某变速箱顶盖机构选挡力的计算

石鹏成

（中国重汽集团大同齿轮有限公司 技术中心，山西 大同 037305）

引言

随着我国公路运输业及商用车市场的迅速发展，顾客对商用车操纵性能的要求也随之提升。其中变速箱选挡力的大小就是顾客较为关注的参数之一。本文就某变速箱顶盖机构的选挡力计算进行说明。

1 变速箱顶盖选挡机构的结构

如图1所示，换挡杆在操纵轴上沿轴向平移实现选挡，图1－2A－A视图中的钢球被挡锁止弹簧顶在选挡销槽中，从而确定选挡销初始位置。进行选挡操作时，换挡杆带动选挡销轴向移动，既需克服选挡阻尼弹簧压缩产生的轴向力，又需克服选挡锁止弹簧压缩产生的作用力的轴向分力。

图1 顶盖选挡机构结构示意图

2 选挡力的计算

式中：F预为选挡阻尼弹簧安装时的预压力，N；P′1为选挡阻尼弹簧的弹簧刚度，N／mm；ΔX为选挡销行程，mm。

选挡锁止弹簧压缩产生的力计算较复杂，建立数学模型，见图2。

图2 选挡锁止钢球受力分析示意图

假设选挡销行程为ΔX时，钢球中心与槽中心连线与水平夹角为θ，则选挡锁止弹簧产生的沿选挡销轴向的力F2计算公式：

式中：P为选挡锁止弹簧压缩产生的力，N；μ为钢球与选挡销的摩擦系数；P预为选挡锁止弹簧安装时的预压力；P′2为选挡锁止弹簧的弹簧刚度，N／mm；R为选挡销圆弧槽半径，mm；r为钢球半径，mm。

总的选挡力F＝F1＋F2。

由上述计算方法可见：对应不同的选挡行程ΔX，会产生不同的选挡力F。对于变速箱来说，顾客关心的是选挡力的最大值，故计算时令ΔX＝0，0.1，0.2……至最大行程 Hmax，将计算结果描点，形成选挡销行程与选挡力关系图（见图3），在图中选取对应的最大值即可。

图3 选挡行程与选挡力关系示意图

以上计算忽略了选挡销与顶盖壳体之间的摩擦，并假设钢球与选挡销之间是纯滚动摩擦。但在实际选挡操作的过程中，受到零件加工精度、总成装配精度、润滑等各种因素的影响，实际选挡过程比数学模型中描述的形式复杂得多，导致选挡力测量值与计算值之间存在差异。因此在计算过程中，常常设定差异系数K，用来描述实际选挡过程中的各种因素对选挡力的影响。K的取值需经过大量试验，采集足够多的样本数据，按照数理统计方法处理后得出，是经验值，各生产厂家的取值往往不同。最终选挡力按照正负10%的偏差来确定范围，即F实际＝（1±10%）KF。

3 结语

通过对选挡力的计算，变速箱厂家可以对选挡力进行监控，使其在顾客要求的范围内，满足市场需求。

［1］ 胡慧玲，林纯镇，吴惟敏.理论力学基础教程［M］.北京：高等教育出版社，1986.