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自动变速器动力传递路线分析（六）——美国通用公司4T65E/4T60E型自动变速器

（接上期）
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-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：

n_1H=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=n_2H

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/n_2H=（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=n_1H/n₁₃=n₂₃/n_2H=

（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=n_1H/n_2H =n_1H/n₁₃=Z₁₃/Z_1H=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/n_2H=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Z_H=Z₁+Z₃=112，则主减速器传动比为：

Z_H/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