及中职轻型载货汽车变速档位操纵困难原因分析与改进本科毕业论文Word文件下载.docx

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四、轻型载货汽车档位操纵性能改进5

1.对变速器内部变速操纵机构的分析改进5

2.对整车柔性（软轴）操纵机构的分析改进6

3.对离合系统的分析改进7

五、结论7

参考文献：

8

【摘要】对整车变速档位操纵困难问题进行系统的分析研究，从变速器总成、变速操纵机构、离合系统等几个方面对影响档位操纵性能的各潜在关键因素进行了原因分析和总结，并提出性能改进的方法和思路。

关键词：

档位操纵困难；

原因分析；

性能改进

一、前言

汽车变速档位操纵困难影响整车的乘驾舒适性及操纵轻便性。

随着经济的发展，市场、用户对汽车的变速档位操纵性能越来越重视，要求也日益提高。

近年来国内市场对汽车变速档位操纵问题的反馈越来越多。

本文着眼于市场及用户需求，从变速器总成、变速操纵机构、离合系统等几个方面对整车变速档位操纵困难问题进行系统的分析研究。

对今后整车变速档位操纵系统故障排除、变速档位操纵性能改进工作起到指导作用。

二、轻型载货汽车变速档位操纵困难原因分析

近年来国内市场多有整车换档不畅、阻滞以及档位不清晰的问题反馈。

如下图1所示，变速档位操纵机构的结构形式、系统零部件材质规格的选择、操纵系统的工作环境、部件的质量、驾驶员操作以及生产运输过程均会对汽车变速档位操纵性能造成影响。

图1：

轻型载货汽车变速档位操纵困难原因分析鱼骨图

变速档位操纵机构的结构形式对整车变速操纵性能的影响较大，是本文关注的重点，在下文中着重进行介绍。

部件材料规格对档位操纵性能的影响主要指：

变速操纵系统内相关支架、杆件材料规格选择要合适，不然在使用过程中发生弹性变形降低系统传递效率，出现档位不清晰、操纵力大等问题。

在产品开发及设计及整改过程中应格外关注相关支架、杆件的刚度。

部件运行环境对档位操纵性能的影响主要指：

①.操纵系统相关润滑、运动部位要有效密封保护，不然泥沙进入内部致使相关部件出现运动不畅、阻滞、操纵力大等问题。

②.操纵软轴管线布置应远离高温环境，不然环境温度过高导致软轴外壳软化、融化，也会出现芯线不畅、阻滞、操纵力大等问题。

零部件质量对档位操纵性能的影响主要指：

相关运动部件是否按图纸要求润滑；

操纵软轴的传递效率是否达到图纸要求；

支架、推拉杆件是否有变形的情况发生。

否则会出现运动不畅、阻滞、无法挂档等问题。

生产、运输过程对档位操纵性能的影响主要指：

装配、调试是否到位，运输过程中相关部件是否有损坏。

否则会导致档位操纵困难。

除上述原因外，离合器分离不彻底、驾驶员操作不规范（没有在适当的车速范围内挂档）也会导致档位操纵困难、影响对整车操纵性能的评价。

三、变速操纵机构对档位操纵性能的影响

载货汽车的变速档位操纵机构可分为变速器内部的操纵机构和整车的操纵机构两部分。

变速器及其内部的档位操纵机构通常由变速器厂家进行设计、生产；

整车厂一般只负责整车变速机构的产品开发与技术改进。

国内整车生产厂商的变速器总成多为外购，变速器内部档位操纵机构的技术改进只需向变速器厂家提出要求即可。

整车的变速档位操纵机构对档位操纵性能的影响及改进是我们重点关注的对象。

1变速器内部变速操纵机构对档位操纵性能的影响

轻卡手动变速器内部变速操纵机构主要包括选档臂、换档臂、选档拨头、换档拨头、拨叉轴、拨叉、同步器等。

变速器的变速操纵机构上还有自锁装置、互锁装置、倒档锁装置以及空档回位的装置。

自锁装置能够防止自动挂档及自动脱档，并保证各档传动齿轮以全齿长啮合。

互锁装置能够避免同时挂入两个或多个档位，而导致同时啮合的两档或多档齿轮因其传动比不同而相互卡住，造成运动干涉甚至零件损坏。

倒档锁装置的作用是使驾驶员挂倒档时必须对变速杆施加较大的力，才能挂上倒档，起到提醒作用。

防止汽车在前进中因误挂倒档造成极大的冲击，使零件损坏，造成安全事故。

空档回位装置能够保证变速杆在选档方向上（横向）始终处于空档位置，保持竖直状态。

方便驾驶员操纵。

轻型载货汽车系列产品匹配的手动变速器上，一般除一档、倒档外，其他档位均装有惯性同步器。

惯性同步器主要由啮合套、锁环（同步环）、啮合齿圈等组成。

惯性同步器依靠摩擦作用使啮合套与待啮合齿圈之间的转速迅速同步，同时实现挂档操作；

并防止转速同步前挂档，出现冲击、噪声。

变速器内部变速机构的自锁、互锁装置的锁止力大小，相关部件的配合及加工精度等，对整车变速操纵的稳定性、可靠性、平顺性、操纵力的大小均有影响。

同步器的同步环容量是衡量同步器性能的重要参数。

当同步容量足够大时，啮合套与档位啮合齿轮能够快速同步，同步效果好。

换档过程能够很快的完成、挂档力小。

反之如果同步容量不足，被挂入档位齿轮的啮合齿圈和啮合套就需要更长的时间或者施加更大的挂档力来实现同步，换档过程不能快速完成，造成换档不畅、阻滞、手柄上有冲击感。

汽车整车生产厂商的变速器总成均为外购，变速器内部的变速机构是生产厂家进行设计、生产；

通常是整车厂对变速器的挂档力、选换档平顺性、挂档噪音等提出整改要求，由生产厂家进行设计改进。

变速器厂家通过对变速器选档臂和换档臂的杠杆比、同步器容量、锁止力（自锁、互锁装置）大小、相关部件的配合及加工精度等进行优化调整，以达到提高变速档位操纵性能的目的。

同时优化变速器档位标记的排列顺序，使之尽量符合人们的习惯。

2整车变速操纵机构对档位操纵性能的影响

汽车的变速器外部变速操纵机构分为直接操纵、远距离操纵二种。

直接操纵是指变速杆及所有选、换档操纵装置都设置在变速器盖上。

变速器布置在驾驶员座位近旁，变速杆穿过驾驶室地板过孔伸入驾驶室内部。

驾驶员通过变速杆直接拨动变速器盖内的变速机构直接进行换档操纵的方式。

该结构在轿车、乘用车上普遍采用。

而在某些轿车、公路客车、货车上，由于总布置的需求，变速器离驾驶室或驾驶员座椅较远，因此必须采取变速档位远距离操纵的方案。

随着技术的更新、发展，目前远距离操纵机构又分硬杆操纵、柔性（软轴）操纵两种形式。

如图2所示，硬杆操纵机构主要由变速操纵杆总成、拉杆、摇臂、支座等部件组成。

由于底盘布置空间的影响，该机构的拉杆、支座较多，结构复杂。

对于可倾驾驶室还需增加连杆传动机构以避免驾驶室翻转时发生干涉。

硬杆操纵机构由于零部件多，整个系统的累积间隙、阻尼比较大，使得系统传递效率低、换档力大、操纵手柄空行程大、手感差。

如图3所示，柔性（软轴）操纵机构主要由变速操纵杆总成、操纵软轴、选换档支架几部分组成。

与硬杆操纵机构相比较，其主要特点是用柔性较好的推拉式软轴代替了硬杆操纵机构中的刚性拉杆，大量减少了传动环节和运动件的数量，结构得到简化。

大大的有利于解决硬杆操纵机构传递效率低、换档力大、操纵手柄空行程大、手感差等问题。

也有利减轻整车质量，使用过程中噪音低。

同时系统布置较为容易，装配、维修变得简单方便。

用推拉式软轴作为传动部件，解决了驾驶室翻转时机构与其它系统发生干涉的问题。

为提高变速档位操纵性能，在操纵机构的选择上，在XXX系列车型产品均不再采用硬杆操纵机构，已切换为操纵性能更好的柔性（软轴）操纵机构。

下面对柔性（软轴）操纵机构的操纵性能进行分析阐述。

如图3所示变速操纵杆及手柄是驾驶员直接接触操纵的部件，需布置在驾驶员方便操作的空间内，满足人机工程学的要求；

操纵软轴起到将选、换档力和选、换档行程传递到变速器的作用；

选换档支架则是起承受软轴操纵力、固定软轴护管的作用。

它们均是影响整车变速操纵性能的关键部件。

1.变速操纵杆总成,2.操纵杆护罩,3.车架,4.操纵软轴,5.选档杆总成,6.变速器.

图3：

远距离柔性（软轴）操纵机构

变速操纵杆总成：

首先，变速操纵杆总成所选择的杠杆比要合适，应综合考虑驾驶室内部布置空间和变速档位操纵力大小的要求，确定合理的杠杆比。

杠杆比过小则会引起换档沉重，杠杆比过大则会导致操纵杆过长不能满足驾驶室内部的布置及人机工程学的要求，引起挂档不适。

其次，变速操纵杆总成相关元件需有足够的刚度，否则会在使用过程中变形，导致档位不清晰、阻滞。

此外，如果操纵机构本身可靠性较差，运动件磨损导致间隙过大或润滑不当，会导致操纵机构运动不良，从而引起的换挡不畅、卡滞。

在确定变速操纵杆总成杠杆比时，应充分考虑操纵力和选、换挡行程的传递效率，否则容易引起选、换档力过大和手柄设计行程不足的问题。

手柄选、换档力及行程的计算如下：

手柄选档行程

……………………………………

（1）

手柄换档行程

……………………………………

（2）

选档力

……………………………………（3）

换档力

……………………………………（4）

式中：

Lx手柄选档行程，mm；

Lh手柄换档行程，mm；

L＇x变速器摇臂选档行程，mm；

L＇h变速器摇臂换档行程，mm；

s操纵系统自由间隙，mm；

Fx手柄选档力，N；

Fh手柄换档力，N；

Nx变速器摇臂选档力，N；

Nh变速器摇臂换档力，N；

f操纵机构空挡回位弹簧回位力，N；

ix操纵机构选档杠杆比；

ih操纵机构换档杠杆比；

ηf软轴负载效率；

ηx软轴行程效率；

ηt操纵机构机械效率。

选换档支架：

选换档支架在操纵机构中起到支撑固定软轴护管、承受软轴操纵力的作用。

选换档支架必须要有足够的刚度，确保在使用过程中不会发生弹性变形否则会导致档位不清晰、阻滞，需引起足够的关注。

选、换档操纵软轴：

选、换档操纵软轴作为操纵机构中传递操纵力和选、换档行程的媒介，其工作状态以及使用性能的好坏对变速档位操纵性能有较大的影响。

如图4所示，选、换档软轴一般由芯线和护管组成，其芯线为多根钢丝组成并缠有一层斜绕钢带，以提高芯线的承载能力。

护管为多根细钢丝斜绕而成，同时增加了内护管。

也有在护管中增加斜绕钢带以进一步提高软轴承载能力，但这会影响软轴弯曲性能。

软轴管线布置要尽量顺畅，最小工作曲率半径需满足图纸要求；

软轴的布置要尽量远离排气管、增压器，避免软轴工作的环境温度过高；

还需检查软轴芯线的润滑情况以及软轴导向管工作摆角是否符合软轴技术条件。

否则会导致软轴芯线运动阻滞、传递效率降低，致使换档不畅、换挡沉重等问题。

软轴的负载效率为软轴传递负载的效率，行程效率为软轴传递位移的效率。

如果软轴的负载效率和行程效率不满足产品设计要求，或者软轴设计的负载效率和行程效率过低，将导致载荷以及变速操纵杆总的成行程不能有效传递到变速器上，会引起换档不畅、档位挂不到位、换挡力大、手柄档位空行程大的问题。

四、轻型载货汽车档位操纵性能改进

2008年，市场反馈XXX轻型载货汽车“换档困难”。

针对这一问题，进行了如下分析改进。

1.对变速器内部变速操纵机构的分析改进

经过对变速器总成进行对比分析，xxx系列车匹配的xxx变速器存在如下问题：

选档不准确、选档回位不好；

换档轴轴向窜动量大，换档空行程大；

选换档力大，换档不顺畅。

要求变速器厂家做如下改进：

a）在变速机构内增设档位定位机构直接确定选档位置，解决选档不准确的问题。

调整选档回位弹簧阻尼，使选档回位自如，并减小选档力。

b）对换档轴定位结构进行优化，合理确定相对运动部件之间的间隙，减小拨叉轴轴向窜动量。

c）减小换档拨头与换档轴花键配合间隙、换档拨头与拨块配合间隙，使换档轴在空挡时转动间隙缩小，减小换档自由行程。

d）优化拨叉轴自锁凹槽、自锁钢球、自锁弹簧的参数，使自锁销翻越阻力减小，减小换档力。

e）采用喷钼同步环，增大同步环与啮合齿圈摩擦锥面之间的摩擦因数μ，加强了同步效果，使换档顺畅。

f）加强零件加工过程控制使相关件质量得到保证与提高。

通过上述改进，使得xxx变速器达到了档位清晰、选档准确，选、换档摇臂自由行程明显减小，选、换档力明显减小的预期效果。

对改进前后变速器选换档摇臂上操纵软轴连接位置的静态操纵力进行了测量对比，实测值如下：

选档力：

改进前约45N，改进后约30N；

换档力：

改进前约85N，改进后约65N。

2.对整车柔性（软轴）操纵机构的分析改进

a）对操纵软轴的管线布置进行优化，避免软轴缠绕、尽量加大软轴弯曲的曲率半径，使软轴芯线运动顺畅、无卡滞。

b）优化设计了选换档支架。

如图5所示，将选换档支架由原来的4mm钢板更改为6mm钢板（增加选换档支架刚度），将软轴由原来的锁片固定更改为螺栓固定。

解决由于选换档支架在工作过程中发生弹性变形而使档位不清晰、操纵力大的问题；

解决原来软轴锁片固定方式，软轴固定不可靠，容易脱开、失效的问题。

c）要求操纵软轴生产厂家对软轴的负载效率、行程效率进行测量和控制。

软轴的负载效率达到80％及以上，行程效率达到85％及以上，符合产品设计要求。

排除软轴质量、性能而对整车变速操纵性能的不良影响。

驾驶员操纵手柄处的操纵档力和行程按式

（1）、

（2）、（3）、（4）计算如下：

下列计算相关参数按“xxx车型”数据执行：

软轴负载效率取80％；

软轴行程效率取85％；

操纵系统机械效率取95％；

变速器选、换档摇臂行程取理论值19mm和28mm；

操纵系统相关部件间隙取经验值2mm；

改进前后变速器静态选档力分别取实测值45N和30N；

改进前后变速器静态换档力分别取实测值85N和65N；

选档回位弹簧回位力取实测值20N；

操纵机构选档杠杆比取理论值3.24；

操纵机构换档杠杆比取理论值3.13。

①手柄行程计算：

手柄选档行程：

；

手柄换档行程：

。

变速操纵手柄设计的选档行程为94.5mm、换档行程为105mm，设计的选档行程比微卡车型实际使用所需的选档行程74.5mm大，设计的换档行程与微卡车型实际使用所需的换档行程相等（均为105mm）。

该变速操纵机构能满足行程的使用要求。

②改进前后手柄静态选档力计算对比：

改进前：

改进后：

。

由Fx1-Fx2=38.3-32.2=6.1（N），可知改进后操纵手柄静态选档力降低了约6N。

③改进前后手柄静态换档力计算对比：

由Fh1-Fh2=35.7-27.3=6.4（N），可知改进后操纵手柄静态换档力降低了约8.4N。

3.对离合系统的分析改进

对该车型的离合系统进行了校核分析。

将原来的周布弹簧离合器更改为工作更稳定，散热效果更好的膜片弹簧离合器，排除解决可能因离合器使用性能不佳、分离不彻底而对整车变速操纵产生的潜在影响。

通过对变速器内部操纵机构、软轴管线布置、选换档支架和离合器结构形式的优化改进：

操纵手柄静态选档力达到32.2N（降低了约6N）、操纵手柄静态换档力达到27.3N（降低了约8.4N），解决了该车型换档沉重、档位不清晰、档位操纵卡滞等问题。

XXX车型的档位操纵性能有了很大的提升，达到了预期整改要求。

五、结论

本文所提出的对档位操纵困难问题的改进方法和思路，通过在XXX系列车型产品上实践说明：

在产品开发设计、换档困难故障排除、性能提升改进的工作中，按文中总结的各关键因素逐一进行分析，反复优化相关结构参数，可以快速的取得很好的效果。

[1]林秉华·

最新汽车设计实用手册

（一）·

黑龙江人民出版社，2005.

[2]陈家瑞·

汽车构造下册·

北京：

机械工业出版社，2000.

[3]QC/T29101-1992·

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