姚書濤，周章遐，李曉宇，柴召朋，鄭廣學(xué)

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自動(dòng)變速器駐車機(jī)構(gòu)失效分析

姚書濤，周章遐，李曉宇，柴召朋，鄭廣學(xué)

（哈爾濱東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

文章通過(guò)對(duì)一例自動(dòng)變速器駐車機(jī)構(gòu)損壞原因的分析，提出汽車自動(dòng)變速器駐車機(jī)構(gòu)的使用注意事項(xiàng)和搭載過(guò)程中對(duì)駐車機(jī)構(gòu)重點(diǎn)評(píng)估的事項(xiàng)，為零部件改善和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。

駐車機(jī)構(gòu)；棘爪；駐車輪

引言

隨著市場(chǎng)上自動(dòng)變速器客戶的不斷增加，各種自動(dòng)變速器的故障也時(shí)有發(fā)生，其中不乏有因操作習(xí)慣、緊急情況處理、誤操作、惡意換擋等情況引起的自動(dòng)變速器駐車機(jī)構(gòu)損壞，本分通過(guò)對(duì)一例駐車機(jī)構(gòu)故障的案例分析，對(duì)駐車機(jī)構(gòu)的工作原理及故障件的損壞現(xiàn)象等進(jìn)行了深刻的剖析，闡述了正確使用車輛及變速器功能的重要性。

1 駐車機(jī)構(gòu)工作原理

駐車機(jī)構(gòu)如圖1所示，圖中棘爪在回位彈簧的作用下，處于非工作位置，即：變速器不處于P檔，棘爪與駐車輪不嚙合，駐車輪可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)駕駛員有駐車意圖時(shí)，需推動(dòng)駕駛室內(nèi)的換擋手柄，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)駐車機(jī)構(gòu)的滾桿，滾桿沿著滾桿支架中的軌道進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)棘爪繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，棘爪上設(shè)計(jì)的駐車指與駐車輪嚙合，限制駐車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)駐車功能。

1.滾桿 2.滾桿支架（軌道） 3.棘爪 4.回位彈簧 5.彈簧固定點(diǎn) 6.駐車輪

2 故障現(xiàn)象

故障現(xiàn)象如圖2所示：1.棘爪斷裂；2.駐車輪一齒齒頂刮傷嚴(yán)重；3.棘爪指端輪廓結(jié)構(gòu)不完整。

通過(guò)對(duì)故障件進(jìn)行尺寸復(fù)測(cè)，相同批次的零件進(jìn)行比對(duì)測(cè)量，斷口分析、材質(zhì)成份、硬度等排查，排除零部件單品不良的因素引起的故障，結(jié)合故障件的損壞痕跡以及駐車機(jī)構(gòu)的工作原理，初步判斷該故障損壞的原因?yàn)榉钦ｑv車導(dǎo)致。

圖2 故障件圖片

2.1 斷口分析

請(qǐng)托計(jì)量單位進(jìn)行斷口分析，給出的結(jié)論如下：棘爪在宏觀上無(wú)明顯的塑性變形，斷裂位置如圖3中左圖所示，位于棘爪桿的中部，圖3中右圖為棘爪宏觀斷口的形貌，斷口平齊，表面顏色灰暗，邊緣部位較光滑，從右向左表面越來(lái)越粗糙，并有大型的撕裂型臺(tái)階，按照表面粗糙度和棘爪受力推斷，右側(cè)較光滑的部分為裂紋源區(qū)（圖中紅色虛線所示），中心部位為擴(kuò)展區(qū)，邊緣光滑部分為瞬斷區(qū)，在瞬斷區(qū)可以明顯的觀察到剪切唇區(qū)，以上判斷斷口為脆性準(zhǔn)解離斷口。

圖3 斷口分析圖

從斷口分析的結(jié)論可知，零件自身不存在原始裂紋。

2.2 駐車棘爪CAE仿真分析

通過(guò)CAE分析棘爪的應(yīng)力集中點(diǎn)在圖示位置，與斷裂位置一致，但對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行校核，達(dá)到材料屈服強(qiáng)度835MPa時(shí)作用力為16.8KN>10.4KN（設(shè)計(jì)規(guī)格值），在正常情況下，駐車棘爪的強(qiáng)度是足夠的，且市場(chǎng)上駐車棘爪斷裂故障的比例相當(dāng)少見(jiàn)，所以發(fā)生斷裂時(shí)，駐車機(jī)構(gòu)一定受到了較大沖擊。

圖4 故障件圖片

2.3 故障發(fā)生時(shí)駐車機(jī)構(gòu)的位置分析

故障現(xiàn)象中描述了，棘爪及駐車輪損壞的情況其損壞的現(xiàn)象比較明顯，通過(guò)其損壞的位置分析推測(cè)其故障發(fā)生時(shí)，駐車機(jī)構(gòu)的位置情況，為后續(xù)的分析提供支撐。

2.3.1 棘爪損壞位置

圖5中展示了棘爪指部損壞的情況，使用輪廓儀測(cè)量其輪廓形狀，可見(jiàn)指部出現(xiàn)了明顯的壓傷或刮傷。

圖5 棘爪指部輪廓

圖6中展示了駐車輪駐車齒部的損壞情況，使用輪廓儀測(cè)量其輪廓形狀，可見(jiàn)其齒部出現(xiàn)了明顯的壓傷或刮傷。

圖6 駐車齒輪廓

從其棘爪和駐車齒損壞的位置以及駐車機(jī)構(gòu)的工作原理我們得到結(jié)論1：棘爪與駐車輪曾經(jīng)發(fā)生過(guò)激烈的接觸碰撞，導(dǎo)致棘爪與駐車輪圖3.4與圖3.5所示的位置損壞嚴(yán)重，且測(cè)量得到的形狀相互吻合。

2.3.2 故障發(fā)生時(shí)駐車機(jī)構(gòu)的位置

根據(jù)圖3與圖4的損壞位置痕跡位置復(fù)原駐車機(jī)構(gòu)的位置，如圖7所示，擠傷位置應(yīng)出現(xiàn)在下坡/前進(jìn)駐車的情況下產(chǎn)生，圖7所思的情況與故障機(jī)的痕跡相符，處于掛入P檔但還沒(méi)有完成駐車的過(guò)程。

圖7 駐車齒輪廓

2.3.3 磨損程度的對(duì)比分析

圖8為進(jìn)行了靜態(tài)1/3坡路，駐車耐久試驗(yàn)，試驗(yàn)后駐車棘爪幾乎沒(méi)有磨損。

圖8 駐車齒輪廓（靜態(tài)）

圖9為進(jìn)行了動(dòng)態(tài)駐車試驗(yàn)，平路行駛中駐車，試驗(yàn)后可以看到駐車棘爪的形狀已經(jīng)偏離正常的形狀（注：行駛中駐車屬于非正常使用駐車機(jī)構(gòu)）。從磨損的程度對(duì)比來(lái)看，只有在動(dòng)態(tài)駐車情況下才會(huì)對(duì)駐車棘爪造成較大的磨損，故障件的損壞程度比駐車試驗(yàn)后的零件還嚴(yán)重，據(jù)此推斷故障機(jī)在損壞前經(jīng)歷了相當(dāng)激烈的動(dòng)態(tài)駐車，即：高速行駛中駐車。

圖9 駐車齒輪廓（動(dòng)態(tài)）

3 結(jié)果與討論

圖10 駐車棘爪作用力

按照沖量定理，假設(shè)整車分別以30/20/10Km/h的車速運(yùn)動(dòng)，這時(shí)駐車操作，假設(shè)車輛在瞬間（0.5s）停下來(lái)。

圖10中的計(jì)算可以看出，在以一定車速行駛的情況下，會(huì)對(duì)駐車棘爪產(chǎn)生較大的作用力，超出棘爪的設(shè)計(jì)能力，并產(chǎn)生較大的磨損。因此該駐車棘爪斷裂的故障，原因?yàn)轳v車機(jī)構(gòu)在較高車速下行駛中異常使用，導(dǎo)致?lián)p壞。

3.1 建議措施

鑒于以上故障產(chǎn)生的原因分析提出以下建議供參考借鑒：

①駐車機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)合理合規(guī)的前提下，在空間結(jié)構(gòu)尺寸允許的情況下，盡量提高設(shè)計(jì)的安全系數(shù)。

②結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中注意對(duì)應(yīng)力集中位置進(jìn)行處理，避免應(yīng)力集中導(dǎo)致零件損壞。

③產(chǎn)品說(shuō)明書中，應(yīng)加入駐車機(jī)構(gòu)的使用說(shuō)明，強(qiáng)調(diào)駐車機(jī)構(gòu)使用時(shí)需車輛停止，行駛中勿掛P檔。該要求需車廠傳遞到終端用戶。

[1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造.吉林工業(yè)大學(xué).機(jī)械工業(yè)出版社.

Automatic transmission parking mechanism failure analysis

Yao Shutao, Zhou Zhangxia, Li Xiaoyu, Chai Zhaopeng, Zheng Guangxue

（Center of Technology, Harbin DongAn Automotive Engine Manufacturing Co., Ltd, Heilongjiang Harbin 150060）

This article through to the case of automatic transmission parking mechanism damage reason analysis, put forward the automobile automatic transmission used park mechanism considerations and focus on assessment of parking mechanism in the process of carrying items, provide reference and reference for components to improve and optimize the design.

Parking mechanism; Ratchet; parking wheel

UU467

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U1671-7988(2018)21-35-03

U467

B

1671-7988(2018)21-35-03

姚書濤，就職于哈爾濱東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司技術(shù)中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.013