屈亞鋒

(武漢交通職業(yè)學(xué)院　湖北　武漢：430065)

通用AF40-6是一款全自動、六檔、電子控制的緊湊型變速驅(qū)動橋，適用于前輪驅(qū)動和全輪驅(qū)動的車輛，在新君越、新君威2.0T等車型上有所應(yīng)用。[1]該款變速器是典型的多排串聯(lián)復(fù)合式行星齒輪自動變速器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、檔位多；它充分利用單、雙行星齒輪機(jī)構(gòu)“兩入一出”動力傳遞變化獲得檔位，使檔位分析變得更復(fù)雜，學(xué)生理解困難；同類文獻(xiàn)對該款變速器研究較少，文獻(xiàn)[1]或維修手冊中直接告知各檔位的執(zhí)行元件，并未說明選用方法和傳動比的計算過程。本文通過理解通用AF40-6自動變速器變速傳動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，以單排單、雙行星齒輪機(jī)構(gòu)不同運動方式的應(yīng)用情況為基礎(chǔ)，對各檔位換檔執(zhí)行元件的選擇方法進(jìn)行分析，從而得出各檔位最優(yōu)化的換檔執(zhí)行元件，使學(xué)生容易掌握和理解。

1　單排單、雙行星齒輪機(jī)構(gòu)簡介

1.1　單排單、雙行星齒輪機(jī)構(gòu)的特性方程式

通用AF40-6自動變速器齒輪變速傳動機(jī)構(gòu)中采用了拉維娜式結(jié)構(gòu)，拉維娜式結(jié)構(gòu)是由單排單、雙行星齒輪機(jī)構(gòu)組合而成的雙排復(fù)合式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡化如圖1所示，其共用齒圈和行星架。假設(shè)大太陽輪轉(zhuǎn)速n1，齒圈的轉(zhuǎn)速n2，行星架的轉(zhuǎn)速n3，小太陽輪轉(zhuǎn)速n4，齒圈與大太陽輪齒數(shù)比為α1，齒圈與小太陽輪齒數(shù)比為α2。則單排單、雙行星齒輪變速機(jī)構(gòu)運動規(guī)律的特性方程式為：

n1+α1n2-(1+α1)n3=0

(1)

n4-α2n2-(1-α2)n3=0

(2)

圖1　拉維娜式行星齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖

1.2　單排單、雙行星齒輪機(jī)構(gòu)的運動方式和應(yīng)用情況

根據(jù)式(1)和式(2)不同的動力傳遞，可實現(xiàn)單排單行星齒輪機(jī)構(gòu)的不同運動方式，具體見表1[2]。表1與傳統(tǒng)歸納的不同點主要有：一是并未將單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的所有運動方式都列舉出來，僅保留了目前應(yīng)用于自動變速器的運動方式；二是增加了方案6和方案10，即“兩入一出”且兩入速度不等的運動方式；三是給出了每種運動方式的傳動比變化范圍，歸納了其可能應(yīng)用的檔位和檔位特點；四是方案3傳動比大小加了絕對值符號，“-”表示輸入輸出反向。

表1　單排行星齒輪齒輪機(jī)構(gòu)不同運動方式及應(yīng)用

圖2　通用AF40-6自動變速器的變速傳動機(jī)構(gòu)

2　通用AF40-6自動變速器的變速傳動機(jī)構(gòu)

通用AF40-6自動變速器變速傳動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，屬于典型的串聯(lián)復(fù)合式行星齒輪機(jī)構(gòu)，從動力輸入端來看，分別假定為第1、2和3排，第1排為單行星齒輪機(jī)構(gòu)，第2、3排是拉維娜式組合行星齒輪機(jī)構(gòu)，各排的參數(shù)分別假定為α1、α2和α3[3]。該變速傳動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)有如下幾大特點：一是第1排太陽輪與液力變矩器單向離合器內(nèi)座圈相連接，被其固定不能旋轉(zhuǎn)；二是動力由輸入軸1輸入，然后經(jīng)過兩條路線傳遞，一條是直接經(jīng)過離合器C2傳遞至第2、3排共用行星架，另外一條經(jīng)過第1排行星齒輪組減速后通過C1或C3傳遞至第3排太陽輪或第2排前太陽輪；三是第2、3排共用齒圈且做為動力輸出；四是可實現(xiàn)六個前進(jìn)檔位，但無直接檔。

3　通用AF40-6自動變速器各檔位分析

3.1　“D”檔位分布情況分析

通用AF40-6自動變速器中數(shù)字6表示“D”檔位數(shù)為6個(D1、D2、D3、D4、D5、D6)。

根據(jù)圖2，第1排只能實現(xiàn)表1方案2，可獲得(1+α1)/α1大小的傳動比；由于第1排無法實現(xiàn)直接檔，而第1排和第2、3排是串聯(lián)關(guān)系，故該款變速箱無法實現(xiàn)直接檔。由于第2、3排屬于拉維娜式結(jié)構(gòu)，不考慮C1、C2和C3傳遞動力的轉(zhuǎn)速差時，比較容易獲得表1方案8、方案5或方案9和方案4，即：α3、1和α2/(1+α2)大小的傳動比；如果第2、3排同時起作用，即C1、B1起作用時，可獲得(α2+α3)/(1+α2)大小的傳動比[4]。根據(jù)串聯(lián)復(fù)合式變速器獲得傳動比的方法，第1排和第2、3排分別匹配，能夠?qū)崿F(xiàn)1個超速檔和3個低速檔。

考慮到C2和C1、C3傳遞動力時有轉(zhuǎn)速差，可實現(xiàn)表1方案6和方案10；由于C1C2或C2C3分別在單行星齒輪排和雙行星齒輪排，故不能同時實現(xiàn)兩個超速檔或兩個低速檔，即只能獲得1個超速檔和1個低速檔。

因此，通用AF40-6自動變速器“D”檔位分布情況為：2個超速檔(D5和D6)，4個低速檔(D1、D2、D3和D4)。

3.2　通用AF40-6自動變速器各檔位分析方法

3.2.1“D”檔位分析

3.2.1.1D1檔位分析

(1)D1檔位與執(zhí)行元件的關(guān)系

由于D1檔位是D位的最低檔，即最大的傳動比，因此第1排與第2、3排匹配時應(yīng)選擇最大的傳動比，故選用C1、B2或C1、F1；由于D1檔位不是D位的最高檔，設(shè)計時如果有制動或單向制動兩種約束條件時，一般選擇單向約束條件，使D1檔位無發(fā)動機(jī)的制動作用，故選用F1，主要作用是阻止第3排行星架逆時針轉(zhuǎn)動[5]。因此，D1檔的最優(yōu)換檔執(zhí)行元件為：C1、F1。

(2)D1檔位傳動比的計算

n11+α1n12-(1+α1)n13=0(第1排)(3)

n11=0

(第1排)(4)

n31-α3n32-(1-α3)n33=0(第3排)(5)

(第3排)(6)

由式(3)、(4)、(5)、(6)聯(lián)立求解D1檔傳動比：

iD1=(n12/n13)×(n31/n32)=(1+α1)/α1×α3

3.2.1.2D2檔位分析

(1)D2檔位與執(zhí)行元件的關(guān)系

由于D2檔位也是低速檔，但比D1檔位的傳動比小，故考慮C1、B1起作用時，通過(α2+α3)/(1+α2)大小的傳動比與第1排匹配，可獲得比D1檔位稍小的傳動比；比較D1檔和D2檔的選擇方案，僅差1個由液壓控制控制的B1元件。因此，D2檔的最優(yōu)換檔執(zhí)行元件為：C1、B1。

(2)D2檔位傳動比的計算

n21+α2n22-(1+α2)n23=0(第2排)(7)

n22=0

隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)、社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展以及文化交流的日趨頻繁，大量的新詞涌入英漢語言。目前關(guān)于英漢詞匯構(gòu)詞法的研究很多，但對英漢新詞構(gòu)成模式之間的比較研究卻相對較少。本文通過對比英漢新詞的構(gòu)詞方法，找出英漢新詞構(gòu)成的相似性和獨特性，并且進(jìn)一步分析造成英漢構(gòu)詞差異的原因，幫助外語學(xué)習(xí)者了解英漢新詞的構(gòu)詞規(guī)律、語義特點及其社會文化內(nèi)涵，加深對英漢語言的認(rèn)識。

(第2排)(8)

n23=n33；n22=n32

(第2、3排)(9)

由式(3)、(4)、(5)、(7)、(8)、(9)聯(lián)立求解D2檔傳動比：

iD2=(n12/n13)×(n31/n32或n22)=

(1+α1)/α1×(α2+α3)/(1+α2)

3.3.1.3D3檔位分析

①D3檔位與執(zhí)行元件的關(guān)系

由于D3檔也是低速檔，但比D2檔位的傳動比小，根據(jù)前文對D1和D2檔位的分析，繼續(xù)考慮第1和第2、3排匹配的方法，第2、3排能夠選擇的比1大的傳動比已經(jīng)選擇，故只能選擇表1方案5或方案9；由于C2和C1、C3傳遞動力時有轉(zhuǎn)速差，只能選擇C1、C3；比較D2檔和D3檔的選擇方案，雖然相差的由液壓控制的元件有B1、C3，但是B1、C3必須選擇，故已經(jīng)是最優(yōu)方案。因此，D3檔的最優(yōu)換檔執(zhí)行元件為：C1、C3。

(2)D3檔位傳動比的計算

n21=n31

(第2、3排)(10)

由式(3)、(4)、(5)、(7)、(9)、(10)聯(lián)立求解D4檔傳動比：

iD3=(n12/n13)×(n31或n21/n32或n22)=

(1+α1)/α1×1

3.2.1.4D4檔位分析

(1)D4檔位與執(zhí)行元件的關(guān)系

由于D4檔也是低速檔，但比D3檔位的傳動比小，根據(jù)前文對D1、D2和D3檔位的分析，第1和第2、3排匹配方案已經(jīng)全部選用，故考慮表1方案6或方案10，即選擇C1、C2或C2、C3；由于C2單獨起作用用于第2排可實現(xiàn)超速檔，而用于第3排只能實現(xiàn)低速檔，故選擇C1、C2；比較D3檔和D4檔的選擇方案，雖然相差的由液壓控制的元件有C2、C3，但是C2、C3必須選擇，故已經(jīng)是最優(yōu)方案。因此D4檔的最優(yōu)換檔執(zhí)行元件為：C1、C2。

(2)D4檔位傳動比的計算

(1+α1)/α1×n31=n33(第3排)(11)

由式(5)、(11)聯(lián)立求解D4檔傳動比：

iD4=n33/n32=(α1×α3+α3)/(α1×α3+α3-1)

3.2.1.5D5檔位分析

(1)D5檔位與執(zhí)行元件的關(guān)系

由于D5檔位是超速檔，但傳動比比D6檔稍大，根據(jù)前文D4檔的選擇方案分析，只能選擇C2、C3；比較D4檔和D5檔的選擇方案，雖然相差的由液壓控制的元件有C1、C3，但是C1、C3必須選擇，故已經(jīng)是最優(yōu)方案。因此D5檔的最優(yōu)換檔執(zhí)行元件為：C2、C3。

(2)D5檔位傳動比的計算

(1+α1)/α1×n21=n23(第2排)(12)

由式(7)、(12)聯(lián)立求解D5檔傳動比：

iD5=n23/n22=(α1×α2+α2)/(α1×α2+α2+1)

3.2.1.6D6檔位分析

(1)D6檔位與執(zhí)行元件的關(guān)系

由于D6檔位是該變速箱的最高檔位，可考慮表1方案4，故選擇C2、B1；比較D5檔和D6檔的選擇方案，雖然相差的由液壓控制的元件有B1、C3，但是B1、C3必須選擇，故已經(jīng)是最優(yōu)方案。因此D6檔的最優(yōu)換檔執(zhí)行元件為：C2、B1。

(2)D6檔位傳動比的計算

(1+α1)/α1×n21=n23(第2排)(13)

由式(7)、(13)聯(lián)立求解D6檔傳動比：

iD6=n23/n22=(α1×α2+α2)/(α1×α2+α2+1)

3.2.2“R”檔位分析

(1)R檔位與執(zhí)行元件的關(guān)系

根據(jù)表1，方案3可實現(xiàn)倒檔；根據(jù)圖2只有第2排可實現(xiàn)；根據(jù)前述D1檔位執(zhí)行元件的選擇，考慮到倒檔可采用發(fā)動機(jī)的制動作用，故R檔的最優(yōu)換檔執(zhí)行元件為：C3、B2。

(2)R檔位傳動比的計算

n23=0

(第2排)(14)

由式(3)、(4)、(7)、(14)聯(lián)立求解R檔傳動比：

iR=(n12/n13)×(n21/n22)=(1+α1)/α1×-α2

(“-”號表示輸入輸出反向)

3.2.3手動“1”檔位分析

手動“1”檔是通用AF40-6自動變速器的手動換檔模式下的檔位，它與D1檔的區(qū)別是可利用發(fā)動機(jī)的制動作用。因此手動“1”檔位的換檔執(zhí)行元件為：C1、B2。傳動比的計算和D1檔位相同。

值得注意的是：由于D2、D3、D4、D5和D6各檔位都有發(fā)動機(jī)制動作用，因此手動換檔模式下的其他檔位與對應(yīng)的D檔位換檔執(zhí)行元件相同。

3.3　通用AF40-6自動變速器各檔位與執(zhí)行元件的關(guān)系

根據(jù)前文各檔位換檔執(zhí)行元件的分析和傳動比計算，通用AF40-6自動變速器各檔位與執(zhí)行元件的關(guān)系歸納為表2所示，傳動比大小數(shù)值來自文獻(xiàn)[1]中變速箱的規(guī)格數(shù)據(jù)。表2中通過不同的符號表示各執(zhí)行元件的工作狀態(tài)，具體含義為：“●”表示液壓元件起作用；“-”表示液壓元件不起作用；“H”表示單向離合器起作用；“”表示單向離合器不起作用；“Δ”表示空檔時起作用的液壓元件。

表2　通用AF40-6自動變速器各檔位與執(zhí)行元件的關(guān)系

4　結(jié)論

本文分析通用AF40-6自動變速器時，并未直接采用文獻(xiàn)[1]中各檔位的換檔執(zhí)行元件，而是在事先不知道各檔位換檔執(zhí)行元件的情況下，利用單、雙行星行星齒輪機(jī)構(gòu)特性方程式，結(jié)合不同運動方式的應(yīng)用情況，特別是充分利用任意兩個共同輸入且速度相等或不相等動力傳遞的變化，通過分析各檔位傳動比大小的范圍，研究出通用AF40-6自動變速器各檔位最優(yōu)化換檔執(zhí)行元件選擇的方法，最后計算出傳動比，和文獻(xiàn)[1]中各檔位傳動比大小的范圍基本吻合。文中理論分析準(zhǔn)確、嚴(yán)謹(jǐn)，講清了如何選擇換檔執(zhí)行元件，對其他研究自動變速器的學(xué)者有一定的參考價值。

[1]上海通用AF40-6自動變速箱技術(shù)信息指南[EB/OL].(2015-02-01)[2017-11-28].http://www.doc88.com/p-0592619127820.html.

[2]屈亞鋒.基于特性方程式下的自動變速器檔位分析技巧[J].武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2017,(3):39-42.

[3]屈亞鋒.基于瞬心-速度矢量法分析單排行星齒輪機(jī)構(gòu)中“兩入一出”動力傳遞的變化[J].信息記錄材料，2017,(12):59-62.

[4]劉剛,屈亞鋒.汽車底盤電控系統(tǒng)檢修[M].北京：中國鐵道出版社，2017:54-56.

[5]屈亞鋒.自動變速器檔位中發(fā)動機(jī)制動作用的判斷技巧——以豐田A340E為例[J].淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2017，(6):137-139.