影響輕型變速箱操縱性能的因素分析

富 薇

（中國重汽集團大同齒輪有限公司,山西 大同 037005）

影響輕型變速箱操縱性能的因素分析

富 薇

（中國重汽集團大同齒輪有限公司,山西 大同 037005）

汽車變速箱的操縱機構作為變速箱的控制機構對于汽車正常行駛有著密切的影響。隨著用戶對汽車的性能要求的不斷提高，汽車市場的競爭也日趨激烈。操縱性能是用戶考量整車性能的一個重要因素，也是衡量一款變速箱是否優秀的重要標準。本文通過理論研究和實際分析討論了影響操縱性能的幾種因素，介紹了相關裝置的原理及作用。

輕型變速箱；操縱；影響因素

變速器操縱機構是駕駛員操縱變速手柄到使汽車選換檔的一套機構，是用來保證駕駛員能根據汽車使用條件隨時撥動變速箱內齒輪進行換檔或使之從工作檔退檔到空擋。對操縱機構的設計應滿足其輕便性、可靠性、穩定性及平順性，要使變速箱操縱機構可靠的工作，應滿足以下要求。其一，設有自鎖裝置：防止變速箱自動換擋和脫檔；其二，設有互鎖裝置：保證不會同時換入兩個檔位；其三，設有倒檔鎖：防止誤換倒檔發生零件損壞甚至安全事故。

1 同步器性能是影響汽車操縱性能的重要因素

1.1 同步器的作用

在汽車行駛過程中，檔位互相轉換時同步器使嚙合的兩個齒輪角速度相同，避免齒輪撞擊引起噪聲甚至是齒輪打齒，從而使選換擋平順，也極大地縮短了操縱時間[1]。

1.2 同步器的工作原理

（1）當換擋桿通過撥叉撥動同步器齒套，齒套離開空檔位置，通過柱塞帶動滑塊軸向移動。（2）預同步階段：同步環發生旋轉，進入鎖止位置。（3）同步階段：由于F作用和轉速差△ω的存在，兩同步錐面一經接觸產生摩擦力矩。F不斷增大，摩擦力矩不斷增大，當摩擦力矩增加到與輸入端慣性矩相等時，同步環與錐環的角速度相等，摩擦力矩為0，從而實現同步。（4）同步結束：在F繼續作用下，同步環在撥環力矩作用下回轉一定角度，使兩鎖止斜面脫開，齒套穿過同步環與錐環結合齒嚙合，掛檔結束。

1.3 提高操縱性能的途徑

提高汽車的換擋性能就是要以較小的換擋桿推力，用較少的換擋時間t完成換擋動作。同步時間t也是體現同步性能好壞的重要參數之一。同步時間為[2]：

（1）盡量降低當量轉動慣量Jc。同步器輸入端的轉動慣量增大，會引起同步時間變長。（2）盡量減小錐面半錐角。當tanα＜μ時，摩擦錐面將產生自鎖現象。同步環半錐角一般取6°～8°。（3）降低相鄰兩檔速比的差值。相鄰兩檔速比差過大會造成換檔困難，一般認為≯1.7～1.8。目前主要依靠增加檔位數量來控制速比差值。（4）增加同步環與錐環摩擦系數μ。選用適當的摩擦材料是提高同步器性能的重要方法：現有五檔輕型箱多采用銅合金同步環，耐磨性較差可改用鋼基噴鉬同步環。鋼基噴鉬同步環具有高的耐磨性、低熱衰、摩擦系數大的特點。除此之外潤滑油和溫度對摩擦系數也有影響。（5）增加摩擦錐面平均半徑r。在有限的空間內盡量增大錐體平均半徑，也可縮短同步時間。

2 變速箱選檔搖臂空行程對操縱性能的影響

變速箱選檔搖臂空行程過大，會造成拉索走位不準。我公司曾發現幾例類似問題故障箱后，派專家進行現場拆解分析：將頂蓋拆下發現，選檔轉臂間隙很大，造成選檔搖臂空行程很大，拉索實際行程不夠，造成選位問題，后對選檔轉臂進行更換后，重新試車，故障消除。此問題說明在設計過程中要嚴格控制選檔轉臂與換檔撥塊之間的間隙；間隙過大會造成選檔不到位，檔位不清晰；而間隙過小，會造成選檔力太大，影響整車操縱手感。一般輕型箱選檔搖臂上的選檔力≯3kg。加工過程也要嚴格控制選檔轉臂的工藝流程，保證其剛度，不能過易磨損。

3 操縱系關鍵零件對操縱性能的影響

頂蓋、選檔軸、換擋撥頭、換檔軸、撥叉軸、撥叉、互鎖板、齒套等。這些零件是整個操縱系統的重要組成部分。運動傳遞路線中配合公差尺寸鏈是否合適，回位彈簧力的大小等最終被反映到駕駛者的選換檔力。因此這些零件的設計和加工直接影響操縱系統的性能。如果它們產生嚴重磨損、變形會導致主軸軸向竄動，影響整個尺寸鏈。對于這些關鍵件的設計加工要求也相對嚴格，也需要用戶定期更換操縱系的易損件。此外還可增加和改進一些零部件：其一，頂蓋上增加限位套：此結構可保證在某些零件加工不到位或尺寸超差或磨損的情況下進一步保證選檔的可靠性。其二，滑動旋轉襯套的應用：滑動旋轉襯套內有許多鋼球軸向和鏡像密排。在操縱軸中加裝此襯套使操縱軸與殼體之間由原來的干摩擦滑動改為帶潤滾動，摩擦力極小，可以大幅減小操縱力，提高操縱的平順性，輕便性。

4 選換擋拉索選用、布置對操縱性能的影響

拉索的作用就是作為媒介將駕駛員給整車操縱機構的動作傳遞給變速箱，以實現換檔。 用拉索式換擋操縱裝置取代桿系換擋操縱裝置，此種裝置可以有效消除動力總成、擋桿和車身傳遞至手柄球上的震動噪音，能得到清晰的檔位和舒適的手感。易于布置、傳遞效率高、成本低，是最受歡迎的結構[3]。

拉索的索心軸和互管的配合間隙在0.5mm左右。并要求根據拉索使用的車型選用合適的潤滑脂，布置時盡量保證與操縱搖臂垂直，盡量增大拉索的曲率半徑有利于力的有效傳遞。軟軸支架的剛度也要有力保證，不能在拉動過程中發生抖動、扭曲或變形。一般用多點定位、加大鋼板厚度、增加加強筋板等方法來保證支架的穩定。

5 環境對操縱性能的影響

通過幾年來對全國各地用戶的走訪、反饋。變速箱操縱困難問題在東北地區比較多，集中反映在天氣寒冷時表現明顯，天氣熱時，問題好轉或消失。東北冬天氣溫極低，汽車在經過黑夜及長時間未啟動的情況下，拉索內部油品粘度下降以及冰雪凍住現象，造成拉索動作困難。調研選用適合極寒天氣下使用的拉索。建議司機打著火最好對車預熱2分鐘。

6 結束語

本文主要討論對汽車輕型變速箱操縱性能影響的幾種因素，在現有的知識范圍內對變速箱的操縱性能提升提出一些設計建議。當然汽車操縱系的設計是一個復雜的過程。必須采用合理的方法設計、計算，并進行試驗。在設計中的一個小的失誤都可能造成不可估量的損失。在設計時還應注意產品的系列化、通用化、標準化。由于汽車結構較復雜，機械及電器元件較多，本文所列舉的并不全面，提升變速箱的操縱性能還有很多技巧和方法。期待同大家共同探討、學習。

[1]劉惟信.汽車設計[M].北京：清華大學出版社，2001.

[2]徐達偉，李靖.變速器用同步器同步時間計算研究[J].北京：北京汽車，2011（02）：22-24.

[3]成大先.機械設計手冊[M].北京：高等教育出版社，2000.