變速器副箱氣缸總成的改進(jìn)研究

溫青建 游春秀

(陜西法士特汽車(chē)傳動(dòng)工程研究院，陜西710119)

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變速器副箱氣缸總成的改進(jìn)研究

溫青建 游春秀

(陜西法士特汽車(chē)傳動(dòng)工程研究院，陜西710119)

通過(guò)對(duì)副箱氣缸總成在變速器上應(yīng)用的研究，結(jié)合產(chǎn)品在使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化改進(jìn)，簡(jiǎn)要對(duì)產(chǎn)品改進(jìn)流程和方法進(jìn)行回顧，并根據(jù)實(shí)際的使用工況，設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)的氣缸，提升產(chǎn)品質(zhì)量和性能。

副箱氣缸總成；雙支撐結(jié)構(gòu)；自鎖；優(yōu)化改進(jìn)

1 副箱汽缸總成的現(xiàn)狀

變速器副箱氣缸總成在商用車(chē)上使用非常普遍，它是副箱高低檔位轉(zhuǎn)換的執(zhí)行元件，常用的副箱氣缸總成主要有三種類(lèi)型：普通副箱氣缸總成、加裝中間位置的副箱氣缸總成和加裝增壓式中間位置的副箱氣缸總成。普通副箱氣缸總成結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

變速器在加裝取力器后，為了實(shí)現(xiàn)停車(chē)取力，必須在副箱氣缸后端加裝中間位置氣缸或增壓式中間位置氣缸，圖2為加裝中間位置氣缸的副箱氣缸總成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

在圖2中，孔口A和B分別接變速器的低檔和高檔氣管，氣管另一端與變速器的氣閥相連，孔口C與整車(chē)氣路相連。停車(chē)取力時(shí)，首先分離離合器，將變速器操縱手柄置于低檔區(qū)空檔位置，使范圍檔氣缸活塞緊壓定位環(huán)，然后操縱中間位置氣缸控制閥，使壓縮空氣從孔口C通入中間位置氣缸，由于有壓力差，中間位置氣缸活塞向左移動(dòng)直到頂上定位環(huán)后停止，這樣變速器范圍檔氣缸活塞位于中間位置，此時(shí)將主變速器掛上合適的檔位，接通取力器的氣路和離合器，即可以實(shí)現(xiàn)取力器停車(chē)取力。

圖1 普通副箱氣缸總成的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

Figure 1 Schematic diagram of common deputy box cylinder assembly

1—范圍檔撥叉軸 2—范圍檔氣缸 3—后蓋殼體 4—范圍檔氣缸活塞 5—O型密封圈 6—定位環(huán) 7—O型密封圈 8—六角尼龍鎖緊螺母 9—中間位置氣缸 10—導(dǎo)銷(xiāo) 11—中間位置活塞 12—O型密封圈 13-O型密封圈

圖2 加裝中間位置的副箱氣缸總成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

Figure 2 Schematic diagram of deputy box cylinder assembly located in center position

2 副箱氣缸總成出現(xiàn)的問(wèn)題及改進(jìn)措施

隨著汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展，商用車(chē)變速器的保有量也持續(xù)增高，在實(shí)際使用過(guò)程中，部分零件的售后故障率較高，需要對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量改進(jìn)，以提升產(chǎn)品的整體質(zhì)量。從2012年開(kāi)始，公司進(jìn)行質(zhì)量改進(jìn)項(xiàng)目，通過(guò)對(duì)售后數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析、舊件解析、故障模式的分析，確認(rèn)失效原因，制定針對(duì)性的改進(jìn)措施，并進(jìn)行充分驗(yàn)證，逐步切換使用改進(jìn)后的產(chǎn)品，大大降低了售后故障率，其中副箱氣缸改進(jìn)項(xiàng)目效果明顯。

2.1 售后數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)對(duì)2011年售后故障統(tǒng)計(jì)，副箱氣缸總成故障逐月攀升，在所有故障零件中處于高位。從氣缸故障統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看到，氣缸故障表現(xiàn)為O形圈磨損失效，氣缸漏氣，氣缸拉傷，活塞發(fā)卡，氣缸鑄造缺陷等問(wèn)題，其中O形圈故障及氣缸拉傷占總故障率90%以上。

2.2 各種故障分析

對(duì)故障件進(jìn)行解析，發(fā)現(xiàn)O形圈磨損、偏磨、壓變失效，導(dǎo)致氣缸漏氣、竄氣或漏油，氣缸拉傷導(dǎo)致掛檔卡滯，難以掛檔，O形圈劃傷或漏氣，最后確認(rèn)副箱氣缸主要失效模式為O型圈失效和氣缸損壞，具體見(jiàn)圖3。

2.3 原因分析及改進(jìn)措施

原因分析及改進(jìn)措施見(jiàn)表1。

3 新結(jié)構(gòu)氣缸的設(shè)計(jì)應(yīng)用

3.1 雙支撐結(jié)構(gòu)副箱氣缸的開(kāi)發(fā)

現(xiàn)有副箱氣缸結(jié)構(gòu)屬于懸臂梁結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)原因，造成了撥叉軸、撥叉軸孔和缸壁的拉傷、偏磨、O形密封圈竄氣、漏氣等故障。通過(guò)質(zhì)量改進(jìn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了雙支撐結(jié)構(gòu)的氣缸總成，徹底改變目前氣缸懸臂梁結(jié)構(gòu)的弊端，通過(guò)試驗(yàn)和試裝驗(yàn)證，效果很好，氣缸拉傷、漏氣、竄氣等問(wèn)題明顯改善，從結(jié)構(gòu)上大大提升了副箱氣缸總成的性能。圖4為普通氣缸和雙支撐氣缸的結(jié)構(gòu)對(duì)比圖。

3.2 帶自鎖雙支撐結(jié)構(gòu)氣缸的開(kāi)發(fā)

雙支撐氣缸切換使用后，部分箱型出現(xiàn)了新問(wèn)題：副箱掉擋，氣缸蓋螺塞脫落，副箱氣缸斷裂，針對(duì)這些現(xiàn)象，我們對(duì)雙支撐副箱氣缸總成結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，開(kāi)發(fā)了帶自鎖雙支撐氣缸總成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖5所示。

實(shí)際工況中，根據(jù)使用要求，主副箱結(jié)構(gòu)變速器中副箱會(huì)處于三種工作位置：低檔、高檔和中間位置。其中在取力器停車(chē)取力時(shí)，副箱才會(huì)處于中間位置，在整車(chē)正常行駛過(guò)程中，變速器副箱只能處于低檔或高檔位置。變速器有兩路控制氣路，分別連接雙支撐氣缸的高檔和低檔氣孔，副箱撥叉是通過(guò)螺栓裝配在換擋撥叉軸上進(jìn)行的，當(dāng)變速器控制氣進(jìn)入雙支撐氣缸后，活塞會(huì)帶動(dòng)換擋撥叉軸軸向運(yùn)動(dòng)，從而使副箱能夠在高低檔之間自由轉(zhuǎn)換。通過(guò)選擇合適的彈簧和鋼球，在換擋撥叉軸尺寸對(duì)應(yīng)部位加工自鎖槽，使其不僅能保證自鎖功能，而且不影響副箱在高低檔之間的自由轉(zhuǎn)換。通過(guò)CAE計(jì)算分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，優(yōu)化了雙支撐氣缸結(jié)構(gòu)，增加了加強(qiáng)筋，使其強(qiáng)度更高，能夠滿(mǎn)足復(fù)雜的使用工況而不發(fā)生斷裂，并且在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和使用要求的前提下，降低了氣缸的

(a)副箱汽缸撥叉軸拉傷 (b)氣缸O型圈壓縮變形失效

(c)活塞銹蝕 (d)氣缸拉傷

(e)O型圈各種失效現(xiàn)象

圖3 各種故障模式

Figure 3 Various failure modes

表1 原因分析與改進(jìn)措施

Table 1 Cause analysis and improvement measures

故障種類(lèi)失效零件失效模式原因分析改進(jìn)措施副箱氣缸O形圈失效O型圈14344O型圈失效造成氣缸漏氣、竄氣原有O形圈為丁腈橡膠材料,產(chǎn)品壓縮變形指標(biāo)較低。切換丁腈橡膠為耐高溫型氟橡膠?，F(xiàn)有的活塞+O型圈密封屬于傳統(tǒng)密封結(jié)構(gòu),存在發(fā)生漏氣的風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新結(jié)構(gòu)活塞總成,并完成臺(tái)架壽命測(cè)試和實(shí)車(chē)裝車(chē)測(cè)試。雙支撐氣缸體故障雙支撐氣缸體氣缸拉傷氣缸體斷裂氣缸體特有的懸臂梁受力結(jié)構(gòu)和O形圈密封工況,極易造成氣缸、撥叉軸拉傷。改變現(xiàn)有氣缸結(jié)構(gòu)形式,采用雙支撐氣缸結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有雙支撐氣缸生產(chǎn)中氣缸體中鐵屑未完全清除干凈。加強(qiáng)氣缸加工生產(chǎn)中的鐵屑除雜等工作?，F(xiàn)有雙支撐氣缸鑄造中金相結(jié)構(gòu)、分型面結(jié)構(gòu)等導(dǎo)致氣缸伸出端根部力學(xué)性能缺陷,易發(fā)生斷裂。提高鑄造工藝質(zhì)量、規(guī)定對(duì)氣缸薄壁件金相檢測(cè),要求廠家改變現(xiàn)有分型面部位。雙支撐氣缸掛檔過(guò)程中存在較大應(yīng)力,造成氣缸體斷裂。設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)加筋結(jié)構(gòu)雙支撐氣缸,并進(jìn)行臺(tái)架壽命測(cè)試。

(a)普通氣缸結(jié)構(gòu)圖 (b)雙支撐氣缸結(jié)構(gòu)圖

圖4 普通氣缸和雙支撐氣缸的結(jié)構(gòu)對(duì)比圖

Figure 4 Comparison chart of the structures of ordinary cylinder and double support cylinder

1—雙支撐氣缸 2—換擋撥叉軸 3—?dú)飧咨w 4—螺塞 5—墊片 6—螺堵 7—自鎖彈簧 8—自鎖鋼球 9—自鎖槽

圖5 帶自鎖雙支撐氣缸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

Figure 5 Schematic diagram of cylinder with self-locking and double support

重量，單個(gè)氣缸降重約為0.14 kg，降低了氣缸整體重量和成本。針對(duì)氣缸蓋螺塞漏氣現(xiàn)象，將螺塞改為非標(biāo)零件，增加了螺紋連接長(zhǎng)度和預(yù)涂膠，并改變了墊片材質(zhì)，提升了密封性能。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)改進(jìn)前后產(chǎn)品進(jìn)行大量試驗(yàn)和試裝驗(yàn)證，改進(jìn)后的副箱氣缸明顯要優(yōu)于改進(jìn)前。通過(guò)三年的持續(xù)改進(jìn)，副箱氣缸總成故障下降86%，故障索賠金額降低73%，改進(jìn)效果非常明顯。我們通過(guò)對(duì)副箱氣缸總成的持續(xù)改進(jìn)，不僅掌握了整個(gè)產(chǎn)品的改進(jìn)流程，而且售后故障明顯下降，大大提高了客戶(hù)的滿(mǎn)意度。

編輯 陳秀娟

Research on Improvement of Cylinder Assembly for Transmission Gear Deputy Box

Wen Qingjian, You Chunxiu

The application of deputy box cylinder assembly on transmission has been researched. The problems occurred in the operation process of the products have been carried out the continuous optimization and improvement. The process and method of product improvement have been reviewed. According to the actual working conditions, the cylinder with new structure has been designed to improve the quality and properties of product.

deputy box cylinder assembly; double support structure; self locking; optimization and improvement

2016—09—02

溫青建(1986—)，工程師，從事產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和質(zhì)量改進(jìn)工作。

U463.212

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