王志強(qiáng)，焦紅蓮，王濤，于堯

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

某手動(dòng)變速器選換擋力優(yōu)化分析

王志強(qiáng)，焦紅蓮，王濤，于堯

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

選換擋性能是汽車駕駛性能的重要組成部分，選換擋力是選換擋性能的重要指標(biāo)。針對(duì)某乘用車變速器選擋力不對(duì)稱，換擋力大的問題進(jìn)行優(yōu)化分析。通過調(diào)整回位彈簧剛度解決選擋力不對(duì)稱的問題。對(duì)影響換擋力的因素進(jìn)行深入分析，通過改變定位銷內(nèi)彈簧的剛度、同步器彈簧的剛度、同步器滑塊斜面角度、各個(gè)摩擦面間的摩擦系數(shù)及改變與鋼球配合的凹槽的曲率半徑可實(shí)現(xiàn)換擋力優(yōu)化。

變速器；選換擋性能；定位銷；彈簧剛度；換擋力

Abstract:Selecting shift performance is an important part of vehicle driving performance, Selecting shift force is an important index to select shift performance.According to the asymmetry of shifting force and shifting force in a passenger car transmission, the optimization analysis is carried out.By adjusting the spring stiffness of the return spring, the problem of asymmetry of the retaining force is solved.The factors that influence shift force are deeply analyzed, By changing the stiffness of the spring in the positioning pin、stiffness of synchronizer spring、synchronizer slider bevel angel、the coefficient of friction between each friction surface and the radius of curvature of the groove that matches the steel ball shift force optimization can be realized.

Keywords: Transmission; shift performance; dowel pin; spring stiffness; shifting force

CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-182-03

引言

手動(dòng)變速器有價(jià)格合理、燃料消耗低、傳動(dòng)效率高、功率大、油耗小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等明顯優(yōu)點(diǎn)，在21世紀(jì)乃至以后仍然具有廣闊的市場(chǎng)空間。汽車的手動(dòng)變速器選換擋性能不好，會(huì)降低駕駛員的駕駛樂趣，并且會(huì)使駕駛員感到疲勞。在不恰當(dāng)?shù)臅r(shí)候換擋，也會(huì)使汽車的油耗量增加。所以，提高手動(dòng)變速箱換擋性能至關(guān)重要。

在裝有手動(dòng)變速箱的車在城市區(qū)域行駛時(shí)，會(huì)不停地進(jìn)行選擋及換擋動(dòng)作，選擋力的左右對(duì)稱性是駕駛者對(duì)汽車的最直觀感受；換擋力的大小也是非常重要的指標(biāo)，換擋力過大會(huì)增加駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，還會(huì)使換擋操縱機(jī)構(gòu)的各個(gè)零部件之間相互撞擊，加速磨損。同時(shí)，對(duì)于一些力氣較小的女駕駛員，過大的換擋力會(huì)導(dǎo)致駕駛過程中不能及時(shí)掛上擋位，這種情況對(duì)于整車駕駛是非常危險(xiǎn)的。反之換擋力過小，駕駛員將無(wú)法感知換擋動(dòng)作是否完成，駕駛樂趣會(huì)減少很多。本文針對(duì)某手動(dòng)變速器選擋力不對(duì)稱，換擋力偏大的問題進(jìn)行具體的優(yōu)化分析，為選換擋力優(yōu)化提供方向。

1 選擋力優(yōu)化分析

針對(duì)某變速器彈簧回位結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，選擋力的大小和回位彈簧的剛度以及選擋行程的大小有關(guān)。左右兩根回位彈簧且彈簧剛度分別為k1和k2，則：

由式（1-1）可知，若想改變變速器的選擋力，可以從兩方面考慮：

（1）改變回位彈簧的剛度，由公式可看出，當(dāng) Sy不變時(shí)，k1和k2都增大，則選擋力增大；反之，選擋力減小。

（2）改變變速器的選擋行程，則：當(dāng)k1和k2不變時(shí)，Sy增大，則選擋力增大；反之，選擋力減小。

由以上可知：可以通過改變回位彈簧的剛度以及選擋行程來(lái)控制變速器的選擋力，使其大小在15N±5N的范圍內(nèi)。

本文在其他結(jié)構(gòu)不變的條件下，主要調(diào)整回位彈簧剛度，來(lái)控制選擋力，1/2擋及5/R回位彈簧的主要參數(shù)及安裝參數(shù)由表1可知：

表1 回位彈簧的主要參數(shù)及安裝參數(shù)

選換擋桿重力為實(shí)測(cè)值：10N

圖1 優(yōu)化前選擋力示意圖

由圖1可知：

則：1/2擋選擋力F=18.45N

5/R擋選擋力F=29.27N

1/2擋彈簧剛度由0.5修改至0.7之后：

圖2 優(yōu)化后選擋力示意圖

由圖2計(jì)算可知：

1/2擋選擋力F=29.83N

5/R擋選擋力F=20.89N

由圖1、2及以上計(jì)算過程可見，1/2擋彈簧剛度由0.5修改至 0.7之后，兩邊選擋力趨于一致，可解決選擋力相差過大的問題，改進(jìn)效果明顯。

在稍調(diào)杠桿比后，通過GSA系統(tǒng)測(cè)出部分擋位的在調(diào)整前后的選擋力的大小的數(shù)據(jù)，如圖3所示：

圖3 靜態(tài)選擋力測(cè)試結(jié)果對(duì)比

由圖3靜態(tài)選擋力測(cè)試結(jié)果對(duì)比可知：

（1）1/2和5/R的選擋力都有所減小，符合設(shè)計(jì)要求。

（2）減小選擋力的同時(shí)沒有影響到彈簧的自動(dòng)回位特性。

2 換擋力優(yōu)化分析

若想知道換擋力的具體數(shù)值大小，首先應(yīng)對(duì)變速器內(nèi)部撥叉軸進(jìn)行受力分析，如下：

撥叉軸受力分析（將撥叉軸視為質(zhì)點(diǎn)，未計(jì)入重力）如圖4所示。圖中，V 為撥叉軸的移動(dòng)方向；F為外部連桿機(jī)構(gòu)的作用力（選換擋產(chǎn)生的摩擦力所占比例較小，在此未計(jì)入）；P為定位銷的定位力；fp為撥叉軸和定位銷間的摩擦力；N1為殼體對(duì)撥叉軸的支持力；fN1為撥叉軸和殼體間的摩擦力；N2為軸承箱對(duì)撥叉軸的支持力；fN2為撥叉軸和軸承箱間的摩擦力；T為同步器產(chǎn)生的阻力。T、fp、fN1、fN2是靜態(tài)換擋階段換擋力的重要組成部分，其關(guān)系式如下：

式中，up、u為摩擦系數(shù)。

圖4 撥叉軸受力分析圖

同步器滑塊受力如圖5所示。圖中T cosα為同步器產(chǎn)生的阻力T的分量，α為同步器滑塊斜面角度；f為同步器齒套和同步器滑塊相對(duì)移動(dòng)時(shí)的摩擦力（垂直方向分量所占比例較小，在此忽略）；Fk為同步器彈簧的彈力。且有：

圖5 同步器滑塊示意圖

由上述可知：在一擋至五擋的換擋過程中有：

由式（2-7）可知，換擋力的大小，主要跟定位銷的定位力P，同步器彈簧的彈力Fk、同步器滑塊斜面角度α以及各個(gè)摩擦面間的摩擦系數(shù)有關(guān)。如果想改變換擋力的大小，可以通過改變定位銷的定位力P、同步器彈簧的彈力Fk、同步器滑塊斜面角度α以及各個(gè)摩擦面間的摩擦力。若想減小換擋力，可以減少定位銷定位力P、同步器彈簧的彈力Fk和各個(gè)摩擦面間的摩擦系數(shù)，或者通過增加同步器滑塊斜面角度α；若想增加換擋力，則完全相反。

其中，定位銷的定位力的大小主要跟定位銷內(nèi)彈簧的剛度成正比，同步器彈簧的彈力和同步器彈簧的剛度有關(guān)。而各個(gè)摩擦面間的摩擦系數(shù)則取決于各個(gè)摩擦面的材料，同步器滑塊斜面角度在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)確定，但在長(zhǎng)時(shí)間的使用下，會(huì)有一定的磨損，對(duì)換擋力有一定的影響。因此，我們可以通過改變以下變量來(lái)改變各個(gè)擋位的換擋力：

（1）改變定位銷內(nèi)彈簧的剛度

（2）同步器彈簧的剛度

（3）同步器滑塊斜面角度

（4）各個(gè)摩擦面間的摩擦系數(shù)

（5）改變與鋼球配合的凹槽的曲率半徑

在倒擋時(shí)，在上面換擋力不變的狀態(tài)下，還需要克服倒擋惰輪產(chǎn)生的一些分力，所以若改變倒擋換擋力，可以改變上面的各個(gè)變量，同時(shí)，也可以改變倒擋惰輪產(chǎn)生的分力，使用質(zhì)量較小，但強(qiáng)度和剛度等能滿足要求的其他材料的惰輪。

3 結(jié)論

通過上述分析，優(yōu)化變速器選擋力對(duì)稱性可以通過調(diào)整回位彈簧剛度實(shí)現(xiàn)；調(diào)整變速器換擋力可以通過改變定位銷內(nèi)彈簧的剛度、同步器彈簧的剛度、同步器滑塊斜面角度、各個(gè)摩擦面間的摩擦系數(shù)及改變與鋼球配合的凹槽的曲率半徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。

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The performance improvement of one passenger car transmission

Wang Zhiqiang, Jiao Honglian, Wang Tao, Yu Yao
( Technology Center, Anhui Jianghuai Automobile group Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

U467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)18-182-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.063

王志強(qiáng)，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。