淺談變速器脫擋原因及改進方法

吳利霞

（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

變速器是汽車傳動系統中的主要部件之一，它的功能是在發動機轉速一定的情況下輸出不同的轉速，實現不同擋位下的動力傳遞。脫擋是指汽車在行駛中，尤其是在發動機負荷變化或在高速擋位時，變速桿突然自動跳回空擋位置，變速器內部同步器齒套和錐環的接合齒自行脫開，動力傳遞中斷［1］。若在行駛過程中發生脫擋，尤其是在顛簸或高速路段，很有可能造成嚴重事故。因此，設計變速器時，要嚴格預防該類故障的發生。

1 脫擋形式及原因分析

商用車變速器脫擋因素很多，實際故障往往是多種因素共同作用的結果，并且會表現出不同的脫擋現象［2］。本文根據實際的故障箱拆解分析案例總結了變速器脫擋的幾大因素。

1）由于換擋行程不足導致的脫擋。如撥叉爪磨損導致齒套換擋行程不足；換擋作用使得齒輪接合齒的頂端產生塌邊磨損造成換擋行程不足；換擋叉軸與撥叉的安裝螺栓松動造成撥叉定位不準，造成齒套位置的不確定性。這種脫擋原因外部表現多為車輛啟動的瞬間或是伴隨著行駛距離的增加而導致脫擋的頻次增加。

2）接合齒嚙合長不足導致的脫擋。如果嚙合長度不能覆蓋伴隨振動等出現齒套的運動，接合齒的嚙合就會脫出。如接合齒嚙合長度設計值在2mm以下；撥叉的爪面磨損使得嚙合長度變短；突緣螺母松動使得軸系竄動造成嚙合長度變化。這種脫擋原因的外部表現主要為加減速操作，尤其是減速操作時，或高負載勻速行駛時，或是新車，易發生脫擋故障的情況。

3）齒套和接合齒偏心嚙合導致的脫擋。如果齒套和接合齒圈產生軸心交角，嚙合齒就會發生偏心嚙合，偏心嚙合會產生把齒套推出的軸向力。如以主軸齒輪內徑為基準，接合齒跳動、同軸度差、撥叉爪面左右位置度、平面度差、以主軸為基準的大蓋總成安裝平行度差等都會產生軸心交角；變速箱內各軸承磨損或松曠也會使得軸系傾斜。這類脫擋主要發生在車輛正常勻速行駛時。

4）車輛減速時的慣性力作用于變速箱內換擋的動作零件時，其作用力超過自鎖力就會發生脫擋現象。如叉軸自鎖凹槽磨損、自鎖鋼球磨損以及自鎖彈簧強度低、剛度小等都會造成脫擋。這類脫擋主要發生在顛簸路面及急剎車時。

5）齒套和中間軸干涉，齒套在掛上擋后與中間軸齒輪干渉，中間軸齒輪會產生沖擊振動，可能會將齒套彈出去，造成脫擋。

2 主要對策方法

針對上述的脫擋原因分析，結合變速器脫擋故障的改進方法，本文總結了幾點改進措施用于脫擋改進或是在變速器設計階段進行脫擋有效預防。

1）接合齒嚙合長度要保證。嚙合長度的定義如圖1所示。

圖1 嚙合長及倒錐角度的定義

采用最小二乘法計算叉軸自鎖限位時的最小嚙合長度時，首先要清楚什么時候為最小值，如圖1狀態，齒套向后偏，錐環向前偏計算出為嚙合長度最小值，這樣隨著齒套一起動作的撥叉等換擋系都向后運動，隨著錐環一起動作的齒輪軸系都向前運動就能確定前后端的定位方式，進而形成完整的尺寸鏈。一般情況要保證叉軸自鎖時的嚙合長度最小值要大于1.5mm。

2）擴大倒錐角度。齒套和錐環的工作面上要進行倒錐設計，倒錐面可產生防脫擋的軸向力（如圖1）。該角度一般設計為2°～4°脫擋，改進擴至4°～7°，一方面增大嚙合長度，一方面增大倒錐產生的軸向力。

3）增大自鎖力。一是增大彈簧自鎖力，二是增大撥叉軸上凹槽的角度（如圖2）。增大自鎖彈簧力、提高撥叉軸自鎖槽的角度都可以改善脫擋，但是同樣會增加換擋力，使掛擋沉重。

圖2 自鎖結構示意圖

4）撥叉自鎖槽結構設計。將叉軸自鎖槽設計為V型凹槽，并且在鋼球與V型凹槽兩側留有一定的間隙，車輛行駛時，鋼球會爬在凹槽斜面上，彈簧力使得鋼球對凹槽斜面有一個法向力，該法向力分解為一個水平分力和垂直分力，水平分力將會阻止叉軸向空擋方向運動，也可以預防脫擋現象的發生。

5）提高撥叉爪面耐磨性。撥叉爪磨損直接導致換擋行程不足和嚙合長度變短進而導致脫擋。通過高頻熱處理，擴大撥叉高頻淬火范圍（接面范圍內要全部硬化），旋轉爪黃銅化、樹脂爪化等措施進行有效預防。

3 結語

脫擋是汽車變速器的主要故障之一，本文是根據中國重汽集團大同齒輪有限公司生產變速箱及故障箱拆解多年的經驗總結了幾種根據脫擋現象來判斷脫擋原因的方法，并針對原因提出應采取的主要對策。實際的脫擋往往是由于多種因素綜合作用造成的，因此需要在正確把握故障事實的基礎上進行綜合性的推斷，之后再確定原因及處理對策。

［1］ 陳家瑞.汽車構造（下冊）［M］.北京：機械工業出版社，2006.

［2］ 劉曉雷，張紅濤，向權利.手動機械式變速器防脫擋設計研究［J］.汽車與配件，2012，38（9）：44－45.