变速器选换档角度的测量与分析

任春雷，费逢宇

（陕西法士特齿轮有限责任公司设计研究所，陕西 西安 710119）

前言

随着重型汽车行业的不断发展，市场竞争日趋激烈，客户在关注变速器质量同时，对变速器操纵性能要求也越来越高。原有技术文件中给出的选换档角度及换档行程已无法满足主机厂对整车操纵性能的校核，针对客户提出重新标定变速器选换档角度的要求，我们对某双中间轴16档变速器选换档角度进行了测量及分析。

1 变速器操纵机构的分析

常规变速器双杆操纵机构结构如图1所示。选档时，转动选档接头①，带动通过平键与其连接的选档拨头②转动，拨动拨头③在横向换档杆④轴向前后移动，从而达到选档目的。换挡时，转动外换档臂⑦，带动换档接头⑥，花键套⑤随之转动，从而促使横向换档杆④带动拨头③左右转动，从而达到换档目的。在单杆操纵结构中，仅由外换档臂推拉及转动带动拨头前后移动，左右转动，达到选换档目的。

图1 变速器双杆操纵机构结构简图

在实际操作过程中，驾驶员确定选档是否到位的依据来自于：选1、2档时，靠拨头与倒档柱塞之间的刚性接触来传递手感，选7、8档时，则是靠拨头与7、8档导块之间的刚性接触来传递手感；而对于3、4档及5、6档的两个空档位置则是靠定位柱塞与定位环之间的刚性接触来传递手感，如图2所示。

图2 双杆操纵机构手感位示意图

2 选换档角度的测量

对变速器选换档角度的测量我们使用三坐标仪，具体如下：

在中间位置，以不加力轻用扳手转动选档接头测量选档摇臂2个位置时被测表面的夹角，此夹角即为3/4档位置的空行程，同时以空行程的对称面作为选档中心面——后续各选档角度的测量基准，如图3所示。在同一表面同一位置2次打点取面测量夹角约在0.1-0.2之间，即为测量误差。其他各档选档角度均是选档到位同时挂进档后，测量无外力作用下被测表面相对中心面的角度，测量值即为最小选档角度；然后向选档相同方向转动选档接头到不能转动为止，测量此时相对中心面的角度即为最大选档角度。空行程则是在挂进档的起始位置，以不加力轻用扳手转动选档接头测量该位置被测面相对最小选档角度的差值。

图3 选档空行程及基准面的确定

如图4所示，换档摇臂在中间位置（没挂档）时，用三坐标仪测量出如图示基准线，以不加力轻推摇臂测量摇臂 2个位置时基准线的夹角，从而确定出3/4档位置时的空行程。用同样的方法测量出前推挂上档和后推挂上档时的空行程。摇臂处于中间自然状态时（不考虑空行程）及挂进档后，2个位置基准线的夹角为换档角度。然后，用手向挂档方向摆动挂上档后的换档摇臂到不能转动为止，记录此时2个基准线间的角度为最大换档角度。

图4 换档角度测量示意图

3 测量结果分析

根据上述方法，我们对某16档双中间轴变速器选换档角度进行了测量，实验数据处理后如下所示：

3.1 选档角度测量结果分析

从表1可以看出，测量数据同计算结果之间有一定偏差。我们分析是由于以下因素造成：

结构方面，此类操纵机构的这种导块设计为了保证进档顺畅，在每个导块之间留有较大间隙，如图5中S1—S4所示。实际选档操作中，总是以选到各档手感位置来判断选档是否到位，但在进档之后，选档拨头的横向限位由相邻导块之间的2个侧面定位。由于上述S1—S4的存在，从而导致变速器进档之后，横向换档杆依然可以在横向方向上移动一段距离。

表1 某16档变速器选档角度

以1、2档为例，设计计算1、2档选档角度时，是按照选档拨头向右碰到倒档柱塞为最大限位，以此计算选档的最大最小值。但实际操控中，由于S3的存在，1、2档进档后选档拨头向左方向上的定位实际上靠3、4档导块侧面限位，因此1、2档的实际测量最小值比计算值要小很多。

图5 换档导块位置示意图

制造和设计方面：由于选档轴与窗口盖之间的配合间隙以及选档拨头和换档拨头插槽之间的配合间隙，导致选档过程中，存在一定的空行程，如图6所示。但在设计保证前提下该空行程最大不超过0.5°。

图6 选档轴、窗口盖及换档拨头间设计间隙

此外零件加工过程中的尺寸误差直接影响到角度偏差，实际分解检测中也的确发现部分零件存在尺寸超差。

3.2 换档角度测量结果分析

从表2可以看出挂1、2档和7、8档的测量结果与设计计算结果较为接近。这是因为挂进1、2档和7、8档后选档的最大角度测量方法和设计计算中选1、2档和7、8档定位依据相同，因此两者结果较为一致。而理论计算5、6档的选档角度时，计算依据是按照操纵装置中的定位柱塞相对于定位环位置进行。实际测量5、6档的选档角度则是分别让拨头左右靠至1、2档导和7、8档导块的侧面进行测量，因此测量结果要明显大于计算结果。

表2 某16档变速器换档角度

倒档角度的偏差，按照前述理论，理应测量最大值与计算最大值较为接近方才合理，但实际相反，我们分析可能的原因为倒档拨叉在倒档滑套上偏转角度过大导致。

换档空行程则来源于横向换档杆、花键套、换档接头的花键配合间隙以及换档拨头与导块插槽之间的配合间隙的累加，即K1+K2+K3。如图7所示。

图7 操纵机构换档空行程示意图

相较于选档，换档行程在测量和计算依据上一致，因此两者数据一致性较高。

4 结论

根据以上测量与分析，变速器选换档角度范围标定上，存在一定偏差。

分析影响选换档角度标定值的因素如下：

①结构方面，在零件配合方面有一定间隙。

②设计方面，相配合零件存在一定的装配间隙。

③制造方面，在零件加工的过程中存在一定尺寸误差。

通过本次对某双中间轴 16档变速器选换档角度的测量与分析，对重新标定变速箱的选换档角度提供了理论依据和测量方法。