某16擋雙中間軸變速器倒擋難掛原因分析及改進

孫磊

(陜西法士特汽車傳動工程研究院，陜西西安 710119)

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某16擋雙中間軸變速器倒擋難掛原因分析及改進

孫磊

(陜西法士特汽車傳動工程研究院，陜西西安 710119)

某16擋變速箱使用過程中倒擋難掛，通過試驗驗證，找出了根本原因，解決了同類產(chǎn)品可能存在的系列掛擋困難問題，對掛擋齒輪的倒角形式這一領(lǐng)域的探索提供了知識上的積累。

16擋變速器；掛擋困難；齒端倒角

0　引言

某16擋變速器匹配某新車型過程中，發(fā)現(xiàn)倒擋難掛、并有沖擊；而類型車型所配12擋變速器，沒有反饋倒擋難掛。

該16擋變速器與12擋變速器在結(jié)構(gòu)上類似：均為雙中間軸結(jié)構(gòu)；倒擋掛擋為滑套式結(jié)構(gòu)，倒擋滑套采用大35°大錐角結(jié)構(gòu)，對應的倒擋齒輪也采用大倒角結(jié)構(gòu)，這一倒角形式的最初設計目的是為了利于滑套與倒擋輪的相互嚙合。這種齒端錐倒角形式普遍應用于某公司其他雙中間軸變速器。

1　倒擋難掛原因分析

為了查找原因，作者首先對16擋、12擋變速器進行了靜態(tài)掛擋力的測試。

16擋與12擋靜態(tài)掛擋力、手感對比見表1。

表1　16擋、12擋靜態(tài)掛擋手感對比

經(jīng)過多次對16擋、12擋的靜態(tài)測試結(jié)果表明，初步認為倒擋難掛是16擋的普遍現(xiàn)象。

1.116擋倒擋掛擋機構(gòu)及影響倒擋力的因素

對于滑套式齒輪掛擋，依據(jù)其工作原理，其掛擋阻力主要來自下述幾個方面：

(1)加工毛刺導致的阻力因素；

(2)為保證掛擋手感而在掛擋機構(gòu)中刻意設計的阻力彈簧的剛度以及開關(guān)的啟動阻力；

(3)滑套與結(jié)合齒之間的配合是否存在某些問題。

經(jīng)對該16擋實驗樣箱進行拆解，首先排除了錯漏裝和毛刺因素。

而對于掛擋機構(gòu)中刻意設計的阻力因素，如圖1所示，主要有以下幾個方面：

(1)空、倒擋開關(guān)和氣路控制閥開啟阻力；

(2)換擋撥頭壓緊倒擋柱塞后進行掛擋擺動過程中的摩擦阻力；

(3)克服倒擋自鎖彈簧的壓縮阻力。

1.2原因初步查找

在實際的設計工作中，評判上述各環(huán)節(jié)阻力因素設計是否合理的方式一般是通過試驗與計算相結(jié)合的方法。在這起案例中，作者注意到該16擋變速器與前文中提到的12擋變速器：兩者倒擋掛擋機構(gòu)在結(jié)構(gòu)設計、零件配置上均完全相同(相關(guān)開關(guān)、阻力彈簧型號均相同)，但16擋變速器倒擋掛擋力仍明顯大于12擋變速器。因此，初步判斷掛擋機構(gòu)彈簧的剛度以其他阻力因素設計并非影響該16擋變速器倒擋難掛因素之一。

在進一步對樣箱進行靜態(tài)倒擋掛擋試驗過程中，作者發(fā)現(xiàn)如果在該16擋變速器掛倒擋過程中，人為將變速器一軸用力下壓時，倒擋掛擋力手感明顯改善(如圖2所示)。

1.316擋與12擋結(jié)構(gòu)對比分析

進一步分析試驗中出現(xiàn)的下壓一軸能改善倒擋掛擋力的原因?？紤]到雙中間軸變速器二軸浮動式的結(jié)構(gòu)設計，如圖2、3所示，由于雙中間軸變速器的這種浮動式結(jié)構(gòu)設計，導致二軸

與空套其上的齒輪、滑套之間，在軸心方向上存在一定軸向夾角。在人為將變速器一軸用力下壓時，實際上改變的是二軸浮動量，即減小了二軸與倒擋輪之間的軸向夾角。

進一步分析倒擋滑套與倒擋輪結(jié)合齒形式(見圖4)，作者發(fā)現(xiàn)這種錐面倒角的齒端倒角形式，在倒擋滑套與倒擋輪存在軸向夾角時，其齒輪嚙合過程中，錐面兩側(cè)棱線在齒輪嚙合方向上實際上總存在一個角度偏差(理論狀態(tài)上兩者應該平行)，從而導致其嚙合過程始終存在垂直于齒側(cè)棱線的法向阻力影響。當這個角度偏差較大時，需要克服該阻力影響的軸向推力(掛擋力)會顯著增加。

比較該16擋變速器與12擋變速器主箱二軸浮動結(jié)構(gòu)如圖5所示。

從圖5可知：這種二軸浮動式結(jié)構(gòu)設計，由于重力作用，變速器二軸和一軸會產(chǎn)生一定角度下沉，又已知該16擋變速器與12擋變速器兩端支撐軸承間距(圖5中點A、B間距)相同。16擋變速器與12擋變速器采用相同倒擋齒輪，倒擋滑套與二軸的配合間隙兩者亦相當。

由此不難得出：16擋變速器二軸下沉擺角明顯大于12擋變速器。即16擋變速器的倒擋滑套與倒擋輪嚙合過程中，兩者錐面兩側(cè)棱線形成的角度偏差較大。故而，16擋變速器倒擋掛擋阻力要明顯高于12擋變速器的倒擋掛擋力。

初步判斷出導致掛擋困難的原因之后，其解決方向也將明朗，可以分別從兩個方面進行改進：

(1)改善16擋變速器二軸的浮動情況；

(2)改進倒擋輪與倒擋滑套之間的嚙合方式。

2　16擋倒擋難掛的改進方案驗證及倒擋過程分析

作者首先采取了改善16擋變速器二軸的浮動情況，即減小其二軸下沉擺角的改進措施。分別實驗了不同間隙量的二軸導套以及采用二軸軸端以軸承支撐方式，然而實驗結(jié)果表明效果甚微，遠不能達到客戶要求的力值范圍。

進一步分析其原因，由于16擋變速器這種一軸伸入主箱較長，同時一軸后端部分還額外支撐一個分速齒輪和前副箱同步器的結(jié)構(gòu)，實際上導致一軸后端也會產(chǎn)生一個較大的下沉擺角，從而間接增大了二軸前端向下浮動的空間。而作者采取減小二軸前端軸套(或者是軸承)內(nèi)徑以減小其浮動間隙的改進方式，無法消除由一軸下沉帶來的影響，故而最終改善效果不甚理想。這一實驗結(jié)果也驗證了在前期故障分析過程中，采取下壓一軸的方式能明顯改善掛擋效果的現(xiàn)象。

在上述實驗結(jié)果基礎(chǔ)上，作者采取了改進倒擋輪與倒擋滑套齒端倒角形式，以改變其嚙合方式的改進措施。

詳見圖6，在這種二軸浮動結(jié)構(gòu)中，倒擋輪與倒擋滑套之間的軸線夾角無可避免，采取端面大倒角形式必然導致其嚙合過程中形成正向阻力。

但是，如果采取齒端圓倒角(見圖7)形式，其接觸阻力始終指向圓心，因而在齒輪結(jié)合方向上的分力遠小于采取齒端錐倒角形式的齒輪副?；谏鲜龇治?，作者實驗了齒端圓倒角的設計改進。靜態(tài)掛擋力結(jié)果表明：完全可以達到許用掛擋力的范圍。

3　總結(jié)

對16擋變速器倒擋難掛，作者綜合考慮了影響倒擋難掛的因素：

(1)變速器的裝配質(zhì)量問題，如倒擋齒輪、倒擋滑套用錯；

(2)變速器的零件加工問題，如倒擋齒輪、倒擋滑套的毛刺；

(3)變速器的操縱總成、上蓋總成的影響；

(4)變速器本身結(jié)構(gòu)的問題。

對以上因素作者采用實驗與理論分析相結(jié)合的方法，逐個排除，通過不同變速器比對，最終找到了16擋倒擋難掛的原因，并給出了解決方案及理論解釋。并且，該改進過程說明齒端錐倒角結(jié)構(gòu)雖然普遍應用于兩段式雙中間軸變速器，并且效果良好，但對于3段式雙中間軸變速器，其改善倒擋掛擋的效果反而降低，對于該類變速器采用齒端圓倒角更能適應倒擋掛擋要求。目前這一個成果已經(jīng)應用于另一款2X4X2新型16擋變速器，并取得良好效果。

【1】程乃士.減速器和變速器設計與選用手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

RootCauseAnalysisandImprovementforDifficultShiftingofa16SpeedTransmission

SUNLei

(ShaanxiFastAutoDriveGroupCo.,Ltd.,Xi’anShaanxi710119,China)

Intheusingprocessofa16speedtransmission,itisdifficulttoshift.Tosolvetheproblem,throughtest,therootcausewasfound,sotheseriesofshiftdifficultproblemsexistedinthesimilarproductsmightbesolved.Itprovidesknowledgeaccumulationontheexplorationofshiftgearchamferingform.

16speedtransmission;Difficultshifting;Geartoothchamfer

2016-05-11

孫磊(1978—)，男，學士，助理工程師，從事商用車整車及零部件技術(shù)工作。E-mail：ilyhoo@163.com。

U463.212

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1674-1986(2016)07-069-04