GF6自动变速器的动力传递分析及传动比的计算

【摘 要】通过对GF6自动变速器各档位动力传递路线分析及传动比的推导，以及在宝骏630中的应用，为该系列其他变速器的传动比计算分析提供便捷的途径，也给相关的设计和维修人员提供一定的理论依据。

【关键词】GF6自动变速器 动力传递 传动比计算 宝骏630

【中图分类号】 G 【文献标识码】 A

【文章编号】0450-9889（2015）04C-0190-03

一、GF6自动变速器的结构介绍

GF6系列变速器是通用汽车公司研发的新款全电子控制，前轮驱动的6速自动变速器，该系列变速器设计巧妙、结构简单，广泛应用在上海通用的各款主力车型中。该系列变速器根据匹配的发动机功率不同，存在着不同的型号，但是GF6系列变速器的基本结构是一样的。变速器由3组单排单级式行星齿轮机构组成，如图1所示。从右向左分别为前排、中排、后排行星齿轮机构，中排太阳轮通过花键与输入轴刚性连接始终作为输入；前排行星架与后排齿圈刚性连接为一体（简称：前架后圈），并作为输出部件。前排齿圈与中间行星架刚性连接为一体（简称：前圈中架），中排齿圈与后排行星架刚性连接为一体（简称：中圈后架）。

为了使GF6自动变速器实现6个前进档和1个倒档，除了3排行星齿轮机构外，还有六个换档执行元件，他们的作用分别是：离合器C1-2-3-4用于固定前排太阳轮，离合器C2-6固定后排太阳轮，离合器C3-5-R连接输入轴和后排太阳轮，离合器C4-5-6连接输入轴和中圈后架，离合器CL-R是固定中圈后架，单向离合器OWC使后排行星齿轮架只能顺时针旋转，防止逆时针旋转，连接方式如图1所示。各档位换档执行元件的工作状况，如表1所示。

二、GF6自动变速器行星齿轮机构运动特性方程的建立

单排单级行星齿轮机构的运动规律特性方程式为：

n1+an2-（1+a）n3=0 （1）

其中，n1为太阳轮转速；n2为齿圈转速；n3为行星架转速；a为齿圈齿数z2与太阳轮齿数z1之比，即a=z2/z1。

GF6自动变速器的前排、中排和后排均为单排单级行星齿轮机构组成，因此对这3排行星齿轮机构建立运动特性方程式如下：

n11+a1n12-（1+a1）n13=0 （2）

n21+a2n22-（1+a2）n23=0 （3）

n31+a3n32-（1+a3）n33=0 （4）

其中，n11为前排太阳轮转速；n12为前排齿圈转速；n13为前排行星架转速；n21为中排太阳轮转速；n22为中排齿圈转速；n23为中排行星架转速；n31为后排太阳轮转速；n32为后排齿圈转速；n33为后排行星架转速；a1为前排的齿圈齿数z12与太阳轮齿数z11之比，即a1=z12/z11；a2为中排的齿圈齿数 z22与太阳轮齿数z21之比，即a2=z22/z21；a3为后排的齿圈齿数z32与太阳轮齿数z31之比，即 a3=z32/z31。

根据GF6自动变速器行星齿轮机构运动特性方程（2）（3）（4），可列出方程组，并结合换档执行元件的工作情况，列出各档位的约束条件，就很容易的得出各档位传动比的计算。

三、GF6自动变速器各档位动力传递分析及传动比计算

（一）D-1档

1.动力传递分析

当变速器在D-1档工作时，由表1可知，工作的执行元件有：单向离合器OWC和离合器C1-2-3-4。此时中排太阳轮输入，中圈后架被制动，前太阳轮被制动，前架后圈输出。

动力通过输入轴顺时针输入，带动中排太阳轮顺时针转动，中排行星轮逆时针转动，中圈后架被单向离合器制动。前圈中架顺时针转动，因前排太阳轮制动，所以前架后圈将动力输出。

因后排行星齿轮组中3个部件都没有制动，即形成空档，所以后排行星齿轮组对传动输出没有影响。

2.传动比的计算

由以上D-1档动力传递分析可知，此时前、中两排行星机构的约束条件为：

n11=n22=0 ；n12=n23=0

根据运动特性方程式（2）和（3）以及前、中两排行星机构的约束条件可得到D-1档的传动比为：

（二）D-2档

1.动力传递分析

当变速器在D-2档工作时，由表1可知，工作的执行元件有：离合器C2-6和离合器C1-2-3-4。此时中排太阳轮输入，前、后太阳轮被制动，中圈后架受限，前架后圈输出。

动力通过输入轴顺时针输入，前、中两排行星齿轮组动力传递路线与D-1档基本相同，而此时后排太阳轮被固定，后排行星轮顺时针转动带动后排行星架顺时针转动。由于在D-1档时后排行星架是静止的，而此时后排行星架的转动必然带动前架后圈以更快的速度顺时针转动，因此提高了输出转速形成D-2档。

2.传动比的计算

由以上D-2档动力传递分析可知，此时三排行星机构的约束条件为：

n11=n31=0 ；n12=n23；n22=n33；n13=n32；

根据运动特性方程式（2）、（3）和（4）以及三排行星机构的约束条件可得到D-2档的传动比为：

（三）D-3档

1.动力传递分析

当变速器在D-3档工作时，由表1可知，工作的执行元件有：离合器C3-5-R和离合器C1-2-3-4。此时中、后排太阳轮输入，前排太阳轮被制动，中圈后架受限，前架后圈输出。

动力通过输入轴顺时针输入，前、中两排行星齿轮组动力传递路线与D-2基本相同。但是在D-2档时后排太阳轮被固定，而在D-3档位时输入轴带动后排太阳轮顺时针转动，从而带动后排行星架以及前架后圈以更快的速度顺时针旋转，因此提高了输出转速形成D-3档。

2.传动比的计算

由以上D-3档动力传递分析可知，此时三排行星机构的约束条件为：

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

根据运动特性方程式（2）、（3）和（4）以及三排行星机构的约束条件可得到D-3档的传动比为：

（四）D-4档

1.动力传递分析

当变速器在D-4档工作时，由表1可知，工作的执行元件有：离合器C4-5-6和离合器C1-2-3-4。此时中排太阳轮和中圈后架共同输入，前排太阳轮被制动，前架后圈输出。

动力通过输入轴顺时针输入，由于离合器C4-5-6的作用使中排行星齿轮组的太阳轮和齿圈顺时针同速旋转，因此整个中间排行星齿轮组就整体的顺时针同速旋转，将动力输送给前排齿圈，并且转速与输入轴相同。此时前排太阳轮固定，前排齿圈输入，前架后圈作为输出形成D-4档。此时后排行星齿轮组形成空档，不与前两排行星齿轮的动力传递相干涉。

2.传动比的计算

由以上D-4档动力传递分析可知，此时前、中两排行星机构的约束条件为：

n11=0 ；n21=n12=n22=n23

根据运动特性方程式（2）和（3）以及前、中两排行星机构的约束条件可得到D-4档的传动比为：

（五）D-5档

1.动力传递分析

当变速器在D-5档工作时，由表1可知，工作的执行元件有：离合器C4-5-6和离合器C3-5-R。此时中、后排太阳轮和中圈后架共同输入。

动力通过输入轴顺时针输入，由于离合器C4-5-6的作用使中排行星齿轮组的太阳轮和齿圈顺时针同速旋转，因此整个中间排行星齿轮组就整体的顺时针同速旋转，将动力输送给前排齿圈。离合器C3-5-R的作用使后排行星齿轮组的太阳轮和行星架顺时针同速旋转，因此整个中间排行星齿轮组就整体的顺时针同速旋转，将动力输送给前排行星架。而此时前排行星齿轮组的齿圈和行星架的转速和方向都与输入轴相同，所以前排行星齿轮组就整体的顺时针同速旋转，将动力输出形成D-5档。

2.传动比的计算

由以上D-5档动力传递分析可知，变速器在D-5档时，变速箱内部所有行星齿轮机构的部件都没有相对的运动。传动比为：。

（六）D-6档

1.动力传递分析

当变速器在D-6档工作时，由表1可知，工作的执行元件有：离合器C4-5-6和离合器C2-6。此时中排太阳轮和中圈后架共同输入，后太阳轮被制动，前架后圈输出。

D-6档动力主要由后排行星齿轮组传递，由于离合器C4-5-6工作使输入轴和后排行星架结合，将动力顺时针输入，此时后排太阳轮被制动，后排齿圈超速运转将动力输出形成D-6档。而此时中排行星齿轮组的动力传递和D-5档相同。在前排行星齿轮机构中，因前排太阳轮没有制动，形成空档，不与后排行星齿轮组所传递的动力相干涉。

2.传动比的计算

由以上D-6档动力传递分析可知，此时后排行星机构的约束条件为：n31=0。

根据运动特性方程式（4）以及后排行星机构的约束条件可得到D-6档的传动比：

（七）R档

1.动力传递分析

当变速器在R档工作时，由表1可知，工作的执行元件有：离合器C3-5-R和离合器CL-R。此时中、后排太阳轮共同输入，中圈后架被制动，前架后圈输出。

R档动力主要由后排行星齿轮组传递，由于离合器CL-R工作使输入轴和后排太阳轮结合，将动力顺时针输入，此时后排行星架被制动，后排齿圈逆时针转动将动力输出形成R档。

2.传动比的计算

由以上R档动力传递分析可知，此时后排行星机构的约束条件为：n33=0。

根据运动特性方程式（4）以及后排行星机构的约束条件可得到R档的传动比为：

四、宝骏630汽车GF6自动变速器传动比的计算分析

五菱宝骏630自动档1.5L的发动机相匹配的变速器的型号是GF6系列中的6T30E。该型号的自动变速器单排行星齿轮机构的齿数如表2所示。将各齿轮的齿数代入上述推导出来的各档位传动比计算公式，可得出宝骏630自动档汽车各档位的传动比数据，如表3所示。

根据计算结果可知，五菱宝骏630变速器的1、2、3、4、R档的传动比都大于1，属于减速增扭的档位；5档传动比为1，是直接档；6档传动比小于1，是超速档。其中最大传动比为4.449，满足了车辆的最大爬坡度和最低速稳定速度的要求，而最小传动比为0.742，使车辆在最高车速时满足后备功率的条件下提高了燃油经济性。同时各相邻传动比之间大致按照等比数列的规律。因此宝骏630自动变速器的选取与车辆相匹配良好。

经过对各档位动力传递路线分析，清楚了各执行元件工作的过程和特点，为车辆的故障诊断和维修提供参考依据，同时对GF6各档位传动比的计算公式推导，使该系列变速器传动比的计算更为便捷，为汽车设计和优化提供途径。

【参考文献】

[1] 甘守武，陈志军，张楠.单排行星齿轮机构动力传递方式分析方法[J].重庆电子工程职业学院学报，2011（04）

[2] 杨华春.丰田A761E自动变速器的动力传递及传动比的计算[J].科技信息，2013（06）

[3] 俞建军，陈宁.A761E自动变速器动力传递的分析及计算[J].机械传动，2012（04）

[4] 赵建宁.A442E自动变速器各档位动力传动路线及传动比的分析[J].青海交通科技，2012（02）

[5] 邓正思.单排双级式行星齿轮机构的速比计算[J].汽车维修，2009（01）

【作者简介】王洪广（1980- ），男，河南平顶山人，柳州铁道职业技术学院讲师，研究方向：汽车电子，汽车检测与维修。

（责编 丁 梦）