某16擋雙中間軸變速器倒擋難掛原因分析及改進

孫磊

(陜西法士特汽車傳動工程研究院，陜西西安 710119)

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某16擋雙中間軸變速器倒擋難掛原因分析及改進

孫磊

(陜西法士特汽車傳動工程研究院，陜西西安 710119)

某16擋變速箱使用過程中倒擋難掛，通過試驗驗證，找出了根本原因，解決了同類產(chǎn)品可能存在的系列掛擋困難問題，對掛擋齒輪的倒角形式這一領(lǐng)域的探索提供了知識上的積累。

16擋變速器；掛擋困難；齒端倒角

0　引言

某16擋變速器匹配某新車型過程中，發(fā)現(xiàn)倒擋難掛、并有沖擊；而類型車型所配12擋變速器，沒有反饋倒擋難掛。

該16擋變速器與12擋變速器在結(jié)構(gòu)上類似：均為雙中間軸結(jié)構(gòu)；倒擋掛擋為滑套式結(jié)構(gòu)，倒擋滑套采用大35°大錐角結(jié)構(gòu)，對應(yīng)的倒擋齒輪也采用大倒角結(jié)構(gòu)，這一倒角形式的最初設(shè)計目的是為了利于滑套與倒擋輪的相互嚙合。這種齒端錐倒角形式普遍應(yīng)用于某公司其他雙中間軸變速器。

1　倒擋難掛原因分析

為了查找原因，作者首先對16擋、12擋變速器進行了靜態(tài)掛擋力的測試。

16擋與12擋靜態(tài)掛擋力、手感對比見表1。

表1　16擋、12擋靜態(tài)掛擋手感對比

經(jīng)過多次對16擋、12擋的靜態(tài)測試結(jié)果表明，初步認為倒擋難掛是16擋的普遍現(xiàn)象。

1.116擋倒擋掛擋機構(gòu)及影響倒擋力的因素

對于滑套式齒輪掛擋，依據(jù)其工作原理，其掛擋阻力主要來自下述幾個方面：

(1)加工毛刺導(dǎo)致的阻力因素；

(2)為保證掛擋手感而在掛擋機構(gòu)中刻意設(shè)計的阻力彈簧的剛度以及開關(guān)的啟動阻力；

(3)滑套與結(jié)合齒之間的配合是否存在某些問題。

經(jīng)對該16擋實驗樣箱進行拆解，首先排除了錯漏裝和毛刺因素。

而對于掛擋機構(gòu)中刻意設(shè)計的阻力因素，如圖1所示，主要有以下幾個方面：

(1)空、倒擋開關(guān)和氣路控制閥開啟阻力；

(2)換擋撥頭壓緊倒擋柱塞后進行掛擋擺動過程中的摩擦阻力；

(3)克服倒擋自鎖彈簧的壓縮阻力。

1.2原因初步查找

在實際的設(shè)計工作中，評判上述各環(huán)節(jié)阻力因素設(shè)計是否合理的方式一般是通過試驗與計算相結(jié)合的方法。在這起案例中，作者注意到該16擋變速器與前文中提到的12擋變速器：兩者倒擋掛擋機構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計、零件配置上均完全相同(相關(guān)開關(guān)、阻力彈簧型號均相同)，但16擋變速器倒擋掛擋力仍明顯大于12擋變速器。因此，初步判斷掛擋機構(gòu)彈簧的剛度以其他阻力因素設(shè)計并非影響該16擋變速器倒擋難掛因素之一。

在進一步對樣箱進行靜態(tài)倒擋掛擋試驗過程中，作者發(fā)現(xiàn)如果在該16擋變速器掛倒擋過程中，人為將變速器一軸用力下壓時，倒擋掛擋力手感明顯改善(如圖2所示)。

1.316擋與12擋結(jié)構(gòu)對比分析

進一步分析試驗中出現(xiàn)的下壓一軸能改善倒擋掛擋力的原因?？紤]到雙中間軸變速器二軸浮動式的結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖2、3所示，由于雙中間軸變速器的這種浮動式結(jié)構(gòu)設(shè)計，導(dǎo)致二軸

與空套其上的齒輪、滑套之間，在軸心方向上存在一定軸向夾角。在人為將變速器一軸用力下壓時，實際上改變的是二軸浮動量，即減小了二軸與倒擋輪之間的軸向夾角。

進一步分析倒擋滑套與倒擋輪結(jié)合齒形式(見圖4)，作者發(fā)現(xiàn)這種錐面倒角的齒端倒角形式，在倒擋滑套與倒擋輪存在軸向夾角時，其齒輪嚙合過程中，錐面兩側(cè)棱線在齒輪嚙合方向上實際上總存在一個角度偏差(理論狀態(tài)上兩者應(yīng)該平行)，從而導(dǎo)致其嚙合過程始終存在垂直于齒側(cè)棱線的法向阻力影響。當這個角度偏差較大時，需要克服該阻力影響的軸向推力(掛擋力)會顯著增加。

比較該16擋變速器與12擋變速器主箱二軸浮動結(jié)構(gòu)如圖5所示。

從圖5可知：這種二軸浮動式結(jié)構(gòu)設(shè)計，由于重力作用，變速器二軸和一軸會產(chǎn)生一定角度下沉，又已知該16擋變速器與12擋變速器兩端支撐軸承間距(圖5中點A、B間距)相同。16擋變速器與12擋變速器采用相同倒擋齒輪，倒擋滑套與二軸的配合間隙兩者亦相當。

由此不難得出：16擋變速器二軸下沉擺角明顯大于12擋變速器。即16擋變速器的倒擋滑套與倒擋輪嚙合過程中，兩者錐面兩側(cè)棱線形成的角度偏差較大。故而，16擋變速器倒擋掛擋阻力要明顯高于12擋變速器的倒擋掛擋力。

初步判斷出導(dǎo)致掛擋困難的原因之后，其解決方向也將明朗，可以分別從兩個方面進行改進：

(1)改善16擋變速器二軸的浮動情況；

(2)改進倒擋輪與倒擋滑套之間的嚙合方式。

2　16擋倒擋難掛的改進方案驗證及倒擋過程分析

作者首先采取了改善16擋變速器二軸的浮動情況，即減小其二軸下沉擺角的改進措施。分別實驗了不同間隙量的二軸導(dǎo)套以及采用二軸軸端以軸承支撐方式，然而實驗結(jié)果表明效果甚微，遠不能達到客戶要求的力值范圍。

進一步分析其原因，由于16擋變速器這種一軸伸入主箱較長，同時一軸后端部分還額外支撐一個分速齒輪和前副箱同步器的結(jié)構(gòu)，實際上導(dǎo)致一軸后端也會產(chǎn)生一個較大的下沉擺角，從而間接增大了二軸前端向下浮動的空間。而作者采取減小二軸前端軸套(或者是軸承)內(nèi)徑以減小其浮動間隙的改進方式，無法消除由一軸下沉帶來的影響，故而最終改善效果不甚理想。這一實驗結(jié)果也驗證了在前期故障分析過程中，采取下壓一軸的方式能明顯改善掛擋效果的現(xiàn)象。

在上述實驗結(jié)果基礎(chǔ)上，作者采取了改進倒擋輪與倒擋滑套齒端倒角形式，以改變其嚙合方式的改進措施。

詳見圖6，在這種二軸浮動結(jié)構(gòu)中，倒擋輪與倒擋滑套之間的軸線夾角無可避免，采取端面大倒角形式必然導(dǎo)致其嚙合過程中形成正向阻力。

但是，如果采取齒端圓倒角(見圖7)形式，其接觸阻力始終指向圓心，因而在齒輪結(jié)合方向上的分力遠小于采取齒端錐倒角形式的齒輪副?；谏鲜龇治?，作者實驗了齒端圓倒角的設(shè)計改進。靜態(tài)掛擋力結(jié)果表明：完全可以達到許用掛擋力的范圍。

3　總結(jié)

對16擋變速器倒擋難掛，作者綜合考慮了影響倒擋難掛的因素：

(1)變速器的裝配質(zhì)量問題，如倒擋齒輪、倒擋滑套用錯；

(2)變速器的零件加工問題，如倒擋齒輪、倒擋滑套的毛刺；

(3)變速器的操縱總成、上蓋總成的影響；

(4)變速器本身結(jié)構(gòu)的問題。

對以上因素作者采用實驗與理論分析相結(jié)合的方法，逐個排除，通過不同變速器比對，最終找到了16擋倒擋難掛的原因，并給出了解決方案及理論解釋。并且，該改進過程說明齒端錐倒角結(jié)構(gòu)雖然普遍應(yīng)用于兩段式雙中間軸變速器，并且效果良好，但對于3段式雙中間軸變速器，其改善倒擋掛擋的效果反而降低，對于該類變速器采用齒端圓倒角更能適應(yīng)倒擋掛擋要求。目前這一個成果已經(jīng)應(yīng)用于另一款2X4X2新型16擋變速器，并取得良好效果。

【1】程乃士.減速器和變速器設(shè)計與選用手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

RootCauseAnalysisandImprovementforDifficultShiftingofa16SpeedTransmission

SUNLei

(ShaanxiFastAutoDriveGroupCo.,Ltd.,Xi’anShaanxi710119,China)

Intheusingprocessofa16speedtransmission,itisdifficulttoshift.Tosolvetheproblem,throughtest,therootcausewasfound,sotheseriesofshiftdifficultproblemsexistedinthesimilarproductsmightbesolved.Itprovidesknowledgeaccumulationontheexplorationofshiftgearchamferingform.

16speedtransmission;Difficultshifting;Geartoothchamfer

2016-05-11

孫磊(1978—)，男，學(xué)士，助理工程師，從事商用車整車及零部件技術(shù)工作。E-mail：ilyhoo@163.com。

U463.212

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1674-1986(2016)07-069-04