淺談變速箱側(cè)推式分離機(jī)構(gòu)故障及預(yù)防措施

魏 霞

（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

變速箱離合器分離機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱動(dòng)力連接和斷開(kāi)的重要環(huán)節(jié)，無(wú)論車輛是手動(dòng)擋還是自動(dòng)擋，變速箱離合器分離機(jī)構(gòu)對(duì)車輛能否正常行駛及是否有良好的駕駛體驗(yàn)都起到了關(guān)鍵的作用。當(dāng)然造成離合器分離故障的原因有很多，如離合器本身、整車分離操縱機(jī)構(gòu)、變速箱內(nèi)部分離機(jī)構(gòu)等，任一環(huán)節(jié)發(fā)生問(wèn)題都會(huì)產(chǎn)生分離故障，在這里只探討變速箱內(nèi)部分離機(jī)構(gòu)造成的影響。變速箱離合器分離故障一般會(huì)直接或間接地導(dǎo)致離合器片早期磨損失效，或者變速箱同步器損壞，甚至車輛掛擋不暢或無(wú)法掛擋、摘擋。變速箱離合器分離故障的潛在失效模式一般分為變速箱分離卡滯或者分離不徹底兩種[1]。接下來(lái)對(duì)這兩種失效模式逐一進(jìn)行原因分析。

1 變速箱側(cè)推式分離機(jī)構(gòu)介紹

如圖1 所示，變速箱內(nèi)分離機(jī)構(gòu)工作原理是踩下離合器踏板時(shí)，通過(guò)分泵推動(dòng)分離搖臂向前擺動(dòng)來(lái)帶動(dòng)分離叉軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)分離撥叉向前擺動(dòng)，分離撥叉推動(dòng)分離軸承壓縮離合器分離指，此時(shí)離合器摩擦片分離，動(dòng)力切斷。松開(kāi)離合器踏板時(shí)，分泵推桿靠回位彈簧帶動(dòng)分離搖臂回位，分離叉軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)分離撥叉向后擺動(dòng)，分離軸承在分離撥叉彈性開(kāi)口銷帶動(dòng)下回位，摩擦片結(jié)合，輸入動(dòng)力。這其中的每個(gè)環(huán)節(jié)都可能形成故障點(diǎn)，影響離合器分離。

圖1 分離機(jī)構(gòu)示意圖

2 變速箱側(cè)推式分離機(jī)構(gòu)分離卡滯原因及預(yù)防措施

2.1 分離搖臂旋轉(zhuǎn)力臂過(guò)短

離合器分離力一般在5000～7000 N，一般分泵推力達(dá)不到，需要通過(guò)機(jī)械杠桿原理將分泵推力放大，以滿足離合器正常工作時(shí)所需的分離力，因此杠桿比至關(guān)重要。杠桿比越大（分離搖臂旋轉(zhuǎn)力臂越大），所需推力越小，分離越輕松。但是分泵的推桿行程也會(huì)成比例加大，一旦超出規(guī)定的行程范圍時(shí)將會(huì)無(wú)法分離，所以在設(shè)計(jì)時(shí)需綜合考慮。

2.2 分離叉軸異常磨損

如圖2 所示，分離叉軸采用兩點(diǎn)支撐，支撐一般布置在離合器殼體兩端，在殼體支撐孔上裝有耐磨襯套，襯套內(nèi)有儲(chǔ)油孔，裝配前涂有潤(rùn)滑脂。由于支撐孔兩側(cè)受力不均，靠近分離搖臂一側(cè)支撐孔受力較大，磨損后造成分離叉軸轉(zhuǎn)動(dòng)受阻卡滯，轉(zhuǎn)動(dòng)困難，從而導(dǎo)致分離卡滯。設(shè)計(jì)時(shí)可以將支撐襯套改為滾針軸承，以此提高傳遞效率，同時(shí)在支撐孔處增加油封用來(lái)防塵，并且在殼體上增加潤(rùn)滑孔、安裝潤(rùn)滑軟管，定期對(duì)軸承進(jìn)行保養(yǎng)，提升軸承的使用壽命。

圖2 軸承示意圖

2.3 分離撥叉工作面未按標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線要求加工

在分離過(guò)程中，分離撥叉圍繞分離叉軸做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，分離軸承做直線滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)，為保證分離過(guò)程中分離軸承與分離撥叉的接觸點(diǎn)始終在一條直線上，即分離軸承的軸線，將撥叉工作面設(shè)計(jì)為漸開(kāi)線，它來(lái)源于齒輪與齒條的嚙合原理[1]。齒條漸開(kāi)線為直線，將分離軸承接觸面看作齒條的漸開(kāi)線，分離撥叉上漸開(kāi)線的基圓圓心為分離叉軸中心，基圓半徑為分離叉軸到分離軸承軸線的距離。由于一對(duì)漸開(kāi)線嚙合點(diǎn)在其公法線上，根據(jù)漸開(kāi)線性質(zhì)及漸開(kāi)線齒闊嚙合特點(diǎn)，一對(duì)漸開(kāi)線齒闊的嚙合線、公法線及兩基圓的公切線三線重合。如圖3 所示，當(dāng)撥叉不停轉(zhuǎn)動(dòng)角度，所有嚙合點(diǎn)形成的軌跡為一條直線且與分離軸承軸線重合。如果分離撥叉工作面未按漸開(kāi)線加工，會(huì)導(dǎo)致分離軸承受力點(diǎn)不在軸線中心，從而造成分離軸承與一軸蓋啃食變形，出現(xiàn)分離卡滯的故障。因此在零件質(zhì)量控制環(huán)節(jié)，要制定專用檢具保證漸開(kāi)線符合設(shè)計(jì)要求。

圖3 分離撥叉運(yùn)動(dòng)示意圖

2.4 分離撥叉與分離軸承接觸面異常磨損

在分離運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，分離撥叉與分離軸承接觸面為滑動(dòng)摩擦，隨著摩擦頻次的增多，會(huì)在分離軸承的接觸面上形成凹坑，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致分離撥叉運(yùn)動(dòng)時(shí)受阻發(fā)卡，造成分離卡滯。在設(shè)計(jì)中，首先可以要求分離撥叉接觸面硬度低于分離軸承接觸面硬度，這樣在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中使撥叉受磨，撥叉輕微磨損后不會(huì)改變曲面形狀，從而解決因?yàn)槟p造成的分離卡滯現(xiàn)象；其次在裝配環(huán)節(jié)中，可以在接觸面涂抹潤(rùn)滑脂，以降低摩擦力。

3 變速箱側(cè)推式分離機(jī)構(gòu)分離不徹底原因及預(yù)防措施

3.1 分離軸承初始位置不正確

分泵推桿與分離搖臂安裝的過(guò)程中，一般規(guī)定分離搖臂有一個(gè)安裝角度，以滿足分泵推桿與分離搖臂成垂直狀態(tài)的要求。在設(shè)計(jì)過(guò)程中還要考慮分離撥叉的初始安裝角度，如果分離搖臂安裝好后，分離撥叉與分離軸承未接觸并且間隙較大時(shí)，通常稱此間隙為空行程，此時(shí)工作時(shí)要想完全分離，分離撥叉擺動(dòng)的行程為分離行程和空行程的總和。如果空行程較大，就會(huì)導(dǎo)致分泵推桿完成自身工作行程時(shí)，離合器仍未分離。這就需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中計(jì)算校核分離搖臂、分離撥叉初始安裝角度，從而避免發(fā)生此類問(wèn)題。

3.2 分離機(jī)構(gòu)零件變形量大

在分離過(guò)程中，分離機(jī)構(gòu)各零部件受力均會(huì)產(chǎn)生一定的變形量，各零件變形量疊加到分離搖臂與分泵推桿連接孔處的值為損失行程。分離行程效率=理論推桿行程/實(shí)際推桿行程，公式如下：

式中：η 為分離系統(tǒng)行程效率，%；t 為理論推桿行程，mm；T 為實(shí)際推桿行程，mm；S 為分離行程，mm；R 為分離搖臂力臂，mm；r 為分離撥叉力臂，mm；S1為損失行程，mm。

由此看出，分離機(jī)構(gòu)零件變形量越大，疊加后的損失行程就越大，導(dǎo)致分離行程效率越低。

可以通過(guò)仿真軟件計(jì)算分離機(jī)構(gòu)各零部件變形量，從而計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)損失行程。根據(jù)離合器分離特性曲線定義約束條件：在分離搖臂處施加4810 N 的力（最大分離力7600 N、杠桿比1.58）；在襯套位置和分離軸承位置施加固定約束；撥叉與分離軸承定義為無(wú)摩擦接觸，撥叉軸與襯套定義為無(wú)摩擦接觸；各零部件的彈性模量為200 GPa，泊松比為0.3；在計(jì)算分離搖臂變形時(shí)，在分離搖臂與分離叉軸接觸處施加固定約束。側(cè)推式和底推式分離機(jī)構(gòu)加載示意圖如圖4、圖5 所示，側(cè)推式和底推式分離機(jī)構(gòu)疊加后變形云圖如圖6、圖7 所示。

圖4 側(cè)推式分離機(jī)構(gòu)加載示意圖

圖5 底推式分離機(jī)構(gòu)加載示意圖

圖6 側(cè)推式分離機(jī)構(gòu)疊加后變形（mm）云圖

圖7 底推式分離機(jī)構(gòu)疊加后變形（mm）云圖

經(jīng)過(guò)計(jì)算得出：側(cè)推式分離機(jī)構(gòu)累計(jì)變形量為2.19 mm，行程效率為90.5%；底推式分離機(jī)構(gòu)累計(jì)變形量為1.84 mm，行程效率為93.1%。

由此可以看出，底推式分離機(jī)構(gòu)比側(cè)推式分離機(jī)構(gòu)變形量小，行程效率高。這是因?yàn)閭?cè)推式分離機(jī)構(gòu)受力時(shí)不光受到彎曲變形還會(huì)受到扭轉(zhuǎn)變形，而底推式分離機(jī)構(gòu)只會(huì)受到彎曲變形，而且結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高變形也隨之較小。如果采用側(cè)推式分離機(jī)構(gòu)，在考慮降低變形量的方法上，可以加粗分離叉軸、變更叉軸材料或者減小分離搖臂力臂。所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮不同分離機(jī)構(gòu)的行程效率，且要綜合考慮各種因素，從而確定是否滿足分離匹配要求。

4 結(jié)語(yǔ)

除了以上所提到的因素，當(dāng)然還有其他原因也會(huì)導(dǎo)致變速箱內(nèi)部分離機(jī)構(gòu)零部件出現(xiàn)問(wèn)題引起分離故障，這就需要在設(shè)計(jì)初期做好失效模式分析，從而設(shè)計(jì)出最優(yōu)的分離匹配方案，避免問(wèn)題的發(fā)生。