汽車選換檔軟軸操縱的設計

陸靜靜，葉尚陽

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車選換檔軟軸操縱的設計

陸靜靜，葉尚陽

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

軟軸操縱是目前變速器操縱常用的操縱方式，本文介紹了軟軸操縱的重要性、結(jié)構、相關尺寸參數(shù)、性能、軟軸效率，并結(jié)合某輕客車型軟軸的開發(fā)，重點強調(diào)軟軸整車走向效率測試的重要性。

軟軸；操縱結(jié)構；行程效率；負載效率

CLC NO.: U462.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)05-19-04

引言

目前汽車所采用的機械式手動變速器的操縱機構，可分為剛性桿系操縱和遠距離推拉軟軸操縱。根據(jù)總布置要求，有些車型如一些短頭車，變速器布置在駕駛員座椅附近，因此可將變速器操縱桿直接置于變速器頂蓋上，稱為直接操縱或者剛性桿系操縱（圖1），這種操縱方式的優(yōu)點技術要求低，結(jié)構簡單，缺點是在布置時常常會遇到操縱機構的連桿傳動機構與其他系統(tǒng)發(fā)生干涉的問題，為了避免干涉就得增加一些中間桿件，而這些桿件的支座可能存在無處放置的問題，同時支點越多阻尼越大，效率越低，換檔力也相應增大，手感變差（圖2）。

圖1

圖2

而大多數(shù)車型如客車、輕客等車型，駕駛員座椅位置距離變速器較遠，因此在變速操縱桿與變速器選換檔搖臂之間，需要一種機構進行傳遞運動，這種機構我們叫做推拉軟軸，而這種操縱方式稱為遠距離推拉軟軸操縱（圖3），這種操縱方式的優(yōu)點除了能彌補剛性桿系操縱的缺點外，還具有傳動環(huán)節(jié)和運動部件少、體積小、結(jié)構較為簡單、操縱靈活、避免與其他系統(tǒng)發(fā)生干涉，同時制造的通用化、系列化、專業(yè)化程度高，變形極為方便容易，更適合于專業(yè)化大批量生產(chǎn)，缺點是技術要求高，但對于目前我國的制造水平而言，推拉軟軸的技術研究已經(jīng)不成問題。

圖3

1、推拉軟軸的結(jié)構和特性

1.1 軟軸的結(jié)構

軟軸是傳動動系統(tǒng)中操縱力和操縱行程的傳遞介質(zhì)，一般由兩根組成，一根用來選檔，另一根用來換檔，如上述圖三所示，兩根軟軸的一端連接操縱機構，另一端連接在變速箱上的選換檔搖臂上。

推拉式軟軸一般由芯軸和護套總成及其他附件組成，芯軸是由多股鋼絲構成，是傳力構件，有的芯軸外面還纏有一層鋼帶，以提高芯軸的承載能力。芯軸外面是工程塑料管，為芯軸的運動起導向作用。再外層是由多股鋼絲纏繞而成的外護套和起保護作用的外皮。

1.2 軟軸的相關尺寸參數(shù)

1.2.1 軟軸總成及極限偏差見表1，若圖紙有公差要求的按圖紙執(zhí)行，其中L1：變速器安裝端尺寸；L2：操縱桿端安裝尺寸；L：中間軟軸長度。

表1

1.2.2 芯軸接頭尺寸應符合表2規(guī)定

表2

1.2.3 護套與接頭連接，其接頭尺寸 應符合表3規(guī)定

1.3 軟軸的性能要求

1）軟軸穿入護管前應均勻涂抹潤滑脂；

2）將軟軸總成以R150mm半徑彎曲360°能拉動自如，無卡滯現(xiàn)象；

3）耐久性要求：將軟軸總成彎曲成S形，彎曲半徑分別為150mm、200mm，在軟軸一端加300N推拉力的載荷往復運動100萬次不應產(chǎn)生軟軸斷裂，內(nèi)護管損壞等疲勞損壞現(xiàn)象；

4）導向管鉚壓后，全周擺動角度應大于8°；

5）耐鹽霧性能：中性鹽霧試驗96小時后無紅銹；

6）耐高溫、低溫及防凍結(jié)試驗要求：

表3

a、耐高溫試驗要求：軟軸總成以150mm的彎曲半徑完成360°，在120℃環(huán)境溫度中保持10小時，各零部件不能有裂紋、融解及其它異常現(xiàn)象；

b、耐低溫試驗要求：軟軸總成以150mm的彎曲半徑完成360°，在-40℃環(huán)境溫度中保持10小時，各零部件不能出現(xiàn)龜裂及其它異常現(xiàn)象；

c、凍結(jié)試驗：將軟軸在水槽中浸泡1小時，轉(zhuǎn)到-40℃低溫箱中2小時取出在室溫中保持2分鐘后操作，應無凍結(jié)現(xiàn)象；

7）軟軸行程效率≥85%，負載效率≥85%；8）其余符合相關標準要求。

1.4 軟軸的效率

軟軸效率分為負載效率和行程效率，目前軟軸臺架效率測試一般要求≥85%，臺架測試過程如下：如圖4所示：芯軸A端固定在帶有剛度為K的彈簧測力計上，B端緩慢加載拉伸，當芯軸拉直瞬間（即測力計顯示零值）時，在A、B端芯軸上任一點分別作出標記，然后將載荷增加至芯軸接頭最小拉脫力的25%時，分別測得A端位移量δ1、B端載荷F和位移量δ2，然后慢慢恢復，待測力計剛回到零值，測得殘余伸長量δ0，按下式計算效率值

負載效率 ηf=W/F×100%

行程效率 ηx=δ1/（δ2-δ0）×100%

彈簧剛度K值由雙方商定，表4推薦數(shù)值可供參考

表4

圖4

影響軟軸行程效率和負載效率損失的主要原因有以下幾種：

a、芯軸和襯套材料的匹配。它們之間摩擦系數(shù)的大小影響著軟軸的運動阻力和運動表面的磨損情況；

b、芯軸和襯套表面的粗糙度。零件表面的粗糙度越低，運動時摩擦阻力就越小，效率就越高，駕駛員操縱就越輕便；

c、芯軸與襯套的配合間隙要合適。間隙過小，運動阻力大；間隙過大，軟軸在承受推力時會導致芯軸彎曲，造成行程損失過大，又會降低芯軸的疲勞壽命；

d、軟軸總成中潤滑脂的性能直接影響軟軸的摩擦力和使用壽命；

e、軟軸長度要適當，不要過長，應盡量走直線，否則摩擦阻力增加，操縱費力。布置的線路應順暢，不得有任何零件阻擋或改變軟軸走向的幾何形狀；

f、在軟軸布置的線路中要有適當?shù)闹吸c。支撐點的數(shù)量和位置要能保證軟軸布置線路的幾何位置。

2、某輕客車型軟軸開發(fā)

某輕客車型，由于周邊件的限制，軟軸必須從變速箱下方走，造成軟軸較長，走向不順如圖5所示，嚴重影響軟軸的行程效率和負載效率。按照公司常用軟軸結(jié)構，臺架效率只能達到65%左右，離85%效率差距較大。因此必須重新開發(fā)一種軟軸結(jié)構。

圖5

表4

對四種軟軸結(jié)構分別進行臺架效率測試，測試結(jié)果見表4，測試過程見圖6。

圖6

根據(jù)測試結(jié)果顯示，結(jié)構3和結(jié)構4的負載效率和行程效率均達到85%的要求。考慮到臺架測試軟軸走向相對較順，而該輕客車型不僅長，軟軸走向復雜，為了保證軟軸在整車上的實際效率，因此將軟軸按照整車走向進行布置，并進行效率測試，測試結(jié)果見表5，測試過程見圖7。

表5

圖7

根據(jù)測試結(jié)果顯示，只有結(jié)構4的軟軸整車走向效率測試達到85%以上。軟軸臺架效率測試一般比整車走向效率測試要高，而我們真正運用到的是軟軸的整車走向，因此建議在臺架效率測試結(jié)果滿足的情況下要同步考慮整車走向效率測試。結(jié)構4的軟軸結(jié)構如下：

圖8

3、結(jié)論

推拉軟軸主要起到力和行程的傳遞作用，因此行程效率和負載效率是其主要評價方面，將直接影響操作者的使用舒適性，在設計之初必須確保軟軸的臺架效率是否滿足要求，而對于一些軟軸較長，走向復雜的軟軸，除了測試臺架效率外，還需要測試整車走向的效率，只有這樣才能保證軟軸效率的準確性，從而才能真正意義上的提升操縱性能，滿足客戶使用要求。

[1] 王望予.汽車設計.機械工業(yè)出版社.2000年.

[2] 鄭平.輕型卡車軟軸式變速操縱系統(tǒng)的設計與計算.輕型汽車技術.2014年.

[3] 孫衛(wèi)平.汽車變速器軟軸操縱機構的設計.汽車技術2002.

[4] 鄧加尊. 汽車換擋操縱機構分總成設計.企業(yè)科技與發(fā)展.2014 .

Flexible Shaft Design for Gear Selection and Shifting of Vehicles

Lu Jingjing, Ye Shangyang
( Anhui Jianghuai Automobile Group Corp., Ltd, Anhui Heifei 230601 )

Flexible shaft is commonly used in transmission operating at present.This paper describes the importance,structure, dimension parameters,performance and efficiency of flexible shaft operating and highlights the importance of vehicle performance test for flexible shaft through a combination of the development of push-and-pull flexible shaft of light buses.

flexible shaft; control mechanism; stroke efficiency; load efficiency

U463.21 文獻表示碼：A

1671-7988 (2017)05-19-04

陸靜靜，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.05.007