基于CTF25無(wú)級(jí)變速器的駐車機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 綜述

由于駐車機(jī)構(gòu)在自動(dòng)變速器中的重要性，其設(shè)計(jì)、分析、計(jì)算等具有重要的意義。文中以某無(wú)級(jí)變速器的駐車機(jī)構(gòu)為例，通過對(duì)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(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)與駐車性能的量化關(guān)系，為駐車機(jī)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

2 駐車機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)輸入及功能要求

2.1 駐車機(jī)構(gòu)的構(gòu)成

無(wú)級(jí)變速器的駐車機(jī)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(duì)接件的匹配要求，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 駐車機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 設(shè)計(jì)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(yáng)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(shí)，駐車機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)安全駐車。

（2）汽車處于非駐車工況時(shí)，駐車機(jī)構(gòu)不能自動(dòng)駐車。

（3）汽車實(shí)現(xiàn)駐車后，駐車機(jī)構(gòu)不能自動(dòng)脫檔。

（4）汽車需要行駛時(shí)，駐車機(jī)構(gòu)能順利摘出P檔，脫離駐車。

3 駐車機(jī)構(gòu)子零件設(shè)計(jì)計(jì)算過程

3.1 駐車機(jī)構(gòu)棘輪設(shè)計(jì)

3.1.1 駐車棘輪最大負(fù)載計(jì)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(dòng)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(fù)載計(jì)算：

Fmax=2Fg

3.1.3 棘輪齒面接觸應(yīng)力的計(jì)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(zhǎng)度（m）；

ρ--接觸圓角曲率半徑（m）。

圖3 棘爪對(duì)棘輪的力

駐車機(jī)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(jì)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(qiáng)度計(jì)算

花鍵強(qiáng)度校核主要包括彎曲強(qiáng)度校核和接觸強(qiáng)度校核。

（1）彎曲強(qiáng)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(shí)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(zhǎng)度（m）；

Ze—實(shí)際作用齒數(shù)；

S1—嚙合負(fù)載系數(shù)，一般情況下取0.25。

(2)接觸強(qiáng)度

S—接觸面積（m2），其值等于接觸長(zhǎng)度L和接觸高度的乘積；

S2—面積負(fù)載系數(shù)，表示實(shí)際接觸面積，推薦值為1。

關(guān)于棘輪反轉(zhuǎn)工況下的計(jì)算，過程同上。

3.2 駐車機(jī)構(gòu)棘爪設(shè)計(jì)

3.2.1 最大坡度駐車棘爪負(fù)載計(jì)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(fù)載計(jì)算

3.2.3 棘爪齒面接觸應(yīng)力計(jì)算

式中—棘輪給棘爪的正壓力（N）；

b—棘輪與棘爪接觸線長(zhǎng)度(m)；

σ—接觸圓弧曲率半徑（m）。

駐車機(jī)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(jì)算過程同上。

3.3 駐車凸輪保持自鎖的計(jì)算：

3.3.1 以棘爪為對(duì)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(duì)棘爪的作用轉(zhuǎn)矩和凸輪對(duì)棘爪的作用轉(zhuǎn)矩之和，則：

F?N?3--凸輪對(duì)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(duì)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(dāng)Fh≥0時(shí)，駐車凸輪可以滿足自鎖功能。

棘輪反轉(zhuǎn)工況下，計(jì)算過程同上。

3.4 駐車機(jī)構(gòu)棘爪回位彈簧的設(shè)計(jì)

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(dòng)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(yǔ)

通過結(jié)合整車信息及在最惡劣工況--30%坡道上駐車時(shí)，對(duì)無(wú)級(jí)變速器駐車機(jī)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(jìn)行受力分析，計(jì)算結(jié)果：

1、沒有掛入P檔的情況下，棘爪不會(huì)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(wú)級(jí)變速器為例進(jìn)行研究，但研究方法可以普及到大部分自動(dòng)變速器駐車機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算中。

編輯：黃飛

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