影响轻型变速箱操纵性能的因素技术系

摘 要：汽车变速箱的操纵机构作为变速箱的控制机构对于汽车正常行驶有着密切的影响。随着用户对汽车的性能要求的不断提高，汽车市场的竞争也日趋激烈。操纵性能是用户考量整车性能的一个重要因素，也是衡量一款变速箱是否优秀的重要标准。本文通过理论研究和实际分析讨论了影响操纵性能的几种因素，介绍了相关装置的原理及作用。
　　关键词：轻型变速箱；操纵；影响因素
　　变速器操纵机构是驾驶员操纵变速手柄到使汽车选换档的一套机构，是用来保证驾驶员能根据汽车使用条件随时拨动变速箱内齿轮进行换档或使之从工作档退档到空挡。对操纵机构的设计应满足其轻便性、可靠性、稳定性及平顺性，要使变速箱操纵机构可靠的工作，应满足以下要求。其一，设有自锁装置：防止变速箱自动换挡和脱档；其二，设有互锁装置：保证不会同时换入两个档位；其三，设有倒档锁：防止误换倒档发生零件损坏甚至安全事故。
　　1 同步器性能是影响汽车操纵性能的重要因素
　　1.1 同步器的作用
　　在汽车行驶过程中，档位互相转换时同步器使啮合的两个齿轮角速度相同，避免齿轮撞击引起噪声甚至是齿轮打齿，从而使选换挡平顺，也极大地缩短了操纵时间。
　　1.2 同步器的工作原理
　　（1）当换挡杆通过拨叉拨动同步器齿套，齿套离开空档位置，通过柱塞带动滑块轴向移动。（2）预同步阶段：同步环发生旋转，进入锁止位置。（3）同步阶段：由于F作用和转速差△ω的存在，两同步锥面一经接触产生摩擦力矩。F不断增大，摩擦力矩不断增大，当摩擦力矩增加到与输入端惯性矩相等时，同步环与锥环的角速度相等，摩擦力矩为0，从而实现同步。（4）同步结束：在F继续作用下，同步环在拨环力矩作用下回转一定角度，使两锁止斜面脱开，齿套穿过同步环与锥环结合齿啮合，挂档结束。
　　1.3 提高操纵性能的途径
　　提高汽车的换挡性能就是要以较小的换挡杆推力，用较少的换挡时间t完成换挡动作。同步时间t也是体现同步性能好坏的重要参数之一。同步时间为：
　　（1）尽量降低当量转动惯量Jc。同步器输入端的转动惯量增大，会引起同步时间变长。（2）尽量减小锥面半锥角。当tanα<μ时，摩擦锥面将产生自锁现象。同步环半锥角一般取6°～8°。（3）降低相邻两档速比的差值。相邻两档速比差过大会造成换档困难，一般认为≯1.7～1.8。目前主要依靠增加档位数量来控制速比差值。（4）增加同步环与锥环摩擦系数μ。选用适当的摩擦材料是提高同步器性能的重要方法：现有五档轻型箱多采用铜合金同步环，耐磨性较差可改用钢基喷钼同步环。钢基喷钼同步环具有高的耐磨性、低热衰、摩擦系数大的特点。除此之外润滑油和温度对摩擦系数也有影响。（5）增加摩擦锥面平均半径r。在有限的空间内尽量增大锥体平均半径，也可缩短同步时间。
　　2 变速箱选档摇臂空行程对操纵性能的影响
　　变速箱选档摇臂空行程过大，会造成拉索走位不准。我公司曾发现几例类似问题故障箱后，派专家进行现场拆解分析：将顶盖拆下发现，选档转臂间隙很大，造成选档摇臂空行程很大，拉索实际行程不够，造成选位问题，后对选档转臂进行更换后，重新试车，故障消除。此问题说明在设计过程中要严格控制选档转臂与换档拨块之间的间隙；间隙过大会造成选档不到位，档位不清晰；而间隙过小，会造成选档力太大，影响整车操纵手感。一般轻型箱选档摇臂上的选档力≯3kg。加工过程也要严格控制选档转臂的工艺流程，保证其刚度，不能过易磨损。
　　3 操纵系关键零件对操纵性能的影响
　　顶盖、选档轴、换挡拨头、换档轴、拨叉轴、拨叉、互锁板、齿套等。这些零件是整个操纵系统的重要组成部分。运动传递路线中配合公差尺寸链是否合适，回位弹簧力的大小等最终被反映到驾驶者的选换档力。因此这些零件的设计和加工直接影响操纵系统的性能。如果它们产生严重磨损、变形会导致主轴轴向窜动，影响整个尺寸链。对于这些关键件的设计加工要求也相对严格，也需要用户定期更换操纵系的易损件。此外还可增加和改进一些零部件：其一，顶盖上增加限位套：此结构可保证在某些零件加工不到位或尺寸超差或磨损的情况下进一步保证选档的可靠性。其二，滑动旋转衬套的应用：滑动旋转衬套内有许多钢球轴向和镜像密排。在操纵轴中加装此衬套使操纵轴与壳体之间由原来的干摩擦滑动改为带润滚动，摩擦力极小，可以大幅减小操纵力，提高操纵的平顺性，轻便性。
　　4 选换挡拉索选用、布置对操纵性能的影响
　　拉索的作用就是作为媒介将驾驶员给整车操纵机构的动作传递给变速箱，以实现换档。 用拉索式换挡操纵装置取代杆系换挡操纵装置，此种装置可以有效消除动力总成、挡杆和车身传递至手柄球上的震动噪音，能得到清晰的档位和舒适的手感。易于布置、传递效率高、成本低，是最受欢迎的结构。
　　拉索的索心轴和互管的配合间隙在0.5mm左右。并要求根据拉索使用的车型选用合适的润滑脂，布置时尽量保证与操纵摇臂垂直，尽量增大拉索的曲率半径有利于力的有效传递。软轴支架的刚度也要有力保证，不能在拉动过程中发生抖动、扭曲或变形。一般用多点定位、加大钢板厚度、增加加强筋板等方法来保证支架的稳定。
　　5 环境对操纵性能的影响
　　通过几年来对全国各地用户的走访、反馈。变速箱操纵困难问题在东北地区比较多，集中反映在天气寒冷时表现明显，天气热时，问题好转或消失。东北冬天气温极低，汽车在经过黑夜及长时间未启动的情况下，拉索内部油品粘度下降以及冰雪冻住现象，造成拉索动作困难。调研选用适合极寒天气下使用的拉索。建议司机打着火最好对车预热2分钟。
　　6 结束语
　　本文主要讨论对汽车轻型变速箱操纵性能影响的几种因素，在现有的知识范围内对变速箱的操纵性能提升提出一些设计建议。当然汽车操纵系的设计是一个复杂的过程。必须采用合理的方法设计、计算，并进行试验。在设计中的一个小的失误都可能造成不可估量的损失。在设计时还应注意产品的系列化、通用化、标准化。由于汽车结构较复杂，机械及电器元件较多，本文所列举的并不全面，提升变速箱的操纵性能还有很多技巧和方法。期待同大家共同探讨、学习。
　　参考文献：
　　刘惟信.汽车设计.北京：清华大学出版社，2001.
　　徐达伟，李靖.变速器用同步器同步时间计算研究.北京：北京汽车，2011（02）：22-24.