丁斌 史艷龍 蘇皎 高文娟 李尊

摘 要：汽車換擋及駐車機(jī)構(gòu)在車輛駕駛過程中對(duì)換擋舒適性及安全性起著至關(guān)重要的作用。目前設(shè)計(jì)的換擋自鎖裝置及駐車機(jī)構(gòu)形狀復(fù)雜并且加工精度很高，但是受到國(guó)內(nèi)工業(yè)加工水平的限制，對(duì)設(shè)計(jì)過程中的布置方案造成很大的影響。文章設(shè)計(jì)了一種換擋及駐車機(jī)構(gòu)精度優(yōu)化方案，通過調(diào)整換擋及駐車機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)其加工及安裝誤差，從而降低對(duì)制造工藝及安裝精度的要求，滿足變速箱使用需求。

關(guān)鍵詞：換擋機(jī)構(gòu);駐車機(jī)構(gòu);精度優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U463.212 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）14-35-03

Abstract： The shift and parking mechanism play an important role in the comfort and safety of the shift. At present， the design of shift self-locking device and parking mechanism has complex shape and high processing accuracy， but it is limited by the domestic industrial processing level， which has a great impact on the layout plan in the design process. In this paper， an optimization scheme for the accuracy of gearshift and parking mechanism is designed. By adjusting the mechanical structure of gearshift and parking mechanism， the machining and installation errors are made up， so as to reduce the requirements for manufacturing process and installation accuracy and meet the use requirements of gearbox.

Keywords： Shift mechanism; Parking mechanism; Precision optimization

CLC NO.： U463.212 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）14-35-03

前言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，搭載AT液力自動(dòng)變速器的汽車因其良好的舒適性以及駕駛的簡(jiǎn)便性受到越來越多消費(fèi)者的歡迎[1]。AT自動(dòng)變速器內(nèi)部設(shè)有用來實(shí)現(xiàn)P擋、R擋、N擋、D擋、S擋等檔位的換擋機(jī)構(gòu)，每次換擋完成后需要通過自鎖裝置將檔位鎖定，防止汽車由于受到外界影響而出現(xiàn)檔位誤切換[2]。而為了保證P檔時(shí)駐車的可靠性，通常需要靠機(jī)械裝置鎖住傳動(dòng)軸以實(shí)現(xiàn)駐車。因此，為了實(shí)現(xiàn)車輛的自鎖及駐車功能以及換擋舒適性的要求，在設(shè)計(jì)過程中往往會(huì)將零件的加工及裝配精度設(shè)計(jì)的很高，無形中增加了制造成本以及加工難度。在此基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了一種換擋自鎖及駐車機(jī)構(gòu)精度優(yōu)化方案，通過調(diào)整其機(jī)械結(jié)構(gòu)及空間位置，從而彌補(bǔ)了加工及安裝誤差帶來的影響并降低了對(duì)制造工藝的要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)幾何精度的優(yōu)化。

1 換擋及駐車機(jī)構(gòu)工作原理

換擋及駐車機(jī)構(gòu)通常包括自鎖裝置、彈性裝置、駐車桿、導(dǎo)向裝置、駐車棘爪、駐車棘輪、換擋軸等。換擋時(shí)，換擋軸驅(qū)動(dòng)自鎖裝置轉(zhuǎn)動(dòng)并使之到達(dá)需求擋位位置，彈性裝置貼緊自鎖裝置上的凹槽從而實(shí)現(xiàn)自鎖。此時(shí)，自鎖裝置上方的銷驅(qū)動(dòng)液壓閥板上的手動(dòng)閥芯，將液壓油路切換至對(duì)應(yīng)的檔位中，從而實(shí)現(xiàn)換擋。其中，當(dāng)掛入P檔（駐車）時(shí)，自鎖裝置推動(dòng)駐車桿在導(dǎo)向裝置作用下沿特定方向移動(dòng)，在駐車桿錐面的作用下，駐車棘爪繞其旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使駐車棘爪的棘齒插入與傳動(dòng)軸相連的駐車棘輪的棘槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)駐車。退出P檔時(shí)，自鎖裝置帶動(dòng)駐車桿在導(dǎo)向裝置作用下沿反方向移動(dòng)，駐車桿錐面失去對(duì)駐車棘爪的作用力，使駐車棘爪的棘齒與駐車棘輪脫開，從而退出P檔。

在圖1所示的換擋及駐車機(jī)構(gòu)中，由于零件數(shù)量多且形狀復(fù)雜，產(chǎn)生的累計(jì)尺寸誤差大、導(dǎo)向裝置磨損以及彈簧性能衰退等原因，會(huì)導(dǎo)致該機(jī)構(gòu)在脫開P檔掛入其他檔位時(shí)，駐車棘爪的棘齒不能順利的從駐車棘輪的棘槽內(nèi)脫開，此時(shí)會(huì)引起掛擋失敗，從而引起車輛故障。

2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了解決這種問題，本文對(duì)換擋及駐車機(jī)構(gòu)重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，將自鎖裝置拆分成用來驅(qū)動(dòng)手動(dòng)閥閥芯的驅(qū)動(dòng)部分和用來實(shí)現(xiàn)自鎖功能的鎖止部分。兩部分之間通過螺栓進(jìn)行連接，并在接觸部分設(shè)有互相嚙合的齒帶，鎖止部分螺栓過孔為腰形孔。另外，在彈性元件和墊片接觸面上設(shè)置了互相嚙合的齒帶。如圖2所示。

如圖2所示，在裝配時(shí)，先將自鎖裝置的驅(qū)動(dòng)部分和鎖止部分用螺栓進(jìn)行連接，再把彈性元件和墊片用螺栓連接在殼體上，這樣做的原因是先進(jìn)行初始定位，防止在后續(xù)安裝時(shí)位置發(fā)生變化。整個(gè)換擋機(jī)構(gòu)安裝完成后，將自鎖裝置掛入P檔，測(cè)量駐車棘爪棘齒與駐車棘輪棘槽之間的間距L。測(cè)量彈性元件上滾柱受到的彈力F。

調(diào)整自鎖裝置驅(qū)動(dòng)部件和鎖止部件的相對(duì)位置，將鎖止部件偏離初始位置距離記為τ1（取鎖止部件遠(yuǎn)離駐車桿的方向?yàn)檎较颍?，將彈性裝置偏離初始位置距離記為τ2（取遠(yuǎn)離駐車桿方向?yàn)檎较颍┤鐖D3所示。

3 優(yōu)化結(jié)果

圖1所示的現(xiàn)有傳統(tǒng)換擋及駐車機(jī)構(gòu)中，駐車棘爪與駐車棘輪之間的間隙L受其他零件尺寸累計(jì)誤差影響較大，尤其是駐車桿受制于變速箱空間的布置而形狀復(fù)雜，其形狀誤差十分顯著。表1是某AT自動(dòng)變速箱傳統(tǒng)換擋及駐車機(jī)構(gòu)的各零件對(duì)L造成誤差的數(shù)值，表2為各類夾角及旋轉(zhuǎn)半徑。

因此，優(yōu)化后的累計(jì)誤差較傳統(tǒng)換擋及駐車機(jī)構(gòu)優(yōu)化了66%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該優(yōu)化設(shè)計(jì)有以下優(yōu)點(diǎn)。

1）將自鎖裝裝置設(shè)計(jì)為分體式結(jié)構(gòu)，使得驅(qū)動(dòng)部件與自鎖部件的相對(duì)位置可調(diào)，降低了對(duì)零部件的加工精度及安裝精度的要求，從而降低了生產(chǎn)成本。

2）解決了實(shí)際生產(chǎn)中由于駐車部分零件數(shù)量過多，形狀復(fù)雜導(dǎo)致的累計(jì)誤差過大等問題。

3）在彈性元件與墊片之間設(shè)置調(diào)整墊，通過改變彈性元件的變形量，調(diào)節(jié)施加在自鎖裝置上的彈力，進(jìn)而精確控制換擋所需的力，提升駕駛舒適性。

4）當(dāng)零件出現(xiàn)磨損時(shí)，無需更換零部件，直接調(diào)整驅(qū)動(dòng)部件和鎖止部件的相對(duì)位置即可，降低了維修成本。

4 結(jié)論

本文對(duì)AT自動(dòng)變速箱的換擋及駐車機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并根據(jù)其現(xiàn)有的缺點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化結(jié)果表明，該方案將駐車棘爪掛入和退出P檔時(shí)的位置精度優(yōu)化了66%。使用該結(jié)構(gòu)不僅能夠降低零部件的加工及安裝精度，還降低生產(chǎn)成本，為整車布置提供更多的便利。

參考文獻(xiàn)

[1] 余志生.汽車?yán)碚摚ǖ谖灏妫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2] 郭孔輝，周曉暉，王爽，等.自動(dòng)變速器換擋機(jī)構(gòu)的建模和結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化[J].汽車技術(shù)，2008，000（012）：1-3.