GF6自動變速器的動力傳遞分析及傳動比的計算

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

【關鍵詞】GF6自動變速器 動力傳遞 傳動比計算 寶駿630

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】 A

【文章編號】0450-9889（2015）04C-0190-03

一、GF6自動變速器的結構介紹

GF6系列變速器是通用汽車公司研發(fā)的新款全電子控制，前輪驅動的6速自動變速器，該系列變速器設計巧妙、結構簡單，廣泛應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)動機功率不同，存在著不同的型號，但是GF6系列變速器的基本結構是一樣的。變速器由3組單排單級式行星齒輪機構組成，如圖1所示。從右向左分別為前排、中排、后排行星齒輪機構，中排太陽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（簡稱：前圈中架），中排齒圈與后排行星架剛性連接為一體（簡稱：中圈后架）。

為了使GF6自動變速器實現(xiàn)6個前進檔和1個倒檔，除了3排行星齒輪機構外，還有六個換檔執(zhí)行元件，他們的作用分別是：離合器C1-2-3-4用于固定前排太陽輪，離合器C2-6固定后排太陽輪，離合器C3-5-R連接輸入軸和后排太陽輪，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針旋轉，防止逆時針旋轉，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自動變速器行星齒輪機構運動特性方程的建立

單排單級行星齒輪機構的運動規(guī)律特性方程式為：

n1+an2-（1+a）n3=0 （1）

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

GF6自動變速器的前排、中排和后排均為單排單級行星齒輪機構組成，因此對這3排行星齒輪機構建立運動特性方程式如下：

n11+a1n12-（1+a1）n13=0 （2）

n21+a2n22-（1+a2）n23=0 （3）

n31+a3n32-（1+a3）n33=0 （4）

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

根據(jù)GF6自動變速器行星齒輪機構運動特性方程（2）（3）（4），可列出方程組，并結合換檔執(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比的計算。

三、GF6自動變速器各檔位動力傳遞分析及傳動比計算

（一）D-1檔

1.動力傳遞分析

當變速器在D-1檔工作時，由表1可知，工作的執(zhí)行元件有：單向離合器OWC和離合器C1-2-3-4。此時中排太陽輪輸入，中圈后架被制動，前太陽輪被制動，前架后圈輸出。

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

因后排行星齒輪組中3個部件都沒有制動，即形成空檔，所以后排行星齒輪組對傳動輸出沒有影響。

2.傳動比的計算

由以上D-1檔動力傳遞分析可知，此時前、中兩排行星機構的約束條件為：

n11=n22=0 ；n12=n23=0

根據(jù)運動特性方程式（2）和（3）以及前、中兩排行星機構的約束條件可得到D-1檔的傳動比為：

（二）D-2檔

1.動力傳遞分析

當變速器在D-2檔工作時，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。此時中排太陽輪輸入，前、后太陽輪被制動，中圈后架受限，前架后圈輸出。

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

2.傳動比的計算

由以上D-2檔動力傳遞分析可知，此時三排行星機構的約束條件為：

n11=n31=0 ；n12=n23；n22=n33；n13=n32；

根據(jù)運動特性方程式（2）、（3）和（4）以及三排行星機構的約束條件可得到D-2檔的傳動比為：

（三）D-3檔

1.動力傳遞分析

當變速器在D-3檔工作時，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。此時中、后排太陽輪輸入，前排太陽輪被制動，中圈后架受限，前架后圈輸出。

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

2.傳動比的計算

由以上D-3檔動力傳遞分析可知，此時三排行星機構的約束條件為：

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

根據(jù)運動特性方程式（2）、（3）和（4）以及三排行星機構的約束條件可得到D-3檔的傳動比為：

（四）D-4檔

1.動力傳遞分析

當變速器在D-4檔工作時，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。此時中排太陽輪和中圈后架共同輸入，前排太陽輪被制動，前架后圈輸出。

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

2.傳動比的計算

由以上D-4檔動力傳遞分析可知，此時前、中兩排行星機構的約束條件為：

n11=0 ；n21=n12=n22=n23

根據(jù)運動特性方程式（2）和（3）以及前、中兩排行星機構的約束條件可得到D-4檔的傳動比為：

（五）D-5檔

1.動力傳遞分析

當變速器在D-5檔工作時，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。此時中、后排太陽輪和中圈后架共同輸入。

動力通過輸入軸順時針輸入，由于離合器C4-5-6的作用使中排行星齒輪組的太陽輪和齒圈順時針同速旋轉，因此整個中間排行星齒輪組就整體的順時針同速旋轉，將動力輸送給前排齒圈。離合器C3-5-R的作用使后排行星齒輪組的太陽輪和行星架順時針同速旋轉，因此整個中間排行星齒輪組就整體的順時針同速旋轉，將動力輸送給前排行星架。而此時前排行星齒輪組的齒圈和行星架的轉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針同速旋轉，將動力輸出形成D-5檔。

2.傳動比的計算

由以上D-5檔動力傳遞分析可知，變速器在D-5檔時，變速箱內部所有行星齒輪機構的部件都沒有相對的運動。傳動比為：。

（六）D-6檔

1.動力傳遞分析

當變速器在D-6檔工作時，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。此時中排太陽輪和中圈后架共同輸入，后太陽輪被制動，前架后圈輸出。

D-6檔動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合，將動力順時針輸入，此時后排太陽輪被制動，后排齒圈超速運轉將動力輸出形成D-6檔。而此時中排行星齒輪組的動力傳遞和D-5檔相同。在前排行星齒輪機構中，因前排太陽輪沒有制動，形成空檔，不與后排行星齒輪組所傳遞的動力相干涉。

2.傳動比的計算

由以上D-6檔動力傳遞分析可知，此時后排行星機構的約束條件為：n31=0。

根據(jù)運動特性方程式（4）以及后排行星機構的約束條件可得到D-6檔的傳動比：

（七）R檔

1.動力傳遞分析

當變速器在R檔工作時，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。此時中、后排太陽輪共同輸入，中圈后架被制動，前架后圈輸出。

R檔動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輪結合，將動力順時針輸入，此時后排行星架被制動，后排齒圈逆時針轉動將動力輸出形成R檔。

2.傳動比的計算

由以上R檔動力傳遞分析可知，此時后排行星機構的約束條件為：n33=0。

根據(jù)運動特性方程式（4）以及后排行星機構的約束條件可得到R檔的傳動比為：

四、寶駿630汽車GF6自動變速器傳動比的計算分析

五菱寶駿630自動檔1.5L的發(fā)動機相匹配的變速器的型號是GF6系列中的6T30E。該型號的自動變速器單排行星齒輪機構的齒數(shù)如表2所示。將各齒輪的齒數(shù)代入上述推導出來的各檔位傳動比計算公式，可得出寶駿630自動檔汽車各檔位的傳動比數(shù)據(jù)，如表3所示。

根據(jù)計算結果可知，五菱寶駿630變速器的1、2、3、4、R檔的傳動比都大于1，屬于減速增扭的檔位；5檔傳動比為1，是直接檔；6檔傳動比小于1，是超速檔。其中最大傳動比為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，而最小傳動比為0.742，使車輛在最高車速時滿足后備功率的條件下提高了燃油經濟性。同時各相鄰傳動比之間大致按照等比數(shù)列的規(guī)律。因此寶駿630自動變速器的選取與車輛相匹配良好。

經過對各檔位動力傳遞路線分析，清楚了各執(zhí)行元件工作的過程和特點，為車輛的故障診斷和維修提供參考依據(jù)，同時對GF6各檔位傳動比的計算公式推導，使該系列變速器傳動比的計算更為便捷，為汽車設計和優(yōu)化提供途徑。

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【作者簡介】王洪廣（1980- ），男，河南平頂山人，柳州鐵道職業(yè)技術學院講師，研究方向：汽車電子，汽車檢測與維修。

（責編 丁 夢）