客車手動變速器掉擋故障原因分析及處理方案

摘要：掉擋故障是客車手動變速器最常見的故障之一，不僅影響變速器的使用壽命，而且會產生安全隱患。分析掉擋的故障原因，它不僅涉及的變速器和整車零件種類多，而且掉擋的故障模式與失效機理難以查找。本文針對客車手動變速器掉擋故障失效模式與機理進行分析，給出了常見掉擋故障的處理及改進方案，可以有效滿足客戶的使用要求。

關鍵詞：塞焊；客車手動變速器；掉擋；失效模式分析

中圖分類號：U472 DOI：10.20042/j.cnkl.1009-4903.2023.03.007

客車手動變速器對換擋舒適性的要求越來越高。伴隨著選換擋力的減小，掛擋行程的縮短，出現變速器掉擋的風險也越來越高，在滿足換擋舒適性要求和降低故障率之間做好平衡尤為重要。本文通過對客車手動變速器常見掉擋故障的處理與分析，給出了掉擋問題改進與優化方案，便于維修故障變速器，優化變速器的性能，提高用戶的滿意度。

1手動變速器掉擋定義

在車輛掛擋正常行駛的過程中，駕駛室的變速器換擋桿由行駛擋位自動回到空擋的現象稱為掉擋。變速器掉擋之后，處于室擋狀態，整車無法正常行駛。從結構上分析，是由于同步器滑套與結合齒圈自動脫開，導致無法傳遞動力。這種現象在車輛中.高速行駛，載荷突然變化時或車輛行駛路況較差、出現劇烈振動時容易出現。

如圖1所示，變速器掉擋是指從6個前進擋或者倒擋位置自動回到空擋的現象。

2手動變速器防掉擋裝置

2.1變速器換擋拔叉自鎖結構

客車手動變速器操縱機構如圖2所示，撥叉軸、換擋導塊和換擋撥叉三者通過圓柱銷固定為一個整體，撥叉軸設置有3個凹槽，如圖3所示，自鎖鋼球通過自鎖彈簧壓緊在凹槽中，通過自鎖彈簧的壓力，給撥叉軸一個作用力，使撥叉軸在正常情況下不能由掛擋位置跳回到空擋位置。

如果彈簧設置的剛度比較大，防止掉擋的壓力會比較大，不易出現掉擋，但是掛擋手感會比較差，影響操控性。

2.2同步器倒錐結構

變速器內部的同步器一般都設置有倒錐結構，結合齒圈和滑套加工有相同角度的倒錐齒，在正常掛擋情況下，兩倒錐齒相互嚙合，產生防止掉擋的軸向力F。

加油門時，N'為各個結合齒圓周力，T為結合齒的正壓力，有效嚙合齒數為Z，防脫擋力為F摩擦系數為u，a為倒錐角，可得：

由公式（1）可得，防脫擋力F正比于Z，a及N'，倒錐角越大，防脫擋力越大，實際有效嚙合齒數越多，防脫擋力越大，扭矩越大，防脫擋力越大，故高擋位比低擋位更容易脫擋。

3掉擋故障失效模式分析

3.1整車匹配方面

失效模式：如圖5所示，整車操縱軟軸2連接駕駛室手球1和變速器操縱搖臂3，當軟軸調整出現問題，會導致變速器換擋行程過短，出現前排或者后排所有擋位掉擋。

原因分析軟軸調整不到位，變速器換擋行程過短，內部倒錐齒嚙合短，防掉擋摩擦力小。

改進措施：重新檢查調整軟軸，使變速器前后排擋位均能正常掛到位。

3.2變速器換擋機構方面

（1）失效模式：自鎖裝置中的彈簧沒有起到相應的自鎖作用。

原因分析：自鎖彈簧壓力過小或者失效。

改進措施：更換新的自鎖簧或者在用戶要求范圍內增大自鎖彈簧的剛度。

（2）失效模式：撥叉變形或者撥叉軸凹槽加工有問題。

原因分析：①掛擋后自鎖彈簧所壓鋼球在撥叉軸凹槽中心，由于撥叉變形導致其所撥動的滑套與接合齒圈未能完全嚙合，②撥叉所撥動的齒套與接合齒圈已完全嚙合，但自鎖彈簧所壓的鋼球沒有在撥叉軸凹槽的正中位置，自鎖力小。

改進措施：更換合格撥叉及撥叉軸。

（3）失效模式：上蓋或者操縱總成故障導致滑套與接合齒圈未能完全嚙合。

原因分析：①操縱機構中出現干涉或者零件不合格導致掛擋撥頭的擺動角度變小，②上蓋總成出現干涉使撥叉軸的移動行程不到位。

改進措施：檢查更換新的操縱或者上蓋總成。

3.3變速器同步機構方面

（1）失效模式：滑套與接合齒圈倒錐角偏小或兩倒錐角偏差大。

原因分析：倒錐角偏小或兩倒錐角偏差大導致防止掉擋的力過小。

改進措施：若是零件加工問題更換新的滑套或者結合齒。若是設計問題則需加大兩者的倒錐角的角度。

（2）失效模式：同步器齒套齒形磨損嚴重。

原因分析磨損嚴重導致防止掉擋的力過小。

改進措施：更換新的滑套或者結合齒圈。

（3）失效模式：同步器限位故障。

原因分析：導致掛擋行程短，同時滑套和結合齒圈的倒錐有效嚙合長度不夠，防止掉擋的力過小。

改進措施：更換新的同步器總成。

（4）失效模式：齒輪與結合齒焊接同軸度差。

原因分析：導致掛擋后該擋位結合齒圈徑向跳動大，結合齒圈與滑套倒錐嚙合出現異常，防止掉擋的力變小。

改進措施：更換新的焊接齒輪。

3.4主箱齒輪方面

（1）失效模式：斜齒輪軸向間隙大.在軸向力作用下齒輪帶動結合齒圈沿軸向竄動量大。

原因分析：使滑套和結合齒圈的倒錐有效嚙合長度變小，防止掉擋的力過小。

改進措施：調整齒輪軸向間隙。

（2）失效模式：雙中間軸總成壓裝時，齒輪對稱度不合格。

原因分析：雙中間軸二軸齒輪為浮動結構，依靠2根中間軸齒輪支撐，保證二軸各擋位齒輪平穩運轉。若中間軸齒輪壓裝對稱度不合適，會導致二軸齒輪出現徑跳過大的情況，最終影響結合齒圈和滑套的配合，出現掉擋。

改進措施：調整齒輪軸向間隙。

4掉擋故障一般判斷方法

（1）駕駛室掛擋時某一排擋位的換擋行程較短，首先檢查整車換擋軟軸是否調整合適，其次拆掉軟軸，單獨掛變速器的前后排擋位，判斷是軟軸調整不合適引起的某一排擋位行程短，還是變速器本身存在某一排擋位掛擋行程短的問題。

（2）掉擋的擋位在靜止狀態下摘擋力明顯比同一排的擋位小，或者車輛振動時容易掉擋，則有可能是換擋機構中的自鎖裝置失效，應查撥叉軸凹槽是否過淺，鋼球是否脫落，彈簧是否過軟或失效。換擋桿晃動量大，且各擋位都容易掉擋，則有可能是撥叉叉腳端面與滑套槽之間的間隙過大。在加減油門時跳擋，換擋桿有較明顯的前后擺動情況，則多為變速器齒輪軸向間隙大，產生較大的軸向推力，使同步器滑套與結合齒圈倒錐有效嚙合長度變短，導致出現掉擋。

5總結

汽車變速器掉擋的故障失效模式有很多，以上我們僅例舉了幾種常見的失效模式和排除方法。此外，在我們工作中，還有大量的復雜的掉擋問題需要去探索、分析和解決，以提高汽車變速器換擋性能和使用壽命。

（責任編輯：劉海帆）