影響輕型變速箱操縱性能的因素分析

富 薇

（中國(guó)重汽集團(tuán)大同齒輪有限公司,山西 大同 037005）

影響輕型變速箱操縱性能的因素分析

富 薇

（中國(guó)重汽集團(tuán)大同齒輪有限公司,山西 大同 037005）

汽車變速箱的操縱機(jī)構(gòu)作為變速箱的控制機(jī)構(gòu)對(duì)于汽車正常行駛有著密切的影響。隨著用戶對(duì)汽車的性能要求的不斷提高，汽車市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈。操縱性能是用戶考量整車性能的一個(gè)重要因素，也是衡量一款變速箱是否優(yōu)秀的重要標(biāo)準(zhǔn)。本文通過理論研究和實(shí)際分析討論了影響操縱性能的幾種因素，介紹了相關(guān)裝置的原理及作用。

輕型變速箱；操縱；影響因素

變速器操縱機(jī)構(gòu)是駕駛員操縱變速手柄到使汽車選換檔的一套機(jī)構(gòu)，是用來保證駕駛員能根據(jù)汽車使用條件隨時(shí)撥動(dòng)變速箱內(nèi)齒輪進(jìn)行換檔或使之從工作檔退檔到空擋。對(duì)操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足其輕便性、可靠性、穩(wěn)定性及平順性，要使變速箱操縱機(jī)構(gòu)可靠的工作，應(yīng)滿足以下要求。其一，設(shè)有自鎖裝置：防止變速箱自動(dòng)換擋和脫檔；其二，設(shè)有互鎖裝置：保證不會(huì)同時(shí)換入兩個(gè)檔位；其三，設(shè)有倒檔鎖：防止誤換倒檔發(fā)生零件損壞甚至安全事故。

1 同步器性能是影響汽車操縱性能的重要因素

1.1 同步器的作用

在汽車行駛過程中，檔位互相轉(zhuǎn)換時(shí)同步器使嚙合的兩個(gè)齒輪角速度相同，避免齒輪撞擊引起噪聲甚至是齒輪打齒，從而使選換擋平順，也極大地縮短了操縱時(shí)間[1]。

1.2 同步器的工作原理

（1）當(dāng)換擋桿通過撥叉撥動(dòng)同步器齒套，齒套離開空檔位置，通過柱塞帶動(dòng)滑塊軸向移動(dòng)。（2）預(yù)同步階段：同步環(huán)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，進(jìn)入鎖止位置。（3）同步階段：由于F作用和轉(zhuǎn)速差△ω的存在，兩同步錐面一經(jīng)接觸產(chǎn)生摩擦力矩。F不斷增大，摩擦力矩不斷增大，當(dāng)摩擦力矩增加到與輸入端慣性矩相等時(shí)，同步環(huán)與錐環(huán)的角速度相等，摩擦力矩為0，從而實(shí)現(xiàn)同步。（4）同步結(jié)束：在F繼續(xù)作用下，同步環(huán)在撥環(huán)力矩作用下回轉(zhuǎn)一定角度，使兩鎖止斜面脫開，齒套穿過同步環(huán)與錐環(huán)結(jié)合齒嚙合，掛檔結(jié)束。

1.3 提高操縱性能的途徑

提高汽車的換擋性能就是要以較小的換擋桿推力，用較少的換擋時(shí)間t完成換擋動(dòng)作。同步時(shí)間t也是體現(xiàn)同步性能好壞的重要參數(shù)之一。同步時(shí)間為[2]：

（1）盡量降低當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jc。同步器輸入端的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大，會(huì)引起同步時(shí)間變長(zhǎng)。（2）盡量減小錐面半錐角。當(dāng)tanα＜μ時(shí)，摩擦錐面將產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象。同步環(huán)半錐角一般取6°～8°。（3）降低相鄰兩檔速比的差值。相鄰兩檔速比差過大會(huì)造成換檔困難，一般認(rèn)為≯1.7～1.8。目前主要依靠增加檔位數(shù)量來控制速比差值。（4）增加同步環(huán)與錐環(huán)摩擦系數(shù)μ。選用適當(dāng)?shù)哪Σ敛牧鲜翘岣咄狡餍阅艿闹匾椒ǎ含F(xiàn)有五檔輕型箱多采用銅合金同步環(huán)，耐磨性較差可改用鋼基噴鉬同步環(huán)。鋼基噴鉬同步環(huán)具有高的耐磨性、低熱衰、摩擦系數(shù)大的特點(diǎn)。除此之外潤(rùn)滑油和溫度對(duì)摩擦系數(shù)也有影響。（5）增加摩擦錐面平均半徑r。在有限的空間內(nèi)盡量增大錐體平均半徑，也可縮短同步時(shí)間。

2 變速箱選檔搖臂空行程對(duì)操縱性能的影響

變速箱選檔搖臂空行程過大，會(huì)造成拉索走位不準(zhǔn)。我公司曾發(fā)現(xiàn)幾例類似問題故障箱后，派專家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拆解分析：將頂蓋拆下發(fā)現(xiàn)，選檔轉(zhuǎn)臂間隙很大，造成選檔搖臂空行程很大，拉索實(shí)際行程不夠，造成選位問題，后對(duì)選檔轉(zhuǎn)臂進(jìn)行更換后，重新試車，故障消除。此問題說明在設(shè)計(jì)過程中要嚴(yán)格控制選檔轉(zhuǎn)臂與換檔撥塊之間的間隙；間隙過大會(huì)造成選檔不到位，檔位不清晰；而間隙過小，會(huì)造成選檔力太大，影響整車操縱手感。一般輕型箱選檔搖臂上的選檔力≯3kg。加工過程也要嚴(yán)格控制選檔轉(zhuǎn)臂的工藝流程，保證其剛度，不能過易磨損。

3 操縱系關(guān)鍵零件對(duì)操縱性能的影響

頂蓋、選檔軸、換擋撥頭、換檔軸、撥叉軸、撥叉、互鎖板、齒套等。這些零件是整個(gè)操縱系統(tǒng)的重要組成部分。運(yùn)動(dòng)傳遞路線中配合公差尺寸鏈?zhǔn)欠窈线m，回位彈簧力的大小等最終被反映到駕駛者的選換檔力。因此這些零件的設(shè)計(jì)和加工直接影響操縱系統(tǒng)的性能。如果它們產(chǎn)生嚴(yán)重磨損、變形會(huì)導(dǎo)致主軸軸向竄動(dòng)，影響整個(gè)尺寸鏈。對(duì)于這些關(guān)鍵件的設(shè)計(jì)加工要求也相對(duì)嚴(yán)格，也需要用戶定期更換操縱系的易損件。此外還可增加和改進(jìn)一些零部件：其一，頂蓋上增加限位套：此結(jié)構(gòu)可保證在某些零件加工不到位或尺寸超差或磨損的情況下進(jìn)一步保證選檔的可靠性。其二，滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)襯套的應(yīng)用：滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)襯套內(nèi)有許多鋼球軸向和鏡像密排。在操縱軸中加裝此襯套使操縱軸與殼體之間由原來的干摩擦滑動(dòng)改為帶潤(rùn)滾動(dòng)，摩擦力極小，可以大幅減小操縱力，提高操縱的平順性，輕便性。

4 選換擋拉索選用、布置對(duì)操縱性能的影響

拉索的作用就是作為媒介將駕駛員給整車操縱機(jī)構(gòu)的動(dòng)作傳遞給變速箱，以實(shí)現(xiàn)換檔。 用拉索式換擋操縱裝置取代桿系換擋操縱裝置，此種裝置可以有效消除動(dòng)力總成、擋桿和車身傳遞至手柄球上的震動(dòng)噪音，能得到清晰的檔位和舒適的手感。易于布置、傳遞效率高、成本低，是最受歡迎的結(jié)構(gòu)[3]。

拉索的索心軸和互管的配合間隙在0.5mm左右。并要求根據(jù)拉索使用的車型選用合適的潤(rùn)滑脂，布置時(shí)盡量保證與操縱搖臂垂直，盡量增大拉索的曲率半徑有利于力的有效傳遞。軟軸支架的剛度也要有力保證，不能在拉動(dòng)過程中發(fā)生抖動(dòng)、扭曲或變形。一般用多點(diǎn)定位、加大鋼板厚度、增加加強(qiáng)筋板等方法來保證支架的穩(wěn)定。

5 環(huán)境對(duì)操縱性能的影響

通過幾年來對(duì)全國(guó)各地用戶的走訪、反饋。變速箱操縱困難問題在東北地區(qū)比較多，集中反映在天氣寒冷時(shí)表現(xiàn)明顯，天氣熱時(shí)，問題好轉(zhuǎn)或消失。東北冬天氣溫極低，汽車在經(jīng)過黑夜及長(zhǎng)時(shí)間未啟動(dòng)的情況下，拉索內(nèi)部油品粘度下降以及冰雪凍住現(xiàn)象，造成拉索動(dòng)作困難。調(diào)研選用適合極寒天氣下使用的拉索。建議司機(jī)打著火最好對(duì)車預(yù)熱2分鐘。

6 結(jié)束語

本文主要討論對(duì)汽車輕型變速箱操縱性能影響的幾種因素，在現(xiàn)有的知識(shí)范圍內(nèi)對(duì)變速箱的操縱性能提升提出一些設(shè)計(jì)建議。當(dāng)然汽車操縱系的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過程。必須采用合理的方法設(shè)計(jì)、計(jì)算，并進(jìn)行試驗(yàn)。在設(shè)計(jì)中的一個(gè)小的失誤都可能造成不可估量的損失。在設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)注意產(chǎn)品的系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化。由于汽車結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，機(jī)械及電器元件較多，本文所列舉的并不全面，提升變速箱的操縱性能還有很多技巧和方法。期待同大家共同探討、學(xué)習(xí)。

[1]劉惟信.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.

[2]徐達(dá)偉，李靖.變速器用同步器同步時(shí)間計(jì)算研究[J].北京：北京汽車，2011（02）：22-24.

[3]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：高等教育出版社，2000.