某輕卡掛擋分析及其優(yōu)化

崔志勇 馬東嶺 賈濤 姜彩彤

摘要：為解決某輕卡離合器掛擋困難問題，對(duì)離合器操縱機(jī)構(gòu)、變速箱一軸與從動(dòng)盤花鍵的配合間隙、從動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、變速箱阻尼力矩、一軸與飛輪軸承的同軸度、離合器結(jié)構(gòu)和摩擦片性能等因素進(jìn)行排查，制定改進(jìn)措施并進(jìn)行路試驗(yàn)證。分析表明，變速箱一軸與從動(dòng)盤花鍵配合間隙過小、從動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量過大、一軸和花鍵之間積聚的碎屑是造成掛擋困難的主要原因。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用增大從動(dòng)盤花鍵齒槽寬、減小從動(dòng)盤外徑尺寸、開發(fā)自防護(hù)從動(dòng)盤等措施，可有效解決掛擋困難問題。

關(guān)鍵詞：離合器；掛擋困難；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；配合間隙

中圖分類號(hào)：TK428文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1673-6397（2023）01-0085-04

引用格式：崔志勇，馬東嶺，賈濤，等.某輕卡掛擋分析及其優(yōu)化［J］.內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力裝置，2023，40（1）：85-88.

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0引言

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，用戶對(duì)商用車舒適性需求不斷提高，掛擋順暢是評(píng)價(jià)駕駛舒適性的一個(gè)重要指標(biāo)[1]。掛擋困難影響司機(jī)的駕乘感受，降低客戶滿意度[2-3]。車輛長時(shí)間掛擋困難，會(huì)加速從動(dòng)盤摩擦片磨損，減少離合器壽命，增加發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪及相關(guān)軸承的故障率[4]。

某輕卡起步時(shí)，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，踩下離合器踏板，撥動(dòng)選擋桿，無法掛入一擋、二擋擋位，倒擋存在打齒現(xiàn)象，且有明顯反彈力，其他擋位工作正常；拆下傳動(dòng)軸后，起動(dòng)車輛，踩下離合踏板后，變速箱輸出軸一直轉(zhuǎn)動(dòng)，無停止跡象，表明離合器并未分離。此車型裝配2種不同廠家生產(chǎn)的變速箱，分別為六擋箱和八擋箱，掛擋困難車輛裝配的變速箱均為六擋箱。

1故障排查分析

1.1離合器操縱機(jī)構(gòu)

離合器操縱機(jī)構(gòu)控制離合器與變速箱的結(jié)合和分離，完成變速箱換擋、掛擋操作，并提供離合器所需的分離軸承行程，是汽車行駛系統(tǒng)重要組成部分，包括離合器總泵、分泵、踏板、分離杠桿等[5-7]。離合器操縱機(jī)構(gòu)匹配不當(dāng)，無法滿足離合器所需的分離軸承行程，會(huì)造成離合器分離不徹底，出現(xiàn)掛擋困難[8-9]。

車輛出現(xiàn)掛擋困難時(shí)，需檢查分離軸承行程是否滿足規(guī)范要求。離合器不同，對(duì)應(yīng)的分離軸承行程不同。測量6臺(tái)掛擋困難車輛的分離軸承行程分別為105、106、103、105、107、106 mm，6臺(tái)車輛分離軸承行程均大于10 mm，滿足該規(guī)格離合器對(duì)操縱機(jī)構(gòu)完全分離時(shí)分離軸承行程為10～14 mm的設(shè)計(jì)要求。為進(jìn)一步驗(yàn)證分離軸承行程的影響，破壞離合踏板限位，分離軸承行程增大為125 mm，仍存在掛擋困難，表明離合器操縱機(jī)構(gòu)不是車輛掛擋困難的原因。

1.2一軸和花鍵配合間隙

分別測量六擋箱和八擋箱的一軸齒寬、從動(dòng)盤花鍵齒槽寬，測量10組，取平均值，得到六擋箱及八擋箱一軸齒輪與從動(dòng)盤花鍵齒槽配合間隙，如表1所示。

由表1可知：六擋箱配合間隙小于八擋箱。分析六擋箱車輛掛擋困難，可能是由于一軸齒輪與從動(dòng)盤花鍵齒槽配合間隙過小造成[10]。

1.3從動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和變速箱阻尼力矩

對(duì)從動(dòng)盤外徑分別為350、325 mm的離合器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行模擬計(jì)算，結(jié)果表明：外徑為350 mm的離合器從動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比325 mm增加了33%，為0009 kg·m2。掛擋困難車輛主要采用外徑為350 mm的離合器，分析認(rèn)為從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量影響車輛掛擋。變速箱阻尼力矩主要包括變速箱內(nèi)部軸承和密封零部件之間的摩擦力矩、齒輪油的阻滯力矩，八擋箱比六擋箱內(nèi)部阻尼力矩更大，變速箱阻尼力矩影響車輛掛擋操作。主要原因是：從動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小，變速箱阻尼力矩增大，踩下離合踏板后，從動(dòng)盤從高速旋轉(zhuǎn)到完全靜止所需時(shí)間減小，換擋等待時(shí)間縮短，駕駛員的體驗(yàn)感較好[11]；從動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大，變速箱阻尼力矩減小，從動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)更加穩(wěn)定[12]，從高速旋轉(zhuǎn)到完全靜止所需的時(shí)間增長，換擋等待時(shí)間延長，不利于掛擋操作。

1.4一軸與飛輪軸承的同軸度

離合器從動(dòng)盤與一軸是花鍵配合，二者分離時(shí)，從動(dòng)盤應(yīng)與飛輪徹底分開。若一軸與飛輪軸承的同軸度過大，從動(dòng)盤與飛輪傾斜越大，從動(dòng)盤在一軸的滑動(dòng)易卡滯，不利于從動(dòng)盤自由移動(dòng)。調(diào)整變速箱一軸與從動(dòng)盤的夾角，模擬一軸與飛輪軸承的同軸度變化，進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，環(huán)境溫度分別為25、200 ℃時(shí)，一軸與從動(dòng)盤的夾角設(shè)定為0°、015°、030°，不同環(huán)境溫度、夾角下，離合器完全分離所需的最小分離行程如表2所示。

由表2可知：變速箱一軸與從動(dòng)盤花鍵夾角越大，離合器所需的最小分離行程越大；當(dāng)環(huán)境溫度為200 ℃、變速箱一軸與從動(dòng)盤花鍵夾角為015°時(shí)，離合器所需的最小分離行程為100 mm。由于一軸與從動(dòng)盤花鍵夾角越大，對(duì)應(yīng)一軸與飛輪軸承的同軸度增大，模擬計(jì)算一軸與從動(dòng)盤夾角為015°時(shí)一軸和飛輪軸承的同軸度為056 mm。測量故障車同軸度均低于04 mm，且分離行程均大于10 mm，滿足設(shè)計(jì)要求，表明一軸與飛輪軸承的同軸度不是造成車輛掛擋困難的原因。

1.5離合器自身結(jié)構(gòu)和摩擦片性能

將故障車從動(dòng)盤拆下，清理干凈變速箱一軸與從動(dòng)盤花鍵之間的碎屑，去除附著在摩擦片表面的磨損碎屑后，重新將從動(dòng)盤裝到故障車上，故障消失，車輛運(yùn)行3000 km后故障再次出現(xiàn)，積聚在花鍵內(nèi)部的碎屑和吸附在摩擦片表面的磨損碎屑影響離合器正常分離。主要原因是離合器從動(dòng)盤在結(jié)合過程中，與飛輪、壓盤面發(fā)生滑磨，一部分磨損碎屑吸附在摩擦片表面，另一部分掉落到一軸表面，隨著一軸轉(zhuǎn)動(dòng)及從動(dòng)盤滑動(dòng)，碎屑進(jìn)入花鍵與一軸配合槽內(nèi)，積聚的碎屑增多，花鍵和一軸的配合間隙減?。划?dāng)踩下離合踏板時(shí)，從動(dòng)盤在一軸上無法滑動(dòng)，與飛輪不能徹底分離，出現(xiàn)掛擋困難；同時(shí)吸附在摩擦片和飛輪表面磨損的碎屑，在高溫下容易出現(xiàn)粘連，踩下離合踏板后，從動(dòng)盤與飛輪無法正常分離，出現(xiàn)掛擋困難[13]。

2優(yōu)化措施及驗(yàn)證

2.1增大一軸與花鍵配合間隙

六擋箱一軸齒寬保持不變，六擋箱花鍵齒槽寬由596 mm增加為600 mm，二者的配合間隙由024 mm增加為028 mm，將改進(jìn)后的從動(dòng)盤裝配到掛擋困難的車輛上試車，故障排除，運(yùn)行10萬 km后，未再出現(xiàn)掛擋困難。

2.2減小從動(dòng)盤慣量或增大變速箱阻力矩

將從動(dòng)盤外徑由350 mm縮小到335 mm，模擬計(jì)算從動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量降低了17%，為0006 kg·m2，且滿足可靠性要求。將改進(jìn)后的從動(dòng)盤裝配在掛擋困難的車輛上，故障排除，車輛運(yùn)行10萬 km后，故障未再出現(xiàn)。

調(diào)整變速箱內(nèi)部軸承和齒輪難度較大，因此通過增加齒輪油黏度等級(jí)，增大變速箱的阻尼力矩[14]，將齒輪油型號(hào)由85W/90更換為85W/140，車輛掛擋困難得到緩解，但無法徹底解決。

2.3自防護(hù)從動(dòng)盤

改進(jìn)從動(dòng)盤盤轂結(jié)構(gòu)，增加從動(dòng)盤自防護(hù)功能。保持內(nèi)側(cè)花鍵的長度不變，增加花鍵輪轂的整體長度，自防護(hù)從動(dòng)盤結(jié)構(gòu)如圖1所示，磨損的碎屑掉落飛輪殼內(nèi)腔中，一軸和花鍵之間的碎屑大量減少。將新開發(fā)的自防護(hù)從動(dòng)盤裝到車輛上試車，故障排除，車輛運(yùn)行10萬 km后，故障未再出現(xiàn)。

2.4摩擦片結(jié)構(gòu)優(yōu)化

圖2優(yōu)化前、后摩擦片結(jié)構(gòu)在摩擦片上增加容屑槽，儲(chǔ)存和排出磨損碎屑，防止碎屑吸附在摩擦片表面直接與飛輪接觸，優(yōu)化前、后摩擦片結(jié)構(gòu)如圖2所示。將增加容屑槽的從動(dòng)盤裝配在掛擋困難的車輛上試車，故障排除，但車輛運(yùn)行5000 km后，故障再次出現(xiàn)。摩擦片表面增加容屑槽可以緩解掛擋困難，但無法徹底解決故障。

2.5路試

增大六擋箱花鍵齒槽寬、采用外徑為335 mm的從動(dòng)盤、帶自防護(hù)功能的離合器裝配在車輛上試車，故障排除，車輛運(yùn)行10萬 km后，故障未復(fù)現(xiàn)。

3結(jié)論

1）一軸和花鍵配合間隙過小、從動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量過大、一軸和花鍵之間積聚的碎屑是導(dǎo)致車輛掛擋困難的主要原因。

2）增加從動(dòng)盤花鍵齒槽寬、減小從動(dòng)盤外徑、開發(fā)自防護(hù)從動(dòng)盤，可有效解決掛擋困難問題。

3）從動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小，離合器分離越快，但轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不能無限減小;針對(duì)不同配置的變速箱，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的量化還需進(jìn)一步深入研究。

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