雙副軸變速器的浮動問題探討

丁根發

（中國重汽集團大同齒輪有限公司技術中心，山西 大同 037305）

引言

目前國內外使用最廣泛的工程車用變速器是雙副軸變速器，尤其在重卡領域雙副軸變速器的優越性更是無法比擬。雙副軸變速器技術已日趨成熟，在提高可靠性、延長壽命和降低噪音方面有顯著改善。

采用雙副軸設計，可以減小各軸中心距，可以減小各擋齒輪的直徑、寬度并可以減小各軸直徑，從而使變速器尺寸減小、重量降低，實現變速器的輕量化。采用浮動結構后，裝配工藝比較復雜，裝配時需要進行對齒，帶同步器較難，目前普遍采用不帶同步器。而且由于齒輪處于浮動狀態，與齒輪相連接的錐環和同步環都處于浮動狀態，如果帶同步器的話，換擋過程中很難保證同步環與齒套同心，會有不同程度的沖擊，導致同步器早期損壞，所以雙副軸變速器帶同步器需要解決浮動量的問題。

1 雙副軸變速器的浮動結構

雙副軸變速器的主要設計特點是：變速器內有與主軸在一條直線上的兩根相同副軸，導致主軸上的齒輪需要同時與兩個副軸上的齒輪嚙合。在嚙合過程中，由于各種誤差的存在，會造成主軸齒輪在嚙合過程中回轉中心不固定，導致主軸齒輪無法與雙副軸上的齒輪正確嚙合，出現嚙合干涉，加劇齒輪磨損，甚至卡死等現象。比如：副軸齒輪與軸連接時的各齒輪對齒誤差、齒輪加工制造誤差、各軸安裝誤差和主軸齒輪裝配過程中的對齒誤差等。為了解決主軸齒輪在嚙合過程中回轉中心不固定的問題，雙副軸變速器必須采用浮動的結構，讓主軸上的齒輪自動定心。

雙副軸變速器有三種浮動方式［1］。

1）主軸浮動。輸入軸和兩根副軸都通過軸承固定安裝在殼體上，輸入軸和副軸上各擋齒輪繞定心回轉，主軸后端通過軸承安裝在殼體上，與軸承間隙配合，前端通過軸套安裝在輸入軸軸孔內，與軸套間隙配合，主軸沒有固定，呈浮動狀態。一般在不帶副變速器的雙副軸結構使用較多。這種方式的浮動方便帶換擋同步器，但是由于變速器運轉過程中，主軸各擋位齒輪與副軸齒輪始終保持嚙合狀態，由于每個齒輪的大小、參數、裝配誤差的不同，浮動量大小方向也不同，這樣就容易造成運轉過程中各擋位齒輪相互影響，會造成需要的換擋的齒輪出現偏載，而影響到同步器換擋的平穩性能，所以實際應用中很少使用同步器。

2）齒輪浮動。輸入軸通過軸承安裝在殼體上，兩根副軸同樣通過軸承固定安裝在殼體上，輸入軸和副軸各檔齒輪繞定心回轉，主軸后端通過軸承安裝在殼體上，與軸承過盈配合，前端通過軸套安裝在輸入軸軸孔內，與軸套小過盈配合，主軸固定。主軸齒輪由兩個副軸齒輪支撐，與主軸沒有任何受力關系。力矩的傳遞是通過套在主軸花鍵上的滑動齒套，或者通過與固定在主軸上的齒座結合的滑動齒套接合，為了浮動裝配，主軸齒輪內孔和主軸之間應留有一定量的間隙，從而保證主軸齒輪的浮動，以達到運轉過程中主軸齒輪自動定心的效果。這種浮動方式一般多用于副箱是雙副軸結構的情況，這種方式目前使用換擋同步器比較多，但是同步器的可靠性都不高。

3）主軸及主軸齒輪都為浮動。結構上實現的方式為：主軸前端通過軸套安裝在輸入軸軸孔內，與軸套間隙配合，后端與副箱驅動齒輪通過花鍵連接，花鍵與齒輪之間有較大的間隙，來實現主軸的浮動。主軸齒輪空套在主軸上，通過滑動齒套和齒輪的內花鍵結合傳遞力矩，滑動齒套和齒輪內花鍵間隙配合，主軸齒輪由兩個副軸齒輪支撐，來實現主軸齒輪浮動。這種浮動方式多用在帶副箱的主箱雙副軸結構情況，目前大多數廠家都不帶換擋同步器。

2 浮動量的計算

2.1 雙副軸變速器結構

典型的主副箱都是雙副軸結構的變速器（如圖1），主箱部分為主軸和主軸齒輪都浮動，換擋不帶同步器，副箱部分為主軸齒輪浮動，換擋帶同步器。

圖1 雙副軸變速器結構

2.2 主軸浮動原理

主軸浮動原理（如圖2），主軸上的齒輪中心由兩個副軸上的齒輪確定，主軸齒輪的中心偏移位置（如圖3）。

2.3 主軸浮動量計算

圖2 主軸浮動原理

圖3 主軸齒輪中心位置偏離

裝配過程和制造過程中會產生各種各樣的誤差，使得對齒的兩個副軸齒輪有相對的轉角，這個轉角直接影響主軸齒輪浮動量，由于轉角產生浮動的過程（如下頁圖4），與副軸裝配誤差和齒輪制造誤差的大小有關，理論上雙副軸變速器第m擋主軸上齒輪的浮動量為［1］：

式中：δm為第m擋主軸齒輪的浮動量；zm中為副軸上m 擋齒輪齒數；zm2主軸上m 擋齒輪齒數；ΔF′im中為副軸第m 擋齒輪切向綜合誤差；ΔF′im2為主軸上第m擋齒輪切向綜合誤差；ΔF′i1為輸入軸輸入齒輪切向綜合誤差；ΔαmA為副軸A上m 擋齒輪對齒誤差；Δα′mB副軸B上m擋齒輪對齒誤差。

圖4 轉角偏差對浮動量的影響

實際工作中，制造誤差很難測得，副軸中心和副軸齒輪位置偏差可以測得，主軸齒輪的中心位置偏差常按以下方法計算：

1）由于副軸中心位置誤差導致主軸中間位置偏離的計算。如下頁圖5所示，副軸1中心偏離理論位置中心a1、b1，副軸2中心偏離理論位置中心a2、b2，主軸中心偏離理論位置中心a3、b3：

圖5 副軸中心位置誤差導致主軸中間位置的偏離

實際嚙合中心距為：

漸開線角：θB＝tanαB－αB

2）由于副軸齒輪齒面位置偏離出現的主軸中心位置偏離的相關計算。如圖6所示，主軸中心偏離理論位置中心a4、b4，實際嚙合中心間距離B：

圖6 副軸齒輪齒面位置偏離出現的主軸中心位置偏離

嚙合壓力角：

漸開線角：

中心線嚙合軸傾角：

中心線漸開線起點角：

中間軸齒輪齒面位置偏離角度：

圖7 主軸齒輪中心偏差位置

3）由于1）和2）的偏離，導致主軸齒輪中心偏差：

3 結語

雖然對浮動量及其影響進行多方面的研究，浮動量的計算也有多種公式，但在實際的應用過程中，由于制造誤差的復雜性，各種偏差測量時誤差的不確定性，很難準確判斷每臺變速器的浮動量，所以浮動量對同步器、齒輪嚙合等的影響也很難確定，仍需進一步研究。

［1］ 艾曉南.商用車雙副軸變速器關鍵技術研究［D］.長春：吉林大學，2012，5.