巢鑫

摘要：本文通過對手動變速器換擋過程的詳細(xì)分析，分析得出了手動變速器換擋吸入感發(fā)生的最佳時機(jī)、以及換擋吸入感的來源。并通過理論分析，提出了通過改變換擋撥頭的“M”槽角度的方法來提高手動變速器換擋吸入感。

關(guān)鍵詞：換擋質(zhì)量；同步器；M槽

1 緒言

隨著國民生活素質(zhì)的提高，轎車在各個家庭越來越普及，顧客對整車選換擋性能的要求已經(jīng)不僅限于操作的簡單和省力，而更加追求駕駛過程中操縱的精準(zhǔn)和過程的享受。因此，本文提出了汽車換擋質(zhì)量的概念。

所謂換擋質(zhì)量是指在保證手動變速器傳動系統(tǒng)壽命的前提下，能夠快速而又精準(zhǔn)且平穩(wěn)舒適換擋的過程，其評價指標(biāo)可分為舒適性、精確性、耐久性。舒適性主要是從駕駛者的主觀感覺來考慮，要求換擋過程輕便平順，不能使駕駛者產(chǎn)生疲勞的感覺。例如：換擋沖擊、換擋噪聲、換擋卡滯等。

2 手動變速器換擋過程

手動變速器的選換擋機(jī)構(gòu)的零部件主要包括：撥叉軸、撥塊、撥叉、互鎖機(jī)構(gòu)、自鎖機(jī)構(gòu)、操縱蓋總成等。

該變速器換檔的主要過程是：通過換擋軸的軸向移動壓縮彈簧，使換擋頭移動到不同檔位的撥塊叉口，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)擋位的選擇；換擋的主要過程是：當(dāng)目標(biāo)擋位選擇到位時，通過選擋軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，帶動換擋撥頭轉(zhuǎn)動，克服換擋阻力，使換擋軸撥動撥塊，由于撥塊、撥叉軸和撥叉之間為剛性連接，使撥叉帶動同步器齒套沿軸向移動，直到同步器工作，實(shí)現(xiàn)換擋目地。

3 換擋吸入感的發(fā)生時機(jī)

從以上換擋過程的分析可知，換擋是一系列零部件的順序動作，換擋“吸入感”并不是貫穿整個換擋過程。下面對某一單錐滑塊式同步器的換擋過程進(jìn)行分解，確定換擋“吸入感”發(fā)生的最佳時機(jī)。

整個換擋過程可以分為以下幾個階段：

3.1 預(yù)同步階段

這個階段從同步器開始動作到摩擦副面開始接觸為止。開始時齒套與滑塊一起運(yùn)動，當(dāng)位移達(dá)到滑塊端隙時，滑塊與同步環(huán)開始接觸。同時，換擋定位套筒從最低點(diǎn)開始沿?fù)Q擋頭“M”槽向上爬行。

3.2 同步階段

在這個階段，由于摩擦錐面存在相對運(yùn)動，從而產(chǎn)生同步力矩Ms。另一方面。鎖止面上的作用力對同步環(huán)形成撥環(huán)力矩Mt。在同步力矩Ms的作用下，經(jīng)過同步時間，被嚙合齒輪與同步環(huán)達(dá)到同步，同步過程結(jié)束。同時，選換擋定位套筒繼續(xù)沿?fù)Q擋頭“M”槽向上爬行，并越過“M”槽最高點(diǎn)。

3.3 同步中斷階段

當(dāng)被同步齒輪與同步環(huán)到達(dá)同步，不存在轉(zhuǎn)速差，由于齒套和同步鎖環(huán)之間仍有接觸，撥環(huán)力矩Mt使同步環(huán)連同被同步齒輪一起相對于齒套運(yùn)動，由此造成齒套與被同步齒輪之間產(chǎn)生新的不同步轉(zhuǎn)動。當(dāng)齒套和同步環(huán)相對轉(zhuǎn)過一個角度后，齒套和同步環(huán)的鎖止分離，進(jìn)入自由滑移階段。與此同時，選換擋定位套筒沿?fù)Q擋頭“M”槽開始下滑。

3.4 自由滑移階段

齒套和同步環(huán)鎖止分離，與接合齒接合之前，齒套通過該階段無任何阻礙，故稱自由滑移階段。同時，選換擋定位套筒沿?fù)Q擋頭“M”槽迅速下滑，在定位套筒彈簧力的作用下，使操作手柄上有明顯的自動吸入的感覺，即換擋的“吸入感”。此階段即是發(fā)生換擋“吸入感”的最佳時機(jī)。

3.5 完全結(jié)合階段

齒套與接合齒完全接合，檔位鎖止產(chǎn)生。此時即真正完成了換擋。

4 分析計(jì)算過程

根據(jù)以上分析可得，選換擋定位套筒和換擋頭對換擋吸入感的產(chǎn)生起著重要的作用。需要對兩者進(jìn)行詳細(xì)分析。

4.1 選換擋定位套筒的主要功能

1）空擋時，選換擋定位套筒處于換擋槽“M”槽的底部，起到精確定位的作用；

2）換擋時，起到增強(qiáng)換擋手感的作用。

4.2 換擋撥頭的作用

換擋撥頭與選換擋定位套筒相互作用的部分在“M”槽，形狀如下圖所示。在換擋過程中，可以看作是選換擋定位套筒的鋼球沿著“M”槽爬行，并且爬行可以分為兩個階段：

1）從“M”槽底部沿斜面向上爬行；

2）沿“M”槽斜面下滑。

結(jié)合換擋過程的幾個階段可以發(fā)現(xiàn)：

1）如果當(dāng)齒套進(jìn)入自由滑移階段，選換擋定位套筒的鋼球處于沿“M”槽斜面下滑時，換擋吸入感將會有明顯提升。

2）如果換擋撥頭夾角變小，換擋吸入感將會明顯增加。故將換擋撥頭“M”槽夾角改變前后的狀態(tài)進(jìn)行分析計(jì)算。

4.3 分析過程

換擋吸入感的感覺產(chǎn)生于進(jìn)檔速度的快慢，當(dāng)人手施加的力一樣時，鋼球移動的快慢決定吸入感的良好程度。故需要將換擋撥頭在換擋過程中鋼球行進(jìn)速度的變化計(jì)算出來，對換擋吸入感進(jìn)行量化比較。通過對選換擋定位套筒彈簧進(jìn)行位移分析，即可得到選換擋定位套筒鋼球的位移情況，也就得到了換擋撥頭轉(zhuǎn)動速度。

4.4 計(jì)算過程

本文以第二階段即沿“M”槽斜面下滑階段為例，進(jìn)行計(jì)算說明。如下圖所示所示，隨著鋼球的位移，彈簧也將隨之發(fā)生變形。所以，只要知道了彈簧變形的快慢，就可以知道吸入感產(chǎn)生的強(qiáng)烈程度。

4.5 計(jì)算結(jié)果

通過上表中的關(guān)系式，將彈簧變化量x的計(jì)算式編入EXCEL表中計(jì)算，可以得出整個換擋過程中，換擋頭旋轉(zhuǎn)角度和彈簧變化量x的曲線，將兩種狀態(tài)的換擋頭的“M”槽曲線進(jìn)行比較。

對于換擋頭不同的“M”槽夾角，可以得出不同的彈簧變化量曲線，尤其在下滑階段，狀態(tài)2的彈簧變化量比狀態(tài)1的變化量大。換擋“吸入感”是以換擋的某一過程中換擋力的變化對應(yīng)行程變化的比值，即直線的斜率來評價。斜率越大，說明換擋力的變化劇烈，換擋吸入感就會越明顯。下圖中轉(zhuǎn)過同樣的角度，狀態(tài)1的X變化量為2mm，狀態(tài)2的變化量為3.5mm，根據(jù)F=kx，可算出狀態(tài)2的力變化量更大，吸入感更強(qiáng)。

5 結(jié)論

在換擋過程中，通過對彈簧變形量的計(jì)算，將原來由乘員主觀感覺進(jìn)行判斷的換擋吸入感進(jìn)行量化，提出了改變換擋撥頭“M”槽的形狀以提高手動機(jī)械式換擋吸入感的方法。結(jié)果表明：換擋頭“M”槽的夾角由狀態(tài)1更改為狀態(tài)2后，大大增加了手柄球的換擋“吸入感”。即此方法得到了驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳家瑞 汽車構(gòu)造（第五版 下冊）

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