某變速箱頂蓋機構選擋力的計算

石鵬成

（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

隨著我國公路運輸業及商用車市場的迅速發展，顧客對商用車操縱性能的要求也隨之提升。其中變速箱選擋力的大小就是顧客較為關注的參數之一。本文就某變速箱頂蓋機構的選擋力計算進行說明。

1 變速箱頂蓋選擋機構的結構

如圖1所示，換擋桿在操縱軸上沿軸向平移實現選擋，圖1－2A－A視圖中的鋼球被擋鎖止彈簧頂在選擋銷槽中，從而確定選擋銷初始位置。進行選擋操作時，換擋桿帶動選擋銷軸向移動，既需克服選擋阻尼彈簧壓縮產生的軸向力，又需克服選擋鎖止彈簧壓縮產生的作用力的軸向分力。

圖1 頂蓋選擋機構結構示意圖

2 選擋力的計算

式中：F預為選擋阻尼彈簧安裝時的預壓力，N；P′1為選擋阻尼彈簧的彈簧剛度，N／mm；ΔX為選擋銷行程，mm。

選擋鎖止彈簧壓縮產生的力計算較復雜，建立數學模型，見圖2。

圖2 選擋鎖止鋼球受力分析示意圖

假設選擋銷行程為ΔX時，鋼球中心與槽中心連線與水平夾角為θ，則選擋鎖止彈簧產生的沿選擋銷軸向的力F2計算公式：

式中：P為選擋鎖止彈簧壓縮產生的力，N；μ為鋼球與選擋銷的摩擦系數；P預為選擋鎖止彈簧安裝時的預壓力；P′2為選擋鎖止彈簧的彈簧剛度，N／mm；R為選擋銷圓弧槽半徑，mm；r為鋼球半徑，mm。

總的選擋力F＝F1＋F2。

由上述計算方法可見：對應不同的選擋行程ΔX，會產生不同的選擋力F。對于變速箱來說，顧客關心的是選擋力的最大值，故計算時令ΔX＝0，0.1，0.2……至最大行程 Hmax，將計算結果描點，形成選擋銷行程與選擋力關系圖（見圖3），在圖中選取對應的最大值即可。

圖3 選擋行程與選擋力關系示意圖

以上計算忽略了選擋銷與頂蓋殼體之間的摩擦，并假設鋼球與選擋銷之間是純滾動摩擦。但在實際選擋操作的過程中，受到零件加工精度、總成裝配精度、潤滑等各種因素的影響，實際選擋過程比數學模型中描述的形式復雜得多，導致選擋力測量值與計算值之間存在差異。因此在計算過程中，常常設定差異系數K，用來描述實際選擋過程中的各種因素對選擋力的影響。K的取值需經過大量試驗，采集足夠多的樣本數據，按照數理統計方法處理后得出，是經驗值，各生產廠家的取值往往不同。最終選擋力按照正負10%的偏差來確定范圍，即F實際＝（1±10%）KF。

3 結語

通過對選擋力的計算，變速箱廠家可以對選擋力進行監控，使其在顧客要求的范圍內，滿足市場需求。

［1］ 胡慧玲，林純鎮，吳惟敏.理論力學基礎教程［M］.北京：高等教育出版社，1986.