商用車變速器的斜向換擋性能研究

文/劉 記 董德敏 葛 佳（安徽星瑞齒輪傳動有限公司）

變速器換擋性能評價分為客觀評價和主觀評價兩方面[1]。客觀評價項目主要有換擋力、換擋沖量、換擋吸入感、擋位間隙與二次沖擊等。主觀評價項目主要有擋位清晰度和換擋平順性。我國目前使用的商用車大多為手動變速器，由于駕駛時換擋頻繁，該性能的好壞影響駕駛員對整車的評價[2]。隨著汽車的日益普及，駕駛員對換擋性能的要求不再局限于客觀評價，開始越來越注重主觀駕駛感受。變速器的斜向換擋性能主要由互鎖機構(gòu)決定，本文將對商用車變速器互鎖機構(gòu)的斜向換擋性能進(jìn)行研究，以提高換擋平順性，改善駕駛員的主觀駕駛感受。

一、互鎖機構(gòu)的類型及原理

互鎖機構(gòu)是防止同時掛入兩個擋位的一種裝置。商用車變速器的互鎖機構(gòu)類型主要為鎖球式和互鎖板式。

1.鎖球式互鎖機構(gòu)

鎖球式互鎖機構(gòu)如圖1所示，其互鎖原理為：空擋狀態(tài)時，所有撥叉軸的側(cè)面凹槽與鋼球、互鎖銷都在同一直線上。在移動其中一根撥叉軸時，該軸兩側(cè)的鋼球從其側(cè)面凹槽中被擠出，兩側(cè)面外鋼球分別嵌入其余兩根撥叉軸側(cè)面凹槽中，將這兩根軸鎖止在空擋位置，從而實現(xiàn)互鎖。

圖1 鎖球式互鎖機構(gòu)示意圖

鎖球式互鎖機構(gòu)受結(jié)構(gòu)限制，當(dāng)掛上某一擋后，該撥叉軸必須先回到空擋位置，才能移動另外的撥叉軸，實現(xiàn)換擋。因此2-3擋或4-5擋換擋過程中沒有一個平順的對角線路徑，即該互鎖機構(gòu)無法實現(xiàn)斜向換擋，導(dǎo)致駕駛員在2-3擋或4-5擋換擋過程不順暢。另外，該互鎖機構(gòu)還存在一些潛在的問題：當(dāng)撥叉軸與鋼球之間的間隙過小時，換擋過程中可能會產(chǎn)生卡滯，導(dǎo)致?lián)Q擋力較大；當(dāng)間隙較大時，可能會使兩根撥叉軸同時移動，導(dǎo)致互鎖功能失效，影響換擋性能。因此，目前該互鎖機構(gòu)逐漸被互鎖板式機構(gòu)取代。

2.互鎖板式互鎖機構(gòu)

互鎖板式機構(gòu)如圖2所示，其互鎖原理為：換擋頭置于互鎖板叉口中，換擋時，選擋臂先撥動換擋頭，使其處于某一換擋撥叉叉口中，然后撥動該撥叉掛入某一擋位，此時其余兩個撥叉叉口被互鎖板卡爪擋住，從而實現(xiàn)互鎖功能。

與鎖球式互鎖機構(gòu)相比，同樣擋位數(shù)互鎖板機構(gòu)所用的撥叉軸數(shù)量較少，結(jié)構(gòu)較簡單，還可以實現(xiàn)斜向換擋，有利于提高換擋平順性。

圖2 互鎖板式機構(gòu)示意圖

二、改進(jìn)的互鎖板機構(gòu)斜向換擋分析

本文對一款五擋商用車變速器的互鎖板機構(gòu)的斜向換擋性能進(jìn)行了研究。通過研究，最終形成如圖3所示的互鎖機構(gòu)。斜向換擋路徑主要由換擋撥叉叉口形狀、換擋頭形狀及互鎖板叉口形狀決定，該路徑與擋位布置有關(guān)。為實現(xiàn)2-3擋與4-5擋的斜向換擋路徑，相關(guān)的換擋撥叉、換擋頭及互鎖板的倒角較大，具體見圖3。

該變速器的斜向換擋路徑如圖4所示。紅色虛線區(qū)域由換擋頭和撥叉叉口形狀決定，黑色實線區(qū)域由互鎖板叉口形狀和撥叉叉口形狀決定。換擋頭的運動路徑由換擋頭和撥叉叉口形狀決定，如果紅色虛線區(qū)域與黑色實線區(qū)域有交叉，說明交叉區(qū)域是由互鎖板叉口形狀決定，則該換擋機構(gòu)的換擋質(zhì)量較差。因此，當(dāng)紅色虛線區(qū)域與黑色實線區(qū)域無交叉，且斜向換擋間隙a與b均大于零時，才能實現(xiàn)斜向換擋。另外，各擋換擋起始點位置相同，且斜向換擋間隙a等于b時，換擋手感較好。

圖3 改進(jìn)的互鎖板式機構(gòu)截面圖

圖4 改進(jìn)的互鎖板機構(gòu)的斜向換擋路徑

由圖4可以看出，該變速器互鎖機構(gòu)的斜向換擋間隙a與b均大于零，且二者相同。經(jīng)過整車主觀換擋性能評價，該變速器在2-3擋與4-5擋換擋過程中，可實現(xiàn)斜向換擋，換擋平順性較好。

三、整車主觀換擋性能評價

經(jīng)整車搭載驗證及駕駛員主觀換擋性能評價，采用改進(jìn)后互鎖板機構(gòu)的五擋變速器可實現(xiàn)2-3擋與4-5擋斜向換擋，換擋過程平順，換擋手感較好。

四、結(jié)論

通過對變速器鎖球式互鎖機構(gòu)與互鎖板式互鎖機構(gòu)的對比分析可以看出，互鎖板機構(gòu)較簡單，互鎖性能較可靠；且經(jīng)過理論分析及整車主觀換擋性能評價，帶互鎖板機構(gòu)的變速器可實現(xiàn)斜向換擋，換擋平順性較好，可獲得良好的主觀駕駛感受。