摘要：掉擋故障是客車手動變速器最常見的故障之一，不僅影響變速器的使用壽命，而且會產(chǎn)生安全隱患。分析掉擋的故障原因，它不僅涉及的變速器和整車零件種類多，而且掉擋的故障模式與失效機理難以查找。本文針對客車手動變速器掉擋故障失效模式與機理進行分析，給出了常見掉擋故障的處理及改進方案，可以有效滿足客戶的使用要求。

關(guān)鍵詞：塞焊；客車手動變速器；掉擋；失效模式分析

中圖分類號：U472 DOI：10.20042/j.cnkl.1009-4903.2023.03.007

客車手動變速器對換擋舒適性的要求越來越高。伴隨著選換擋力的減小，掛擋行程的縮短，出現(xiàn)變速器掉擋的風(fēng)險也越來越高，在滿足換擋舒適性要求和降低故障率之間做好平衡尤為重要。本文通過對客車手動變速器常見掉擋故障的處理與分析，給出了掉擋問題改進與優(yōu)化方案，便于維修故障變速器，優(yōu)化變速器的性能，提高用戶的滿意度。

1手動變速器掉擋定義

在車輛掛擋正常行駛的過程中，駕駛室的變速器換擋桿由行駛擋位自動回到空擋的現(xiàn)象稱為掉擋。變速器掉擋之后，處于室擋狀態(tài)，整車無法正常行駛。從結(jié)構(gòu)上分析，是由于同步器滑套與結(jié)合齒圈自動脫開，導(dǎo)致無法傳遞動力。這種現(xiàn)象在車輛中.高速行駛，載荷突然變化時或車輛行駛路況較差、出現(xiàn)劇烈振動時容易出現(xiàn)。

如圖1所示，變速器掉擋是指從6個前進擋或者倒擋位置自動回到空擋的現(xiàn)象。

2手動變速器防掉擋裝置

2.1變速器換擋拔叉自鎖結(jié)構(gòu)

客車手動變速器操縱機構(gòu)如圖2所示，撥叉軸、換擋導(dǎo)塊和換擋撥叉三者通過圓柱銷固定為一個整體，撥叉軸設(shè)置有3個凹槽，如圖3所示，自鎖鋼球通過自鎖彈簧壓緊在凹槽中，通過自鎖彈簧的壓力，給撥叉軸一個作用力，使撥叉軸在正常情況下不能由掛擋位置跳回到空擋位置。

如果彈簧設(shè)置的剛度比較大，防止掉擋的壓力會比較大，不易出現(xiàn)掉擋，但是掛擋手感會比較差，影響操控性。

2.2同步器倒錐結(jié)構(gòu)

變速器內(nèi)部的同步器一般都設(shè)置有倒錐結(jié)構(gòu)，結(jié)合齒圈和滑套加工有相同角度的倒錐齒，在正常掛擋情況下，兩倒錐齒相互嚙合，產(chǎn)生防止掉擋的軸向力F。

加油門時，N'為各個結(jié)合齒圓周力，T為結(jié)合齒的正壓力，有效嚙合齒數(shù)為Z，防脫擋力為F摩擦系數(shù)為u，a為倒錐角，可得：

由公式（1）可得，防脫擋力F正比于Z，a及N'，倒錐角越大，防脫擋力越大，實際有效嚙合齒數(shù)越多，防脫擋力越大，扭矩越大，防脫擋力越大，故高擋位比低擋位更容易脫擋。

3掉擋故障失效模式分析

3.1整車匹配方面

失效模式：如圖5所示，整車操縱軟軸2連接駕駛室手球1和變速器操縱搖臂3，當(dāng)軟軸調(diào)整出現(xiàn)問題，會導(dǎo)致變速器換擋行程過短，出現(xiàn)前排或者后排所有擋位掉擋。

原因分析軟軸調(diào)整不到位，變速器換擋行程過短，內(nèi)部倒錐齒嚙合短，防掉擋摩擦力小。

改進措施：重新檢查調(diào)整軟軸，使變速器前后排擋位均能正常掛到位。

3.2變速器換擋機構(gòu)方面

（1）失效模式：自鎖裝置中的彈簧沒有起到相應(yīng)的自鎖作用。

原因分析：自鎖彈簧壓力過小或者失效。

改進措施：更換新的自鎖簧或者在用戶要求范圍內(nèi)增大自鎖彈簧的剛度。

（2）失效模式：撥叉變形或者撥叉軸凹槽加工有問題。

原因分析：①掛擋后自鎖彈簧所壓鋼球在撥叉軸凹槽中心，由于撥叉變形導(dǎo)致其所撥動的滑套與接合齒圈未能完全嚙合，②撥叉所撥動的齒套與接合齒圈已完全嚙合，但自鎖彈簧所壓的鋼球沒有在撥叉軸凹槽的正中位置，自鎖力小。

改進措施：更換合格撥叉及撥叉軸。

（3）失效模式：上蓋或者操縱總成故障導(dǎo)致滑套與接合齒圈未能完全嚙合。

原因分析：①操縱機構(gòu)中出現(xiàn)干涉或者零件不合格導(dǎo)致掛擋撥頭的擺動角度變小，②上蓋總成出現(xiàn)干涉使撥叉軸的移動行程不到位。

改進措施：檢查更換新的操縱或者上蓋總成。

3.3變速器同步機構(gòu)方面

（1）失效模式：滑套與接合齒圈倒錐角偏小或兩倒錐角偏差大。

原因分析：倒錐角偏小或兩倒錐角偏差大導(dǎo)致防止掉擋的力過小。

改進措施：若是零件加工問題更換新的滑套或者結(jié)合齒。若是設(shè)計問題則需加大兩者的倒錐角的角度。

（2）失效模式：同步器齒套齒形磨損嚴(yán)重。

原因分析磨損嚴(yán)重導(dǎo)致防止掉擋的力過小。

改進措施：更換新的滑套或者結(jié)合齒圈。

（3）失效模式：同步器限位故障。

原因分析：導(dǎo)致掛擋行程短，同時滑套和結(jié)合齒圈的倒錐有效嚙合長度不夠，防止掉擋的力過小。

改進措施：更換新的同步器總成。

（4）失效模式：齒輪與結(jié)合齒焊接同軸度差。

原因分析：導(dǎo)致掛擋后該擋位結(jié)合齒圈徑向跳動大，結(jié)合齒圈與滑套倒錐嚙合出現(xiàn)異常，防止掉擋的力變小。

改進措施：更換新的焊接齒輪。

3.4主箱齒輪方面

（1）失效模式：斜齒輪軸向間隙大.在軸向力作用下齒輪帶動結(jié)合齒圈沿軸向竄動量大。

原因分析：使滑套和結(jié)合齒圈的倒錐有效嚙合長度變小，防止掉擋的力過小。

改進措施：調(diào)整齒輪軸向間隙。

（2）失效模式：雙中間軸總成壓裝時，齒輪對稱度不合格。

原因分析：雙中間軸二軸齒輪為浮動結(jié)構(gòu)，依靠2根中間軸齒輪支撐，保證二軸各擋位齒輪平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。若中間軸齒輪壓裝對稱度不合適，會導(dǎo)致二軸齒輪出現(xiàn)徑跳過大的情況，最終影響結(jié)合齒圈和滑套的配合，出現(xiàn)掉擋。

改進措施：調(diào)整齒輪軸向間隙。

4掉擋故障一般判斷方法

（1）駕駛室掛擋時某一排擋位的換擋行程較短，首先檢查整車換擋軟軸是否調(diào)整合適，其次拆掉軟軸，單獨掛變速器的前后排擋位，判斷是軟軸調(diào)整不合適引起的某一排擋位行程短，還是變速器本身存在某一排擋位掛擋行程短的問題。

（2）掉擋的擋位在靜止?fàn)顟B(tài)下摘擋力明顯比同一排的擋位小，或者車輛振動時容易掉擋，則有可能是換擋機構(gòu)中的自鎖裝置失效，應(yīng)查撥叉軸凹槽是否過淺，鋼球是否脫落，彈簧是否過軟或失效。換擋桿晃動量大，且各擋位都容易掉擋，則有可能是撥叉叉腳端面與滑套槽之間的間隙過大。在加減油門時跳擋，換擋桿有較明顯的前后擺動情況，則多為變速器齒輪軸向間隙大，產(chǎn)生較大的軸向推力，使同步器滑套與結(jié)合齒圈倒錐有效嚙合長度變短，導(dǎo)致出現(xiàn)掉擋。

5總結(jié)

汽車變速器掉擋的故障失效模式有很多，以上我們僅例舉了幾種常見的失效模式和排除方法。此外，在我們工作中，還有大量的復(fù)雜的掉擋問題需要去探索、分析和解決，以提高汽車變速器換擋性能和使用壽命。

（責(zé)任編輯：劉海帆）