某手動擋車型換擋手柄游隙的解決分析

謝嵩松 楊連波

【摘 要】針對某手動擋車型的手柄游隙大的問題，通過對手柄游隙的分析，將手柄游隙重新定義為兩個部分，分別為手柄在擋自然游隙和操作游隙。通過測試，明確在不同擋位的自然游隙和一定操作力下的操作游隙。文章對問題車型手柄游隙的形成進行系統(tǒng)分析，并在整車布置、零件結(jié)構(gòu)和零件間間隙配合等方面進行分析，根據(jù)分析結(jié)果制定改善措施。應(yīng)用改善措施后，手柄游隙明顯改善，有效地解決了手柄游隙問題。該項分析工作對解決同類問題具有參考價值。

【關(guān)鍵詞】手動變速箱；換擋系統(tǒng)；換擋手柄；手柄游隙

【中圖分類號】U463.5 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）02-0107-03

0 引言

人們在日常使用手動擋汽車中，經(jīng)常性地操作換擋手柄，換擋手柄是否可以精確反映當前擋位和在擋位時的游隙影響著用戶的感知質(zhì)量。

換擋手柄游隙的評價分為兩個部分，第一部分為操作換擋手柄進入相應(yīng)擋位后的位置與松開手柄后手柄自動偏移的位置之間的距離，此距離為換擋手柄的在擋自然游隙，主要影響人們對手柄在擋位置的感知精確度。第二部分為換擋手柄靜止在各個擋位位置時，用一定操作力（5 N）晃動手柄產(chǎn)生的位移，此位移為換擋手柄的操作游隙，主要影響人們對操作手柄的動態(tài)感知，若操作游隙過大，人們會感覺手柄過于松曠。

目前，已有眾多學(xué)者針對手動變速器換擋性能問題開展研究工作，但是對操作換擋手柄時存在的游隙問題分析較少。本文以某手動擋車型的換擋手柄游隙為研究對象，通過測試的方式量化手柄游隙的問題，對換擋系統(tǒng)進行分析，提出整改方案。經(jīng)實車驗證，措施方案對降低游隙效果明顯。

1 手柄游隙問題確認

采用主觀評價和客觀測試相結(jié)合的方式對手柄游隙問題進行分析。通過主觀評價發(fā)現(xiàn)，問題車型手柄在擋自然游隙和操作游隙明顯偏大，主觀感受手柄進擋后回彈量大，在擋時比較松曠。然后采用換擋性能測試設(shè)備對手柄游隙進行客觀測試。

圖1所示為手柄在擋自然游隙，圖中各擋位的“x”標記為進擋時手柄在的位置，“+”標記為松手后手柄自然停留的位置，“x”標記和“+”標記的距離為該擋位的自然游隙?？梢杂^察到手柄在1擋、2擋、5擋、R擋有明顯的自然間隙，間隙值見表1。1擋、3擋、5擋、R擋的間隙值都在15以上，與主觀感受手柄進擋后回彈量大一致。

圖2所示為手柄的操作間隙，在圖中各擋位的自然停留位置，用5 N的力在換擋方向和選擋方向施力，畫出一個操作間隙的“十”字，“十”字的橫向長度和豎向長度就是操作間隙在兩個方向的間隙量。可以觀察到各擋位的操作間隙都較大，間隙值見表2。各擋位的橫向間隙分布不均，間隙值為6～15 mm不等，各擋位的豎向間隙普遍較大，間隙值為14.5～19.5 mm不等，與主觀感受在擋位時手柄比較松曠一致。

通過分析可知，所研究的手柄游隙是由換擋系統(tǒng)的間隙造成，此換擋系統(tǒng)包括整車上的手柄、換擋器、拉索、變速器換擋子系統(tǒng)組成。解決手柄游隙問題可以從以下2個方面進行：一是對現(xiàn)有換擋系統(tǒng)進行設(shè)計優(yōu)化，從設(shè)計上減少手柄游隙；二是提高零件精度，減少零件間的配合間隙。針對故障車型手柄游隙的問題，我們將對整個換擋系統(tǒng)進行梳理分析，從整車布置優(yōu)化、零件自身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、零件間隙配合優(yōu)化等方面對手柄游隙進行優(yōu)化。

2 換擋系統(tǒng)梳理分析

2.1 整車布置分析

根據(jù)整車上的手柄人機工程位置和發(fā)動機的布置位置，確定了變速器總成和換擋器的布置位置，選換擋拉索為連接變速器總成和換擋器的零件，它的布置空間有限，因此問題車型使用了如圖3所示的“Q”形布置結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)可以將動力總成的振動隔斷，避免振動傳遞到車內(nèi)的換擋器上，但此結(jié)構(gòu)由于將拉索繞了一個圈，拉索的行程效率低，索芯與襯套的間隙累積大，導(dǎo)致手柄的游隙大。

2.2 零件自身機構(gòu)分析

故障車型的換擋系統(tǒng)涉及多個子零件，篩選出對手柄游隙影響較大的2個零件，對這些零件逐一進行結(jié)構(gòu)分析。例如，選換擋拉索作為換擋系統(tǒng)的核心零件，它影響整個系統(tǒng)的行程效率和力效率。其結(jié)構(gòu)如圖4所示，軸芯是拉索的核心子零件，為了保證軸芯能在整車全壽命周期內(nèi)有效地傳遞駕駛員對變速器的操縱意圖，軸芯的外部需要增加一層內(nèi)襯做為它的保護層。軸芯和內(nèi)襯之間存在著間隙，此間隙影響手柄的游隙，間隙的大小受到軸芯的材質(zhì)、工藝水平、結(jié)構(gòu)等影響。

2.3 零件間間隙配合分析

換擋系統(tǒng)內(nèi)部的多個零件通過不同的結(jié)構(gòu)進行連接，每一個連接副都存在著間隙，篩選出對手柄間隙影響較大的2個連接副。例如，選換擋拉索與變速器連接，故障車型使用圓柱孔和圓柱銷的形式進行連接。為了保證整車裝配時的便利性，孔和銷的配合為間隙配合，此配合間隙影響手柄游隙，間隙的大小受整車裝配的工藝、連接方式的選擇等影響。

3 手柄間隙優(yōu)化方案

3.1 整車布置優(yōu)化方案

故障車型的選換擋拉索的布置采用“Q”形布置結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)拉索軸芯和襯套的間隙累積，導(dǎo)致軸芯的空行程達到2 mm。通過整車布置的優(yōu)化，我們可以使用如圖5所示的“C”形布置結(jié)構(gòu)。

此結(jié)構(gòu)滿足拉索對整車的隔振要求，同時拉索只繞了半圈，可以有效地減小拉索軸芯和內(nèi)襯的間隙累積，軸芯的空行程可以控制在1 mm以內(nèi)。

3.2 零件自身結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

對間隙影響較大的2個零件結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化：？譹？訛對選換擋拉索進行優(yōu)化，該零件的軸芯和內(nèi)襯的間隙對手柄游隙影響較大。故障車型的軸芯和內(nèi)襯間隙達到0.4 mm，通過優(yōu)化軸芯的制造工藝和控制軸芯的表面粗糙度，優(yōu)化后的軸芯和內(nèi)襯間隙可以控制在0.2 mm以內(nèi)，有效地降低了選換擋拉索工作時的空行程，從而減少手柄游隙。？譺？訛對換擋器進行優(yōu)化，故障車型換擋器內(nèi)部共有7個連接副，通過優(yōu)化換擋器結(jié)構(gòu)將連接副減少至5個。連接副減少使得換擋器的內(nèi)部間隙得到有效減少，從而減少手柄游隙。

3.3 零件間間隙配合優(yōu)化方案

對間隙影響較大的2個零件間間隙配合進行優(yōu)化：？譹？訛對選換擋拉索與變速器連接進行優(yōu)化，故障車型是使用圓柱銷進行間隙裝配，通過優(yōu)化裝配結(jié)構(gòu)，將圓柱銷優(yōu)化成球銷，配合間隙從間隙配合變?yōu)檫^渡配合，間隙由0.2 mm控制在0.05 mm以內(nèi)，有效地減小了連接副的間隙，從而減小手柄游隙。？譺？訛對變速器內(nèi)部的選換擋撥頭和撥塊的配合間隙進行優(yōu)化，故障車型的配合間隙為0.4 mm，通過優(yōu)化撥頭和撥塊的加工工藝和提高精度等級，撥頭和撥塊的配合間隙控制在0.2 mm以內(nèi)，有效地減小了連接副的間隙。

4 效果驗證

按照優(yōu)化方案進行樣件制造，手柄游隙得到有效改善。手柄的自然游隙如圖6所示，1擋、2擋、5擋、R擋的自然游隙都得到了改善，改善效果見表3。

手柄的操作游隙如圖7所示，各擋位的操作游隙都得到了改善，改善效果見表4。

5 結(jié)語

本文對手柄游隙進行了分解定義，提出手柄游隙分為自然游隙和操作游隙，有利于對手柄游隙的認識，同時進行客觀評價時將2種游隙分開評價，有助于問題的分析。

分析表明，手柄的游隙主要是由整車布置、零件內(nèi)部間隙和零件間間隙構(gòu)成，為后續(xù)此類問題的解決提供參考。

參 考 文 獻

[1]周應(yīng)軍.變速軟軸在汽車工程中的應(yīng)用[J].上海汽車，2007（7）：20-22.

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