换档拨头、拨块倒角对选换档性能的影响

王光良 汪 辉

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）

换档拨头、拨块倒角对选换档性能的影响

王光良 汪 辉

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）

文章通过对变速器选换档性能提升过程中曾经出现过换档卡滞的问题的分析与解决过程，阐述了换档拨头、拨块倒角在选换档过程中的作用。通过计算与分析，对问题的原因做出了合理的解释，避免了类似问题的再次发生。结论表明，拨头、拨块倒角选择是否合理，直接影响到变速器的选换挡性能。

变速器；换挡拨头；换挡拨块；互锁块；倒角

1 前言

驾驶手动变速器的汽车，其换挡品质直接影响到驾驶员对整车的评判。影响换挡手感的因素很多，影响最为直接的要属于变速器的操纵机构部分，驾驶员通过拉索操纵着变速箱上的的选换挡摇臂，最终的操作是换档拨头在一二档拨块、三四档拨块、五倒档拨块间的互相运动。如果拨头在三个拨块间的运动受阻，就会影响到驾驶的手感，表现为档位不清晰、换档卡滞等问题。因此，拨头、拨块的合理设计，对变速器换挡品质有着极其重要的影响，文章通过设计过程中的一次故障及解决过程，描述了拨头、拨块上倒角对选换档性能的影响。

图1　换档拨头与拨块安装关系

2 选换挡拨头、拨块倒角作用

换挡拨头、拨块的具体参数由选换档行程，以及选换挡机构的布置等因数确定，过程不再介绍。主要讨论的是选换档拨头、拨块上的几个倒角的设计，倒角大小的选择，对换档手感有着直接的影响。

选档时拨头拨块上倒角的作用：换档拨头从空档进入一二档拨块的选档凹槽或退回空挡时，如果拨头边缘超出凹槽范围，倒角可以帮助推动拨块回到正确位置，顺利挂上档位，否者，将出现选档卡滞现象。当倒角角度越大，干涉时，克服卡滞力越小。倒角值越大，允许干涉的范围越大。

换挡时，倒角作用类似，能够防止换挡时两拨头与旁边的拨块相互干涉，同时，减小发生干涉时的力。

对于换档手感来说，倒角越大，换档时手感也就越好，但由于其他原因的存在，倒角如果取值过大，就会产生其他问题。

3 故障件的发现与原因查找

上汽通用五菱汽车股份有限公司的一款老产品变速器存在着二档换三档不太顺畅的问题，请来外国专家对变速器进行了全面研究后，提出了相关的改进建议，包括增大换档拨头、换挡拨块的倒角。

按照国外专家的建议，对变速器做了改进，并进行试验。试验结果发现，二档换三档不顺畅问题解决，但有一台变速器出现在挂二档退空档进三档时出现三、四、五、R档挂不进，可以选档，但是选一/二档时换档拨头有轻微卡滞现象。

故障件拆开操纵盖时发现换挡拨头在空挡位置，但是变速器一/二档拨块没有完全退出空档位置（如图2）；拆开轴承箱发现，由于变速器一/二档拨块没有完全退出空档位置，此时互锁块还起作用，所以无法挂别的档位（如图3）。对有可能导致变速器产生此故障的所有可能件进行更换与排查，先后对选换挡摇臂总成、拨叉、拨叉轴、互锁块进行更换，故障均未得到解决。最后更换换挡拨头与一二档拨块，问题解决。通过反复试验，发现问题就出在拨头与拨块上，对拨头拨块质量检测，均为合格件。

图2　一二档拨块位置

图3　互锁块未进入凹槽

对比换挡性能提升前后的拨头、拨块，两者的区别就是倒角大小问题。产生的疑问就是：是否就是由于一二档拨块、换档拨头倒角的增大，导致该问题的产生。由于倒角的增大，在二档退空档进三档时，拨头通过拨块与拨头之间的倒角滑出，回到空档位置，对一二档拨块不起推动作用，导致有效行程减小，一二档拨叉轴不能正常回位。

4 问题的分析过程

4.1一二档、三四档拨块间隙的计算

图4　换档性能提升前后倒角变化

首先对拨头在二档向空档运动时与一二档、三四档之间的接触状态进行了确认。改变速器拨头设计在换档过程中，受到选档回位弹簧力的作用，拨头的一面永远是贴着三四档拨头面滑行的，因此，一二档拨块与三四档拨块之间的距离大小对拨头是否提前滑出一二档的凹槽有着至关重要的作用。

图5　拨头拨块的布置

图6　拨块间尺寸链的计算

静态装配时，影响一二档拨块与三四档拨块之间的间隙主要有：拨头、拨块自身公差，拨叉轴间水平距离，拨头、拨块在拨叉轴上安装角度偏差，见图5，拨头拨块的布置。

一二档与三四档拨块水平布置间隙，尺寸链排布（见图6）：

五倒档与三四档水平布置间隙：

拨头通过销孔与拨叉轴相连，销孔的偏差，对拨块的间隙有一定的影响：

三、四档拨叉轴销孔，拨块角度偏差：

五、倒档拨叉安装为水平方向，角度偏差摆动半径仅为拨头厚度，影响忽略不计。

一二档拨头高31，厚7。由角度形成的偏差：

与三四档靠近时，31×Sin0.5°=0.27，

远离时，（31-7）×Sin0.5°=0.209

三四档高度19，由角度形成的偏差：19×0.0087=±0.166,

一二档拨块与三四档拨块间极限偏差：

此状态最大值状态下为：三四档拨块水平布置距离达到最大0.8+0.2mm，同时，一二档拨块，三四档与拨叉轴按装偏差都达到最大值 0.5°，并且角度偏差方向完全相反，两拨块远离。

五倒档拨块与三四档拨块间极限偏差：

由以上计算过程可以看出，拨头的排布对间隙的控制有明显的影响，五、倒档布置方式更有利于保证装配质量。

4.2倒角增大后对拨块行程的影响

图7　进二档后，拨头在一二档凹槽内的简图

换挡性能提升后状态下：

沿拨头方向的最大倒角量：2×tan30°=1.155

拨头有效作用面极小值：拨头极小厚度—间隙极大值—倒角极大值

（6-0.1）-1.375-1.155×2=2.215（见图7）

图8　拨头从拨块凹槽中滑出来时的状态及倒角处放大图

对倒角在极限位置进档时对拨块行程影响：

2.215-1.155×2（一二档、三四档拨头倒角极大值）= -0.095；

此数据为负值，倒角已对换挡行程照成影响。

由于倒角为30°，拨块间距离（选档方向）对行程（换挡方向）的影响：×tan 60°

极限位置下（见图 8），由于拨头倒角造成行程减小量0.165mm，存在提前进入空档的风险，需结合互锁块位置判断是否由此造成互锁块失效。

4.3互锁块工作范围的计算

图9　互锁块工作原理

由互锁块的安装位置以及定位方式，图9，可以看出，互锁块是通过一二档、三四档拨叉轴上的凹槽的相互位置关系来定位的，空档位时，拨叉轴上互锁块正对凹槽[2]。当进二档时，拨叉凹槽越过互锁块圆弧面，挂档成功后，互锁块对准拨叉轴表面，从而三四档拨叉轴，五倒档拨叉轴均不能移动，只有退出二档，到空档时，即互锁块再次对准凹槽时，才能换新档位。目前故障变速器为换挡拨头已进入空档位置，而互锁块却没有回到凹槽中，造成其它档位无法正常进档。

只要互锁块中心进入凹槽部分，在其余档位换档时，就能将互锁块顶入拨叉轴上的互锁块凹槽中。

互锁块是通过一二档、三四档轴上凹槽定位的，两凹槽中心的距离公差（±0.05）-（±0.05）=±0.1，拨叉轴上凹槽的宽度 5.562，见图 10，也就表明，互锁块中心线与拨叉轴凹槽中心偏差在2.281范围内都能顺利换档，减去互锁块凹槽的位置公差0.1，也就是说公差范围在2.181内，都能解除互锁作用。

图10　拨叉轴上凹槽宽度

4.4验证拨头、拨块倒角对互锁块的作用

拨头拨块间偏离理论值：拨头拨块间间隙+拨头直径最大值到弧面接触点的距离+倒角导致行程减小量。

拨块与拨头之间的间隙，拨块槽的尺寸1.002.12+，换挡拨头尺寸，因此，拨头拨块之间的最大间隙 12.3-11.9= 0.4mm；换挡过程结束时由于拨头弧面形成的间隙约为0.3mm；由于倒角造成行程缩短0.165mm。

总的行程减小量：0.4+0.3+0.165=0.865mm。

排除拨叉轴、定排钢球、轴承箱等制造与装配偏差，行程偏差依然在拨块的允许偏差内，不会因此而造成空挡时不能解除互锁。造成此次故障的原因应不仅仅是倒角增大导致的。零部件质量问题是关键。

对拨头、拨块重新检测后发现，一二档拨块与三四档拨块之间的距离为2.2mm，远大于设计极大值1.375mm。

因此，这才是造成换挡拨头在二档尚未退出时就滑入空档位的主要原因。换入换档性能提升后，故障解决的原因：

对换档性能提升前状态拨头、拨块分析：

倒角量：2.5×tan9°=0.396

拨头有效作用面：（6-0.1）-1.375-1.1-0.396=3.029，大于换档性能提升后的2.215mm

换挡结束后，拨头沿选档方向的有效距离：3.029-0.53-1.1=1.399

此表明，即使在零部件做到极大值时，设计仍有1.399的余量，即使拨块间距离（1.375）稍微超差，拨头也不会提前滑入空档。但毫无疑问的是，拨块间距离的控制不稳定，增大了类似故障的风险。

5 结论

从故障的产生到排除过程、以及分析过程可以看出，此故障的原因是采用新换挡拨头、拨块后，对尺寸偏差敏感度增加，而造成的，零部件质量是控制类似情况再发生的关键。同时，由于产品本身的设计差异以及零部件质量控制情况等因素的差异，按照经验设计，有可能隐藏着一定的风险，需要反复的理论计算及试验检验，降低风险。

[1] 周林福.汽车底盘构造与维修[M].北京:人民交通出版社, 2005.

[2] 陈家瑞.汽车构造[M].北京:机械工业出版社,2005.

Influence of the optional shift by shifting plate and shifting block’s chamfer

This article through to the transmission shift performance ever appeared in the process of ascension in DangKa lag problem analysis and resolution process, expounds the chamfer of the shifting plate and shifting block in optional shift process. Through calculation and analysis, explain the cause of the problem reasonably and avoid the similar problem from happening again. The results indicate that the chamfer of shifting plate and shifting block whether reasonable choice will affect the shifting performance of transmission directly.

Transmission; shifting plate; shifting block; interlock block; chamfer

U46

A

1008-1151(2015)07-0052-04

2015-06-12

王光良（1980－），男，山东蓬莱人，上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心工程师，从事手动变速器总成及换挡操纵系统的设计开发；汪辉（1988－），男，湖北黄冈人，上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心工程师，从事手动变速器总成及换挡操纵系统的设计开发。