了輸出轉(zhuǎn)速形成D-3檔。

2.傳動(dòng)比的計(jì)算

由以上D-3檔動(dòng)力傳遞分析可知，此時(shí)三排行星機(jī)構(gòu)的約束條件為：

n11=0 ；n12=n23 ；n22=n33；n13=n32；n21=n31

根據(jù)運(yùn)動(dòng)特性方程式（2）、（3）和（4）以及三排行星機(jī)構(gòu)的約束條件可得到D-3檔的傳動(dòng)比為：

（四）D-4檔

1.動(dòng)力傳遞分析

當(dāng)變速器在D-4檔工作時(shí)，由表1可知，工作的執(zhí)行元件有：離合器C4-5-6和離合器C1-2-3-4。此時(shí)中排太陽(yáng)輪和中圈后架共同輸入，前排太陽(yáng)輪被制動(dòng)，前架后圈輸出。

動(dòng)力通過輸入軸順時(shí)針輸入，由于離合器C4-5-6的作用使中排行星齒輪組的太陽(yáng)輪和齒圈順時(shí)針同速旋轉(zhuǎn)，因此整個(gè)中間排行星齒輪組就整體的順時(shí)針同速旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)力輸送給前排齒圈，并且轉(zhuǎn)速與輸入軸相同。此時(shí)前排太陽(yáng)輪固定，前排齒圈輸入，前架后圈作為輸出形成D-4檔。此時(shí)后排行星齒輪組形成空檔，不與前兩排行星齒輪的動(dòng)力傳遞相干涉。

2.傳動(dòng)比的計(jì)算

由以上D-4檔動(dòng)力傳遞分析可知，此時(shí)前、中兩排行星機(jī)構(gòu)的約束條件為：

n11=0 ；n21=n12=n22=n23

根據(jù)運(yùn)動(dòng)特性方程式（2）和（3）以及前、中兩排行星機(jī)構(gòu)的約束條件可得到D-4檔的傳動(dòng)比為：

（五）D-5檔

1.動(dòng)力傳遞分析

當(dāng)變速器在D-5檔工作時(shí)，由表1可知，工作的執(zhí)行元件有：離合器C4-5-6和離合器C3-5-R。此時(shí)中、后排太陽(yáng)輪和中圈后架共同輸入。

動(dòng)力通過輸入軸順時(shí)針輸入，由于離合器C4-5-6的作用使中排行星齒輪組的太陽(yáng)輪和齒圈順時(shí)針同速旋轉(zhuǎn)，因此整個(gè)中間排行星齒輪組就整體的順時(shí)針同速旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)力輸送給前排齒圈。離合器C3-5-R的作用使后排行星齒輪組的太陽(yáng)輪和行星架順時(shí)針同速旋轉(zhuǎn)，因此整個(gè)中間排行星齒輪組就整體的順時(shí)針同速旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)力輸送給前排行星架。而此時(shí)前排行星齒輪組的齒圈和行星架的轉(zhuǎn)速和方向都與輸入軸相同，所以前排行星齒輪組就整體的順時(shí)針同速旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)力輸出形成D-5檔。

2.傳動(dòng)比的計(jì)算

由以上D-5檔動(dòng)力傳遞分析可知，變速器在D-5檔時(shí)，變速箱內(nèi)部所有行星齒輪機(jī)構(gòu)的部件都沒有相對(duì)的運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)比為：。

（六）D-6檔

1.動(dòng)力傳遞分析

當(dāng)變速器在D-6檔工作時(shí)，由表1可知，工作的執(zhí)行元件有：離合器C4-5-6和離合器C2-6。此時(shí)中排太陽(yáng)輪和中圈后架共同輸入，后太陽(yáng)輪被制動(dòng)，前架后圈輸出。

D-6檔動(dòng)力主要由后排行星齒輪組傳遞，由于離合器C4-5-6工作使輸入軸和后排行星架結(jié)合，將動(dòng)力順時(shí)針輸入，此時(shí)后排太陽(yáng)輪被制動(dòng)，后排齒圈超速運(yùn)轉(zhuǎn)將動(dòng)力輸出形成D-6檔。而此時(shí)中排行星齒輪組的動(dòng)力傳遞和D-5檔相同。在前排行星齒輪機(jī)構(gòu)中，因前排太陽(yáng)輪沒有制動(dòng)，形成空檔，不與后排行星齒輪組所傳遞的動(dòng)力相干涉。

2.傳動(dòng)比的計(jì)算

由以上D-6檔動(dòng)力傳遞分析可知，此時(shí)后排行星機(jī)構(gòu)的約束條件為：n31=0。

根據(jù)運(yùn)動(dòng)特性方程式（4）以及后排行星機(jī)構(gòu)的約束條件可得到D-6檔的傳動(dòng)比：

（七）R檔

1.動(dòng)力傳遞分析

當(dāng)變速器在R檔工作時(shí)，由表1可知，工作的執(zhí)行元件有：離合器C3-5-R和離合器CL-R。此時(shí)中、后排太陽(yáng)輪共同輸入，中圈后架被制動(dòng)，前架后圈輸出。

R檔動(dòng)力主要由后排行星齒輪組傳遞，由于離合器CL-R工作使輸入軸和后排太陽(yáng)輪結(jié)合，將動(dòng)力順時(shí)針輸入，此時(shí)后排行星架被制動(dòng)，后排齒圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)將動(dòng)力輸出形成R檔。

2.傳動(dòng)比的計(jì)算

由以上R檔動(dòng)力傳遞分析可知，此時(shí)后排行星機(jī)構(gòu)的約束條件為：n33=0。

根據(jù)運(yùn)動(dòng)特性方程式（4）以及后排行星機(jī)構(gòu)的約束條件可得到R檔的傳動(dòng)比為：

四、寶駿630汽車GF6自動(dòng)變速器傳動(dòng)比的計(jì)算分析

五菱寶駿630自動(dòng)檔1.5L的發(fā)動(dòng)機(jī)相匹配的變速器的型號(hào)是GF6系列中的6T30E。該型號(hào)的自動(dòng)變速器單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的齒數(shù)如表2所示。將各齒輪的齒數(shù)代入上述推導(dǎo)出來的各檔位傳動(dòng)比計(jì)算公式，可得出寶駿630自動(dòng)檔汽車各檔位的傳動(dòng)比數(shù)據(jù)，如表3所示。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，五菱寶駿630變速器的1、2、3、4、R檔的傳動(dòng)比都大于1，屬于減速增扭的檔位；5檔傳動(dòng)比為1，是直接檔；6檔傳動(dòng)比小于1，是超速檔。其中最大傳動(dòng)比為4.449，滿足了車輛的最大爬坡度和最低速穩(wěn)定速度的要求，而最小傳動(dòng)比為0.742，使車輛在最高車速時(shí)滿足后備功率的條件下提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)各相鄰傳動(dòng)比之間大致按照等比數(shù)列的規(guī)律。因此寶駿630自動(dòng)變速器的選取與車輛相匹配良好。

經(jīng)過對(duì)各檔位動(dòng)力傳遞路線分析，清楚了各執(zhí)行元件工作的過程和特點(diǎn)，為車輛的故障診斷和維修提供參考依據(jù)，同時(shí)對(duì)GF6各檔位傳動(dòng)比的計(jì)算公式推導(dǎo)，使該系列變速器傳動(dòng)比的計(jì)算更為便捷，為汽車設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供途徑。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 甘守武，陳志軍，張楠.單排行星齒輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力傳遞方式分析方法[J].重慶電子工程職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（04）

[2] 楊華春.豐田A761E自動(dòng)變速器的動(dòng)力傳遞及傳動(dòng)比的計(jì)算[J].科技信息，2013（06）

[3] 俞建軍，陳寧.A761E自動(dòng)變速器動(dòng)力傳遞的分析及計(jì)算[J].機(jī)械傳動(dòng)，2012（04）

[4] 趙建寧.A442E自動(dòng)變速器各檔位動(dòng)力傳動(dòng)路線及傳動(dòng)比的分析[J].青海交通科技，2012（02）

[5] 鄧正思.單排雙級(jí)式行星齒輪機(jī)構(gòu)的速比計(jì)算[J].汽車維修，2009（01）

【作者簡(jiǎn)介】王洪廣（1980- ），男，河南平頂山人，柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：汽車電子，汽車檢測(cè)與維修。

（責(zé)編 丁 夢(mèng)）