变速器操纵系统设计规范

变速操纵系统设计规范编制校对审核批准日期1目录一、变速操纵系统概述1、定义………………………………………………………………………………22、型式………………………………………………………………………………23、系统组成及零部件功能…………………………………………………………3二、变速操纵系统设计规范要求1、变速操纵系统设计流程…………………………………………………………62、变速操纵系统设计计算…………………………………………………………73、变速操纵系统设计要点及注意事项……………………………………………9三、变速操纵系统的装配调整…………………………………………………………10四、变速操纵系统的故障分析及解决方法……………………………………………12五、变速操纵系统技术条件及试验要求………………………………………………101、技术条件………………………………………………………………………132、试验方法………………………………………………………………………15六、附表…………………………………………………………………………………17七、DFMEA………………………………………………………………………………192一、变速操纵系统概述1、定义：变速操纵系统是通过操纵器及软轴或硬杆连接到变速器的选换档摇臂上，利用杠杆原理，来传递驾驶员的变速换挡动作，操纵变速器进行挡位变换，从而实现发动机动力按不同挡位进行传递。2、型式：1）根据变速器的不同，可分为手动变速操纵系统、自动变速操纵系统；目前卡车上还是以手动变速操纵系统为主。2）根据操纵方式的不同，卡车采用的变速操纵系统主要分为连杆式、拉索式。3）连杆式操纵系统多采用空心杆作为传力部件，通常需要4-5段空心杆串连起来传递行程和扭矩，各段之间需要用支座，中间轴等转换机构来实现连接。按照变速器选档轴和换档轴是否分开，又分为单杆操纵和双杆操纵。我公司凌野重卡采用的就是双杆系变速操纵系统，见图1-1优点：传动效率高，操纵性好，手感明显，在重型卡车上应用广泛；缺点：对安装空间的有了一定的限制，就会出现布置困难的情况。联接机构之间的摩擦力及杆系本身的自重会增大换选档操纵时阻力。随着近两年原材料的涨价，硬杆操纵系统给各大主机厂的成本控制带来了一定的难度。图1-1连杆式变速操纵装置1、选档摇臂2、1型六角螺母3、弹簧垫圈4、平垫圈5、六角头螺栓6、选档推拉杆一总成7、选档推拉杆后支架总成8、换档推拉杆一总成9、换档推拉杆支架总成10、换档推拉杆二总成11、选档推拉杆二总成12、换选档推拉杆支架总成13、选档推拉杆三总成14、换档推拉杆三总成15、换选档推拉杆中间轴总成16、选档推拉杆四总成17、换档推拉杆四总成18、换档杆下加强板19、变速器换档杆轴及支架总成20、变速器换档套21、变速器换档手柄总成22、大垫圈23、弹簧垫圈24、1型六角螺母4）软轴式操纵系统是采用软轴也称为拉丝，作为传递行程和力矩的媒介，由选档拉丝总成和换挡拉丝总成连接在驾驶室内的操纵器和变速器选换档摇臂之间，通过支架固定拉丝。优点：零部件少，软轴的柔性给安装带来了很大的便利，便于安装布置，调整维护，成本控制方面具有一定的优势，在轻型卡车上广泛应用。见图1-2缺点：传动效率较低。拉丝本身的结构和走向都会直接影响到负载效率和行程效率，通3常整车上软轴操纵系统的效率为60%左右。图1-2软轴式变速器换档操纵装置1、六角头螺栓2、弹簧垫圈3、I型六角螺母4、六角头螺栓5、锁片6、换选挡位丝带橡胶块总成7、十字槽大半圆头自攻螺钉8、换挡杆盖9、换挡杆套总成10、变速器换挡杆轴和支架总成11、手柄球12、全金属六角法兰面锁紧螺母13、橡胶密封块双头螺栓14、锥形锯齿锁紧垫圈15、I型六角螺母3、系统组成及零部件功能（以现轻卡采用软轴变速操纵系统为例）1）操纵机构操纵机构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。实际情况要根据整个系统的匹配和负载等因素来定。驾驶员操纵的是操纵杆上的操纵手柄，主要实现换选档动作，纵向操纵手柄为换档动作横向操纵手柄为选档动作。图1-3跃进轻卡操纵机构换档操纵时，选档摇臂不动，换档臂做前后摆动控制换档软轴进行换档。在选档操纵时，换档臂左右摆动，并通过其他联动机构（如十字轴承）带动选档臂作摆动，从而控制选档软轴选档。操纵4机构就是根据杠杆原理设计的，换档常为一级杠杆，选档是二级杠杆转化。图示1-3为跃进轻卡采用的操纵机构。2）软轴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。推拉软轴是由芯线总成和外管总成及其他附件组成(图示1-4).它的芯线是由多股钢丝构成,是传力构件,有的芯线外面还缠有一层钢带,以提高芯线的承载能力.芯线外面是工程塑料管,为芯线的运动起导向作用.再外层是由多股钢丝缠绕而成的外管和起保护作用的外皮.图1-4索芯有不同的绕制形式，可在一根粗的中心钢丝上绕制不同捻数的细钢丝，也可在一捻或几捻细钢丝的外层绕制一根或几根扁钢丝，根据不同的使用强度要求，对索芯的结构和外形有不同的要求。索芯是软轴中的关键部件，是承力部件，所以结构的合理性和强度的选择都很关键。衬管是热包在索芯的外面，常用材料是HDPE，主要作用是使索芯能绕制后更为牢固，成为一个整体，同时也使索芯在推拉运动的过程中减少摩擦。要求热包后表面平整光滑，特别对其外径有严格的要求，外径的控制直接影响到最后软轴的内阻力和传动效率。内衬套，绞制钢丝和外套管形成一个整体，它要求有一定的柔韧性的，同时也要保证软轴在底盘上布置时，内衬套的孔径不发生很大的变形，绞制钢丝相当于“骨架”，能有效地防治这种变形，内衬套的的孔壁要求光滑平整，使索芯在内衬套内推拉顺畅。索芯和内衬套的间隙是软轴一个很重要的控制点，间隙过大，会使系统的空行程大，传动效率低。间隙过小会使摩擦力大软轴的索芯和套管的间隙、索芯表面减摩材料及内充润滑油脂、输入力、输出力、长度(L一(L1+L2))和总弯曲度，对索的行程效率、载荷效率和使用寿命有较大的影响。我国钢丝材料与国外相比有一定差距,为弥补这一不足,在设计选型上适当加粗了芯线的直径,并对芯线总成的结构进行了改进,在钢丝绳的外面缠绕了一层扁钢带,以提高其承载能力。同时对芯线采取冷轧工艺,既降低了芯线表面度,也提高了芯线的强度。经过反复试验确定了软轴芯线两端的压紧负荷。压紧负荷太大会导致钢丝在压嵌过程中受损，使用中造成疲劳断裂；而压紧负荷过小则在使用中会造成芯线与接头拉脱。因此需不断改进软轴结构，工艺，提高软轴寿命和效率。53）选换挡支架选换挡支架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。如图1-5和1-6图1-5金属锁片固定方式图1-6螺栓固定方式a、金属锁片固定方式优点：安装方便，拉丝支架简单；缺点：卡簧或锁片质量不好，在选换档力大时，易失效，销售曾反映此问题。b、螺栓固定方式优点：固定牢固，拉脱力好；缺点：选换档支架较为复杂，拉丝安装空间要求较高。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，只需保证足够的刚度，拉丝推拉时不变形，能有效地传递拉丝行程和负载效率。通常支架厚度为3~4mm，刚度满足条件下轻量化、简单化。有的选换档支架单独分开，有的合在一起，为防止生锈，支架通常为镀锌件。图1-7为目前采用的几种选换挡拉丝支架总成结构方式。图1-7选换档拉丝支架总成4）驾驶室内塑料组件驾驶室内与换挡相关的塑料组件分为三个部分：换挡杆盖、换挡杆套、手柄球头。如图1-8示a、换挡杆盖固定在操纵机构支座上，与手刹罩壳和驾驶室地毯紧密贴合。造型流畅，保证操纵机构选换档摇臂的运动空间。颜色、皮纹与驾驶室内饰统一。b、换挡杆套下端固定在换挡杆盖上，上端卡在操纵杆上。形状分为单层皮革（如图1-8示）和波纹状（图1-9示），材料为PVC。换挡杆套与6卡扣合在一起，固定在换挡杆盖上。主要起到防止灰尘进入操纵机构，而造成效率损失。波纹状的换挡杆套根据塑料皮革的硬度还能起到一定阻尼的作用。图1-9波纹状换挡杆套C、手柄球头固定在操纵杆的顶端，上面标有档位指示，便于驾驶员操纵。手柄球头固定方式有螺纹固定和卡槽固定两种。手柄球头内部有螺纹便于装拆，但对手柄旋到底正好档位处于正确指示的位置要求较高。卡槽固定能很好的定位但不利于拆卸。手柄球头要求造型美观，线条流畅，符合人手握感。手柄主体材料为PVC+ABS,档位标识材料为滴塑层＋铝板。档位顺序虽然没有明确统一标准，但习惯性将低档区放置左边，高档区置于右边，奇数档和偶数档分别在前或后。如图1-10示轻卡采用的手柄球头。图1-10手柄球头二、变速操纵系统设计规范要求1、变速操纵系统设计流程尽可能提高通用化，选用国内成熟可靠的总成，合理匹配优化，取得最佳效果。1）首先确定合适的选换档比。选换档比大则力小，所需行程大；选换档比小则力大，运动行程小。通常根据人体工程学，以驾驶室内手柄换档向前离仪表台还具有“一拳”距离为宜，手柄高度不宜过高，以坐姿人手自然下垂到扶手的高度即可，选档行程往驾驶员这边时应不超过座椅边，换挡向后时不能出现打手的情况。驾驶室内的操纵器选换档比一旦定下来，不轻易更改。现在轻卡采用的操纵器选换挡比为换挡3.355，选档3.08。采用软轴操纵则整个变速操纵的选换档比为操纵器的选换档比与变速器的选换档比之乘积。变速器的选换比为选换档摇臂与内部拨叉臂长度之比，需要变速器厂家提供选、换档的力矩。一般系统的换档比在7.5~8左右，选档比在5.5~6左右。若采用杆系操纵，则要综合各个转换部件的杠杆比。2）确定拉丝结构及固定长度拉丝现在分为螺栓式式和插片式。一般根据拉丝结构的需要，通常拉丝固定点到选换挡摇臂的距离在160~280mm之间。拉丝的选换档效率由厂家提供，不得低于国家和企业标准的规定。3）确定拉丝有效行程及布置拉丝走向和长度根据变速器摇臂的长度及摆动角度，来确定行程，注意要将拉丝的行程效率计算进去。根据整车布置给出的变速器与发动机连接的点坐标，布置拉丝走向，尽可能短，不要与周围部件干涉，测量出长度。4）确定手柄球档位图根据变速器各档位的方向及操纵器摇臂摆动方向，确定手柄上的档位图。如不是顺档，通常通过调整变速器上的选换档臂方向来实现。5）设计选换挡支架7根据拉丝固定方式来设计支架，支架安装孔位一般在变速器上或离合器壳上。支架主要在保证刚度的前提下尽可能简化。2、变速操纵系统设计计算以NJ1042DBFZ为例，匹配六合变速器厂的17H26变速器和宁波软轴软管厂生产1703NJ300-040拉丝。厂家提供的数据如下：选档力矩：2、3档到1、R档或2、3档到4、5档力矩为3.15Nm；换挡力矩：6.65Nm拉丝有效行程及效率：选档的有效行程不小于60mm，换档的有效行程不小于90mm；在模拟实际装车状态下，拉丝的行程效率不小于85％，负载效率不小于80%。1)传动比操纵器的选档比=75231=3.08，换档比=76255=3.355变速器内部拨叉臂长度：选档38mm,换档40mm(厂家提供)变速器外部摇臂长度：选档70mm,换挡95mm（变速器通用状态）变速器的选档比=3870=1.842，换挡比=4095=2.375系统选档传动比：ix=3.08×1.842=5.67系统换档传动比：ih=3.355×2.375=7.968符合系统传动比的要求。2）操纵力计算A、选档力选档摇臂力臂长：L1=70mmF⊥=MXL1F⊥1R/45=3.15/0.07=45NMx-选档力矩（参数见上面）F=F⊥cos(α-90°)根据选档受力分析及行程校核图（如图2-1所示）可得:图2-1选档受力分析及行程校核图8α1R=100.7