中重卡變速操縱軟軸設(shè)計

劉潔浩，梁麗娟

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

中重卡變速操縱軟軸設(shè)計

劉潔浩，梁麗娟

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

軟軸式變速操縱系統(tǒng)具有吸振、降噪操縱舒適，布置靈活，安裝方便等優(yōu)點，已成中重卡變速操縱系統(tǒng)的主要控制形式。軟軸是軟軸式變速操縱系統(tǒng)中操縱力及行程的傳遞介質(zhì)，軟軸的性能影響系統(tǒng)的性能。文章以某中重卡軟軸式變速操縱系統(tǒng)為研究對象，介紹了軟軸的設(shè)計步驟及注意事項。

軟軸；中重卡；軟軸式變速操縱系統(tǒng)

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)05-57-03

引言

我國中重卡的變速操縱系統(tǒng)主要有兩種操縱那個方式：剛性硬桿式變速操縱和軟軸式變速操縱。剛性硬桿式具有操縱穩(wěn)定，檔位清晰，維修方便等優(yōu)點，缺點為空間布置困難，已與發(fā)動機及駕駛室等附近件產(chǎn)生干涉，車型變形困難，行駛時易脫檔等問題。而軟軸式變速操縱具有了硬桿式操縱難以具有的優(yōu)點，解決了硬桿式變速操縱布置及脫檔等問題，也更兼具了操縱輕便 ，維修方便等優(yōu)點。

在我國汽車行業(yè)競爭十分激烈，各汽車廠車型更新?lián)Q代的周期越來越短，軟軸式變速操縱系統(tǒng)布置靈活，滿足整車總體布置要求，車型更易變型更新，軟軸式變速操縱系統(tǒng)在中重卡上普及將是必然之勢。

1、軟軸式變速操縱系統(tǒng)

軟軸式變速操縱系統(tǒng)以變速軟軸為傳遞媒介，一般由兩根軟軸組成。駕駛員的換檔意圖施加給變速操縱器，操縱器通過軟軸傳給變速器換擋機構(gòu)，實現(xiàn)換擋操作。

圖1 中重型卡車軟軸式變速操縱系統(tǒng)示意圖

根據(jù)軟軸與變速箱的連接方式，軟軸式變速操縱系統(tǒng)可分為互動式和分動式：互動式--當(dāng)兩根推拉軟軸沿相同方向運動時完成換檔功能，當(dāng)兩根推拉軟軸沿相反方向運動時完成選檔功能；分動式--兩根推拉軟軸各司其職，一根完成換檔功能，一根完成選檔功能。目前我公司所采用的均為分動式，本文主要介紹分動式軟軸變速操縱系統(tǒng)，某中重卡軟軸操縱系統(tǒng)主要有變速操縱器、操縱軟軸總成、操縱軟軸固定支架組成，具體見下圖，圖1所示。

2、變速操縱軟軸總成結(jié)構(gòu)

變速操縱軟軸總成一端連接固定在變速操縱器上，一端連接固定在變速器上，主要組成零部件為：前推桿帶球頭總成、防塵罩總成、前護管接頭總成、前接頭防塵套、軟軸、后護管接頭總成、后接頭防塵套、后推桿帶接頭總成。某中重卡變速操縱系統(tǒng)軟軸總成結(jié)構(gòu)具體見下圖，圖2所示。

圖2 變速操縱軟軸總成結(jié)構(gòu)示意圖

3、變速操縱軟軸設(shè)計

國家操縱力標(biāo)準要求換位力≦100N。

3.1 軟軸行程設(shè)計

軟軸在變速操縱系統(tǒng)工作時要傳遞一定的行程，當(dāng)軟軸傳遞的行程達到變速器的選換擋行程要求時，實現(xiàn)換擋，故軟軸的設(shè)計行程要大于變速器選換擋需要的行程。

某中重卡車型變速器采用的是法士特8JS75C變速器，變速器的選檔換擋行程見下圖，圖3。

圖3

不考慮軟軸效率，軟軸行程計算公式為：

因人員流動較慢，上升渠道狹窄等原因，鄉(xiāng)鎮(zhèn)財政人員存在整體水平普遍不高、年齡偏大、學(xué)歷偏低、素質(zhì)較弱的問題。許多新參加工作的大學(xué)生更傾向于在鄉(xiāng)鎮(zhèn)組織辦等工作出彩多的部門工作，致使專業(yè)人才難以補充到鄉(xiāng)鎮(zhèn)財所隊伍，出現(xiàn)人才斷檔。

式中：R--選換擋搖臂長度

π=3.14

θ---選換擋搖臂的極限角度

軟軸的選換行程為：

表1

車輛使用后，軟軸的效率下降，變速器操縱機構(gòu)磨損間隙變大，軟軸行程要留有一定的后備行程。取軟軸磨損后效率為0.75，變速器操縱機構(gòu)效率下降為0.95，軟軸的行程為75mm?？紤]到軟軸的的通過性，某中重卡軟軸選用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，行程為80mm。

3.2 軟軸結(jié)構(gòu)選擇

軟軸變速操縱系統(tǒng)的輕便型一直是整車設(shè)計時的重要指標(biāo)，操縱輕便好就要要求系統(tǒng)有良好的效率。軟軸的效率是系統(tǒng)效率重者重要的作用，而決定軟軸效率的重要因素為軟軸的結(jié)構(gòu)。目前變速操縱軟軸主要由鋼絲軸和外護管兩部分組成。鋼絲軸結(jié)構(gòu)不同及外護管內(nèi)襯材料不同，軟軸 的效率不同。目前中重卡鋼絲軸結(jié)構(gòu)主要有3種結(jié)構(gòu)：光軸結(jié)構(gòu)，芯軸結(jié)構(gòu)和覆甲注塑軸結(jié)構(gòu)。

三種結(jié)構(gòu)的軟軸傳動效率為：光軸＜芯軸＜覆甲注塑軸，外護管內(nèi)襯材料主要有：PE內(nèi)襯，PBT內(nèi)襯和PTFE內(nèi)襯，傳動效率為：PE＜PBT＜PTFE，具體試驗對比數(shù)據(jù)見下表所示。

表2 光軸結(jié)構(gòu)軟軸效率試驗測試數(shù)據(jù)

軟軸結(jié)構(gòu)材料不同，效率不同，效率高成本也相應(yīng)增加，設(shè)計時要根據(jù)不同車型車型市場定位及效率要求選取不同的軟軸結(jié)構(gòu)及材料。某中重卡的按照操縱力及行程設(shè)計要求，選取軟軸選用覆甲注塑軸結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯采用PBT材料。

表3 內(nèi)襯為PBT軟軸效率試驗測試數(shù)據(jù)

3.3 芯線直徑及芯線接頭型式選擇

目前中重卡變速操縱軟軸芯線與接頭連接方式為鉚接，采用的鉚接接頭型式主要有 B型接頭和 D型接頭，具體形式見下圖，圖6所示：

圖6 芯線接頭型式

芯線直徑不同，芯線接頭拉脫力不同，軟軸脫鉚是軟軸損壞的主要故障，根據(jù)車型使用情況不同及標(biāo)桿，選取不同直徑的軟軸芯線。目前我公司中重卡芯線直徑及拉脫力如下表所示：

表4

某中重卡為總重量為16噸，4×2載貨產(chǎn)品，根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品使用情況，選取芯線直徑為Ф4.8mm，鉚接接頭選用B型第二種及D型兩種結(jié)構(gòu)。

我公司中重卡軟軸外護管直徑與芯線直徑的匹配關(guān)系如下表所示：

表5

某中重卡軟軸采用芯線直徑為Ф4.8mm，外護管直徑為Ф 11.5mm，鉚接接頭選用B型第二種及D型兩種結(jié)構(gòu)。

3.4 軟軸長度設(shè)計

軟軸長度設(shè)計要適合，若過長，安裝時易于其他件干涉，降低軟軸的行程及載荷效率，若過短，駕駛室在翻轉(zhuǎn)到最大角度時，軟軸受力容易拉脫。

軟軸總成長度一般由三個部分組成，與變速器端固定長度（A段長度）+軟軸長度（C段長度）+與操縱器端固定長度（B段長度），具體如下圖，圖7所示：

圖7 變速軟軸長度組成示意圖

軟軸兩端固定后，即確定了A段及B段長度，C段距離因軟軸總成布置走向不同，長度變化。確定C段的長度設(shè)計方法：

1）利用三維設(shè)計軟件布置軟軸的長度。根據(jù)整車布置給出的變速器及操縱座布置位置，確定軟軸C段兩端的位置點，布置軟軸走向，不要與周圍部件干涉，測量出長度。

2）利用實車布置實測確定軟軸長度。利用直徑Φ20的軟管，按照變速軟軸的設(shè)計固定及走向布置軟管后，測量所需軟管的長度。

軟軸的長度最終以實車裝配試裝驗證評審合格后的長度為準。

以某中重卡軟軸軟軸為例，選檔軟軸兩端長度為：A= 264.5mm，B=210mm，C段長度經(jīng)三維UG 布置，測量長度為C=2350mm，經(jīng)樣件試裝評審合格。

4、變速操縱軟軸總成設(shè)計布置注意要點

軟軸是操縱系統(tǒng)中最重要的零部件，軟軸的使用性能除與設(shè)計結(jié)構(gòu)相關(guān)外，軟軸的布置及安裝也直接影響軟軸的使用性能。為了提高軟軸的使用效率及使用壽命，在設(shè)計布置及安裝上需要注意以下事項：

1）軟軸與操縱座盡量同側(cè)布置，這樣軟軸走向順暢，長度不會過長降低軟軸效率；

2）軟軸與排氣管盡量不要同側(cè)布置，避免高溫造成軟軸效率下降，如軟軸與排氣管在同一側(cè)，間隙小于50mm時，軟軸外管要增加隔熱層或在排氣管上增加隔熱板。

3）軟軸固定終端布置時，軟軸盡量與操縱座及變速器操縱機構(gòu)的選換檔搖臂垂直。

4）軟軸終端運動軌跡為圓弧形，軟軸布置時盡量減小軟軸拉桿的擺角，保證軟軸使用過程中拉桿擺角在設(shè)計范圍，一般在8°。

5）軟軸設(shè)計布置彎曲半徑越大越好。一般軟軸允許的彎曲半徑為軟軸直徑的15-20倍，但廠家不同，規(guī)定的半徑不同，布置時要大于等于廠家所規(guī)定的允許彎曲半徑。軟軸彎曲半徑越大，軟軸的使用效率越高。一般中重卡軟軸的布置彎曲半徑大于R250mm。

6）軟軸的懸掛部分要固定，增加線夾或卡箍固定，減少運動過程中震動。夾緊力不能過小，會起不到支撐與限位作用，夾緊力也不能過大，會造成軟軸內(nèi)襯管的變形，造成軟軸卡滯，影響芯線的運動。

7）軟軸布置在變速器端處，拉桿運動段要增加防塵罩，防止灰塵進入造成拉桿卡滯，軟軸效率下降或損壞。

8）軟軸布置在操縱器端，根據(jù)實際布置情況拉桿段是否增加防塵罩。如軟軸與操縱器連接端在駕駛室內(nèi)部，操縱器設(shè)有防塵罩則不需要防塵罩，如在駕駛室外部，則需要增加防塵罩。

5、總結(jié)

目前中重卡變速器操縱越來越多采用軟軸式變速操縱系統(tǒng)，軟軸式變速操縱系統(tǒng)的普及將是必然趨勢。軟軸是軟軸式變速操縱系統(tǒng)的重要零部件，軟軸的使用性能直接影響系統(tǒng)的效率及性能，而軟軸的使用性能主要由軟軸的結(jié)構(gòu)及布置兩方面決定的。本文對某中重型4×2載貨汽車軟軸總成組成、設(shè)計步驟及布置要點進行了介紹，但不失一般性，對于中重型汽車采用軟軸式變速操縱系統(tǒng)，軟軸的設(shè)計及布置可按此過程進行設(shè)計。

[1] 劉維信主編. 汽車設(shè)計.北京：清華大學(xué)出版社.2001.7.

[2] 陳家瑞主編. 汽車構(gòu)造(下冊).北京：機械工業(yè)出版社,2000.10.

[3] 劉維信主編.機械最優(yōu)化設(shè)計.北京：清華大學(xué)出版社.1994.

[4] 汽車用拉索總成 QC/T 29101.

[5] 航空用鋼絲繩YB/T 5197.

Heavy card variable speed control in flexible shaft design

Liu Jiehao, Liang Lijuan
( Anhui Jianghuai Automobile group Co., Ltd, Anhui Hefei 230601）

With the vibration absorbing flexible shaft transmission control system, noise and comfortable control, flexible layout, convenient installation and other advantages, has become the main form of control in the speed control system of heavy truck. Flexible transfer medium is flexible shaft transmission control system and the control force of the trip shaft performance affects the performance of the system. This paper takes a heavy truck flexible shaft transmission control system as the research object, introduces the design steps of the flexible shaft and matters needing a attention.

flexible shaft; heavy truck; flexible shaft transmission control system

U462.1

A

1671-7988 (2017)05-57-03

劉潔浩，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.05.019