某10擋自動變速器速比及行星機構(gòu)齒比計算的研究

王坤城，朱新明 Wang Kuncheng，Zhu Xinming

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某10擋自動變速器速比及行星機構(gòu)齒比計算的研究

王坤城，朱新明
Wang Kuncheng，Zhu Xinming

（比亞迪汽車工業(yè)有限公司 產(chǎn)品規(guī)劃及汽車新技術(shù)研究院，廣東 深圳 518118）

近年來傳統(tǒng)自動變速器擋位多擋化趨勢明顯，市場上已經(jīng)陸續(xù)出現(xiàn)了一些搭載10擋自動變速器的車輛。介紹某10擋自動變速器，并計算該型號變速器的10個前進擋的擋位速比和1個倒車擋的擋位速比，進而推導(dǎo)出行星機構(gòu)齒比，為自動變速器設(shè)計提供一定的參考。

自動變速器；行星齒輪結(jié)構(gòu)；10擋；速比

0 引 言

近年來自動變速器多擋化趨勢明顯，并在最近幾年獲得突破，9擋、10擋等多擋位變速器先后推出。某車企于2016年推出某型號10擋自動變速器[1]701，該變速器目前已經(jīng)量產(chǎn)并搭載在某型號車輛上。介紹10擋自動變速器，并計算該變速器的擋位速比，以及行星機構(gòu)齒比，為自動變速器動力設(shè)計提供一定的參考。

1 變速器的結(jié)構(gòu)

某車企10擋變速器實物剖面如圖1所示[1]703。

圖1 某車企10擋變速器剖面圖

該變速器具有以下特征：

1）變速器有10個前進擋位和1個倒車擋位，其中前進擋位包括6個低速擋位、1個直接擋位以及3個超速擋位；

2）采用3排行星齒輪機構(gòu)，其中包含1組拉維娜復(fù)合行星齒輪機構(gòu)和2排普通單級行星齒輪機構(gòu)；

3）采用新型變扭器，提升了變速器閉鎖區(qū)域并減小了變扭器軸向尺寸；

4）每一個擋位均有3組換擋元件工作，換擋時通過一組執(zhí)行元件的切換實現(xiàn)擋位的切換；

5）共有6組換擋元件、2組制動器和4組離合器控制換擋。

某車企10擋縱置變速器結(jié)構(gòu)原理如圖2所示[1]704。

注：B1為制動器1，B2為制動器2，C1為離合器1，C2為離合器2，C3為離合器3，C4為離合器4，從左到右依次為P1行星齒輪機構(gòu)、P2行星齒輪機構(gòu)、P3行星齒輪機構(gòu)、P4行星齒輪機構(gòu)，其中P1與P2組成拉維娜復(fù)合行星齒輪機構(gòu)。

2 執(zhí)行器組合分析和速比計算

2.1 各擋位執(zhí)行器狀態(tài)表

該變速器輸出連接到P3行星架和P4齒圈，在P4離合器接合時，P3行星機構(gòu)與P4行星機構(gòu)組成辛普森復(fù)合行星齒輪機構(gòu)，則整個變速器傳動部分主要由拉維娜復(fù)合行星機構(gòu)和辛普森行星機構(gòu)組成，其中拉維娜復(fù)合行星齒輪機構(gòu)具有2個太陽輪，1個共用行星架和1個共用齒圈。各擋位執(zhí)行器工作狀態(tài)見表1[1]703。

表1 各擋位執(zhí)行器工作組合表

2.2 速比計算

1）1擋速比。

離合器C1/C2接合，P2齒圈和太陽輪及行星架等速傳動；制動器B2制動，行星齒輪P3齒圈固定，有如下關(guān)系

31=(1+3)33（1）

得

1=1+3（2）

式中：31為P3太陽輪轉(zhuǎn)速；33為P3行星架轉(zhuǎn)速；3為P3齒圈齒數(shù)與太陽輪齒數(shù)之比；1為1擋速比。

2）2擋速比。

制動器B1/B2制動，離合器C1接合，行星齒輪P2齒圈同時輸入到P3行星架和P3太陽輪，則P3齒圈以與P2齒圈相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)并輸入到P4太陽輪，此時P4行星架作為輸出，有如下關(guān)系

112=(1+1)13（3）

31=(1+3)33（4）

得

式中：12為P1/P2齒圈轉(zhuǎn)速；13為P1行星架轉(zhuǎn)速；1為P1/P2齒圈齒數(shù)與P1太陽輪齒數(shù)之比；2為2擋速比。

3）3擋速比。

制動器B1/B2制動，離合器C2接合，有如下關(guān)系

112=(1+1)13（6）

21-212=(1-2)13（7）

31=(1+3)33（8）

得

式中：21為P2太陽輪轉(zhuǎn)速；2為P1/P2齒圈齒數(shù)與P2太陽輪齒數(shù)之比；3為3擋速比。

4）4擋速比。

制動器B1/B2制動，離合器C4接合，有如下關(guān)系

31=(1+3)33（10）

41+142=(1+4)43（11）

得

式中：41為P4太陽輪轉(zhuǎn)速；42為P4齒圈轉(zhuǎn)速；43為P4行星架轉(zhuǎn)速；4為P4齒圈齒數(shù)與其太陽輪齒數(shù)之比；4為4擋速比。

5）5擋速比。

制動器B1制動，離合器C2/C4接合，有如下關(guān)系

112=(1+1)13（13）

21-212=(1-2)13（14）

41+442=(1+4)43（15）

得

式中：5為5擋速比。

6）6擋速比。

制動器B1制動，離合器C1/C4接合，有如下關(guān)系

112=(1+1)13（17）

41+442=(1+4)43（18）

得

式中：6為6擋速比。

7）7擋速比。

無制動，離合器C1/C3/C4接合，所有旋轉(zhuǎn)元件等速旋轉(zhuǎn)，則

7=1 （20）

式中：7為7擋速比。

8）8擋速比。

制動器B1制動，離合器C3/C4接合，有如下關(guān)系

112=(1+2)13（21）

31+332=(1+3)33（22）

41+442=(1+4)43（23）

得

式中：32為P3齒圈轉(zhuǎn)速；8為8擋速比。

9）9擋速比。

制動器B1制動，離合器C1/C3接合，有如下關(guān)系

112=(1+2)13（25）

得

式中：9為9擋速比。

10）10擋速比。

制動器B1制動，離合器C2/C3接合，有如下關(guān)系

112=(1+2)13（27）

21-322=(1-2)23（28）

31+332=(1+3)33（29）

得

式中：22為P1/P2齒圈轉(zhuǎn)速（12與22為共用齒圈）；23為P1/P2行星架轉(zhuǎn)速；10為10擋速比。

11）R擋速比。

制動器B2制動，離合器C2/C3接合，有如下關(guān)系

21-322=(1-2)23（31）

31+332=(1+3)33（32）

得

式中：R為倒車R擋速比。

3 行星齒輪機構(gòu)齒比計算

結(jié)合表1中1擋速比和式（1）可計算出3=3.923；結(jié)合表1中2擋速比和式（5）及3可計算出1=1.781；結(jié)合表1中3擋速比和式（9）及1、3可計算出2=1.952；結(jié)合表1中4擋速比和式（12）及3可計算出4=3.463；各行星齒輪機構(gòu)齒圈齒數(shù)與太陽輪齒數(shù)之比見表2。

表2 各行星齒輪機構(gòu)齒圈齒數(shù)與太陽輪齒數(shù)比

將表2計算所得各齒比分別代入式（16）、（19）、（24）、（26）、（30）、（33）得到第5擋、6擋、8擋、9擋、10擋以及R擋速比，結(jié)果與表1一致。

4 結(jié)束語

自動變速器的速比及齒比關(guān)系到車輛的平順性和燃油經(jīng)濟性等方面，闡述分析了10擋自動變速器的特點，詳細論述了變速器10個前進擋位和1個倒車擋位的速比計算過程，同時推導(dǎo)計算10擋自動變速器各行星齒輪機構(gòu)的齒比，并驗證了計算的準確性，對自動變速器設(shè)計特別是動力傳動部分設(shè)計提供了一定的參考。

[1]Masunaga S，Miyazaki T，Habata Y，et al. Development of Innovative Toyota 10-Speed Longitudinal Automatic Transmission[J]. SAE International Journal of Engines，2017，10（2）：701-708.

2019-03-01

U463.212+.2

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2019.03.012

1002-4581（2019）03-0044-03