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無級變速器駐車機構(gòu)的設(shè)計校核
2020-08-07 00:04:43· 來源：EDC電驅(qū)未來 作者：劉立娟
1 綜述由于駐車機構(gòu)在自動變速器中的重要性，其設(shè)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(gòu)為例，通過對駐車關(guān)鍵零部件（駐車棘爪、駐車棘
1 綜述
由于駐車機構(gòu)在自動變速器中的重要性，其設(shè)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(gòu)為例，通過對駐車關(guān)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(gòu)的設(shè)計參數(shù)與駐車性能的量化關(guān)系，為駐車機構(gòu)的參數(shù)設(shè)計提供理論依據(jù)。
2 駐車機構(gòu)的設(shè)計輸入及功能要求
2.1 駐車機構(gòu)的構(gòu)成
無級變速器的駐車機構(gòu)主要包括扇形板、推桿總成（駐車導(dǎo)桿、推桿彈簧、壓力塊、駐車凸輪等）、回位彈簧、導(dǎo)向塊、駐車棘爪、駐車棘輪等。根據(jù)布置空間及對接件的匹配要求，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 駐車機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖
2.2 設(shè)計輸入
(1）整車滿載質(zhì)量(Kg)。
(2）最大駐車坡度(30%)。
(3）最大結(jié)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(zhì)心到前軸距離（m）。
(9）路面附著系數(shù)。
(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(gòu)能實現(xiàn)安全駐車。
（2）汽車處于非駐車工況時，駐車機構(gòu)不能自動駐車。
（3）汽車實現(xiàn)駐車后，駐車機構(gòu)不能自動脫檔。
（4）汽車需要行駛時，駐車機構(gòu)能順利摘出P檔，脫離駐車。
3 駐車機構(gòu)子零件設(shè)計計算過程
3.1 駐車機構(gòu)棘輪設(shè)計
3.1.1 駐車棘輪最大負載計算
式中m--整車滿載質(zhì)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(yīng)力的計算（如圖3）
式中，σH--棘輪齒面接觸應(yīng)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(gòu)在濫用工況下的齒面接觸應(yīng)力通常不大于6000MPa，在正常駐車工況下的齒面接觸應(yīng)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(guī)定溜車距離0.15m。
3.1.5 內(nèi)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(zhuǎn)矩，Tmax=s11T，s11為安全系數(shù)，推薦值為2，T為花鍵實際承受的轉(zhuǎn)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(shù)；
S1—嚙合負載系數(shù)，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(shù)，表示實際接觸面積，推薦值為1。
關(guān)于棘輪反轉(zhuǎn)工況下的計算，過程同上。
3.2 駐車機構(gòu)棘爪設(shè)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），F(xiàn)n = 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(yīng)力計算
式中
—棘輪給棘爪的正壓力（N）；
—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(gòu)在濫用工況下的齒面接觸應(yīng)力通常不大于6000MPa，在正常駐車工況下的齒面接觸應(yīng)力通常不大于4000MPa。
棘輪反轉(zhuǎn)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(jù)棘爪受力平衡，推桿總成提供的轉(zhuǎn)矩等于回位扭轉(zhuǎn)彈簧轉(zhuǎn)矩、棘輪對棘爪的作用轉(zhuǎn)矩和凸輪對棘爪的作用轉(zhuǎn)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(zhuǎn)工況下，計算過程同上。
3.4 駐車機構(gòu)棘爪回位彈簧的設(shè)計
在沒有掛入P檔的情況下，棘爪不應(yīng)駐入棘輪，應(yīng)滿足以下算式：
式中 —棘爪的質(zhì)量（kg）；
a—棘爪的震動加速度（m/s2）；
b—棘爪重心到棘爪回轉(zhuǎn)軸重心的距離（m）；
k—安全系數(shù)；
—棘爪回位彈簧的轉(zhuǎn)矩（N.m）。4 結(jié)束語
通過結(jié)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(gòu)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(jié)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(yīng)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(yīng)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(gòu)的設(shè)計計算中。
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