某16挡双中间轴变速器倒挡难挂原因分析及改进

孙磊

(陕西法士特汽车传动工程研究院，陕西西安 710119)



某16挡双中间轴变速器倒挡难挂原因分析及改进

孙磊

(陕西法士特汽车传动工程研究院，陕西西安 710119)

某16挡变速箱使用过程中倒挡难挂，通过试验验证，找出了根本原因，解决了同类产品可能存在的系列挂挡困难问题，对挂挡齿轮的倒角形式这一领域的探索提供了知识上的积累。

16挡变速器；挂挡困难；齿端倒角

0　引言

某16挡变速器匹配某新车型过程中，发现倒挡难挂、并有冲击；而类型车型所配12挡变速器，没有反馈倒挡难挂。

该16挡变速器与12挡变速器在结构上类似：均为双中间轴结构；倒挡挂挡为滑套式结构，倒挡滑套采用大35°大锥角结构，对应的倒挡齿轮也采用大倒角结构，这一倒角形式的最初设计目的是为了利于滑套与倒挡轮的相互啮合。这种齿端锥倒角形式普遍应用于某公司其他双中间轴变速器。

1　倒挡难挂原因分析

为了查找原因，作者首先对16挡、12挡变速器进行了静态挂挡力的测试。

16挡与12挡静态挂挡力、手感对比见表1。

表1　16挡、12挡静态挂挡手感对比

经过多次对16挡、12挡的静态测试结果表明，初步认为倒挡难挂是16挡的普遍现象。

1.116挡倒挡挂挡机构及影响倒挡力的因素

对于滑套式齿轮挂挡，依据其工作原理，其挂挡阻力主要来自下述几个方面：

(1)加工毛刺导致的阻力因素；

(2)为保证挂挡手感而在挂挡机构中刻意设计的阻力弹簧的刚度以及开关的启动阻力；

(3)滑套与结合齿之间的配合是否存在某些问题。

经对该16挡实验样箱进行拆解，首先排除了错漏装和毛刺因素。

而对于挂挡机构中刻意设计的阻力因素，如图1所示，主要有以下几个方面：

(1)空、倒挡开关和气路控制阀开启阻力；

(2)换挡拨头压紧倒挡柱塞后进行挂挡摆动过程中的摩擦阻力；

(3)克服倒挡自锁弹簧的压缩阻力。

1.2原因初步查找

在实际的设计工作中，评判上述各环节阻力因素设计是否合理的方式一般是通过试验与计算相结合的方法。在这起案例中，作者注意到该16挡变速器与前文中提到的12挡变速器：两者倒挡挂挡机构在结构设计、零件配置上均完全相同(相关开关、阻力弹簧型号均相同)，但16挡变速器倒挡挂挡力仍明显大于12挡变速器。因此，初步判断挂挡机构弹簧的刚度以其他阻力因素设计并非影响该16挡变速器倒挡难挂因素之一。

在进一步对样箱进行静态倒挡挂挡试验过程中，作者发现如果在该16挡变速器挂倒挡过程中，人为将变速器一轴用力下压时，倒挡挂挡力手感明显改善(如图2所示)。

1.316挡与12挡结构对比分析

进一步分析试验中出现的下压一轴能改善倒挡挂挡力的原因。考虑到双中间轴变速器二轴浮动式的结构设计，如图2、3所示，由于双中间轴变速器的这种浮动式结构设计，导致二轴

与空套其上的齿轮、滑套之间，在轴心方向上存在一定轴向夹角。在人为将变速器一轴用力下压时，实际上改变的是二轴浮动量，即减小了二轴与倒挡轮之间的轴向夹角。

进一步分析倒挡滑套与倒挡轮结合齿形式(见图4)，作者发现这种锥面倒角的齿端倒角形式，在倒挡滑套与倒挡轮存在轴向夹角时，其齿轮啮合过程中，锥面两侧棱线在齿轮啮合方向上实际上总存在一个角度偏差(理论状态上两者应该平行)，从而导致其啮合过程始终存在垂直于齿侧棱线的法向阻力影响。当这个角度偏差较大时，需要克服该阻力影响的轴向推力(挂挡力)会显著增加。

比较该16挡变速器与12挡变速器主箱二轴浮动结构如图5所示。

从图5可知：这种二轴浮动式结构设计，由于重力作用，变速器二轴和一轴会产生一定角度下沉，又已知该16挡变速器与12挡变速器两端支撑轴承间距(图5中点A、B间距)相同。16挡变速器与12挡变速器采用相同倒挡齿轮，倒挡滑套与二轴的配合间隙两者亦相当。

由此不难得出：16挡变速器二轴下沉摆角明显大于12挡变速器。即16挡变速器的倒挡滑套与倒挡轮啮合过程中，两者锥面两侧棱线形成的角度偏差较大。故而，16挡变速器倒挡挂挡阻力要明显高于12挡变速器的倒挡挂挡力。

初步判断出导致挂挡困难的原因之后，其解决方向也将明朗，可以分别从两个方面进行改进：

(1)改善16挡变速器二轴的浮动情况；

(2)改进倒挡轮与倒挡滑套之间的啮合方式。

2　16挡倒挡难挂的改进方案验证及倒挡过程分析

作者首先采取了改善16挡变速器二轴的浮动情况，即减小其二轴下沉摆角的改进措施。分别实验了不同间隙量的二轴导套以及采用二轴轴端以轴承支撑方式，然而实验结果表明效果甚微，远不能达到客户要求的力值范围。

进一步分析其原因，由于16挡变速器这种一轴伸入主箱较长，同时一轴后端部分还额外支撑一个分速齿轮和前副箱同步器的结构，实际上导致一轴后端也会产生一个较大的下沉摆角，从而间接增大了二轴前端向下浮动的空间。而作者采取减小二轴前端轴套(或者是轴承)内径以减小其浮动间隙的改进方式，无法消除由一轴下沉带来的影响，故而最终改善效果不甚理想。这一实验结果也验证了在前期故障分析过程中，采取下压一轴的方式能明显改善挂挡效果的现象。

在上述实验结果基础上，作者采取了改进倒挡轮与倒挡滑套齿端倒角形式，以改变其啮合方式的改进措施。

详见图6，在这种二轴浮动结构中，倒挡轮与倒挡滑套之间的轴线夹角无可避免，采取端面大倒角形式必然导致其啮合过程中形成正向阻力。

但是，如果采取齿端圆倒角(见图7)形式，其接触阻力始终指向圆心，因而在齿轮结合方向上的分力远小于采取齿端锥倒角形式的齿轮副。基于上述分析，作者实验了齿端圆倒角的设计改进。静态挂挡力结果表明：完全可以达到许用挂挡力的范围。

3　总结

对16挡变速器倒挡难挂，作者综合考虑了影响倒挡难挂的因素：

(1)变速器的装配质量问题，如倒挡齿轮、倒挡滑套用错；

(2)变速器的零件加工问题，如倒挡齿轮、倒挡滑套的毛刺；

(3)变速器的操纵总成、上盖总成的影响；

(4)变速器本身结构的问题。

对以上因素作者采用实验与理论分析相结合的方法，逐个排除，通过不同变速器比对，最终找到了16挡倒挡难挂的原因，并给出了解决方案及理论解释。并且，该改进过程说明齿端锥倒角结构虽然普遍应用于两段式双中间轴变速器，并且效果良好，但对于3段式双中间轴变速器，其改善倒挡挂挡的效果反而降低，对于该类变速器采用齿端圆倒角更能适应倒挡挂挡要求。目前这一个成果已经应用于另一款2X4X2新型16挡变速器，并取得良好效果。

【1】程乃士.减速器和变速器设计与选用手册[M].北京：机械工业出版社，2006.

RootCauseAnalysisandImprovementforDifficultShiftingofa16SpeedTransmission

SUNLei

(ShaanxiFastAutoDriveGroupCo.,Ltd.,Xi’anShaanxi710119,China)

Intheusingprocessofa16speedtransmission,itisdifficulttoshift.Tosolvetheproblem,throughtest,therootcausewasfound,sotheseriesofshiftdifficultproblemsexistedinthesimilarproductsmightbesolved.Itprovidesknowledgeaccumulationontheexplorationofshiftgearchamferingform.

16speedtransmission;Difficultshifting;Geartoothchamfer

2016-05-11

孙磊(1978—)，男，学士，助理工程师，从事商用车整车及零部件技术工作。E-mail：ilyhoo@163.com。

U463.212

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1674-1986(2016)07-069-04