變速器換擋性能的提升

孟嘉強

（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

變速器操縱機構應保證駕駛員能準確而可靠地使變速器掛入所需要的任一檔位工作，并可隨時使之退到空擋[1]。大多數汽車變速器布置在駕駛員座位附近，由駕駛室換擋操縱機構、軟軸、變速箱操作機構組成。在軟軸效率一定的前提下，變速器操縱機構應保證駕駛員能準確控制變速器準確、可靠、輕便的完成選換擋操作[2]。

1 變速器換擋情況

目前重卡市場廣泛應用的變速箱內部換擋方式主要有：結合套換擋、同步器換擋。前者是通過結合齒套的外花鍵與齒輪的內花鍵的配合以實現換擋操作，此種換擋方式為硬碰硬的操縱，容易發生結合花鍵齒頂齒的情況，造成換擋異響、響應慢、費力等使用問題；后者則是通過同步器錐環的摩擦同步，使換擋可靠、平順，但由于存在摩擦同步過程，同步器換擋過程中需要軸向力來提供同步的摩擦力和撥環力。

某帶同步器的變速器臺架和道路試驗中，出現變速箱4/5 擋靜態換擋力超過標準值，且明顯大于其他擋位的情況，駕駛員操作強度大，駕駛體驗差。針對這一問題進行改進提升。

2 換擋力大的原因

如圖1 所示，變速器內各擋同步器相同，作用在超速擋同步器上的有效換擋力F1應與其他擋位相當，實測超速擋的換擋力F明顯大于其他擋位，是由于換擋動作產生的阻力Ff1和Ff2大。近似計算見式（1）：

現用結構為三根叉軸，超速擋撥叉空套在叉軸上，在有效換擋力F作用下叉軸對撥叉產生支反力的力臂L短，反作用力f1和f2大，同時撥叉和叉軸間的滑動摩擦系數μ 大，由此產生的撥叉滑動摩檫力Ff1和Ff2大。如果要降低換擋力F，需要降低換擋時操縱機構滑動部位的摩擦力Ff1和Ff2。近似計算見式（2）—（4）：

圖1 撥叉換擋受力分析

對于同步器換擋方式，上述公式中，F1、L1、L2是定值，要降低靜態換擋力F，就要增大撥叉支撐跨距L或降低摩擦系數μ。

3 改進方案及驗證情況

3.1 增大撥叉支撐跨距L

如圖2 所示，改為四根叉軸，增加的一根叉軸用于固定超速擋撥叉。四根叉軸時超速擋撥叉固定在叉軸上，在有效換擋力F1作用下殼體對叉軸產生支反力f1和f2的撥叉支撐跨距L大，由此產生的滑動摩檫力Ff1和Ff2小。

實測換擋力：四根叉軸結構將4/5 擋換擋力降低30%，達到與其他擋位相同水平數值。

圖2 換擋方式修改前后結構對比

3.2 降低摩擦系數μ

如圖3 所示，通過在超速擋撥叉和叉軸間安裝線軸承，將該處滑動摩擦改為滾動摩擦，降低摩擦系數μ，提高換擋效率，以降低換擋力F。

圖3 增加撥叉與叉軸配合線軸承

實測換擋力：經比較，安裝線軸承較原結構4/5擋換擋力減輕了30%，達到與其他擋位相同水平數值。但此工況下線軸承受力大，安全率低，經過二十萬次同步器壽命試驗后，叉軸（與軸承接觸處）燒蝕變色、磨損，見圖4。

3.3 增大撥叉支撐跨距L+降低摩擦系數μ

線軸承安裝在超速擋撥叉內孔，可有效降低換擋力，說明降低阻力、提高換擋效率能解決該問題。但該工況下軸承受力較大，計算壽命不足，不能直接使用該方案。綜合先前測試結果，通過在2/3 擋、4/5擋叉軸兩端安裝線軸承，同時采用四根叉軸，以降低換擋力，提高換擋效率，改善各擋位同步器性能。

圖4 疲勞試驗后叉軸磨損

4 驗證情況

實測換擋力：線軸承+四根叉軸結構較只采用線軸承結構，4/5 擋換擋力降低50%，2/3 擋降低10%。該結構通過同步器壽命測試，結果符合要求。

結論為：選換擋性能提升有效，很好地解決了4/5 擋換擋力大的問題。