淺談變速箱側推式分離機構故障及預防措施

魏 霞

（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

變速箱離合器分離機構是實現汽車發動機與變速箱動力連接和斷開的重要環節，無論車輛是手動擋還是自動擋，變速箱離合器分離機構對車輛能否正常行駛及是否有良好的駕駛體驗都起到了關鍵的作用。當然造成離合器分離故障的原因有很多，如離合器本身、整車分離操縱機構、變速箱內部分離機構等，任一環節發生問題都會產生分離故障，在這里只探討變速箱內部分離機構造成的影響。變速箱離合器分離故障一般會直接或間接地導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]。接下來對這兩種失效模式逐一進行原因分析。

1 變速箱側推式分離機構介紹

如圖1 所示，變速箱內分離機構工作原理是踩下離合器踏板時，通過分泵推動分離搖臂向前擺動來帶動分離叉軸轉動，從而帶動分離撥叉向前擺動，分離撥叉推動分離軸承壓縮離合器分離指，此時離合器摩擦片分離，動力切斷。松開離合器踏板時，分泵推桿靠回位彈簧帶動分離搖臂回位，分離叉軸轉動帶動分離撥叉向后擺動，分離軸承在分離撥叉彈性開口銷帶動下回位，摩擦片結合，輸入動力。這其中的每個環節都可能形成故障點，影響離合器分離。

圖1 分離機構示意圖

2 變速箱側推式分離機構分離卡滯原因及預防措施

2.1 分離搖臂旋轉力臂過短

離合器分離力一般在5000～7000 N，一般分泵推力達不到，需要通過機械杠桿原理將分泵推力放大，以滿足離合器正常工作時所需的分離力，因此杠桿比至關重要。杠桿比越大（分離搖臂旋轉力臂越大），所需推力越小，分離越輕松。但是分泵的推桿行程也會成比例加大，一旦超出規定的行程范圍時將會無法分離，所以在設計時需綜合考慮。

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，襯套內有儲油孔，裝配前涂有潤滑脂。由于支撐孔兩側受力不均，靠近分離搖臂一側支撐孔受力較大，磨損后造成分離叉軸轉動受阻卡滯，轉動困難，從而導致分離卡滯。設計時可以將支撐襯套改為滾針軸承，以此提高傳遞效率，同時在支撐孔處增加油封用來防塵，并且在殼體上增加潤滑孔、安裝潤滑軟管，定期對軸承進行保養，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準漸開線要求加工

在分離過程中，分離撥叉圍繞分離叉軸做擺動運動，分離軸承做直線滑動運動，為保證分離過程中分離軸承與分離撥叉的接觸點始終在一條直線上，即分離軸承的軸線，將撥叉工作面設計為漸開線，它來源于齒輪與齒條的嚙合原理[1]。齒條漸開線為直線，將分離軸承接觸面看作齒條的漸開線，分離撥叉上漸開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。由于一對漸開線嚙合點在其公法線上，根據漸開線性質及漸開線齒闊嚙合特點，一對漸開線齒闊的嚙合線、公法線及兩基圓的公切線三線重合。如圖3 所示，當撥叉不停轉動角度，所有嚙合點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線加工，會導致分離軸承受力點不在軸線中心，從而造成分離軸承與一軸蓋啃食變形，出現分離卡滯的故障。因此在零件質量控制環節，要制定專用檢具保證漸開線符合設計要求。

圖3 分離撥叉運動示意圖

2.4 分離撥叉與分離軸承接觸面異常磨損

在分離運動過程中，分離撥叉與分離軸承接觸面為滑動摩擦，隨著摩擦頻次的增多，會在分離軸承的接觸面上形成凹坑，嚴重時會導致分離撥叉運動時受阻發卡，造成分離卡滯。在設計中，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，這樣在運動過程中使撥叉受磨，撥叉輕微磨損后不會改變曲面形狀，從而解決因為磨損造成的分離卡滯現象；其次在裝配環節中，可以在接觸面涂抹潤滑脂，以降低摩擦力。

3 變速箱側推式分離機構分離不徹底原因及預防措施

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程中，一般規定分離搖臂有一個安裝角度，以滿足分泵推桿與分離搖臂成垂直狀態的要求。在設計過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，通常稱此間隙為空行程，此時工作時要想完全分離，分離撥叉擺動的行程為分離行程和空行程的總和。如果空行程較大，就會導致分泵推桿完成自身工作行程時，離合器仍未分離。這就需要在設計過程中計算校核分離搖臂、分離撥叉初始安裝角度，從而避免發生此類問題。

3.2 分離機構零件變形量大

在分離過程中，分離機構各零部件受力均會產生一定的變形量，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/實際推桿行程，公式如下：

式中：η 為分離系統行程效率，%；t 為理論推桿行程，mm；T 為實際推桿行程，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，分離機構零件變形量越大，疊加后的損失行程就越大，導致分離行程效率越低。

可以通過仿真軟件計算分離機構各零部件變形量，從而計算系統內損失行程。根據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摩擦接觸，撥叉軸與襯套定義為無摩擦接觸；各零部件的彈性模量為200 GPa，泊松比為0.3；在計算分離搖臂變形時，在分離搖臂與分離叉軸接觸處施加固定約束。側推式和底推式分離機構加載示意圖如圖4、圖5 所示，側推式和底推式分離機構疊加后變形云圖如圖6、圖7 所示。

圖4 側推式分離機構加載示意圖

圖5 底推式分離機構加載示意圖

圖6 側推式分離機構疊加后變形（mm）云圖

圖7 底推式分離機構疊加后變形（mm）云圖

經過計算得出：側推式分離機構累計變形量為2.19 mm，行程效率為90.5%；底推式分離機構累計變形量為1.84 mm，行程效率為93.1%。

由此可以看出，底推式分離機構比側推式分離機構變形量小，行程效率高。這是因為側推式分離機構受力時不光受到彎曲變形還會受到扭轉變形，而底推式分離機構只會受到彎曲變形，而且結構強度較高變形也隨之較小。如果采用側推式分離機構，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。所以在設計過程中要考慮不同分離機構的行程效率，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 結語

除了以上所提到的因素，當然還有其他原因也會導致變速箱內部分離機構零部件出現問題引起分離故障，這就需要在設計初期做好失效模式分析，從而設計出最優的分離匹配方案，避免問題的發生。