某變速箱頂蓋機(jī)構(gòu)選擋力的計(jì)算

石鵬成

（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

隨著我國(guó)公路運(yùn)輸業(yè)及商用車市場(chǎng)的迅速發(fā)展，顧客對(duì)商用車操縱性能的要求也隨之提升。其中變速箱選擋力的大小就是顧客較為關(guān)注的參數(shù)之一。本文就某變速箱頂蓋機(jī)構(gòu)的選擋力計(jì)算進(jìn)行說明。

1 變速箱頂蓋選擋機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)

如圖1所示，換擋桿在操縱軸上沿軸向平移實(shí)現(xiàn)選擋，圖1－2A－A視圖中的鋼球被擋鎖止彈簧頂在選擋銷槽中，從而確定選擋銷初始位置。進(jìn)行選擋操作時(shí)，換擋桿帶動(dòng)選擋銷軸向移動(dòng)，既需克服選擋阻尼彈簧壓縮產(chǎn)生的軸向力，又需克服選擋鎖止彈簧壓縮產(chǎn)生的作用力的軸向分力。

圖1 頂蓋選擋機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

2 選擋力的計(jì)算

式中：F預(yù)為選擋阻尼彈簧安裝時(shí)的預(yù)壓力，N；P′1為選擋阻尼彈簧的彈簧剛度，N／mm；ΔX為選擋銷行程，mm。

選擋鎖止彈簧壓縮產(chǎn)生的力計(jì)算較復(fù)雜，建立數(shù)學(xué)模型，見圖2。

圖2 選擋鎖止鋼球受力分析示意圖

假設(shè)選擋銷行程為ΔX時(shí)，鋼球中心與槽中心連線與水平夾角為θ，則選擋鎖止彈簧產(chǎn)生的沿選擋銷軸向的力F2計(jì)算公式：

式中：P為選擋鎖止彈簧壓縮產(chǎn)生的力，N；μ為鋼球與選擋銷的摩擦系數(shù)；P預(yù)為選擋鎖止彈簧安裝時(shí)的預(yù)壓力；P′2為選擋鎖止彈簧的彈簧剛度，N／mm；R為選擋銷圓弧槽半徑，mm；r為鋼球半徑，mm。

總的選擋力F＝F1＋F2。

由上述計(jì)算方法可見：對(duì)應(yīng)不同的選擋行程ΔX，會(huì)產(chǎn)生不同的選擋力F。對(duì)于變速箱來說，顧客關(guān)心的是選擋力的最大值，故計(jì)算時(shí)令ΔX＝0，0.1，0.2……至最大行程 Hmax，將計(jì)算結(jié)果描點(diǎn)，形成選擋銷行程與選擋力關(guān)系圖（見圖3），在圖中選取對(duì)應(yīng)的最大值即可。

圖3 選擋行程與選擋力關(guān)系示意圖

以上計(jì)算忽略了選擋銷與頂蓋殼體之間的摩擦，并假設(shè)鋼球與選擋銷之間是純滾動(dòng)摩擦。但在實(shí)際選擋操作的過程中，受到零件加工精度、總成裝配精度、潤(rùn)滑等各種因素的影響，實(shí)際選擋過程比數(shù)學(xué)模型中描述的形式復(fù)雜得多，導(dǎo)致選擋力測(cè)量值與計(jì)算值之間存在差異。因此在計(jì)算過程中，常常設(shè)定差異系數(shù)K，用來描述實(shí)際選擋過程中的各種因素對(duì)選擋力的影響。K的取值需經(jīng)過大量試驗(yàn)，采集足夠多的樣本數(shù)據(jù)，按照數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法處理后得出，是經(jīng)驗(yàn)值，各生產(chǎn)廠家的取值往往不同。最終選擋力按照正負(fù)10%的偏差來確定范圍，即F實(shí)際＝（1±10%）KF。

3 結(jié)語

通過對(duì)選擋力的計(jì)算，變速箱廠家可以對(duì)選擋力進(jìn)行監(jiān)控，使其在顧客要求的范圍內(nèi)，滿足市場(chǎng)需求。

［1］ 胡慧玲，林純鎮(zhèn)，吳惟敏.理論力學(xué)基礎(chǔ)教程［M］.北京：高等教育出版社，1986.