變速器倒擋撥叉磨損故障分析及改進(jìn)

宇文創(chuàng)成，武鑫

（陜西法士特齒輪有限公司汽車(chē)傳動(dòng)工程研究院，陜西 西安 710119）

引言

客車(chē)系列變速器作為法士特公司目前在客車(chē)市場(chǎng)的主打產(chǎn)品，可廣泛匹配于公路營(yíng)運(yùn)大客車(chē)、城市公交、豪華旅游大巴、小中巴等各種類(lèi)型客車(chē)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)上廣泛采取了法士特在雙中間軸變速器技術(shù)上的先進(jìn)理念，突出環(huán)保、節(jié)能、輕量化的特點(diǎn)。同時(shí)，根據(jù)客戶(hù)不同的整車(chē)匹配及布置需求，科學(xué)進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)多種操縱，更是贏得用戶(hù)廣泛認(rèn)可的重要原因。但是在實(shí)際適應(yīng)性設(shè)計(jì)中，一些細(xì)節(jié)性的疏漏還是存在著潛在的失效風(fēng)險(xiǎn)，本文闡述的就是一個(gè)典型的潛在失效模式分析和解決方案。

1 問(wèn)題來(lái)源

某型號(hào)客車(chē)變速器根據(jù)客戶(hù)要求對(duì)倒擋進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)，為提高掛倒擋的一次進(jìn)擋概率，倒擋采用大滑套結(jié)構(gòu)。但在客戶(hù)完成整車(chē)試驗(yàn)的拆箱檢查過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)倒擋撥叉一面有明顯磨損，這種磨損會(huì)對(duì)倒擋撥叉的疲勞壽命產(chǎn)生明顯影響，即倒擋撥叉存在著潛在的失效風(fēng)險(xiǎn)，需對(duì)其磨損原因進(jìn)行分析并改進(jìn)。

2 理論分析

經(jīng)對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖紙進(jìn)行研究分析和橫向?qū)Ρ龋Y(jié)合倒擋撥叉磨損產(chǎn)生的部位，初步分析出

以下兩種情況可能造成該潛在失效風(fēng)險(xiǎn)。

（1）倒擋撥叉設(shè)計(jì)不合理，空擋情況下，倒擋撥叉與一擋齒輪位置輕微干涉，造成倒擋撥叉和一擋齒輪接觸面處出現(xiàn)不正常磨損。

（2）空擋情況下，雖然倒擋撥叉與一擋齒輪位置沒(méi)有干涉，但操縱由倒擋回空擋過(guò)程中，只有上蓋自鎖鋼球和自鎖彈簧和對(duì)倒擋撥叉軸限位，在駕駛員回空擋后繼續(xù)用力等情況下，倒擋撥叉軸可能越過(guò)自鎖鋼球限位，導(dǎo)致倒擋撥叉行程過(guò)長(zhǎng)，造成倒擋撥叉和一擋齒輪碰撞沖擊，造成倒擋撥叉接觸面出現(xiàn)不正常磨損。

3 排查方案及總結(jié)

為了找出倒擋撥叉朝向一擋齒輪面不正常磨損的根本原因，通過(guò)以下兩種方案進(jìn)行排查：

3.1 尺寸鏈計(jì)算

在空擋情況下，即自鎖鋼球位于倒擋撥叉軸空擋凹槽中心時(shí)，建立尺寸鏈，經(jīng)計(jì)算得出倒擋撥叉和一擋齒輪之間的極限間隙為0.825～3.045mm，根據(jù)3ó法則數(shù)據(jù)調(diào)整后，得出極限間隙為1.624～2.246mm。

圖1

即尺寸鏈上，倒擋撥叉和一擋齒輪之間存在間隙。在空擋情況下，倒擋撥叉和一擋齒輪初始位置不會(huì)產(chǎn)生干涉，不會(huì)造成倒擋撥叉磨損。

3.2 臺(tái)架試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)中心臺(tái)架，某型客車(chē)變速器，輸入轉(zhuǎn)速400rpm。

變速器主箱掛入倒擋、掛回空擋連續(xù)重復(fù)，在掛回空擋過(guò)程中，持續(xù)用力時(shí)間稍微長(zhǎng)點(diǎn)，模擬用戶(hù)可能存在的誤操作，實(shí)驗(yàn)完后拆箱檢查倒擋撥叉，出現(xiàn)和客戶(hù)反饋的相同磨損情況。

小結(jié)：僅依靠自鎖鋼球不足以對(duì)倒擋撥叉軸限位，在用戶(hù)可能存在的由倒擋回空擋過(guò)程中，用力時(shí)間稍長(zhǎng)情況下，會(huì)造成倒擋撥叉與一擋齒輪碰撞而磨損。

經(jīng)以上兩種方案排查后得出如下結(jié)論：主箱在空擋時(shí)，即倒擋撥叉和一擋齒輪初始位置不會(huì)產(chǎn)生干涉，不會(huì)造成倒擋撥叉磨損。但在實(shí)際用戶(hù)操時(shí)，不可避免用戶(hù)可能存在的由倒擋回空擋過(guò)程中，用力時(shí)間稍長(zhǎng)，倒擋撥叉軸越過(guò)自鎖鋼球的軟限位，造成倒擋撥叉與一擋齒輪碰撞而磨損。

4 改進(jìn)方案和總結(jié)

經(jīng)與現(xiàn)有其他箱型結(jié)構(gòu)分析對(duì)比，提出以下兩種改進(jìn)方案：

（1）方案一：增加限位套，如圖2 所示：

在倒擋撥叉軸上，換擋撥頭和上蓋之間增加一個(gè)限位套，其作用是：在用戶(hù)可能存在的誤操作時(shí)，通過(guò)限制換擋撥頭的位置，來(lái)限制倒擋撥叉軸由倒擋回空擋的行程，即在倒擋撥叉和一擋齒輪接觸之前，限位套已將換擋撥頭限位，從而避免倒擋撥叉和一擋齒輪的碰撞而磨損。

圖2

（2）方案二：改進(jìn)一擋齒輪和倒擋滑套的結(jié)構(gòu)，如圖3所示：

通過(guò)改進(jìn)一擋齒輪和倒擋滑套的結(jié)構(gòu)，其作用是：在用戶(hù)可能存在的誤操作時(shí)，倒擋回空擋過(guò)程中，倒擋撥叉和一擋齒輪接觸之前，倒擋滑套已和一擋齒輪接觸限位，從而同樣可以避免倒擋撥叉和一擋齒輪的碰撞而磨損。

圖3

總結(jié)：經(jīng)對(duì)比以上兩種改進(jìn)方案，對(duì)實(shí)施難度和有效性綜合考慮，可以看出第一種改進(jìn)方案具有明顯的可操作性，同時(shí)改動(dòng)很小，有效避免改進(jìn)過(guò)程中可能引起的其他潛在失效風(fēng)險(xiǎn)。而第二種改進(jìn)方案雖然也能達(dá)到同樣的改進(jìn)效果，但是需要對(duì)一擋齒輪和倒擋滑套結(jié)構(gòu)進(jìn)行更改，特別是對(duì)于一擋齒輪，可能對(duì)其強(qiáng)度造成一定影響，需要重新設(shè)計(jì)考量，改動(dòng)較大，可能引起其他的潛在失效風(fēng)險(xiǎn)，故不建議采用。

5 試裝驗(yàn)證及結(jié)論

從改進(jìn)的便利性和有效性綜合分析，第二種改進(jìn)方案所需改動(dòng)較多且較為復(fù)雜，故先第一種改進(jìn)方案進(jìn)行效果驗(yàn)證，進(jìn)行如下試驗(yàn)：

臺(tái)架試驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)中心臺(tái)架，某型號(hào)客車(chē)變速器，輸入轉(zhuǎn)速400rpm（增加限位套）。

主箱掛入倒擋、主箱掛回空擋連續(xù)重復(fù)，在掛回空擋過(guò)程中，持續(xù)用力時(shí)間稍微長(zhǎng)點(diǎn)，模擬用戶(hù)可能存在的誤操作，實(shí)驗(yàn)完后拆箱檢查倒擋撥叉，沒(méi)有出現(xiàn)類(lèi)似磨損。

驗(yàn)證結(jié)論：第一種增加限位套的改進(jìn)方案，達(dá)到了預(yù)期的改進(jìn)效果，避免了之前產(chǎn)生的倒擋撥叉磨損存在的潛在失效風(fēng)險(xiǎn)。由于第一種改進(jìn)方案簡(jiǎn)單有效，并且達(dá)到了預(yù)期效果，故沒(méi)有對(duì)第二種改進(jìn)方案進(jìn)行驗(yàn)證。

6 改進(jìn)措施及總結(jié)

經(jīng)過(guò)多方協(xié)商討論，由于方案一具有明顯的可操作性，同時(shí)改動(dòng)很小，可以有效避免改進(jìn)過(guò)程中可能引起的其他潛在失效風(fēng)險(xiǎn)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可以達(dá)到預(yù)期的改進(jìn)效果，故最終決定采用方案一，即增加限位套結(jié)構(gòu)。對(duì)用戶(hù)實(shí)際使用過(guò)程中，可能存在的誤操作進(jìn)行限位，從而避免倒擋撥叉與一擋齒輪發(fā)生碰撞而磨損。

該方案在供某客戶(hù)車(chē)型上批量使用驗(yàn)證，使用過(guò)程中再 也沒(méi)有出現(xiàn)類(lèi)似的故障現(xiàn)象，已驗(yàn)證成熟。在其他相關(guān)類(lèi)似結(jié)構(gòu)的客車(chē)變速箱上，都已廣泛借鑒使用，在成本幾乎沒(méi)有增加的情況下，可以有效改進(jìn)相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量，消除潛在的失效風(fēng)險(xiǎn)，也為法士特客車(chē)系列變速器的持續(xù)推廣打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。