關(guān)于紐荷蘭公司8+2變速箱脫檔原因分析和解決

葉仁朝

凱斯紐荷蘭（中國(guó)）管理有限公司 上海 200131

原變速箱在防止脫檔的結(jié)構(gòu)上采用固定齒套外花鍵單側(cè)中部齒向上長(zhǎng)4mm、齒厚比兩端齒厚大0.4-0.8、齒形上0.2-0.4寬形成的凸臺(tái)階（如下圖1）來(lái)防止滑動(dòng)齒套掛擋后

圖1

回走從而防止脫檔，滑動(dòng)齒套和接合齒又都是直齒。這種結(jié)構(gòu)形式，由于防止脫檔效果差，很少被使用，在拖拉機(jī)工作“抖動(dòng)“過(guò)程中容易出現(xiàn)跳檔。現(xiàn)在一般都是滑動(dòng)齒套上帶倒錐和接合齒上帶倒錐，通過(guò)滑動(dòng)齒套和接合齒在受力時(shí)產(chǎn)生反方向的鎖止力來(lái)防止脫檔[1]。

1 我從原設(shè)計(jì)的各檔在掛擋后滑動(dòng)齒套與接合齒的有效接合長(zhǎng)度的尺寸鏈計(jì)算：

1.1 一檔：一檔接合齒前端面在箱體中的位置（以箱體后端面為基礎(chǔ)，以下同）：

210 -0.2（ 軸 承）-3.280 -0.21（ 止 動(dòng) 槽）+40 -0.05（墊圈）+28.60 -0.1（一檔從動(dòng)齒）-4±0.06（一檔從動(dòng)齒）=46.32+0.27-0.41（4±0.06原圖自由公差，按照IT12計(jì)算）接合齒倒尖角影響量1.975±0.085.

空檔時(shí)1/R檔滑動(dòng)齒套右端位置：35±0.1（箱體）+67.25±0.1（撥叉軸）-40.9±0.1（撥叉）-（8-0.15-0.25÷2）（撥叉）-（190 -0.4÷2（滑動(dòng)齒套）=47.85+0.625-0.225

掛檔時(shí)，撥叉的移動(dòng)量為9.2±0.1，由于滑動(dòng)齒套的撥叉槽與撥叉之間有間：（8.2+0.10-8-0.15-0.25）÷2=0.1+0.15-0.075，所以滑動(dòng)齒套的移動(dòng)量是9.2±0.1-0.1+0.15-0.075=9.1+0.175-0.25

當(dāng)滑動(dòng)齒套的進(jìn)入一檔時(shí)，滑動(dòng)齒套右端面的位置：47.85+0.625-0.225-9.1+0.175-0.25=38.75+0.875-0.40

去除內(nèi)花鍵向里縮進(jìn)2.4±0.05（原圖自由公差，按IT12計(jì)算），去除內(nèi)花鍵端頭倒尖角影響量1.975±0.085.

有 效 接 合 長(zhǎng) 度：（46.32+0.27-0.41-1.975±0.085）-（38.75+0.875-0.40+2.4±0.05+1.975±0.085）=1.22+0.89-1.505（-0.285-2.11）。平均接合長(zhǎng)度：0.91

12.二檔

二檔接合齒前端面在箱體中的位置：183.5+0.10（二軸）-3.280-0.21（軸承止動(dòng)槽）-20 -0.1（墊片）-20 -0.13（卡環(huán)）-8.2+0.10（二軸）-43+0.10（二軸）-68+0.10（二軸）+（130 -0.1÷2）（齒轂）+260 -0.1（倒從齒輪）+2.50 -0.05（墊片）+26.30 -0.1（二從動(dòng)齒輪）-4±0.06（二從齒輪）=114.32+0.60 -0.66

接合齒倒尖角影響量1.975±0.085.

空檔時(shí)2/3檔滑動(dòng)齒套右端位置：35±0.1（箱體）+43.25±0.1（撥叉軸）+43.3±0.1（撥叉）+（8-0.15-0.25÷2）（撥叉）-（190 -0.4÷2）（滑動(dòng)齒套）=116.05±0.425

掛檔時(shí)滑動(dòng)齒套的移動(dòng)量：9.1+0.175-0.25

當(dāng)滑動(dòng)齒套進(jìn)入二檔時(shí)，滑動(dòng)齒套右端面的位置：116.05±0.425-9.1+0.175-0.25=106.95+0.675-0.6

去除內(nèi)花鍵向里縮進(jìn)2.4±0.05（原圖自由公差，按IT12計(jì)算），去除內(nèi)花鍵端頭倒尖角影響量1.975±0.085.有效接合長(zhǎng)度：（114.32+0.60 -0.66-1.975±0.085）-（106.95+0.675-0.6+2.4±0.05+1.975±0.085）=1.02+1.42-1.555（-0.535-2.44）。平均接合長(zhǎng)度：0.95

1.3 三檔

三檔接合齒前端面在箱體中的位置：183.5+0.10（二軸）-3.280-0.21（軸承止動(dòng)槽）-20 -0.1（墊片）-20 -0.13（卡環(huán)）-8.2+0.10（二軸）-（130 -0.1÷2）（齒轂）-29.90 -0.1（三從齒輪）+4±0.06（二從齒輪）=135.62+0.75-0.56，接合齒倒尖角影響量1.975±0.085.

空檔時(shí)2/3檔滑動(dòng)齒套右端位置：35±0.1（箱體）+43.25±0.1（撥叉軸）+43.3±0.1（撥叉）+（8-0.15-0.25÷2）（撥叉）+（190.0 -0.4÷2）（滑動(dòng)齒套）=135.05+0.225-0.625，掛檔時(shí)滑動(dòng)齒套的移動(dòng)量：9.1+0.175-0.25，當(dāng)滑動(dòng)齒套進(jìn)入三檔時(shí)，滑動(dòng)齒套左端面的位置：135.05+0.225-0.625+9.1+0.175-0.25=144.15+0.40 -0.875

去除內(nèi)花鍵向里縮進(jìn)2.4±0.05（原圖自由公差，按IT12計(jì)算），去除內(nèi)花鍵端頭倒尖角影響量1.975±0.085.，有效接合 長(zhǎng) 度：（144.15+0.40 -0.875-2.4±0.05-1.975±0.085）-（135.62+0.75-0.16+1.975±0.085）=2.18+0.78-1.845（0.335-2.96）。實(shí)際上接合齒有效齒長(zhǎng)度：4.5±0.06-1.975±0.085=2.525±0.145，即0.335-2.67，有效平均接合長(zhǎng)度：（0.335+2.96）÷2=1.65

1.4 四檔（一軸）

由于一軸在軸向上沒(méi)有定位，暫按照一二軸之間間隙0.5計(jì)算

183.5 +0.10（二軸）-3.280 -0.21（軸承止動(dòng)槽）-20 -0.1（墊片）-20 -0.13（卡環(huán)）+20 -0.1（墊片））+0.5（間隙）=178.72+0.54-0.61，接合齒倒尖角影響量1.975±0.085.

空檔時(shí)4檔滑動(dòng)齒套左端位置：35±0.1（箱體）+67.25±0.1（撥叉軸）+62.3±0.1（撥叉）+（8-0.15-0.25÷2）（撥叉）+（190-0.4÷2）（滑動(dòng)齒套）=178.05+0.375-0.625

掛檔時(shí)滑動(dòng)齒套的移動(dòng)量：9.1+0.175-0.25，當(dāng)滑動(dòng)齒套進(jìn)入四檔時(shí)，滑動(dòng)齒套左端面的位置：178.05+0.375-0.625+9.1+0.175-0.25=187.15+0.55-0.875，去除內(nèi)花鍵向里縮進(jìn)2.4±0.05（原圖自由公差，按IT12計(jì)算），去除內(nèi)花鍵端頭倒尖角影響量1.975±0.085.

有 效 接 合 長(zhǎng) 度：（178.05+0.375-0.625-2.4±0.05-1.975±0.085）-（178.72+0.54-0.1+1.975±0.085）=2.08+0.87-1.635（0.44-2.97）。但一軸接合齒有效齒寬度只有：3.8±0.05-1.975±0.085=1.825±0.135

所以有效接合長(zhǎng)度：0.44-1.96，有效平均接合長(zhǎng)度：（0.44+2.97）÷2=1.7

1.5 倒檔

倒檔接合齒前端面在箱體中的位置：183.5+0.10（二軸）-3.280 -0.21（軸承止動(dòng)槽）-20 -0.1（墊片）-20 -0.13（卡環(huán)）-8.2+0.10（二軸）-43+0.10（二軸）-（130 -0.1÷2）（齒轂）-26.30 -0.1（二從齒輪）-2.50 -0.1（墊片）-260 -0.1（倒從齒輪）+4±0.06（倒從齒輪）=67.72+0.9-0.26，接合齒倒尖角影響量1.975±0.085.

空檔時(shí)1/R檔滑動(dòng)齒套左端位置：35±0.1（箱體）+67.25±0.1（撥叉軸）-40.9±0.1（撥叉）-（8-0.15-0.25÷2）（撥叉）+（190 -0.4÷2）（滑動(dòng)齒套）=66.85±0.425

掛檔時(shí)滑動(dòng)齒套的移動(dòng)量：9.1+0.175-0.25

當(dāng)滑動(dòng)齒套進(jìn)入倒檔時(shí)，滑動(dòng)齒套左端面的位置：66.85±0.425+9.1+0.175-0.25=75.95+0.60 -0.675

去除內(nèi)花鍵向里縮進(jìn)2.4±0.05（原圖自由公差，按IT12計(jì)算），去除內(nèi)花鍵端頭倒尖角影響量1.975±0.085.

有 效 接 合 長(zhǎng) 度：（75.95+0.60 -0.675-2.4±0.05-1.975±0.085）-（67.72+0.9-0.26+1.975±0.085）=1.88+1.08-1.795（0.085-2.96）。實(shí)際上接合齒有效齒寬：4.5±0.06-1.975±0.085=2.525±0.145

所以有效接合長(zhǎng)度：0.085-2.67，有效平均接合長(zhǎng)度：（0.085+2.96）÷2=1.52

接合長(zhǎng)度匯總結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

序號(hào) 檔位 有效接合長(zhǎng)度 有效平均接合長(zhǎng)度1 一檔 -0.285-2.11 0.91 2 二檔 -0.535-2.44 0.95 3 三檔 0.335-2.67 1.65 4 四檔 0.44-1.96 1.70 5 倒檔 0.085-2.67 1.52

一般來(lái)說(shuō)，拖拉機(jī)工作狀態(tài)抖動(dòng)大，變速箱的齒套與接合齒的接合長(zhǎng)度經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)大于2.2，否則容易跳檔。上述計(jì)算表明這種變速箱有效接合長(zhǎng)度均偏短，特別是一檔、二檔極限時(shí)無(wú)法掛上檔。市場(chǎng)上此類變速箱頻繁出現(xiàn)跳檔現(xiàn)象也說(shuō)明了這一點(diǎn)[2]。

有以上的兩點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，我認(rèn)為脫檔問(wèn)題是設(shè)計(jì)缺陷產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題，并不是變速箱零部件制造或拖拉機(jī)駕駛員操作不當(dāng)問(wèn)題，這需要在設(shè)計(jì)上改善。于是向技術(shù)部門(mén)建議滑動(dòng)齒套和接合齒直齒改為倒錐，滑動(dòng)齒套角度一側(cè)為2°50‘±30’，接合齒角度一側(cè)為3°20‘±30’，建議在各檔接合齒向滑動(dòng)齒套方向增加長(zhǎng)度到2.2mm，換檔撥叉行程等部件也在相應(yīng)方向上加長(zhǎng)。經(jīng)技術(shù)部門(mén)討論被采納，并通過(guò)小批量臺(tái)架試驗(yàn)和田間試驗(yàn)，再也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)脫檔問(wèn)題，后來(lái)技術(shù)部徹底變更了相關(guān)設(shè)計(jì)的圖紙，正式批量生產(chǎn)，對(duì)市場(chǎng)的原變速箱進(jìn)行返工[3]。

2 結(jié)語(yǔ)

從這8+2變速箱脫檔問(wèn)題看，也讓人醒悟一個(gè)道理，產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題查找分析，不能僅僅局限零部件制造上去查問(wèn)題、客戶使用上去查問(wèn)題，更重要從設(shè)計(jì)源頭上去查質(zhì)量問(wèn)題。產(chǎn)品的質(zhì)量不光是制造出來(lái)的，更重要是設(shè)計(jì)出來(lái)的。這是我想跟大家分享的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)希望專家們提出寶貴意見(jiàn)。

附，倒尖角影響計(jì)算

如圖示：3.2為全齒高，前端面傾斜角8°使得齒寬在齒高中部縮短0.22；

齒端倒尖角在115°時(shí)，齒寬縮短1.84，齒端倒尖角在120°時(shí)，齒寬縮短1.67（6.27為分度圓齒厚）；

總的影響量為（0.22+1.67）-（0.22+1.84）即1.89-2.06（1.975±0.085）.