中型汽车变速软轴操纵系统设计

张鸿刚，梁小刚，李春丽

（宝鸡华山工程车辆有限责任公司，陕西 宝鸡 721013）

中型汽车变速软轴操纵系统设计

张鸿刚，梁小刚，李春丽

（宝鸡华山工程车辆有限责任公司，陕西 宝鸡 721013）

通过目前中型常规车刚性硬杆操纵和远距离软轴操纵方式的对比，阐述了刚性硬杆操纵和远距离软轴操纵方式的优缺点；介绍了中型汽车变速软轴操纵系统的设计方法，并通过数据验算和实际验证，证明了设计方法的正确性；使用结果也表明，该设计满足整车操纵轻便性的要求，达到设计出高品质中卡、适用市场需求的目的。

中型汽车；操纵机构；软轴；设计

CLC NO.: U463.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

前言

关于中型自卸载货车的变速操纵系统，常规车型一般采用刚性硬杆式操纵（如图1），刚性硬杆式操纵系统具有操纵稳定、驾驶员手感好、维修方便的优点；但是容易和发动机、车架等附件干涉，造成整车布置困难，这就造成某些自卸载货车受总体布置的要求及空间位置的制约，变速操纵系统必须采用远距离软轴操纵方式（如图2）。远距离软轴操纵系统具有操作轻便、灵活、不易脱档、跳档、挂档准确等优点，并能为整车的布置提供更大的空间，避免了刚性硬杆式操纵中换档拉杆容易和周围部件干涉的问题，是未来中、重卡变速器操纵的趋势。

1、远距离软轴操纵机构的组成

典型的远距离软轴操纵机构由10个部分组成（如图2）。换档软轴总成7变速器端通过变速器选换档软轴固定支架8固定，然后与换档摇臂10连接，变速器选换档软轴固定支架8与变速器固定为一体，随发动机、变速器一起振动，避免变速器选换档软轴固定支架8与变速器振动频率不同，造成变速器脱档、跳档等问题发生；换档软轴总成7驾驶室端与变速操纵杆座总成3的换档臂连接。选档软轴总成6变速器端也是通过变速器选换档软轴固定支架8固定，然后与选档摇臂9连接；选档软轴总成6驾驶室端与变速操纵杆座总成3的选档臂连接。选换档软轴总成6、7通过变速软轴固定支架5与车架固定，避免软轴与高温、旋转件等干涉。在选换档操纵时产生的力由软轴接头传递给件8，因此要求件8变速器选换档软轴固定支架要有很好的强度，以满足选换档的要求。变速操纵杆座总成3固定在驾驶室底板4上，与驾驶室固定为一体，变速操纵杆2与件3连接固定为一体，换档手柄1与件2连接，换档手柄1是为了驾驶员更好的操作而设计的。

2、变速操纵系统的设计

2.1 变速器选换档摇臂 变速软轴的设计确定

根据前期整车的设计开发阶段，所匹配变速器型号已经确定，在零部件的系统开发阶段需要设计确定的就是变速器选、换档摇臂的相关参数，现以图3和图4所示为例。

已知变速器参数如下：

选档摇臂长度L=80mm；选档摇臂转角α=32°；最大静态选档力（在摇臂上测量）F选=80N。

计算得选档摇臂行程L2=L×α=80×32°×2Π/360° =45mm。

换档摇臂长度L3=110mm；换档摇臂转角α2=20.8°；最大静态换档力（在摇臂上测量）F换=150N。

计算得换档摇臂行程 L4=L3×α2=110×20.8°×2Π /360°=40mm。

在对变速软轴相关尺寸的设计确认中，为实现整车的选换档必须要求选档软轴的总行程不得小于2L2，换档软轴的总行程不得小于2L4。故根据上述计算的选换档摇臂行程结果，结合软轴内部结构要求，为保证选换档的功能性要求，最终确定选换档软轴的有效总行程不得小于100mm，而选换档软轴的总成长度需根据发动机、变速器的外连接尺寸和发动机的总布置角度来确定。

2.2 变速操纵杆及变速操纵杆座总成设计

变速操纵杆座总成（如图5）是通过4颗螺栓与驾驶室底板固定为一体的，安装可靠到位，主要是承受驾驶员的换档操纵力并传递到其他操纵杆件、变速器选换档摇臂，从而实现变速器档位的变化，这就要求

其应该有足够的强度，且该机构的设计关系到整车的操纵轻便性、舒适性和回位性等方面。为了实现选换档的性能要求及操纵轻便性等，既要求操纵方向为万向的，因此变速操纵杆座总成中的件3操纵杆座组合件设计为十字球头结构形式，并加注润滑脂保证操纵的轻便性。现以如图5变速操纵杆座总成为例，已知主要结构数据如下：

操纵机构选档行程 125mm；

操纵机构换档行程 190mm；

操纵杆换档杠杆比 300/105；

操纵杆选档杠杆比 300/66×66/80×43/60。

2.3 变速操纵机构的设计

在不同的中型汽车车型中，软轴变速操纵机构根据不同的车型有着不同的结构形式，但其工作原理和对操纵机构的基本要求是一致的。

2.3.1 变速选换档软轴总成的布置设计

选档软轴总成6和换档软轴总成7在整个操纵过程中承受拉力和推力，是操纵系统的关键零部件，变速软轴质量的好坏，软轴的布置直接关系到操纵系统的性能，因此软轴的布置应考虑以下几点：

a.应注意软轴布置时的弯曲半径不能太小，其弯曲半径不得小于250mm，否则软轴总成的寿命将受到影响，也增加换档操纵力。

b.软轴长度要适当，不可太长，注意以驾驶室上翻到极限位置软轴不受力紧绷为宜，软轴的布置线路尽量走直线，否则软轴摩擦阻力增加，变速选换档过程中操纵费力。

c.在软轴布置的线路中要有适当的固定支撑点（如：变速软轴固定支架5），固定支撑点的夹紧力应适当，夹紧力过小起不到支撑和限位的作用，夹紧力过大，会造成软轴衬管的变形，影响软轴内索芯的运动。

d.变速器总成内的选换档的阻尼力应与软轴总成的阻尼力相匹配，否则会造成选换档操纵力过大，手感变差。

e.软轴的推拉杆应与选换档摇臂尽量保证垂直，软轴本身结构允许推拉杆与导向管在运动中有不大于±6°的摆角，这主要是为了避免操纵机构在运动过程中的运动干涉。

f.变速软轴在布置路线时应尽量避开热源，避免软轴在高温下发生融化变形，若软轴布置上存在困难，则应在软轴总成上增加隔热套或者在软轴与热源之间加装隔热装置。

2.3.2 变速器选换档软轴固定支架的设计

变速器选换档软轴固定支架5（如图6）主要起到固定选档、换档软轴，软轴安装后对软轴系统起到调节的作用。并且驾驶员施加在操纵手柄上的力通过软轴传递到变速器选换档软轴固定支架上，因此要求其应该有足够的强度。该支架的设计要根据不同的变速器结构，设计安装形式和结构形式，在结构不太复杂且能满足使用要求的情况下，选换档软轴固定支架能合二为一就不要分开设计。

2.3.3 操纵手柄选换档行程确认计算

虽然不同车型的变速操纵机构有着不同的结构形式，但是对其基本的操纵机构要求是一样的，根据人体工程学的要求，易于操作，接近性好，要求操纵手柄的选档总行程不得大于125mm；换档总行程不得大于190mm。

故，根据上述已知参数，计算得：

操纵杆选档行程L选=L2×操纵杆选档杠杆比=80×32°× 2Π/360°×300/66×66/80×43/60=90mm＜125mm；

操纵杆换档行程L换= L4×操纵杆换档杠杆比=110×20.8 °×2Π/360°×300/105=114mm＜190mm。

2.3.4 操纵手柄上操纵力的计算

为了满足整车舒适性的要求，选换档力应控制在合理的范围内，操纵手柄上的操纵力一般不能大于80N。设作用在操纵手柄上的选档力为F手选、F手换，根据力矩平衡原理知：

其中，F选为变速器处选档摇臂处最大静态力；L选为操纵杆手柄的选档行程；L2为变速器选档摇臂行程；η为操纵机构的机械效率，取70%。

同理计算操纵手柄换档操纵力为：

经过计算、验证，操纵手柄选换档行程、操纵力的大小、选换档软轴固定支架的强度等均满足变速操纵系统的设计要求，样车变速操纵系统使用可靠、操纵轻便，证明了设计的合理性。

Medium-sized Truck System Design of Variable Speed Control

Zhang Honggang, Liang Xiaogang, Li Chunli
（Baoji Huashan Engineering Vehicle Co., Ltd., Shaanxi Baoji 721013）

By comparing medium-sized conventional trucks rigid hard shaft rod manipulation and remote manipulation methods currently explain the advantages and disadvantages of rigid hard shaft rod manipulation and remote manipulation methods. This paper describes the design method of Medium-sized truck system of variable speed control and through data checking and actual verification have proved the correctness of the design process, The results also show that the design meet the requirements of vehicle steering portability ,and also can achieve to the purpose of designing a high-quality medium-sized truck in order to apply the market demand.

medium-type truck; gear navigat organ; flexible shaft; design

U463.2

A

1671-7988(2015)03--

张鸿刚，助理工程师，就职于宝鸡华山工程车辆有限责任公司，现从事载重汽车的设计开发工作。