自動變速器駐車機構失效分析

姚書濤，周章遐，李曉宇，柴召朋，鄭廣學

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自動變速器駐車機構失效分析

姚書濤，周章遐，李曉宇，柴召朋，鄭廣學

（哈爾濱東安汽車發動機制造有限公司技術中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

文章通過對一例自動變速器駐車機構損壞原因的分析，提出汽車自動變速器駐車機構的使用注意事項和搭載過程中對駐車機構重點評估的事項，為零部件改善和優化設計提供借鑒和參考。

駐車機構；棘爪；駐車輪

引言

隨著市場上自動變速器客戶的不斷增加，各種自動變速器的故障也時有發生，其中不乏有因操作習慣、緊急情況處理、誤操作、惡意換擋等情況引起的自動變速器駐車機構損壞，本分通過對一例駐車機構故障的案例分析，對駐車機構的工作原理及故障件的損壞現象等進行了深刻的剖析，闡述了正確使用車輛及變速器功能的重要性。

1 駐車機構工作原理

駐車機構如圖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，駐車輪可以自由轉動；當駕駛員有駐車意圖時，需推動駕駛室內的換擋手柄，進而驅動駐車機構的滾桿，滾桿沿著滾桿支架中的軌道進行運動，驅動棘爪繞其軸線轉動，棘爪上設計的駐車指與駐車輪嚙合，限制駐車輪轉動，實現駐車功能。

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

2 故障現象

故障現象如圖2所示：1.棘爪斷裂；2.駐車輪一齒齒頂刮傷嚴重；3.棘爪指端輪廓結構不完整。

通過對故障件進行尺寸復測，相同批次的零件進行比對測量，斷口分析、材質成份、硬度等排查，排除零部件單品不良的因素引起的故障，結合故障件的損壞痕跡以及駐車機構的工作原理，初步判斷該故障損壞的原因為非正常駐車導致。

圖2 故障件圖片

2.1 斷口分析

請托計量單位進行斷口分析，給出的結論如下：棘爪在宏觀上無明顯的塑性變形，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，從右向左表面越來越粗糙，并有大型的撕裂型臺階，按照表面粗糙度和棘爪受力推斷，右側較光滑的部分為裂紋源區（圖中紅色虛線所示），中心部位為擴展區，邊緣光滑部分為瞬斷區，在瞬斷區可以明顯的觀察到剪切唇區，以上判斷斷口為脆性準解離斷口。

圖3 斷口分析圖

從斷口分析的結論可知，零件自身不存在原始裂紋。

2.2 駐車棘爪CAE仿真分析

通過CAE分析棘爪的應力集中點在圖示位置，與斷裂位置一致，但對設計進行校核，達到材料屈服強度835MPa時作用力為16.8KN>10.4KN（設計規格值），在正常情況下，駐車棘爪的強度是足夠的，且市場上駐車棘爪斷裂故障的比例相當少見，所以發生斷裂時，駐車機構一定受到了較大沖擊。

圖4 故障件圖片

2.3 故障發生時駐車機構的位置分析

故障現象中描述了，棘爪及駐車輪損壞的情況其損壞的現象比較明顯，通過其損壞的位置分析推測其故障發生時，駐車機構的位置情況，為后續的分析提供支撐。

2.3.1 棘爪損壞位置

圖5中展示了棘爪指部損壞的情況，使用輪廓儀測量其輪廓形狀，可見指部出現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，使用輪廓儀測量其輪廓形狀，可見其齒部出現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構的工作原理我們得到結論1：棘爪與駐車輪曾經發生過激烈的接觸碰撞，導致棘爪與駐車輪圖3.4與圖3.5所示的位置損壞嚴重，且測量得到的形狀相互吻合。

2.3.2 故障發生時駐車機構的位置

根據圖3與圖4的損壞位置痕跡位置復原駐車機構的位置，如圖7所示，擠傷位置應出現在下坡/前進駐車的情況下產生，圖7所思的情況與故障機的痕跡相符，處于掛入P檔但還沒有完成駐車的過程。

圖7 駐車齒輪廓

2.3.3 磨損程度的對比分析

圖8為進行了靜態1/3坡路，駐車耐久試驗，試驗后駐車棘爪幾乎沒有磨損。

圖8 駐車齒輪廓（靜態）

圖9為進行了動態駐車試驗，平路行駛中駐車，試驗后可以看到駐車棘爪的形狀已經偏離正常的形狀（注：行駛中駐車屬于非正常使用駐車機構）。從磨損的程度對比來看，只有在動態駐車情況下才會對駐車棘爪造成較大的磨損，故障件的損壞程度比駐車試驗后的零件還嚴重，據此推斷故障機在損壞前經歷了相當激烈的動態駐車，即：高速行駛中駐車。

圖9 駐車齒輪廓（動態）

3 結果與討論

圖10 駐車棘爪作用力

按照沖量定理，假設整車分別以30/20/10Km/h的車速運動，這時駐車操作，假設車輛在瞬間（0.5s）停下來。

圖10中的計算可以看出，在以一定車速行駛的情況下，會對駐車棘爪產生較大的作用力，超出棘爪的設計能力，并產生較大的磨損。因此該駐車棘爪斷裂的故障，原因為駐車機構在較高車速下行駛中異常使用，導致損壞。

3.1 建議措施

鑒于以上故障產生的原因分析提出以下建議供參考借鑒：

①駐車機構在設計合理合規的前提下，在空間結構尺寸允許的情況下，盡量提高設計的安全系數。

②結構設計中注意對應力集中位置進行處理，避免應力集中導致零件損壞。

③產品說明書中，應加入駐車機構的使用說明，強調駐車機構使用時需車輛停止，行駛中勿掛P檔。該要求需車廠傳遞到終端用戶。

[1] 陳家瑞.汽車構造.吉林工業大學.機械工業出版社.

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

U B

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動機制造有限公司技術中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.013