變速器換擋性能的提升

孟嘉強(qiáng)

（中國(guó)重汽集團(tuán)大同齒輪有限公司技術(shù)中心， 山西 大同 037305）

引言

變速器操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)保證駕駛員能準(zhǔn)確而可靠地使變速器掛入所需要的任一檔位工作，并可隨時(shí)使之退到空擋[1]。大多數(shù)汽車變速器布置在駕駛員座位附近，由駕駛室換擋操縱機(jī)構(gòu)、軟軸、變速箱操作機(jī)構(gòu)組成。在軟軸效率一定的前提下，變速器操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)保證駕駛員能準(zhǔn)確控制變速器準(zhǔn)確、可靠、輕便的完成選換擋操作[2]。

1 變速器換擋情況

目前重卡市場(chǎng)廣泛應(yīng)用的變速箱內(nèi)部換擋方式主要有：結(jié)合套換擋、同步器換擋。前者是通過結(jié)合齒套的外花鍵與齒輪的內(nèi)花鍵的配合以實(shí)現(xiàn)換擋操作，此種換擋方式為硬碰硬的操縱，容易發(fā)生結(jié)合花鍵齒頂齒的情況，造成換擋異響、響應(yīng)慢、費(fèi)力等使用問題；后者則是通過同步器錐環(huán)的摩擦同步，使換擋可靠、平順，但由于存在摩擦同步過程，同步器換擋過程中需要軸向力來提供同步的摩擦力和撥環(huán)力。

某帶同步器的變速器臺(tái)架和道路試驗(yàn)中，出現(xiàn)變速箱4/5 擋靜態(tài)換擋力超過標(biāo)準(zhǔn)值，且明顯大于其他擋位的情況，駕駛員操作強(qiáng)度大，駕駛體驗(yàn)差。針對(duì)這一問題進(jìn)行改進(jìn)提升。

2 換擋力大的原因

如圖1 所示，變速器內(nèi)各擋同步器相同，作用在超速擋同步器上的有效換擋力F1應(yīng)與其他擋位相當(dāng)，實(shí)測(cè)超速擋的換擋力F明顯大于其他擋位，是由于換擋動(dòng)作產(chǎn)生的阻力Ff1和Ff2大。近似計(jì)算見式（1）：

現(xiàn)用結(jié)構(gòu)為三根叉軸，超速擋撥叉空套在叉軸上，在有效換擋力F作用下叉軸對(duì)撥叉產(chǎn)生支反力的力臂L短，反作用力f1和f2大，同時(shí)撥叉和叉軸間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)μ 大，由此產(chǎn)生的撥叉滑動(dòng)摩檫力Ff1和Ff2大。如果要降低換擋力F，需要降低換擋時(shí)操縱機(jī)構(gòu)滑動(dòng)部位的摩擦力Ff1和Ff2。近似計(jì)算見式（2）—（4）：

圖1 撥叉換擋受力分析

對(duì)于同步器換擋方式，上述公式中，F(xiàn)1、L1、L2是定值，要降低靜態(tài)換擋力F，就要增大撥叉支撐跨距L或降低摩擦系數(shù)μ。

3 改進(jìn)方案及驗(yàn)證情況

3.1 增大撥叉支撐跨距L

如圖2 所示，改為四根叉軸，增加的一根叉軸用于固定超速擋撥叉。四根叉軸時(shí)超速擋撥叉固定在叉軸上，在有效換擋力F1作用下殼體對(duì)叉軸產(chǎn)生支反力f1和f2的撥叉支撐跨距L大，由此產(chǎn)生的滑動(dòng)摩檫力Ff1和Ff2小。

實(shí)測(cè)換擋力：四根叉軸結(jié)構(gòu)將4/5 擋換擋力降低30%，達(dá)到與其他擋位相同水平數(shù)值。

圖2 換擋方式修改前后結(jié)構(gòu)對(duì)比

3.2 降低摩擦系數(shù)μ

如圖3 所示，通過在超速擋撥叉和叉軸間安裝線軸承，將該處滑動(dòng)摩擦改為滾動(dòng)摩擦，降低摩擦系數(shù)μ，提高換擋效率，以降低換擋力F。

圖3 增加撥叉與叉軸配合線軸承

實(shí)測(cè)換擋力：經(jīng)比較，安裝線軸承較原結(jié)構(gòu)4/5擋換擋力減輕了30%，達(dá)到與其他擋位相同水平數(shù)值。但此工況下線軸承受力大，安全率低，經(jīng)過二十萬次同步器壽命試驗(yàn)后，叉軸（與軸承接觸處）燒蝕變色、磨損，見圖4。

3.3 增大撥叉支撐跨距L+降低摩擦系數(shù)μ

線軸承安裝在超速擋撥叉內(nèi)孔，可有效降低換擋力，說明降低阻力、提高換擋效率能解決該問題。但該工況下軸承受力較大，計(jì)算壽命不足，不能直接使用該方案。綜合先前測(cè)試結(jié)果，通過在2/3 擋、4/5擋叉軸兩端安裝線軸承，同時(shí)采用四根叉軸，以降低換擋力，提高換擋效率，改善各擋位同步器性能。

圖4 疲勞試驗(yàn)后叉軸磨損

4 驗(yàn)證情況

實(shí)測(cè)換擋力：線軸承+四根叉軸結(jié)構(gòu)較只采用線軸承結(jié)構(gòu)，4/5 擋換擋力降低50%，2/3 擋降低10%。該結(jié)構(gòu)通過同步器壽命測(cè)試，結(jié)果符合要求。

結(jié)論為：選換擋性能提升有效，很好地解決了4/5 擋換擋力大的問題。