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AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计
时代汽车 wwwautotime
刘立娟 文敏 梁甲 韦铈潍 赵雷
柳州上汽汽车变速器有限公司柳东分公司 广西柳州市 545005
摘 要： 驻车机构是自动变速器中防止汽车在驻车状态下滑行的一种装置，可以使汽车可靠及长时间的停驻在一定
的位置甚至是斜坡上，是整车系统中的安全关键机构。驻车机构的设计要求简单并且可靠，对驻车性能的要求较高，如不能自动脱档，安全车速下能实现驻车功能，防止意外驻车，P 档顺利拔出等。
关键词：自动变速器；整车系统；驻车机构；驻车性能
cp7801 引言
由于驻车机构在自动变速器中的重要性，其设计、分析、计算等具有重要的意义。文中以某无级变速器的驻车机构为例，通过对驻车关键零部件（驻车棘爪、驻车棘轮、推杆弹簧等）的受力分析，阐述了驻车机构的设计参数与驻车性能的量化关系，为驻车机构的参数设计提供理论依据。 2 驻车机构的设计输入及功能要求
2.1 驻车机构的构成
无级变速器的驻车机构主要包括扇形板、推杆总成（驻车导杆、推杆弹簧、压力块、驻车凸轮等）、回位弹簧、导向块、驻车棘爪、驻车棘轮等。根据布置空间及对接件的匹配要求，具体结构如图1所示。
图1 驻车机构结构示意图
齿形板
板簧
推杆总成导向套
回位弹簧
棘爪回转轴
棘爪
棘轮
可控硅焊机2.2 设计输入
(1）整车满载质量(Kg)。(2）最大驻车坡度(30%)。
(3）最大结合速度(5Km/h)。(4）最大脱P 档力(Nm)。(5）主减速器速比。(6）轮胎半径(m)。(7）溜车距离(0.15m)。(8）质心到前轴距离（m）。(9）路面附着系数。(10）轴距（m）。2.3 功能要求
（1）车速不高于5km/h 行驶时，驻车机构能实现安全驻车。
（2）汽车处于非驻车工况时，驻车机构不能自动驻车。
（3）汽车实现驻车后，驻车机构不能自动脱档。
（4）汽车需要行驶时，驻车机构能顺利摘出P 档，脱离驻车。
3 驻车机构子零件设计计算过程
3.1 驻车机构棘轮设计3.1.1 驻车棘轮最大负载计算
g
d r i αr sin mg r M F g g g =
=式中m--整车满载质量（m）；g--重力加速度；
α--坡道与水平面之间的夹角（°）；
如图2所示
r-轮胎半径（m）；
i d --差速器与棘轮所在输出轴的传动比；
rg--驻车棘轮接触半径（m）。
图2 坡道驻车
下坡
αα
上坡
3.1.2 驻车滥用工况棘轮负载计算：F max =2F g
3.1.3 棘轮齿面接触应力的计算（如图3）
b ρ
F 189.8
σn
H =式中，σH --棘轮齿面接触应力；F n --棘爪给棘轮的正压力(N ）;F n =F g cos β；
b--棘轮与棘爪接触线的长度（m）；ρ--接触圆角曲率半径（m）。
图3 棘爪对棘轮的力
棘爪跆拳道护具
棘轮
β=6°
Fn
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驻车机构在滥用工况下的齿面接触应力通常不大于6000MPa，在正常驻车工况下的齿面接触应力通常不大于4000MPa。
3.1.4 坡道回滚量的计算：
d
t i n πr 2=
煤矿井下用绞车
r S 坡道回滚量S r 要小于规定溜车距离0.15m。
3.1.5 内花键强度计算
花键强度校核主要包括弯曲强度校核和接触强度校核。
（1）弯曲强度
1
Tmax σF s eLz D e b =
式中T max --花键承受的最大转矩，T max =s 11T,s 11为安全系数，推荐值为2，T 为花键实际承受的转矩，T=M g ；
D b —分度圆直径(m)；e—分度圆齿厚（m）；L—接触长度（m）；Z e —实际作用齿数；
S 1—啮合负载系数，一般情况下取0.25。(2)接触强度
2
1i σs Ss F H =
式中 i F —每个花键承受的压力，e
b i z D T F 2=
S—接触面积（m 2），其值等于接触长度L 和接触高度的乘积；
S 2—面积负载系数，表示实际接触面积，推荐值为1。
关于棘轮反转工况下的计算，过程同上。3.2 驻车机构棘爪设计
3.2.1 最大坡度驻车棘爪负载计算；
n
n F F =1式中，1n F —棘轮给棘爪的正压力（N）；1
n F —棘爪给棘轮的正压力（N），á
cos g n F F =α。3.2.2 驻车滥用工况棘爪负载计算
1
max 2n F F =
3.2.3 棘爪齿面接触应力计算
式中 —棘轮给棘爪的正压力（N）；
b—棘轮与棘爪接触线长度(m)； σ—接触圆弧曲率半径（m）。驻车机构在滥用工况下的齿面接触应力通常不大于6000MPa，在正常驻车工况下的
齿面接触应力通常不大于4000MPa。
棘轮反转工况下的计算过程同上。3.3 驻车凸轮保持自锁的计算：3.3.1 以棘爪为对象：
如图4所示，根据棘爪受力平衡，推杆总成提供的转矩等于回位扭转弹簧转矩、棘轮对棘爪的作用转矩和凸轮对棘爪的作用转矩之和，则：
r
21114333M R F R F R F R F F N F N +−=+式中:
3
N F --凸轮对棘爪的正压力（N）；R3--的力臂（m）；
--凸轮对棘爪的摩擦力（N）；
,μ2为静摩擦因数；--的力臂（m）；--棘轮给棘爪的正压力（N）；--的力臂（m）；--棘轮对棘爪的摩擦力（N），
,μ2为静摩擦因数；--的力臂（m）；
--回位扭转弹簧的转矩（N.m）。图4 棘爪受力分析
F N3
F F3
F F1
F N1
Mr
粉底的原料3.3.2 以驻车凸轮为对象：式中：--驻车凸轮的脱出力（N）；
--驻车棘爪对驻车凸轮的正压力
（N）；
;
--驻车棘爪对驻车凸轮的摩擦力
（N）；;
β--驻车凸轮与驻车棘爪的接触面与水平面之间的夹角（°）；
--推杆弹簧预紧力（N）；--导向套对凸轮的摩擦力（N）；--导向套对凸轮的正压力（N），当Fh ≥0时，驻车凸轮可以满足自锁功能。
棘轮反转工况下，计算过程同上。3.4 驻车机构棘爪回位弹簧的设计在没有挂入P 档的情况下，棘爪不应驻入棘轮，应满足以下算式：
式中
—棘爪的质量（kg）；
a—棘爪的震动加速度（m/s 2）；b—棘爪重心到棘爪回转轴重心的距离（m）；
k—安全系数；
r M —棘爪回位弹簧的转矩（N.m）。
4 结束语煮面炉
通过结合整车信息及在最恶劣工况--30%坡道上驻车时，对无级变速器驻车机构中的主要零部件--驻车棘轮、驻车棘爪、驻车凸轮和回位弹簧等进行受力分析，计算结果：
1、没有挂入P 档的情况下，棘爪不会驻入棘轮；
2、驻车凸轮满足自锁功能；
3、棘爪齿面接触应力满足要求；
4、最大溜车行程小于整车的要求0.15m。
5、棘轮齿面接触应力满足要求；文中虽然是以CTF25无级变速器为例进行研究，但研究方法可以普及到大部分自动变速器驻车机构的设计计算中。
参考文献：
[1]汽车构造[J].机械工业出版社.
[2]赵进，梅自元.双离合变速器驻车锁止机构原理与试验研究[J]江西化工，2016（4）：127-129.
[3] 陈华，陈辛波，傅灵玲，等. 自动变速器驻车机构性能分析与研究[J].2014，41（4）：
24-26.
作者简介
刘立娟： 广西北海人，本科，工程师，现任职于
柳州上汽汽车变速器有限公司柳东分公司，主要从事变速器方面的工作。
豫公网安备41160202000603
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