變速器選換檔角度的測量與分析

任春雷，費(fèi)逢宇

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)研究所，陜西 西安 710119）

前言

隨著重型汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，市場競爭日趨激烈，客戶在關(guān)注變速器質(zhì)量同時(shí)，對變速器操縱性能要求也越來越高。原有技術(shù)文件中給出的選換檔角度及換檔行程已無法滿足主機(jī)廠對整車操縱性能的校核，針對客戶提出重新標(biāo)定變速器選換檔角度的要求，我們對某雙中間軸16檔變速器選換檔角度進(jìn)行了測量及分析。

1 變速器操縱機(jī)構(gòu)的分析

常規(guī)變速器雙桿操縱機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖1所示。選檔時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)選檔接頭①，帶動(dòng)通過平鍵與其連接的選檔撥頭②轉(zhuǎn)動(dòng)，撥動(dòng)撥頭③在橫向換檔桿④軸向前后移動(dòng)，從而達(dá)到選檔目的。換擋時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)外換檔臂⑦，帶動(dòng)換檔接頭⑥，花鍵套⑤隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，從而促使橫向換檔桿④帶動(dòng)撥頭③左右轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到換檔目的。在單桿操縱結(jié)構(gòu)中，僅由外換檔臂推拉及轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)撥頭前后移動(dòng)，左右轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到選換檔目的。

圖1 變速器雙桿操縱機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖

在實(shí)際操作過程中，駕駛員確定選檔是否到位的依據(jù)來自于：選1、2檔時(shí)，靠撥頭與倒檔柱塞之間的剛性接觸來傳遞手感，選7、8檔時(shí)，則是靠撥頭與7、8檔導(dǎo)塊之間的剛性接觸來傳遞手感；而對于3、4檔及5、6檔的兩個(gè)空檔位置則是靠定位柱塞與定位環(huán)之間的剛性接觸來傳遞手感，如圖2所示。

圖2 雙桿操縱機(jī)構(gòu)手感位示意圖

2 選換檔角度的測量

對變速器選換檔角度的測量我們使用三坐標(biāo)儀，具體如下：

在中間位置，以不加力輕用扳手轉(zhuǎn)動(dòng)選檔接頭測量選檔搖臂2個(gè)位置時(shí)被測表面的夾角，此夾角即為3/4檔位置的空行程，同時(shí)以空行程的對稱面作為選檔中心面——后續(xù)各選檔角度的測量基準(zhǔn)，如圖3所示。在同一表面同一位置2次打點(diǎn)取面測量夾角約在0.1-0.2之間，即為測量誤差。其他各檔選檔角度均是選檔到位同時(shí)掛進(jìn)檔后，測量無外力作用下被測表面相對中心面的角度，測量值即為最小選檔角度；然后向選檔相同方向轉(zhuǎn)動(dòng)選檔接頭到不能轉(zhuǎn)動(dòng)為止，測量此時(shí)相對中心面的角度即為最大選檔角度?？招谐虅t是在掛進(jìn)檔的起始位置，以不加力輕用扳手轉(zhuǎn)動(dòng)選檔接頭測量該位置被測面相對最小選檔角度的差值。

圖3 選檔空行程及基準(zhǔn)面的確定

如圖4所示，換檔搖臂在中間位置（沒掛檔）時(shí)，用三坐標(biāo)儀測量出如圖示基準(zhǔn)線，以不加力輕推搖臂測量搖臂 2個(gè)位置時(shí)基準(zhǔn)線的夾角，從而確定出3/4檔位置時(shí)的空行程。用同樣的方法測量出前推掛上檔和后推掛上檔時(shí)的空行程。搖臂處于中間自然狀態(tài)時(shí)（不考慮空行程）及掛進(jìn)檔后，2個(gè)位置基準(zhǔn)線的夾角為換檔角度。然后，用手向掛檔方向擺動(dòng)掛上檔后的換檔搖臂到不能轉(zhuǎn)動(dòng)為止，記錄此時(shí)2個(gè)基準(zhǔn)線間的角度為最大換檔角度。

圖4 換檔角度測量示意圖

3 測量結(jié)果分析

根據(jù)上述方法，我們對某16檔雙中間軸變速器選換檔角度進(jìn)行了測量，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理后如下所示：

3.1 選檔角度測量結(jié)果分析

從表1可以看出，測量數(shù)據(jù)同計(jì)算結(jié)果之間有一定偏差。我們分析是由于以下因素造成：

結(jié)構(gòu)方面，此類操縱機(jī)構(gòu)的這種導(dǎo)塊設(shè)計(jì)為了保證進(jìn)檔順暢，在每個(gè)導(dǎo)塊之間留有較大間隙，如圖5中S1—S4所示。實(shí)際選檔操作中，總是以選到各檔手感位置來判斷選檔是否到位，但在進(jìn)檔之后，選檔撥頭的橫向限位由相鄰導(dǎo)塊之間的2個(gè)側(cè)面定位。由于上述S1—S4的存在，從而導(dǎo)致變速器進(jìn)檔之后，橫向換檔桿依然可以在橫向方向上移動(dòng)一段距離。

表1 某16檔變速器選檔角度

以1、2檔為例，設(shè)計(jì)計(jì)算1、2檔選檔角度時(shí)，是按照選檔撥頭向右碰到倒檔柱塞為最大限位，以此計(jì)算選檔的最大最小值。但實(shí)際操控中，由于S3的存在，1、2檔進(jìn)檔后選檔撥頭向左方向上的定位實(shí)際上靠3、4檔導(dǎo)塊側(cè)面限位，因此1、2檔的實(shí)際測量最小值比計(jì)算值要小很多。

圖5 換檔導(dǎo)塊位置示意圖

制造和設(shè)計(jì)方面：由于選檔軸與窗口蓋之間的配合間隙以及選檔撥頭和換檔撥頭插槽之間的配合間隙，導(dǎo)致選檔過程中，存在一定的空行程，如圖6所示。但在設(shè)計(jì)保證前提下該空行程最大不超過0.5°。

圖6 選檔軸、窗口蓋及換檔撥頭間設(shè)計(jì)間隙

此外零件加工過程中的尺寸誤差直接影響到角度偏差，實(shí)際分解檢測中也的確發(fā)現(xiàn)部分零件存在尺寸超差。

3.2 換檔角度測量結(jié)果分析

從表2可以看出掛1、2檔和7、8檔的測量結(jié)果與設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果較為接近。這是因?yàn)閽爝M(jìn)1、2檔和7、8檔后選檔的最大角度測量方法和設(shè)計(jì)計(jì)算中選1、2檔和7、8檔定位依據(jù)相同，因此兩者結(jié)果較為一致。而理論計(jì)算5、6檔的選檔角度時(shí)，計(jì)算依據(jù)是按照操縱裝置中的定位柱塞相對于定位環(huán)位置進(jìn)行。實(shí)際測量5、6檔的選檔角度則是分別讓撥頭左右靠至1、2檔導(dǎo)和7、8檔導(dǎo)塊的側(cè)面進(jìn)行測量，因此測量結(jié)果要明顯大于計(jì)算結(jié)果。

表2 某16檔變速器換檔角度

倒檔角度的偏差，按照前述理論，理應(yīng)測量最大值與計(jì)算最大值較為接近方才合理，但實(shí)際相反，我們分析可能的原因?yàn)榈箼n撥叉在倒檔滑套上偏轉(zhuǎn)角度過大導(dǎo)致。

換檔空行程則來源于橫向換檔桿、花鍵套、換檔接頭的花鍵配合間隙以及換檔撥頭與導(dǎo)塊插槽之間的配合間隙的累加，即K1+K2+K3。如圖7所示。

圖7 操縱機(jī)構(gòu)換檔空行程示意圖

相較于選檔，換檔行程在測量和計(jì)算依據(jù)上一致，因此兩者數(shù)據(jù)一致性較高。

4 結(jié)論

根據(jù)以上測量與分析，變速器選換檔角度范圍標(biāo)定上，存在一定偏差。

分析影響選換檔角度標(biāo)定值的因素如下：

①結(jié)構(gòu)方面，在零件配合方面有一定間隙。

②設(shè)計(jì)方面，相配合零件存在一定的裝配間隙。

③制造方面，在零件加工的過程中存在一定尺寸誤差。

通過本次對某雙中間軸 16檔變速器選換檔角度的測量與分析，對重新標(biāo)定變速箱的選換檔角度提供了理論依據(jù)和測量方法。