自动变速器的挡圈设计

毕崇盛，关崴，柴召朋，赵彦辉，杨林

自动变速器的挡圈设计

毕崇盛，关崴，柴召朋，赵彦辉，杨林

（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）

文章通过对汽车变速器的介绍，进而提出了挡圈在自动变速器中的实际作用，进一步介绍了挡圈是如何设计开发的，挡圈的尺寸是如何设计分析的，然后举出实际工作中遇到的例子，通过文章中提出的挡圈设计方法进行设计，计算，得出相应的挡圈尺寸，进一步表达出通过这样的设计分析，可以设计出我们需要的挡圈，同时也表达了文章所写的挡圈设计方法是有实际意义的。

挡圈；自动变速器

1 引言

随着科学技术的不断发展，汽车工业水平也展现出质的飞跃。汽车的动力性、燃油的经济性和驾乘的舒适性等因素，也越来越被制造厂商所关注。汽车的这些性能不仅仅是依靠发动机的配置，同时也取决于和发动机相匹配的变速器。

挡圈，作为液力自动变速器（AT）中的重要部件，具有关键性的作用：1）卡位，将AT中的两个部件固定在一起，使其能够同轴旋转；2）限位，将挡圈安装在某个位置，让相互配合的两个零件无法进行相对移动。结合挡圈的实际作用，本文主要介绍的是，在已知对手件尺寸的条件下，如何设计自由状态下的挡圈尺寸。

2 挡圈的理论设计

如图1所示，图中，左侧为自由状态下的弹性挡圈，右侧为安装后的弹性挡圈。在自由状态下：挡圈直径D1，宽为W，厚为T，开口尺寸为g1；安装之后：挡圈直径为D2，宽为W，厚为T，开口尺寸为g2。

假设1：把挡圈设置在所希望的部位时，在安装过程中不会产生塑性变形。即：挡圈只有弹性变形。

假设2：初期挡圈内部不存在残余应力。即：不考虑因残余应力产生的影响。

图1 挡圈的示意图

θ2：设置时，即安装后挡圈闭合部分的角度；

p：圆弧方向上的每单位长度的力；

C1：挡圈末端受到的半径方向的集中力；

g2：设置时，即安装后挡圈开口部分的长度；

C1和P，是y方向力的平衡公式，要满足以下关系：

∑Fy=-C1cos(180-θ2)+p*g2/2 =0 （1）

另外，根据固体力学（或者材料力学）

P1：自由状态下的曲率半径

p2：设置时，即安装状态下的曲率半径

M：力矩

E：弹性系数

I：转动惯量

在这里，转动惯量l如下：

T：挡圈的厚度

W：挡圈的宽度，外径和内径差异的一半

（为了维持整体的力度均衡，在弹性挡圈的开口部位施加垂直的集中力）

在角度θ下，假设切除挡圈：

因为从中心的力矩的和等于零，根据：

或者：

整理求p的公式如下：

3 挡圈的计算

举例说明，当安装后挡圈直径为167mm，开口尺寸为3mm，在挡圈的安装状态已确定的情况下，求得初期形状的过程如下：

以下是输入值

D2：弹性挡圈的最终外径

W：弹性挡圈的宽度，假定变形中尺寸无变化

T：弹性挡圈的厚度，假定变形中尺寸无变化

E：弹性系数

v：泊松比

92：安装状态下弹性挡圈末端打开的间距

D1：自由状态下，θ为0位置上的外径（严格来说是曲率半径的2倍）

（1）定义对整体形状的区间数N

（2）为了计算顺利，提前算好以下值：

（3）最终状态下，计算对一个区间的角度增量△。

（4）把以下值作为所计算值的初期值。

（14）

（8）利用中立面的长度不变的假定，初期形状下计算增量△。

（9）把φ1和β1按如下更新。

（10）（x1，y1），利用以下公式计算。

（11）θ1如与2相同，则结束计算。

（12）如下进行相关值更新。（←+1过程）

（13）反复上述从（5）到（12）的过程。

最终，通过循环计算得出，自由状态下挡圈直径为175mm，同时椭圆尺寸D1-1：168.7mm。

4 结论

通过以上计算可知：根据安装后的弹性挡圈尺寸，可以得出自由状态下的弹性挡圈尺寸；通过自由状态下的弹性挡圈直径，可以得出自由状态下为椭圆的弹性挡圈尺寸。

[1] 葛安林.自动变速器（一）:自动变速器综述[J].汽车技术,2001（5）.

[2] 孟祥伟,王进.卡环结构对拔脱力的影响研究[J].汽车实用技术, 2019(01).

[3] 齿圈断裂失效分析[J].王令,李凯.金属加工(热加工). 2020(03).

The Design of Snap Ring for Automatic Transmission

Bi Chongsheng, Guan Wei, Chai Zhaopeng, Zhao Yanhui, Yang Lin

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

This article through to the introduction of auto transmission, then puts forward the retaining ring in the actual function of automatic transmission, further introduces the retaining ring is how to design and development, the size of the collar is how to design and analysis, and then give examples of encountered in the actual work, through this article puts forward the design method of retaining ring to carry on the design, calculation, draw the corresponding ring size, further expressed by analyzing such a design, can design the retaining ring, we need also expressed in this article, written by the collar design method is of practical significance.

Snap ring;Automatic transmission

A

1671-7988(2020)24-38-03

U463.212

A

1671-7988(2020)24-38-03

毕崇盛，就职于哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司技术中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.013

CLC NO.: U463.212