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轻型载货汽车换选档困难原因分析及改进方法轻型载货汽车换档困难原因分析及改进方法XXX （南京XXX汽车有限公司） 提要：近几年来，客户对卡车操控舒适性要求日益提高，换挡困难会直接影响用户对汽车整车质量、用户购买欲望和正常驾驶。本文从离合、变速器及变速操纵3 个主要方面分析了轻型载货汽车换挡困难的影响因素，并提出相应的改进方法，提供了目前可行的换档操控性评分方法。结合实例换档问题的解决过程，为解决手动换档困难问题提供了参考。关键词：离合 转动惯量 变操系统 同步器 第6页引言我国目前使用的载货汽车绝大多数为手动变速器。手动变速器卡车由于换挡频繁，驾驶员对于换挡操纵是否舒适十分敏感，此项性能直接影响到驾驶员对整车质量的评价。然而，手动挡卡车通常会出现换挡不畅、阻滞、挡位不清晰及无法换挡等问题。针对换挡困难的问题，文章从选换挡相关的各个系统进行分析，提出问题的症结所在和改善措施。1 变速器换档困难的影响因素1.1 离合器,图1离合器图1 离合器离合器是汽车传动系统中直接与发动机相联系的部件。可以保证汽车平稳起步、保证传动系统换挡时工作平顺和防止传动系统过载。 目前卡车普遍使用的离合器为膜片簧、单片、干式离合器。在离合器的结构上，首先，在保证传递发动机最大扭矩的前提下，应满足两个基本性能要求：分离彻底；结合柔和。 与换档有着直接影响的是从动盘的转动惯量，其转动惯量应尽可能小。离合器作用之一是变速器换挡时，中断动力传递，以减轻齿轮间冲击。如果与变速箱主动轴相连的离合器从动部分的转动惯量大，当换挡时，虽然断开了离合器，使发动机与变速器之间的联系脱开，但离合器从动部分较大的惯性力矩仍然输入给变速器，其效果相当于分离不彻底，就不能很好地起到减轻齿轮间冲击的作用。 一般前期需提供从动盘的转动惯量给予变速器厂家进行核算，是否在其要求范围内。1.2 变速器1.2.1 变速器速比变速器各前进档之间传动比的比值影响变速器的使用性能。比值大会造成换档困难，一般不宜大于1718。考虑到换档过程中，由于外部阻力的影响，换档时车速常有所下降，而且换档时车速越高，换档过程的速度下降越多。因此，随着档位的提高，相邻两个档传动比比值逐渐降低。表1所列为跃进中型卡车配置的变速器速比、速比差统计情况。表1 二种6档变速器的速比和速比差速比6.1763.4452.1991.43410.7945.647速比差1.791.571.531.431.26速比5.3753.1542.0411.36510.7914.838速比差1.70 1.55 1.50 1.37 1.26 从表1中可以看出选用变速器相邻档位，速比差从低档到高档逐渐下降，且不大于18，能够保证平稳选、换档操纵。1.2.2 同步器性能在手动变速器中，为实现换挡操作迅速轻便无冲击，提高汽车的动力性和燃料经济性，在各挡位中多采用同步器来实现换挡操作。它的功用是使接合套与待啮合的齿圈迅速同步，缩短换挡时间，且防止在同步前啮合而产生换挡冲击。同步器有常压式、惯性式、自行增力式等种类。惯性式同步器又分为锁环式和锁销式惯性同步器。目前的轿车和轻、中型货车的变速器广泛采用的是锁环式惯性同步器。锁环式同步器结构图2如下: 图2 锁环式同步器结构图同步器的一次同步过程是按照以下顺序：预同步；同步运动；拨正；进入结合齿。同步器中同步环的同步容量是衡量同步器性能的重要参数。同步容量满足设计要求，可以很容易的进挡，挂挡时间短，反之如果同步容量不足，就需要更长的时间使被挂入挡位齿轮和同步器齿套实现同步。在设计过程中要求同步环摩擦力矩所有旋转件的转动惯量同步器摩擦力矩计算公式为其中， Tf-同步器的摩擦力矩；f-摩擦系数；Fa-司机所施加的换档力；R-同步器平均摩擦半径；-摩擦锥面的半锥角。 可以通过加大同步环的锥面摩擦半径R，增加同步环的摩擦面数，即提高摩擦系数f，减小摩擦面的锥角一系列方法，来增大同步器的摩擦力矩。1.2.3 选换挡机构变速器内部通过换挡轴换挡拨头拨叉轴拨叉进行换挡，并通过回位弹簧来实现选挡阻力。选换挡机构如下图3示：图3 选换挡机构示意图拨叉轴的前后移动，带动拨叉的移动，从而使拨叉推动滑套进行挂档。用自锁弹簧压紧自锁钢球，自锁钢球通过作用在拨叉轴上的力来实现档位的自锁。如果选用的弹簧刚度比较大，则所需要的换档力就相应地大。因此，可以更换弹簧刚度相对较小的自锁弹簧，来降低弹簧力。但是，如果自锁弹簧的刚度过小，就会造成换档手感降低和容易调档等故障。所以，通过调试选用合适的弹簧，既可降低换档力又不至于掉档。运动传递路线中配合公差和尺寸链是否合适，回位弹簧力、自锁弹簧力的大小等，最终反馈到驾驶者的选换挡力是否合适。1.3变操系统变速器的换挡操纵系统结构示意图4所示：图4 轻型载货汽车变操系统结构示意图1.3.1 软轴（拉丝、拉索）总成运动卡涩 软轴是系统中操纵力和操纵行程的传递介质，系统一般由两根软轴组成，一根用来选档，另一根用来换档，两根软轴的一端连接操纵机构，另一端连接转换机构或直接连在变速箱的变速操纵轴上。 软轴由芯轴、护管（衬管）、护管、护皮组成，结构示意图5如下：图5 软轴结构图导致软轴运动不畅的主要原因有：芯轴和护管的润滑不良，芯轴和护管配合间隙过小或过大，拉丝走向过于弯折。应选用合适的润滑脂，并保证芯轴和护管的间隙在0.4mm0.8 左右，拉索走向尽量减少大角度的弯曲，不得小于200mm的弯曲半径。拉丝总成要求的效率按照企业标准Q/YJ183031的试验方法，行程效率应在80以上，负载效率应在78%以上。1.3.2操纵机构运动不良操纵机构图6是操纵系统中关键的部件，安装在驾驶区域，它一般由支座，换档臂和选档摇臂等主要零件组成。常见的支座有铝铸件，钢铸件或钣金件。它对整个机构起基础支撑作用，同时也是操纵机构与驾驶室地板的连接件。图6 操纵机构操纵机构运动不良的主要原因有：操纵机构本身由于可靠性较差，运动件磨损导致间隙过大引起的换挡不畅；润滑不当引起的卡滞；操纵机构位置不符合人机工程引起的挂挡不适。1.3.3 支架刚度不够 选换挡支架图7是固定软轴与变速器选换档摇臂的连接，软轴一端与变速器的选换档摇臂相连，通过支架将拉丝导向管伸缩的部分在护管接头处与支架固定，通常有金属锁片和螺栓固定两种方式。图7 换选档支架选换挡支架通常在变速器或离合器壳体上寻找有效固定点，支架型式不定，需保证足够的刚度，拉丝推拉时不变形，否则传递时，支架晃动，会大大较小拉丝效率。通常支架厚度为45mm。 2 评价方法换挡操纵系统的动作是否顺畅、换挡是否准确将直接影响汽车的操控舒适性和使用性能，同时也关系到行车安全。因评价车辆换挡操纵操控舒适性的还是“以人为本”，推荐采用找几位经验丰富体态各异的驾驶员对汽车的各种工况进行实际操作，并要求他们分别对此车的换挡操纵情况进行评价。按照评价得分情况，对反映比较强烈的意见，低分项加以设计改进，直到“主观评价”比较满意为止。具体评价指标可参考变操性能主观评价表2，分值为10分制。表2 变操性能主观评价变操性能主观评价序号细分项目评价内容1变速箱操纵杆人机换挡时，换挡杆是否舒服。2操纵杆抖动/颤动行驶中，观察换挡杆。3齿轮噪音换档时齿轮接触声音4选档清晰度分别加档、减档时，有时是否挂不上。5空档回位性退回空档的性能。6接入间隙挂入档后的手球间隙。7接入顺畅有无卡涩感。8同步性是否有吸入感。9空档间隙空档时，手柄球间隙。10换挡力各档位加档、减档力度，越轻便，分值越高。11换档行程舒适感。12选档力是否舒适。13选档行程舒适感。14操纵噪音挂档时，操纵器和拉丝有无噪音。3案例分析与解决轻型卡车匹配的5档单箱手动档变速器，档位排布如下图8所示。图8 档位排布图故障描述： 3档减2档困难。3.1 排查：3档一2档，速度在20Km时很难挂上，当速度下降到10Km以下时，才可实现换挡；其他档位无明显问题。排除了 离合器、软轴、操纵器、支架的问题。问题锁定在变速器总成上。3.2 分析：3档一2档问题，为12档位置同步器故障，同步器同步容量过小；当速度下降时，时间延长，换挡力加大后，同步器才能起到作用，挂上档。3.3 处理：加大1/2档同步器容量。将5档变速器1/2档同步器原为单锥同步器更改为双锥同步器，提高摩擦系数，提高摩擦力矩。普通单维面同步器见图9，双锥面同步器见图10，同步器摩擦力矩对比见表3。双锥同步器由外环、中环、内环、齿毂、齿套、滑块和弹簧组成。普通单锥同步器由齿毂、齿套、齿环、滑块、弹簧座和弹簧组成。图9：单锥面同步器 图10：双锥面同步器表3 同步器摩擦力矩对比图同步器单锥同步器双锥同步器改进同步摩擦力矩Nmm9577.514418.3容量提高了50%3.4 结果：经主观评价，变速操纵3档减2档时，可以保证在20Km左右轻松挂上。4 总结能够正常挂挡是汽车的基本功能，而能否保证舒适、顺畅的挂挡，对驾驶者的影响很大。所以，从价值工程的角度出发，对挂挡不太如人意的车辆，必须进行整改，各大主机厂也越来越重视整车的换挡性能。文章对换挡故障进行了系统分析，指出了各个要素应当予以重视的关键点。并提出了评价选换挡性能的主观评价方法，是最接近于使用群体和有效的。在实际应用过程中，针对换挡困难的汽车，逐一排查并解决排除离合器、变速器、变速操纵系统的各个关键要素的问题，通过主