关于纽荷兰公司8+2变速箱脱档原因分析和解决

2019-06-16叶仁朝

商品与质量 2019年45期

叶仁朝

凯斯纽荷兰（中国）管理有限公司上海 200131

原变速箱在防止脱档的结构上采用固定齿套外花键单侧中部齿向上长4mm、齿厚比两端齿厚大0.4-0.8、齿形上0.2-0.4宽形成的凸台阶（如下图1）来防止滑动齿套挂挡后

图1

回走从而防止脱档，滑动齿套和接合齿又都是直齿。这种结构形式，由于防止脱档效果差，很少被使用，在拖拉机工作“抖动“过程中容易出现跳档。现在一般都是滑动齿套上带倒锥和接合齿上带倒锥，通过滑动齿套和接合齿在受力时产生反方向的锁止力来防止脱档[1]。

1 我从原设计的各档在挂挡后滑动齿套与接合齿的有效接合长度的尺寸链计算：

1.1 一档：一档接合齿前端面在箱体中的位置（以箱体后端面为基础，以下同）：

210 -0.2（轴承）-3.280 -0.21（止动槽）+40 -0.05（垫圈）+28.60 -0.1（一档从动齿）-4±0.06（一档从动齿）=46.32+0.27-0.41（4±0.06原图自由公差，按照IT12计算）接合齿倒尖角影响量1.975±0.085.

空档时1/R档滑动齿套右端位置：35±0.1（箱体）+67.25±0.1（拨叉轴）-40.9±0.1（拨叉）-（8-0.15-0.25÷2）（拨叉）-（190 -0.4÷2（滑动齿套）=47.85+0.625-0.225

挂档时，拨叉的移动量为9.2±0.1，由于滑动齿套的拨叉槽与拨叉之间有间：（8.2+0.10-8-0.15-0.25）÷2=0.1+0.15-0.075，所以滑动齿套的移动量是9.2±0.1-0.1+0.15-0.075=9.1+0.175-0.25

当滑动齿套的进入一档时，滑动齿套右端面的位置：47.85+0.625-0.225-9.1+0.175-0.25=38.75+0.875-0.40

去除内花键向里缩进2.4±0.05（原图自由公差，按IT12计算），去除内花键端头倒尖角影响量1.975±0.085.

有效接合长度：（46.32+0.27-0.41-1.975±0.085）-（38.75+0.875-0.40+2.4±0.05+1.975±0.085）=1.22+0.89-1.505（-0.285-2.11）。平均接合长度：0.91

12.二档

二档接合齿前端面在箱体中的位置：183.5+0.10（二轴）-3.280-0.21（轴承止动槽）-20 -0.1（垫片）-20 -0.13（卡环）-8.2+0.10（二轴）-43+0.10（二轴）-68+0.10（二轴）+（130 -0.1÷2）（齿毂）+260 -0.1（倒从齿轮）+2.50 -0.05（垫片）+26.30 -0.1（二从动齿轮）-4±0.06（二从齿轮）=114.32+0.60 -0.66

接合齿倒尖角影响量1.975±0.085.

空档时2/3档滑动齿套右端位置：35±0.1（箱体）+43.25±0.1（拨叉轴）+43.3±0.1（拨叉）+（8-0.15-0.25÷2）（拨叉）-（190 -0.4÷2）（滑动齿套）=116.05±0.425

挂档时滑动齿套的移动量：9.1+0.175-0.25

当滑动齿套进入二档时，滑动齿套右端面的位置：116.05±0.425-9.1+0.175-0.25=106.95+0.675-0.6

去除内花键向里缩进2.4±0.05（原图自由公差，按IT12计算），去除内花键端头倒尖角影响量1.975±0.085.有效接合长度：（114.32+0.60 -0.66-1.975±0.085）-（106.95+0.675-0.6+2.4±0.05+1.975±0.085）=1.02+1.42-1.555（-0.535-2.44）。平均接合长度：0.95

1.3 三档

三档接合齿前端面在箱体中的位置：183.5+0.10（二轴）-3.280-0.21（轴承止动槽）-20 -0.1（垫片）-20 -0.13（卡环）-8.2+0.10（二轴）-（130 -0.1÷2）（齿毂）-29.90 -0.1（三从齿轮）+4±0.06（二从齿轮）=135.62+0.75-0.56，接合齿倒尖角影响量1.975±0.085.

空档时2/3档滑动齿套右端位置：35±0.1（箱体）+43.25±0.1（拨叉轴）+43.3±0.1（拨叉）+（8-0.15-0.25÷2）（拨叉）+（190.0 -0.4÷2）（滑动齿套）=135.05+0.225-0.625，挂档时滑动齿套的移动量：9.1+0.175-0.25，当滑动齿套进入三档时，滑动齿套左端面的位置：135.05+0.225-0.625+9.1+0.175-0.25=144.15+0.40 -0.875

去除内花键向里缩进2.4±0.05（原图自由公差，按IT12计算），去除内花键端头倒尖角影响量1.975±0.085.，有效接合长度：（144.15+0.40 -0.875-2.4±0.05-1.975±0.085）-（135.62+0.75-0.16+1.975±0.085）=2.18+0.78-1.845（0.335-2.96）。实际上接合齿有效齿长度：4.5±0.06-1.975±0.085=2.525±0.145，即0.335-2.67，有效平均接合长度：（0.335+2.96）÷2=1.65

1.4 四档（一轴）

由于一轴在轴向上没有定位，暂按照一二轴之间间隙0.5计算

183.5 +0.10（二轴）-3.280 -0.21（轴承止动槽）-20 -0.1（垫片）-20 -0.13（卡环）+20 -0.1（垫片））+0.5（间隙）=178.72+0.54-0.61，接合齿倒尖角影响量1.975±0.085.

空档时4档滑动齿套左端位置：35±0.1（箱体）+67.25±0.1（拨叉轴）+62.3±0.1（拨叉）+（8-0.15-0.25÷2）（拨叉）+（190-0.4÷2）（滑动齿套）=178.05+0.375-0.625

挂档时滑动齿套的移动量：9.1+0.175-0.25，当滑动齿套进入四档时，滑动齿套左端面的位置：178.05+0.375-0.625+9.1+0.175-0.25=187.15+0.55-0.875，去除内花键向里缩进2.4±0.05（原图自由公差，按IT12计算），去除内花键端头倒尖角影响量1.975±0.085.

有效接合长度：（178.05+0.375-0.625-2.4±0.05-1.975±0.085）-（178.72+0.54-0.1+1.975±0.085）=2.08+0.87-1.635（0.44-2.97）。但一轴接合齿有效齿宽度只有：3.8±0.05-1.975±0.085=1.825±0.135

所以有效接合长度：0.44-1.96，有效平均接合长度：（0.44+2.97）÷2=1.7

1.5 倒档

倒档接合齿前端面在箱体中的位置：183.5+0.10（二轴）-3.280 -0.21（轴承止动槽）-20 -0.1（垫片）-20 -0.13（卡环）-8.2+0.10（二轴）-43+0.10（二轴）-（130 -0.1÷2）（齿毂）-26.30 -0.1（二从齿轮）-2.50 -0.1（垫片）-260 -0.1（倒从齿轮）+4±0.06（倒从齿轮）=67.72+0.9-0.26，接合齿倒尖角影响量1.975±0.085.

空档时1/R档滑动齿套左端位置：35±0.1（箱体）+67.25±0.1（拨叉轴）-40.9±0.1（拨叉）-（8-0.15-0.25÷2）（拨叉）+（190 -0.4÷2）（滑动齿套）=66.85±0.425

挂档时滑动齿套的移动量：9.1+0.175-0.25

当滑动齿套进入倒档时，滑动齿套左端面的位置：66.85±0.425+9.1+0.175-0.25=75.95+0.60 -0.675

去除内花键向里缩进2.4±0.05（原图自由公差，按IT12计算），去除内花键端头倒尖角影响量1.975±0.085.

有效接合长度：（75.95+0.60 -0.675-2.4±0.05-1.975±0.085）-（67.72+0.9-0.26+1.975±0.085）=1.88+1.08-1.795（0.085-2.96）。实际上接合齿有效齿宽：4.5±0.06-1.975±0.085=2.525±0.145

所以有效接合长度：0.085-2.67，有效平均接合长度：（0.085+2.96）÷2=1.52

接合长度汇总结果发现：

序号档位有效接合长度有效平均接合长度1 一档 -0.285-2.11 0.91 2 二档 -0.535-2.44 0.95 3 三档 0.335-2.67 1.65 4 四档 0.44-1.96 1.70 5 倒档 0.085-2.67 1.52

一般来说，拖拉机工作状态抖动大，变速箱的齿套与接合齿的接合长度经验数据应大于2.2，否则容易跳档。上述计算表明这种变速箱有效接合长度均偏短，特别是一档、二档极限时无法挂上档。市场上此类变速箱频繁出现跳档现象也说明了这一点[2]。

有以上的两点发现，我认为脱档问题是设计缺陷产生的质量问题，并不是变速箱零部件制造或拖拉机驾驶员操作不当问题，这需要在设计上改善。于是向技术部门建议滑动齿套和接合齿直齿改为倒锥，滑动齿套角度一侧为2°50‘±30’，接合齿角度一侧为3°20‘±30’，建议在各档接合齿向滑动齿套方向增加长度到2.2mm，换档拨叉行程等部件也在相应方向上加长。经技术部门讨论被采纳，并通过小批量台架试验和田间试验，再也没有发现脱档问题，后来技术部彻底变更了相关设计的图纸，正式批量生产，对市场的原变速箱进行返工[3]。