1 綜述

由于駐車機構在自動變速器中的重要性，其設計、分析、計算等具有重要的意義。文中以某無級變速器的駐車機構為例，通過對駐車關鍵零部件（駐車棘爪、駐車棘輪、推桿彈簧等）的受力分析，闡述了駐車機構的設計參數與駐車性能的量化關系，為駐車機構的參數設計提供理論依據。

2 駐車機構的設計輸入及功能要求

2.1 駐車機構的構成

無級變速器的駐車機構主要包括扇形板、推桿總成（駐車導桿、推桿彈簧、壓力塊、駐車凸輪等）、回位彈簧、導向塊、駐車棘爪、駐車棘輪等。根據布置空間及對接件的匹配要求，具體結構如圖1所示。

圖1 駐車機構結構示意圖

2.2 設計輸入

(1）整車滿載質量(Kg)。

(2）最大駐車坡度(30%)。

(3）最大結合速度(5Km/h)。

(4）最大脫P檔力(Nm)。

(5）主減速器速比。

(6）輪胎半徑(m)。

(7）溜車距離(0.15m)。

(8）質心到前軸距離（m）。

(9）路面附著系數。

(10）軸距（m）。

2.3 功能要求

（1）車速不高于5km/h行駛時，駐車機構能實現安全駐車。

（2）汽車處于非駐車工況時，駐車機構不能自動駐車。

（3）汽車實現駐車后，駐車機構不能自動脫檔。

（4）汽車需要行駛時，駐車機構能順利摘出P檔，脫離駐車。

3 駐車機構子零件設計計算過程

3.1 駐車機構棘輪設計

3.1.1 駐車棘輪最大負載計算

式中m--整車滿載質量（m）；

g--重力加速度；

α--坡道與水平面之間的夾角（°）；如圖2所示

r-輪胎半徑（m）；

id--差速器與棘輪所在輸出軸的傳動比；

rg--駐車棘輪接觸半徑（m）。

圖2 坡道駐車

3.1.2 駐車濫用工況棘輪負載計算：

Fmax=2Fg

3.1.3 棘輪齒面接觸應力的計算（如圖3）

式中，σH--棘輪齒面接觸應力；

Fn--棘爪給棘輪的正壓力(N）；

Fn=Fgcosβ；

b--棘輪與棘爪接觸線的長度（m）；

ρ--接觸圓角曲率半徑（m）。

圖3 棘爪對棘輪的力

駐車機構在濫用工況下的齒面接觸應力通常不大于6000MPa，在正常駐車工況下的齒面接觸應力通常不大于4000MPa。

3.1.4 坡道回滾量的計算：

坡道回滾量Sr要小于規定溜車距離0.15m。

3.1.5 內花鍵強度計算

花鍵強度校核主要包括彎曲強度校核和接觸強度校核。

（1）彎曲強度

式中Tmax--花鍵承受的最大轉矩，Tmax=s11T，s11為安全系數，推薦值為2，T為花鍵實際承受的轉矩，T=Mg；

Db—分度圓直徑(m)；

e—分度圓齒厚（m）；

L—接觸長度（m）；

Ze—實際作用齒數；

S1—嚙合負載系數，一般情況下取0.25。

(2)接觸強度

S—接觸面積（m2），其值等于接觸長度L和接觸高度的乘積；

S2—面積負載系數，表示實際接觸面積，推薦值為1。

關于棘輪反轉工況下的計算，過程同上。

3.2 駐車機構棘爪設計

3.2.1 最大坡度駐車棘爪負載計算；

式中， F?n1?—棘輪給棘爪的正壓力（N）；

F n— 棘爪給棘輪的正壓力（N），Fn = Fg cosα。

3.2.2 駐車濫用工況棘爪負載計算

3.2.3 棘爪齒面接觸應力計算

式中—棘輪給棘爪的正壓力（N）；

b—棘輪與棘爪接觸線長度(m)；

σ—接觸圓弧曲率半徑（m）。

駐車機構在濫用工況下的齒面接觸應力通常不大于6000MPa，在正常駐車工況下的齒面接觸應力通常不大于4000MPa。

棘輪反轉工況下的計算過程同上。

3.3 駐車凸輪保持自鎖的計算：

3.3.1 以棘爪為對象：

如圖4所示，根據棘爪受力平衡，推桿總成提供的轉矩等于回位扭轉彈簧轉矩、棘輪對棘爪的作用轉矩和凸輪對棘爪的作用轉矩之和，則：

F?N?3--凸輪對棘爪的正壓力（N）；

R3--的力臂（m）；

圖4 棘爪受力分析

3.3.2 以駐車凸輪為對象：

β--駐車凸輪與駐車棘爪的接觸面與水平面之間的夾角（°）；

當Fh≥0時，駐車凸輪可以滿足自鎖功能。

棘輪反轉工況下，計算過程同上。

3.4 駐車機構棘爪回位彈簧的設計

在沒有掛入P檔的情況下，棘爪不應駐入棘輪，應滿足以下算式：

式中 —棘爪的質量（kg）；

a—棘爪的震動加速度（m/s2）；

b—棘爪重心到棘爪回轉軸重心的距離（m）；

k—安全系數；

?—棘爪回位彈簧的轉矩（N.m）。

4 結束語

通過結合整車信息及在最惡劣工況--30%坡道上駐車時，對無級變速器駐車機構中的主要零部件--駐車棘輪、駐車棘爪、駐車凸輪和回位彈簧等進行受力分析，計算結果：

1、沒有掛入P檔的情況下，棘爪不會駐入棘輪；

2、駐車凸輪滿足自鎖功能；

3、棘爪齒面接觸應力滿足要求；

4、最大溜車行程小于整車的要求0.15m。

5、棘輪齒面接觸應力滿足要求；

文中雖然是以CTF25無級變速器為例進行研究，但研究方法可以普及到大部分自動變速器駐車機構的設計計算中。

編輯：黃飛

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