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发表于 2020-4-24 09:17:14 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 qiche 于 2020-4-24 09:18 编辑

自动变速器驻车机构失效分析

姚书涛,周章遐,李晓宇,柴召朋,郑广学
(哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司技术中心,黑龙江 哈尔滨 150060)
【中国汽车材料网】摘 要:文章通过对一例自动变速器驻车机构损坏原因的分析,提出汽车自动变速器驻车机构的使用注意事项和搭载过程中对驻车机构重点评估的事项,为零部件改善和优化设计提供借鉴和参考。
关键词:驻车机构;棘爪;驻车轮

引言

随着市场上自动变速器客户的不断增加,各种自动变速器的故障也时有发生,其中不乏有因操作习惯、紧急情况处理、误操作、恶意换挡等情况引起的自动变速器驻车机构损坏,本分通过对一例驻车机构故障的案例分析,对驻车机构的工作原理及故障件的损坏现象等进行了深刻的剖析,阐述了正确使用车辆及变速器功能的重要性。

1 驻车机构工作原理

驻车机构如图1所示,图中棘爪在回位弹簧的作用下,处于非工作位置,即:变速器不处于P档,棘爪与驻车轮不啮合,驻车轮可以自由转动;当驾驶员有驻车意图时,需推动驾驶室内的换挡手柄,进而驱动驻车机构的滚杆,滚杆沿着滚杆支架中的轨道进行运动,驱动棘爪绕其轴线转动,棘爪上设计的驻车指与驻车轮啮合,限制驻车轮转动,实现驻车功能。

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[size=0.8em]图1 驻车机构示意图
[size=0.8em]1.滚杆 2.滚杆支架(轨道) 3.棘爪 4.回位弹簧 5.弹簧固定点 6.驻车轮
2 故障现象

故障现象如图2所示:1.棘爪断裂;2.驻车轮一齿齿顶刮伤严重;3.棘爪指端轮廓结构不完整。

通过对故障件进行尺寸复测,相同批次的零件进行比对测量,断口分析、材质成份、硬度等排查,排除零部件单品不良的因素引起的故障,结合故障件的损坏痕迹以及驻车机构的工作原理,初步判断该故障损坏的原因为非正常驻车导致。

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[size=0.8em]图2 故障件图片

2.1 断口分析

请托计量单位进行断口分析,给出的结论如下:棘爪在宏观上无明显的塑性变形,断裂位置如图3中左图所示,位于棘爪杆的中部,图3中右图为棘爪宏观断口的形貌,断口平齐,表面颜色灰暗,边缘部位较光滑,从右向左表面越来越粗糙,并有大型的撕裂型台阶,按照表面粗糙度和棘爪受力推断,右侧较光滑的部分为裂纹源区(图中红色虚线所示),中心部位为扩展区,边缘光滑部分为瞬断区,在瞬断区可以明显的观察到剪切唇区,以上判断断口为脆性准解离断口。

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[size=0.8em]图3 断口分析图

从断口分析的结论可知,零件自身不存在原始裂纹。

2.2 驻车棘爪CAE仿真分析

通过CAE分析棘爪的应力集中点在图示位置,与断裂位置一致,但对设计进行校核,达到材料屈服强度835MPa时作用力为16.8KN>10.4KN(设计规格值),在正常情况下,驻车棘爪的强度是足够的,且市场上驻车棘爪断裂故障的比例相当少见,所以发生断裂时,驻车机构一定受到了较大冲击。

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[size=0.8em]图4 故障件图片

2.3 故障发生时驻车机构的位置分析

故障现象中描述了,棘爪及驻车轮损坏的情况其损坏的现象比较明显,通过其损坏的位置分析推测其故障发生时,驻车机构的位置情况,为后续的分析提供支撑。

2.3.1 棘爪损坏位置

图5中展示了棘爪指部损坏的情况,使用轮廓仪测量其轮廓形状,可见指部出现了明显的压伤或刮伤。

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[size=0.8em]图5 棘爪指部轮廓

图6中展示了驻车轮驻车齿部的损坏情况,使用轮廓仪测量其轮廓形状,可见其齿部出现了明显的压伤或刮伤。

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[size=0.8em]图6 驻车齿轮廓

从其棘爪和驻车齿损坏的位置以及驻车机构的工作原理我们得到结论1:棘爪与驻车轮曾经发生过激烈的接触碰撞,导致棘爪与驻车轮图3.4与图3.5所示的位置损坏严重,且测量得到的形状相互吻合。

2.3.2 故障发生时驻车机构的位置

根据图3与图4的损坏位置痕迹位置复原驻车机构的位置,如图7所示,挤伤位置应出现在下坡/前进驻车的情况下产生,图7所思的情况与故障机的痕迹相符,处于挂入P档但还没有完成驻车的过程。

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[size=0.8em]图7 驻车齿轮廓

2.3.3 磨损程度的对比分析

图8为进行了静态1/3坡路,驻车耐久试验,试验后驻车棘爪几乎没有磨损。

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[size=0.8em]图8 驻车齿轮廓(静态)

图9为进行了动态驻车试验,平路行驶中驻车,试验后可以看到驻车棘爪的形状已经偏离正常的形状(注:行驶中驻车属于非正常使用驻车机构)。从磨损的程度对比来看,只有在动态驻车情况下才会对驻车棘爪造成较大的磨损,故障件的损坏程度比驻车试验后的零件还严重,据此推断故障机在损坏前经历了相当激烈的动态驻车,即:高速行驶中驻车。

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[size=0.8em]图9 驻车齿轮廓(动态)

3 结果与讨论
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[size=0.8em]图10 驻车棘爪作用力

按照冲量定理,假设整车分别以30/20/10Km/h的车速运动,这时驻车操作,假设车辆在瞬间(0.5s)停下来。

图10中的计算可以看出,在以一定车速行驶的情况下,会对驻车棘爪产生较大的作用力,超出棘爪的设计能力,并产生较大的磨损。因此该驻车棘爪断裂的故障,原因为驻车机构在较高车速下行驶中异常使用,导致损坏。

3.1 建议措施

鉴于以上故障产生的原因分析提出以下建议供参考借鉴:

①驻车机构在设计合理合规的前提下,在空间结构尺寸允许的情况下,尽量提高设计的安全系数。

②结构设计中注意对应力集中位置进行处理,避免应力集中导致零件损坏。

③产品说明书中,应加入驻车机构的使用说明,强调驻车机构使用时需车辆停止,行驶中勿挂P档。该要求需车厂传递到终端用户。


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