換檔撥頭、撥塊倒角對選換檔性能的影響

王光良 汪 輝

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

換檔撥頭、撥塊倒角對選換檔性能的影響

王光良 汪 輝

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

文章通過對變速器選換檔性能提升過程中曾經出現過換檔卡滯的問題的分析與解決過程，闡述了換檔撥頭、撥塊倒角在選換檔過程中的作用。通過計算與分析，對問題的原因做出了合理的解釋，避免了類似問題的再次發生。結論表明，撥頭、撥塊倒角選擇是否合理，直接影響到變速器的選換擋性能。

變速器；換擋撥頭；換擋撥塊；互鎖塊；倒角

1 前言

駕駛手動變速器的汽車，其換擋品質直接影響到駕駛員對整車的評判。影響換擋手感的因素很多，影響最為直接的要屬于變速器的操縱機構部分，駕駛員通過拉索操縱著變速箱上的的選換擋搖臂，最終的操作是換檔撥頭在一二檔撥塊、三四檔撥塊、五倒檔撥塊間的互相運動。如果撥頭在三個撥塊間的運動受阻，就會影響到駕駛的手感，表現為檔位不清晰、換檔卡滯等問題。因此，撥頭、撥塊的合理設計，對變速器換擋品質有著極其重要的影響，文章通過設計過程中的一次故障及解決過程，描述了撥頭、撥塊上倒角對選換檔性能的影響。

圖1　換檔撥頭與撥塊安裝關系

2 選換擋撥頭、撥塊倒角作用

換擋撥頭、撥塊的具體參數由選換檔行程，以及選換擋機構的布置等因數確定，過程不再介紹。主要討論的是選換檔撥頭、撥塊上的幾個倒角的設計，倒角大小的選擇，對換檔手感有著直接的影響。

選檔時撥頭撥塊上倒角的作用：換檔撥頭從空檔進入一二檔撥塊的選檔凹槽或退回空擋時，如果撥頭邊緣超出凹槽范圍，倒角可以幫助推動撥塊回到正確位置，順利掛上檔位，否者，將出現選檔卡滯現象。當倒角角度越大，干涉時，克服卡滯力越小。倒角值越大，允許干涉的范圍越大。

換擋時，倒角作用類似，能夠防止換擋時兩撥頭與旁邊的撥塊相互干涉，同時，減小發生干涉時的力。

對于換檔手感來說，倒角越大，換檔時手感也就越好，但由于其他原因的存在，倒角如果取值過大，就會產生其他問題。

3 故障件的發現與原因查找

上汽通用五菱汽車股份有限公司的一款老產品變速器存在著二檔換三檔不太順暢的問題，請來外國專家對變速器進行了全面研究后，提出了相關的改進建議，包括增大換檔撥頭、換擋撥塊的倒角。

按照國外專家的建議，對變速器做了改進，并進行試驗。試驗結果發現，二檔換三檔不順暢問題解決，但有一臺變速器出現在掛二檔退空檔進三檔時出現三、四、五、R檔掛不進，可以選檔，但是選一/二檔時換檔撥頭有輕微卡滯現象。

故障件拆開操縱蓋時發現換擋撥頭在空擋位置，但是變速器一/二檔撥塊沒有完全退出空檔位置（如圖2）；拆開軸承箱發現，由于變速器一/二檔撥塊沒有完全退出空檔位置，此時互鎖塊還起作用，所以無法掛別的檔位（如圖3）。對有可能導致變速器產生此故障的所有可能件進行更換與排查，先后對選換擋搖臂總成、撥叉、撥叉軸、互鎖塊進行更換，故障均未得到解決。最后更換換擋撥頭與一二檔撥塊，問題解決。通過反復試驗，發現問題就出在撥頭與撥塊上，對撥頭撥塊質量檢測，均為合格件。

圖2　一二檔撥塊位置

圖3　互鎖塊未進入凹槽

對比換擋性能提升前后的撥頭、撥塊，兩者的區別就是倒角大小問題。產生的疑問就是：是否就是由于一二檔撥塊、換檔撥頭倒角的增大，導致該問題的產生。由于倒角的增大，在二檔退空檔進三檔時，撥頭通過撥塊與撥頭之間的倒角滑出，回到空檔位置，對一二檔撥塊不起推動作用，導致有效行程減小，一二檔撥叉軸不能正常回位。

4 問題的分析過程

4.1一二檔、三四檔撥塊間隙的計算

圖4　換檔性能提升前后倒角變化

首先對撥頭在二檔向空檔運動時與一二檔、三四檔之間的接觸狀態進行了確認。改變速器撥頭設計在換檔過程中，受到選檔回位彈簧力的作用，撥頭的一面永遠是貼著三四檔撥頭面滑行的，因此，一二檔撥塊與三四檔撥塊之間的距離大小對撥頭是否提前滑出一二檔的凹槽有著至關重要的作用。

圖5　撥頭撥塊的布置

圖6　撥塊間尺寸鏈的計算

靜態裝配時，影響一二檔撥塊與三四檔撥塊之間的間隙主要有：撥頭、撥塊自身公差，撥叉軸間水平距離，撥頭、撥塊在撥叉軸上安裝角度偏差，見圖5，撥頭撥塊的布置。

一二檔與三四檔撥塊水平布置間隙，尺寸鏈排布（見圖6）：

五倒檔與三四檔水平布置間隙：

撥頭通過銷孔與撥叉軸相連，銷孔的偏差，對撥塊的間隙有一定的影響：

三、四檔撥叉軸銷孔，撥塊角度偏差：

五、倒檔撥叉安裝為水平方向，角度偏差擺動半徑僅為撥頭厚度，影響忽略不計。

一二檔撥頭高31，厚7。由角度形成的偏差：

與三四檔靠近時，31×Sin0.5°=0.27，

遠離時，（31-7）×Sin0.5°=0.209

三四檔高度19，由角度形成的偏差：19×0.0087=±0.166,

一二檔撥塊與三四檔撥塊間極限偏差：

此狀態最大值狀態下為：三四檔撥塊水平布置距離達到最大0.8+0.2mm，同時，一二檔撥塊，三四檔與撥叉軸按裝偏差都達到最大值 0.5°，并且角度偏差方向完全相反，兩撥塊遠離。

五倒檔撥塊與三四檔撥塊間極限偏差：

由以上計算過程可以看出，撥頭的排布對間隙的控制有明顯的影響，五、倒檔布置方式更有利于保證裝配質量。

4.2倒角增大后對撥塊行程的影響

圖7　進二檔后，撥頭在一二檔凹槽內的簡圖

換擋性能提升后狀態下：

沿撥頭方向的最大倒角量：2×tan30°=1.155

撥頭有效作用面極小值：撥頭極小厚度—間隙極大值—倒角極大值

（6-0.1）-1.375-1.155×2=2.215（見圖7）

圖8　撥頭從撥塊凹槽中滑出來時的狀態及倒角處放大圖

對倒角在極限位置進檔時對撥塊行程影響：

2.215-1.155×2（一二檔、三四檔撥頭倒角極大值）= -0.095；

此數據為負值，倒角已對換擋行程照成影響。

由于倒角為30°，撥塊間距離（選檔方向）對行程（換擋方向）的影響：×tan 60°

極限位置下（見圖 8），由于撥頭倒角造成行程減小量0.165mm，存在提前進入空檔的風險，需結合互鎖塊位置判斷是否由此造成互鎖塊失效。

4.3互鎖塊工作范圍的計算

圖9　互鎖塊工作原理

由互鎖塊的安裝位置以及定位方式，圖9，可以看出，互鎖塊是通過一二檔、三四檔撥叉軸上的凹槽的相互位置關系來定位的，空檔位時，撥叉軸上互鎖塊正對凹槽[2]。當進二檔時，撥叉凹槽越過互鎖塊圓弧面，掛檔成功后，互鎖塊對準撥叉軸表面，從而三四檔撥叉軸，五倒檔撥叉軸均不能移動，只有退出二檔，到空檔時，即互鎖塊再次對準凹槽時，才能換新檔位。目前故障變速器為換擋撥頭已進入空檔位置，而互鎖塊卻沒有回到凹槽中，造成其它檔位無法正常進檔。

只要互鎖塊中心進入凹槽部分，在其余檔位換檔時，就能將互鎖塊頂入撥叉軸上的互鎖塊凹槽中。

互鎖塊是通過一二檔、三四檔軸上凹槽定位的，兩凹槽中心的距離公差（±0.05）-（±0.05）=±0.1，撥叉軸上凹槽的寬度 5.562，見圖 10，也就表明，互鎖塊中心線與撥叉軸凹槽中心偏差在2.281范圍內都能順利換檔，減去互鎖塊凹槽的位置公差0.1，也就是說公差范圍在2.181內，都能解除互鎖作用。

圖10　撥叉軸上凹槽寬度

4.4驗證撥頭、撥塊倒角對互鎖塊的作用

撥頭撥塊間偏離理論值：撥頭撥塊間間隙+撥頭直徑最大值到弧面接觸點的距離+倒角導致行程減小量。

撥塊與撥頭之間的間隙，撥塊槽的尺寸1.002.12+，換擋撥頭尺寸，因此，撥頭撥塊之間的最大間隙 12.3-11.9= 0.4mm；換擋過程結束時由于撥頭弧面形成的間隙約為0.3mm；由于倒角造成行程縮短0.165mm。

總的行程減小量：0.4+0.3+0.165=0.865mm。

排除撥叉軸、定排鋼球、軸承箱等制造與裝配偏差，行程偏差依然在撥塊的允許偏差內，不會因此而造成空擋時不能解除互鎖。造成此次故障的原因應不僅僅是倒角增大導致的。零部件質量問題是關鍵。

對撥頭、撥塊重新檢測后發現，一二檔撥塊與三四檔撥塊之間的距離為2.2mm，遠大于設計極大值1.375mm。

因此，這才是造成換擋撥頭在二檔尚未退出時就滑入空檔位的主要原因。換入換檔性能提升后，故障解決的原因：

對換檔性能提升前狀態撥頭、撥塊分析：

倒角量：2.5×tan9°=0.396

撥頭有效作用面：（6-0.1）-1.375-1.1-0.396=3.029，大于換檔性能提升后的2.215mm

換擋結束后，撥頭沿選檔方向的有效距離：3.029-0.53-1.1=1.399

此表明，即使在零部件做到極大值時，設計仍有1.399的余量，即使撥塊間距離（1.375）稍微超差，撥頭也不會提前滑入空檔。但毫無疑問的是，撥塊間距離的控制不穩定，增大了類似故障的風險。

5 結論

從故障的產生到排除過程、以及分析過程可以看出，此故障的原因是采用新換擋撥頭、撥塊后，對尺寸偏差敏感度增加，而造成的，零部件質量是控制類似情況再發生的關鍵。同時，由于產品本身的設計差異以及零部件質量控制情況等因素的差異，按照經驗設計，有可能隱藏著一定的風險，需要反復的理論計算及試驗檢驗，降低風險。

[1] 周林福.汽車底盤構造與維修[M].北京:人民交通出版社, 2005.

[2] 陳家瑞.汽車構造[M].北京:機械工業出版社,2005.

Influence of the optional shift by shifting plate and shifting block’s chamfer

This article through to the transmission shift performance ever appeared in the process of ascension in DangKa lag problem analysis and resolution process, expounds the chamfer of the shifting plate and shifting block in optional shift process. Through calculation and analysis, explain the cause of the problem reasonably and avoid the similar problem from happening again. The results indicate that the chamfer of shifting plate and shifting block whether reasonable choice will affect the shifting performance of transmission directly.

Transmission; shifting plate; shifting block; interlock block; chamfer

U46

A

1008-1151(2015)07-0052-04

2015-06-12

王光良（1980－），男，山東蓬萊人，上汽通用五菱汽車股份有限公司技術中心工程師，從事手動變速器總成及換擋操縱系統的設計開發；汪輝（1988－），男，湖北黃岡人，上汽通用五菱汽車股份有限公司技術中心工程師，從事手動變速器總成及換擋操縱系統的設計開發。