中型汽車變速軟軸操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張鴻剛，梁小剛，李春麗

（寶雞華山工程車輛有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721013）

中型汽車變速軟軸操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張鴻剛，梁小剛，李春麗

（寶雞華山工程車輛有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721013）

通過目前中型常規(guī)車剛性硬桿操縱和遠(yuǎn)距離軟軸操縱方式的對(duì)比，闡述了剛性硬桿操縱和遠(yuǎn)距離軟軸操縱方式的優(yōu)缺點(diǎn)；介紹了中型汽車變速軟軸操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，并通過數(shù)據(jù)驗(yàn)算和實(shí)際驗(yàn)證，證明了設(shè)計(jì)方法的正確性；使用結(jié)果也表明，該設(shè)計(jì)滿足整車操縱輕便性的要求，達(dá)到設(shè)計(jì)出高品質(zhì)中卡、適用市場需求的目的。

中型汽車；操縱機(jī)構(gòu)；軟軸；設(shè)計(jì)

CLC NO.: U463.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

前言

關(guān)于中型自卸載貨車的變速操縱系統(tǒng)，常規(guī)車型一般采用剛性硬桿式操縱（如圖1），剛性硬桿式操縱系統(tǒng)具有操縱穩(wěn)定、駕駛員手感好、維修方便的優(yōu)點(diǎn)；但是容易和發(fā)動(dòng)機(jī)、車架等附件干涉，造成整車布置困難，這就造成某些自卸載貨車受總體布置的要求及空間位置的制約，變速操縱系統(tǒng)必須采用遠(yuǎn)距離軟軸操縱方式（如圖2）。遠(yuǎn)距離軟軸操縱系統(tǒng)具有操作輕便、靈活、不易脫檔、跳檔、掛檔準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，并能為整車的布置提供更大的空間，避免了剛性硬桿式操縱中換檔拉桿容易和周圍部件干涉的問題，是未來中、重卡變速器操縱的趨勢。

1、遠(yuǎn)距離軟軸操縱機(jī)構(gòu)的組成

典型的遠(yuǎn)距離軟軸操縱機(jī)構(gòu)由10個(gè)部分組成（如圖2）。換檔軟軸總成7變速器端通過變速器選換檔軟軸固定支架8固定，然后與換檔搖臂10連接，變速器選換檔軟軸固定支架8與變速器固定為一體，隨發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器一起振動(dòng)，避免變速器選換檔軟軸固定支架8與變速器振動(dòng)頻率不同，造成變速器脫檔、跳檔等問題發(fā)生；換檔軟軸總成7駕駛室端與變速操縱桿座總成3的換檔臂連接。選檔軟軸總成6變速器端也是通過變速器選換檔軟軸固定支架8固定，然后與選檔搖臂9連接；選檔軟軸總成6駕駛室端與變速操縱桿座總成3的選檔臂連接。選換檔軟軸總成6、7通過變速軟軸固定支架5與車架固定，避免軟軸與高溫、旋轉(zhuǎn)件等干涉。在選換檔操縱時(shí)產(chǎn)生的力由軟軸接頭傳遞給件8，因此要求件8變速器選換檔軟軸固定支架要有很好的強(qiáng)度，以滿足選換檔的要求。變速操縱桿座總成3固定在駕駛室底板4上，與駕駛室固定為一體，變速操縱桿2與件3連接固定為一體，換檔手柄1與件2連接，換檔手柄1是為了駕駛員更好的操作而設(shè)計(jì)的。

2、變速操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 變速器選換檔搖臂 變速軟軸的設(shè)計(jì)確定

根據(jù)前期整車的設(shè)計(jì)開發(fā)階段，所匹配變速器型號(hào)已經(jīng)確定，在零部件的系統(tǒng)開發(fā)階段需要設(shè)計(jì)確定的就是變速器選、換檔搖臂的相關(guān)參數(shù)，現(xiàn)以圖3和圖4所示為例。

已知變速器參數(shù)如下：

選檔搖臂長度L=80mm；選檔搖臂轉(zhuǎn)角α=32°；最大靜態(tài)選檔力（在搖臂上測量）F選=80N。

計(jì)算得選檔搖臂行程L2=L×α=80×32°×2Π/360° =45mm。

換檔搖臂長度L3=110mm；換檔搖臂轉(zhuǎn)角α2=20.8°；最大靜態(tài)換檔力（在搖臂上測量）F換=150N。

計(jì)算得換檔搖臂行程 L4=L3×α2=110×20.8°×2Π /360°=40mm。

在對(duì)變速軟軸相關(guān)尺寸的設(shè)計(jì)確認(rèn)中，為實(shí)現(xiàn)整車的選換檔必須要求選檔軟軸的總行程不得小于2L2，換檔軟軸的總行程不得小于2L4。故根據(jù)上述計(jì)算的選換檔搖臂行程結(jié)果，結(jié)合軟軸內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求，為保證選換檔的功能性要求，最終確定選換檔軟軸的有效總行程不得小于100mm，而選換檔軟軸的總成長度需根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器的外連接尺寸和發(fā)動(dòng)機(jī)的總布置角度來確定。

2.2 變速操縱桿及變速操縱桿座總成設(shè)計(jì)

變速操縱桿座總成（如圖5）是通過4顆螺栓與駕駛室底板固定為一體的，安裝可靠到位，主要是承受駕駛員的換檔操縱力并傳遞到其他操縱桿件、變速器選換檔搖臂，從而實(shí)現(xiàn)變速器檔位的變化，這就要求

其應(yīng)該有足夠的強(qiáng)度，且該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)關(guān)系到整車的操縱輕便性、舒適性和回位性等方面。為了實(shí)現(xiàn)選換檔的性能要求及操縱輕便性等，既要求操縱方向?yàn)槿f向的，因此變速操縱桿座總成中的件3操縱桿座組合件設(shè)計(jì)為十字球頭結(jié)構(gòu)形式，并加注潤滑脂保證操縱的輕便性?，F(xiàn)以如圖5變速操縱桿座總成為例，已知主要結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)如下：

操縱機(jī)構(gòu)選檔行程 125mm；

操縱機(jī)構(gòu)換檔行程 190mm；

操縱桿換檔杠桿比 300/105；

操縱桿選檔杠桿比 300/66×66/80×43/60。

2.3 變速操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在不同的中型汽車車型中，軟軸變速操縱機(jī)構(gòu)根據(jù)不同的車型有著不同的結(jié)構(gòu)形式，但其工作原理和對(duì)操縱機(jī)構(gòu)的基本要求是一致的。

2.3.1 變速選換檔軟軸總成的布置設(shè)計(jì)

選檔軟軸總成6和換檔軟軸總成7在整個(gè)操縱過程中承受拉力和推力，是操縱系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件，變速軟軸質(zhì)量的好壞，軟軸的布置直接關(guān)系到操縱系統(tǒng)的性能，因此軟軸的布置應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

a.應(yīng)注意軟軸布置時(shí)的彎曲半徑不能太小，其彎曲半徑不得小于250mm，否則軟軸總成的壽命將受到影響，也增加換檔操縱力。

b.軟軸長度要適當(dāng)，不可太長，注意以駕駛室上翻到極限位置軟軸不受力緊繃為宜，軟軸的布置線路盡量走直線，否則軟軸摩擦阻力增加，變速選換檔過程中操縱費(fèi)力。

c.在軟軸布置的線路中要有適當(dāng)?shù)墓潭ㄖ吸c(diǎn)（如：變速軟軸固定支架5），固定支撐點(diǎn)的夾緊力應(yīng)適當(dāng)，夾緊力過小起不到支撐和限位的作用，夾緊力過大，會(huì)造成軟軸襯管的變形，影響軟軸內(nèi)索芯的運(yùn)動(dòng)。

d.變速器總成內(nèi)的選換檔的阻尼力應(yīng)與軟軸總成的阻尼力相匹配，否則會(huì)造成選換檔操縱力過大，手感變差。

e.軟軸的推拉桿應(yīng)與選換檔搖臂盡量保證垂直，軟軸本身結(jié)構(gòu)允許推拉桿與導(dǎo)向管在運(yùn)動(dòng)中有不大于±6°的擺角，這主要是為了避免操縱機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中的運(yùn)動(dòng)干涉。

f.變速軟軸在布置路線時(shí)應(yīng)盡量避開熱源，避免軟軸在高溫下發(fā)生融化變形，若軟軸布置上存在困難，則應(yīng)在軟軸總成上增加隔熱套或者在軟軸與熱源之間加裝隔熱裝置。

2.3.2 變速器選換檔軟軸固定支架的設(shè)計(jì)

變速器選換檔軟軸固定支架5（如圖6）主要起到固定選檔、換檔軟軸，軟軸安裝后對(duì)軟軸系統(tǒng)起到調(diào)節(jié)的作用。并且駕駛員施加在操縱手柄上的力通過軟軸傳遞到變速器選換檔軟軸固定支架上，因此要求其應(yīng)該有足夠的強(qiáng)度。該支架的設(shè)計(jì)要根據(jù)不同的變速器結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)安裝形式和結(jié)構(gòu)形式，在結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜且能滿足使用要求的情況下，選換檔軟軸固定支架能合二為一就不要分開設(shè)計(jì)。

2.3.3 操縱手柄選換檔行程確認(rèn)計(jì)算

雖然不同車型的變速操縱機(jī)構(gòu)有著不同的結(jié)構(gòu)形式，但是對(duì)其基本的操縱機(jī)構(gòu)要求是一樣的，根據(jù)人體工程學(xué)的要求，易于操作，接近性好，要求操縱手柄的選檔總行程不得大于125mm；換檔總行程不得大于190mm。

故，根據(jù)上述已知參數(shù)，計(jì)算得：

操縱桿選檔行程L選=L2×操縱桿選檔杠桿比=80×32°× 2Π/360°×300/66×66/80×43/60=90mm＜125mm；

操縱桿換檔行程L換= L4×操縱桿換檔杠桿比=110×20.8 °×2Π/360°×300/105=114mm＜190mm。

2.3.4 操縱手柄上操縱力的計(jì)算

為了滿足整車舒適性的要求，選換檔力應(yīng)控制在合理的范圍內(nèi)，操縱手柄上的操縱力一般不能大于80N。設(shè)作用在操縱手柄上的選檔力為F手選、F手換，根據(jù)力矩平衡原理知：

其中，F(xiàn)選為變速器處選檔搖臂處最大靜態(tài)力；L選為操縱桿手柄的選檔行程；L2為變速器選檔搖臂行程；η為操縱機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率，取70%。

同理計(jì)算操縱手柄換檔操縱力為：

經(jīng)過計(jì)算、驗(yàn)證，操縱手柄選換檔行程、操縱力的大小、選換檔軟軸固定支架的強(qiáng)度等均滿足變速操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，樣車變速操縱系統(tǒng)使用可靠、操縱輕便，證明了設(shè)計(jì)的合理性。

Medium-sized Truck System Design of Variable Speed Control

Zhang Honggang, Liang Xiaogang, Li Chunli
（Baoji Huashan Engineering Vehicle Co., Ltd., Shaanxi Baoji 721013）

By comparing medium-sized conventional trucks rigid hard shaft rod manipulation and remote manipulation methods currently explain the advantages and disadvantages of rigid hard shaft rod manipulation and remote manipulation methods. This paper describes the design method of Medium-sized truck system of variable speed control and through data checking and actual verification have proved the correctness of the design process, The results also show that the design meet the requirements of vehicle steering portability ,and also can achieve to the purpose of designing a high-quality medium-sized truck in order to apply the market demand.

medium-type truck; gear navigat organ; flexible shaft; design

U463.2

A

1671-7988(2015)03--

張鴻剛，助理工程師，就職于寶雞華山工程車輛有限責(zé)任公司，現(xiàn)從事載重汽車的設(shè)計(jì)開發(fā)工作。