自動變速器動力傳遞路線分析（六）—美國通用公司TETE型自動變速器

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）
通用公司生產的4T65E自動變速器適用於發動機橫置、前輪驅動的車輛，它用於上海通用公司生產的別克及別克君威乘用車，其基本參數見表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，還用於卡迪拉克、旁帝克、奧茲莫比爾、雪弗蘭等車型。因4T65E自動變速器機械部件較為復雜，下面將其分為行星齒輪機構及動力傳遞分析等兩部分介紹。

一、行星齒輪機構與主減速器

1．行星齒輪機構

4T65E自動變速器采用改進型的辛普森行星齒輪機構，其結構如圖1所示，其前、後行星排的太陽輪獨立運動；前行星排的行星架與後行星排的齒圈為一體；前行星排的齒圈與後行星排的行星架為一體，是動力輸出端。這樣，行星齒輪機構共有4個部件，分別為：前排太陽輪，也叫輸入太陽輪；前排行星架/後排內齒圈，也叫輸入行星架；後排太陽輪，也叫被動太陽輪；後排行星架/前排內齒圈，也叫被動行星架，是動力輸出端。在上述4個部件中，後排行星架/前排內齒圈是動力輸出端，所以它既不能驅動，也不能固定。這樣，可以驅動或固定的部件只有3個，不同擋位時，各部件的狀態見表2。

圖1 行星齒輪機構
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

根據單排單級行星齒輪機構傳動比計算方程式，分別代入前、後排行星齒輪系，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-前排太陽輪轉速；n1H-前排行星架轉速；n13-前排內齒圈轉速；n21-後排太陽輪轉速；n2H-後排行星架轉速；n23-後排內齒圈轉速；Z11-前排太陽輪齒數；Z13-前排內齒圈齒數；Z21-後排太陽輪齒數；Z23-後排內齒圈齒數

因前行星排的行星架與後行星排的齒圈為一體，故有：

n_1H=n₂₃

同時，前行星排的齒圈與後行星排的行星架為一體，故有：

n₁₃=n_2H

各部件的齒數為：前排太陽輪Z₁₁=26；前排內齒圈Z₁₃=62；後排太陽輪Z₂₁=42；後排內齒圈Z₂₃=74。

根據表2各部件狀態及齒數，聯解以上方程（1）和（2），可求得不同擋位的傳動比。

（1）1擋
驅動前排太陽輪，前排內齒圈/後排行星架輸出，後排太陽輪固定，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

驅動前排行星架（即後排內齒圈）驅動，後排太陽輪固定，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動，整個行星齒輪機構整體轉動，傳動比為1:1。

（4）4擋

驅動前排行星架，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於雙排行星齒輪機構的後面，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構，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Z₁=34；齒圈Z₃=78；行星架的假想齒數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，換擋執行元件在不同擋位時的狀態見表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

操縱手柄處於P或N位時，輸入離合器C3結合，驅動輸入單向離合器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/後排齒圈、後排太陽輪三個部件中沒有固定部件，都在空轉，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結合，驅動輸入單向離合器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/後排行星架與車體相連，可視為固定或限定轉速，則前排太陽輪驅動前排行星架/後排齒圈同向旋轉；因後排行星架/前排齒圈與車體相連，可視為固定或限定轉速，則後排太陽輪有反向旋轉的趨勢。此時，前進擋制動器B4工作，低速擋單向離合器F3鎖止，後排太陽輪被固定，則後排行星架/前排齒圈被同向減速驅動，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節，當轉矩來自車輪時，前排太陽輪有同向增速旋轉的趨勢，則F2和F3滑轉，動力不能反向傳遞，所以，D1擋沒有發動機制動。

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結合，通過2擋驅動套驅動前排行星架/後排齒圈旋轉，對後行星排而言，後排齒圈驅動，後排行星架與車體相連，可視為固定或限定轉速，則後排太陽輪有反向旋轉的趨勢。此時，前進擋制動器B4工作，低速擋單向離合器F3鎖止，後排太陽輪被固定，則後排行星架/前排齒圈被同向減速驅動，車輛前行。2擋時，輸入離合器C3仍處於結合狀態，但輸入單向離合器F2處於滑轉狀態。因為對於前行星排而言，前排齒圈/後排行星架與車體相連，可視為固定或限定轉速，則前排太陽輪有同向增速旋轉的趨勢，所以輸入單向離合器F2超越滑轉。

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擋時也沒有發動機制動。

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結合，通過2擋驅動套將動力傳給前排行星架/後排齒圈；同時3擋離合器C2結合。對於前行星排構而言，2擋離合器C1結合，驅動前排行星架旋轉，因前排齒圈/後排行星架與車體相連，可視為固定或限定轉速，則前排太陽輪有同向增速旋轉的趨勢；此時，3擋離合器C2結合，3擋單向離合器F1鎖止，使前排太陽輪不能超速旋轉，轉速被限定在3擋離合器的轉速（即輸入轉速）。這相當於同時驅動了前排行星架與前排太陽輪，則整個行星齒輪機構整體旋轉，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

當轉矩來自車輪時，對前排星排齒輪機構而言，因前行星架被C1驅動，可視為固定或限定轉速，則前排太陽輪有減速旋轉的趨勢，此時3擋單向離合器F1超越，沒有發動機制動。

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結合，通過2擋驅動套將動力傳給前排行星架/後排齒圈；4擋制動器B1工作，將前排太陽輪固定，則前排齒圈/後排行星架（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，故有發動機制動。

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結合，輸入單向離合器F2鎖止，驅動前排太陽輪旋轉。倒擋制動器B2工作，將前排行星架固定，則前排齒圈/後排行星架（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

操縱手柄位於3位時，變速器的實際擋位只在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，沒有發動機制動，這裡所分析的手動3擋特指其中的實際3擋狀態。

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結合，通過2擋驅動套將動力傳給前排行星架/後排齒圈；同時3擋離合器C2結合，將前排太陽輪轉速被限定在3擋離合器的轉速（即輸入轉速）。這相當於同時驅動了前排行星架與前排太陽輪，則整個行星齒輪機構整體旋轉，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也結合，它不傳遞動力，只是為了獲得發動機制動。

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

當轉矩來自車輪時，對前行星排而言，因前行星架被驅動，可視為固定或限定轉速，則前排太陽輪有減速旋轉的趨勢，此時3擋單向離合器F1超越，發動機不能起到制動作用。而此時輸入離合器工作，輸入單向離合器F2鎖止，F2和F1的鎖止方向相反，F2阻止了前排太陽輪的減速趨勢，發動機起到了制動作用。

8．手動2擋動力傳遞路線

操縱手柄位於2擋時，變速器的實際擋位只在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，沒有發動機制動，這裡所分析的手動2擋特指其中的實際2擋狀態。

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，將後排太陽輪抱死雙向固定。當轉矩來自車輪時，對後行星排而言，後太陽輪固定，後齒圈有一個同向增速的趨勢，這個轉矩通過2擋驅動套傳遞給2擋離合器，而2擋離合器此時結合，將轉矩傳給輸入軸，發動機起到了制動作用。

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結合，驅動輸入單向離合器F2外圈，F2鎖止，動力傳至前排（輸入）太陽輪。同時，3擋離合器C2結合，因前排太陽輪轉速為輸入軸轉速，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，將後排太陽輪抱死雙向固定。當轉矩來自車輪時，對後行星排而言，後太陽輪固定，後排齒圈/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結合，3擋單向離合器F1鎖止，強迫前排太陽輪轉速與輸入轉速相同，發動機起到了制動作用。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