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        某自動(dòng)擋車(chē)型換擋性能優(yōu)化

        2021-09-23 09:47:20王志強(qiáng)
        汽車(chē)實(shí)用技術(shù) 2021年17期
        關(guān)鍵詞:拉絲搖臂公差

        王志強(qiáng),趙 建,于 闊

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

        引言

        隨著轎車(chē)保有量的逐年增加,人們?cè)絹?lái)越注重轎車(chē)“人性化設(shè)計(jì)”的感受,用戶(hù)對(duì)選換擋品質(zhì)的要求也越來(lái)越高。在城市工況下,由于換擋[1]頻繁造成駕駛員的疲勞直接影響到行駛安全,因而駕駛員對(duì)于選換擋性能的舒適性十分敏感,此項(xiàng)性能直接影響到駕駛員對(duì)某款車(chē)型的評(píng)價(jià)。本文所描述的某款CVT自動(dòng)變速器轎車(chē)在實(shí)際使用過(guò)程中,存在選換擋性能差問(wèn)題,主要表現(xiàn)為:D擋掛N擋換擋卡滯。通過(guò)改進(jìn)換擋路徑匹配結(jié)構(gòu)等相關(guān)措施,最終改善了整車(chē)換擋操縱性能。

        圖1 變速器端部件配合結(jié)構(gòu)

        圖2 變速操縱機(jī)構(gòu)端配合結(jié)構(gòu)

        1 原因分析

        利用質(zhì)量管理工具中的故障樹(shù)分析法(FTA),對(duì)可能導(dǎo)致整車(chē)選換擋性能差的原因進(jìn)行了多層次的詳細(xì)分析,其故障樹(shù)分析如圖3所示。

        圖3 故障樹(shù)分析圖[2]

        從圖中可以看出,導(dǎo)致整車(chē)換擋性能[3]差的因素有:(1)變速操縱機(jī)構(gòu)[4]性能差;(2)換擋拉絲性能差;(3)換擋搖臂設(shè)計(jì)不合理;(4)可調(diào)拉桿設(shè)計(jì)不合理;(5)換擋系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)不合理。

        通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn):

        (1)變速操縱機(jī)構(gòu)借用同平臺(tái)車(chē)型,其內(nèi)部杠桿比、剛度及齒形塊設(shè)計(jì)與原車(chē)型一致,原車(chē)型未反饋此問(wèn)題,故認(rèn)定變速操縱機(jī)構(gòu)性能不存在問(wèn)題。

        (2)換擋拉絲內(nèi)部接頭及芯軸護(hù)管結(jié)構(gòu)與同平臺(tái)車(chē)型相同,換擋拉絲不存在相關(guān)問(wèn)題。

        (3)實(shí)車(chē)測(cè)量換擋搖臂及搖臂襯套單件尺寸,可滿(mǎn)足我司要求,換擋搖臂兩臂長(zhǎng)度尺寸為1:1關(guān)系,傳遞相同的轉(zhuǎn)矩,故認(rèn)定換擋搖臂及搖臂襯套不存在相應(yīng)問(wèn)題。

        (4)經(jīng)過(guò)確認(rèn)可調(diào)拉桿狀態(tài),可調(diào)拉桿活動(dòng)端轉(zhuǎn)動(dòng)順暢,可調(diào)拉桿中間段可調(diào)行程為± 6mm,實(shí)物與設(shè)計(jì)值符合。故可認(rèn)定可調(diào)拉桿單件不存在相應(yīng)問(wèn)題。

        (5)通過(guò)數(shù)據(jù)分析及實(shí)車(chē)測(cè)量,各擋位換擋拉絲與換擋搖臂之間的夾角如表1??梢钥闯?,處于D擋時(shí),換擋拉絲與換擋搖臂之間夾角最大,達(dá)到123.8°,偏離90°數(shù)值為33.8°(夾角為90°時(shí)受力效果最好,力矩垂直)。此現(xiàn)象與實(shí)車(chē)D擋換擋卡滯現(xiàn)象吻合,故可認(rèn)定此為要因之一。

        表1 換擋拉絲與換擋搖臂各擋位夾角

        (6)換擋系統(tǒng)間隙匹配如下:

        1)變速操縱機(jī)構(gòu)端換擋拉絲安裝公差±0.5 mm。

        2)換擋拉絲尺寸公差±1.5 mm。

        3)變速器端換擋拉絲安裝公差±1 mm。

        4)拉絲端部球窩中心尺寸公差為±0.1 mm。

        5)換擋搖臂內(nèi)孔公差尺寸(+0.02,+0.04)mm。

        6)換擋搖臂球銷(xiāo)外徑公差尺寸(?0.07,?0.02)mm。

        7)襯套外徑公差尺寸(?0.02,0)mm;

        8)拉桿球窩公差±1 mm。

        9)拉桿長(zhǎng)度尺寸公差(+0.1,+0.3)mm。

        10)轉(zhuǎn)換搖臂襯套極限位置球銷(xiāo)運(yùn)動(dòng)公差值為±0.28 mm。

        取換擋拉絲向變速器端運(yùn)動(dòng):

        操縱機(jī)構(gòu)安裝尺寸?0.5 mm,拉絲伸長(zhǎng)量取最大值1.5 mm,拉絲支架取1 mm,此時(shí)不考慮球窩間隙變形及襯套配合變形,拉桿長(zhǎng)度尺寸公差取0.3 mm,搖臂兩球中心尺寸公差取0.28 mm。

        單邊極限公差為:

        (0.5+1.5+1+0.3+0.28)mm = 3.58 mm。

        取換擋拉絲向變速操縱機(jī)構(gòu)端運(yùn)動(dòng):

        操縱機(jī)構(gòu)安裝尺寸+0.5 mm,拉絲縮短量取最小值?1.5 mm,拉絲支架取?1 mm,此時(shí)考慮球窩與球配合間隙變形0.22 mm,兩處為?0.44 mm,搖臂上兩球心間距公差取?0.28 mm,拉桿尺寸變形取?0.1 mm,換擋搖臂與襯套配合尺寸間距?0.06 mm。

        單邊極限公差為:

        (0.5+1.5+1+0.44+0.28+0.1+0.06)mm=3.88 mm。

        變速器換擋操縱系統(tǒng)換擋過(guò)程中雙邊極限位置公差值分別為3.88 mm及3.58 mm,當(dāng)前變速器換擋操縱系統(tǒng)內(nèi)存在兩處可調(diào)結(jié)構(gòu),可調(diào)拉桿為第一處可調(diào),調(diào)節(jié)行程為±6 mm,拉桿端部與變速器可調(diào)端為第二處可調(diào),調(diào)節(jié)行程為±6 mm,因換擋系統(tǒng)當(dāng)前行程調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)共2處,可調(diào)拉桿中間為第一處可調(diào),可調(diào)拉桿端部與變速器換擋搖臂上矩形槽配合處為第二處可調(diào),兩處調(diào)節(jié)行程均為±6 mm。但由于可調(diào)拉桿端部與變速器矩形槽配合處無(wú)定位結(jié)構(gòu),若可調(diào)拉桿螺栓打緊后處于矩形槽端部,可調(diào)拉桿的調(diào)整行程也被抵消6 mm,剩余可調(diào)行程0 mm。

        0 mm<3.88 mm/3.58 mm,會(huì)導(dǎo)致可調(diào)擋拉絲裝配后受初始應(yīng)力(推或拉)。

        通過(guò)上述分析可以看出,目前CVT變速器換擋操縱系統(tǒng)間隙調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)不合理。

        圖4 可調(diào)拉桿示意圖

        表2 換擋力及換擋行程目標(biāo)值

        換擋行程參數(shù)僅由變速操縱機(jī)構(gòu)自身決定,自動(dòng)擋車(chē)型變速操縱機(jī)構(gòu)端換擋行程參數(shù)與變速器端換擋行程參數(shù)一致,則換擋手柄端換擋行程滿(mǎn)足設(shè)定的目標(biāo)性能要求,此項(xiàng)設(shè)計(jì)無(wú)問(wèn)題。

        表3 換擋行程計(jì)算

        由于CVT變速器[5]換擋操縱系統(tǒng)換擋力路徑上有變速器搖臂、可調(diào)拉桿、轉(zhuǎn)換搖臂、換擋拉絲、變速操縱機(jī)構(gòu)等配合部件,駕駛員從換擋手柄(變速操縱機(jī)構(gòu))端施加作用力,則下面分別對(duì)換擋力的傳遞路徑進(jìn)行分析:

        圖5 可調(diào)拉桿與變速器搖臂受力分析

        可調(diào)拉桿與換擋搖臂支架夾角為a°,駕駛員換擋手柄上的主動(dòng)力為F1,分解為實(shí)際作用在變速器搖臂上的作用力為F2,與換擋搖臂軸線(xiàn)方向抵消的作用力為F3。由于F2已知,則可求出可調(diào)拉桿上作用力F1為:

        圖6 可調(diào)拉桿與換擋搖臂受力分析

        可調(diào)拉桿上的軸線(xiàn)拉力由垂直于換擋搖臂的主動(dòng)力F4提供,換擋搖臂與可調(diào)拉桿之間夾角為b°。則可求出:

        圖7 換擋拉絲與換擋搖臂受力分析

        因換擋搖臂兩臂之間為1:1的長(zhǎng)度關(guān)系,所傳遞的垂直力矩相等,等效后可知垂直于換擋搖臂的力矩F4由換擋拉絲上的拉力F6提供,換擋拉絲與換擋搖臂之間的夾角為c°,故換擋拉絲拉力F6計(jì)算如下:

        圖8 拉絲與操縱機(jī)構(gòu)搖臂受力分析

        此處求解換擋拉絲上的空載阻力按2 N計(jì)算,則變速操縱機(jī)構(gòu)端換擋拉絲上作用力為(F6+2)N,操縱機(jī)構(gòu)搖臂與換擋拉絲之間夾角為d°,可計(jì)算出垂直于操縱機(jī)構(gòu)搖臂的換擋力F8:

        變速操縱機(jī)構(gòu)杠桿比計(jì)算為L(zhǎng)1/L2,則可計(jì)算出換擋手柄克服變速器搖臂作用力需要施加的主動(dòng)操作力為F變=F8/(L1/L2)。

        變速操縱機(jī)構(gòu)自身的阻力為F操。

        則計(jì)算駕駛員換擋手柄上的實(shí)際換擋力為F=F變+F操。 按上述公式對(duì)換擋手柄上實(shí)際換擋力進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果表4:

        表4 換擋力值計(jì)算結(jié)果

        結(jié)合上述換擋力目標(biāo)值計(jì)算可以看出,D擋換擋力最高值達(dá)到40 N,換擋力遠(yuǎn)大于我司換擋力標(biāo)準(zhǔn)值,與整車(chē)表現(xiàn)D擋換擋力大吻合,故認(rèn)定此為要因。

        2 制定措施

        通過(guò)調(diào)查標(biāo)桿車(chē)/競(jìng)品車(chē)的選換擋數(shù)據(jù),設(shè)定整改目標(biāo):(1)調(diào)整換擋拉絲與換擋搖臂之間夾角;(2)優(yōu)化可調(diào)拉桿匹配間隙設(shè)計(jì);(3)優(yōu)化換擋力,滿(mǎn)足我司標(biāo)準(zhǔn)。制定整改措施如下[3]:

        (1)調(diào)整換擋搖臂兩臂之間夾角,保證換擋拉絲與換擋搖臂之間夾角向90°靠攏,調(diào)整前后各檔位換擋拉絲與可調(diào)拉桿之間夾角值如下:

        表5 優(yōu)化后換擋拉絲與換擋搖臂各擋位夾角

        優(yōu)化后對(duì)換擋力進(jìn)行計(jì)算,得出各檔位換擋力如表6:

        表6 優(yōu)化后換擋力值計(jì)算結(jié)果

        (2)可以看出,換擋拉絲與換擋搖臂夾角調(diào)整后,換擋力也相應(yīng)改變。為解決兩處可調(diào)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的間隙補(bǔ)償結(jié)構(gòu)失效現(xiàn)象,對(duì)可調(diào)拉桿間隙調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,由兩處可調(diào)結(jié)構(gòu)修改為一處可調(diào)結(jié)構(gòu),優(yōu)化前后的零部件示意圖如下:

        圖9 可調(diào)拉桿與變速器配合示意圖

        圖10 優(yōu)化后可調(diào)拉桿與變速器配合示意圖

        (3)優(yōu)化后消除了可調(diào)拉桿與變速器搖臂之間的可調(diào)結(jié)構(gòu),保留拉桿總成中間位置可調(diào)結(jié)構(gòu)。中間位置可調(diào)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)公差為±6 mm,可滿(mǎn)足極限位置間隙設(shè)計(jì)要求。

        3 測(cè)試驗(yàn)證

        通過(guò)優(yōu)化換擋拉絲與換擋搖臂之間的工作夾角,以及優(yōu)化間隙調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu),很好地改善了整車(chē)換擋手感,解決了整車(chē)D擋換擋卡滯的問(wèn)題。優(yōu)化后的整車(chē)實(shí)際換擋力如下。

        表7 優(yōu)化后換擋力值計(jì)算結(jié)果

        4 結(jié)論

        (1)通過(guò)優(yōu)化換擋拉絲與換擋搖臂之間的夾角,改善了受力狀態(tài),解決了整車(chē)D擋掛N擋產(chǎn)生的卡滯問(wèn)題;并且降低了整車(chē)D擋換擋力,提升了駕駛舒適性。

        (2)通過(guò)分析變速系統(tǒng)間隙補(bǔ)償結(jié)構(gòu),識(shí)別出當(dāng)前結(jié)構(gòu)存在的相應(yīng)缺陷,并且將系統(tǒng)可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)由兩處改為一處,成功解決了整車(chē)換擋卡滯問(wèn)題。

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