变速器操纵系统设计规范.docx

1、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 19一、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

2、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

3、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

4、 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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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。3）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

10、，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34mm，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

11、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

12、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

13、”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，选档。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8左右，选档比在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160280

14、mm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 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

15、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；换挡力矩：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=，换档比=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=，换挡比=系统选档传动比：ix=系统换档传动比：ih=符合系统传动比的要求。2）操纵力计算A、

16、选档力选档摇臂力臂长：L1=70mm F= F1R/45=45N Mx-选档力矩（参数见上面）F=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1R= 45=80因此：F1R=45/cos-90)=F45=45/cos(80-90)=取拉丝的负载效率=80%，球节处的效率1=98%整个选档机构的负载效率为：11=80%98%98%=%因此，变操手柄处的选档力为（不考虑扭簧时）：FS12=%=FS45=%=该操纵器选档轴上加装了扭簧：如下图2-2 图2-2 扭簧参数尺寸图弹簧常数：以k表示当弹簧被扭转时，每增加1扭转角的负荷 弹簧常数公式（单位：kgf/

17、mm）:K=E=线材之钢性模数：琴钢丝E=21000,不锈钢丝E=19400,磷青铜线E=11200,黄铜线E=11200d=线径Do=OD=外径 Di=ID=内径Dm=MD=中径=Do-dN=总圈数L =负荷作用的力臂=我们采用扭簧为琴钢丝，N=5，d=，L选=231mm K=mm=mm变速器选档摇臂摆动角度为，行程为19mm，拉丝行程效率=85% 整个选档机构的行程效率为： 11=85%98%98%=%则操纵器的选档摇臂行程上下为=，手柄上或4、5选档行程为=则扭簧力为=手柄处最终选档力为：FS12=+=FS45=+=B、换档力换档臂力臂长：L2=95mm换档力 FH=FH=70N整个换档

18、机构的负载效率为：11=80%98%98%=%因此，变操手柄处的换档力为：FSH)=70/%=注意若由于拉丝布置导致行程效率、负载效率损失的话，则手柄上的力还会增大。C、行程校核（1）选档行程根据选档行程校核图2-1可得，选档所需的行程为LX=取选档拉丝的有效行程为60mm行程效率=85% 整个选档机构的行程效率为： 11=85%98%98%=% 因为 60%=49mm 所以选档拉丝及整个选档机构的行程 可以满足要求。（2）换档行程从空档位置到换档到位，外换档臂的摆动角度为（厂家提供）因此，换档所需的最小行程约为LH=295= (如图2-3所示) 取换档拉丝的有效行程为90mm行程效率=85%

19、 整个换档机构的行程效率为： 11=85%98%98%=% 因为 90%=所以换档拉丝及整个换档机构的行程 图2-3 变速器换挡摇臂行程也是满足要求的。（3）手柄上的总行程 选档总行程=；换挡总行程=满足操纵器选换档行程的范围。3、变速操纵系统设计要点及注意事项设计要点主要集中以下几个方面：（1）软轴走向合理，尽可能与排气管不在同侧，而与操纵器同侧布置，可减小软轴长度，提高效率；（2）档位变化（操纵手柄标识）主要由变速器决定，通常按照国际顺档布置档位，来调整选换挡摇臂的方向。也就是低速档朝左，高速档超右（针对国内方向盘左置，反之则相反）。（3）变速操纵系统要满足档位清晰和换档轻便要求；（4）需

20、注意选换档支架设计是否会与变速器壳体等其他零部件发生干涉，保证支架刚度； 软轴变速操纵系统中最重要的零部件就是软轴。软轴的结构及布置直接影响着软轴的使用性能。为了提高变速软轴的工作效率、延长使用寿命，在设计、布置和安装时，需注意如下事项： (1) 根据实际需要选用设计正确型号、类型的变速软轴，保证满足强度大于拉脱力和拉断力的要求。 (2) 根据具体的应用情况，确定变速软轴的长度。长度要适中；若过短，安装时易与其他件发生干涉；若过长，将降低软轴的行程效率和载荷效率。 (3) 强调变速软轴与所选操纵机构的匹配性，保证软轴使用过程中的拉杆摆角在设计范围(一般为8)内。(4) 设计时弯曲半径决不可以小

21、于小于软轴生产厂家所规定的最小允许弯曲半径，并且，总弯曲度越小越好。(5) 当变速软轴的终端只作线性运动时，需保持轴套总成的轴线与拉杆运动轴线成线性关系。图 减小摆角的安装示意图(6) 当变速软轴的终端与摆杆相连接时，连接点的运动轨迹成弧形，应尽可能地减小拉杆的摆角。如图4所示，图中a、b的拉杆摆角大于c的拉杆摆角。(7) 轴套总成的固定点必须牢固，当有负荷时，固定点不移动。在大部分情况下，软轴的终端(轴套)都固定在需要控制的部件上。这样当被控部件移动时，不会产生不利的控制动作。 (8) 软轴的悬挂部位需要适当地布置支承点，即增加卡箍，用以减小运动过程中的振动。卡箍夹紧力要适当。夹紧力过小，起

22、不到支撑和限位的作用；夹紧力过大，会造成软轴衬管的变形,影响芯线的运动。 (9) 变速软轴工作过程中，受到频繁的往复或旋转的振动载荷，其螺纹联接必须进行防松处理，以免振动松动，甚至脱落。 (10) 软轴走向布置时不要直接接触高温部件，如发动机壳体、排气管等。由于软轴的外皮,衬套均是塑料制品，在高温下会发生变形，老化甚至融化。若布置上有困难，则要在软轴的外面增加隔热套或在热源与软轴之间加上隔热板. (11) 避免软轴受到挤压、夹扭、碰撞和摩擦。三、变速操纵系统的装配调整 1、装配要求 变速器换档摇臂、选档摇臂置于空档位置。装配时，参照变速器换档操纵装置图或发动机三带图，分别将换档杆轴和支架总成固

23、定于驾驶室底板上，将推拉丝总成从驾驶室下方穿入驾驶室内，在橡胶密封块处用两个螺栓将其固定在驾驶室底板下，将换选档推拉丝支架总成固定在相应的位置。参照变速器换档操纵装置图，将换选档推拉丝柔顺地沿横梁和纵梁布置好，每隔300mm至少要用一个线夹或卡箍固定于车架上，其后端分别穿过换选档推拉丝支架与变速器选档摇臂、换档摇臂相连，用锁片或螺栓将拉丝固定在换选档推拉丝支架总成上。装配好后的推拉丝总成与变速器相连的一端的开档距离应符合设计要求，可调整误差为3mm。在驾驶室底板上固定好变速器换档杆轴和支架总成，将变速器换档杆处于自由状态，在选档回位弹簧的作用下换档杆处于选档空档位置，在变速操纵拨杆和拨叉上均有

24、定位孔，用定位锁插入定位孔，确定换档杆的换档空档位置。将换选档推拉丝的球头部位穿过驾驶室底板，用锁片将其固定在换档杆轴和支架总成上，旋松换、选档推拉丝端部的调整螺母，改变螺杆旋入球头的长度，使换、选档球头总成很自然的插入相应的孔中，拧紧螺母，拨出定位销。至此换选档拉丝即固定在换档杆轴和支架总成上。装上变速器换档杆盖，用螺钉固定在换档杆轴和支架总成上，再从换档杆上方装上换档杆套，换档杆套下端四周要压紧在变速器换档杆盖相应的凹槽里，并且贴紧不得有松动和间隙，最后将换档手柄球总成按档位数字的正确方位装在换档杆上并且压紧。变速器操纵拉丝长短适中，走向平行、成束固定，避免交叉、缠绕、干涉、拖挂现象，拉丝

25、走向最小弯曲半径不小于150mm。拉丝固定支架与拉丝接头应保证在同一条直线上。拉丝接头螺杆旋入螺纹孔内长度不小于5mm。装配完后应保证拉丝总成与相对运动的部件之间距离不小于20mm，如拉丝总成与发动机部件距离、拉丝总成与驾驶室部件之间距离等。拉丝总成与温度较高的排气管、散热器总成、中冷器总成等部件距离不小于40mm。检查及拆卸、修理和更换推拉丝时，要更换锁片。2、调整要求在装配或行驶中，如果出现换入各档困难，档位不清，脱档等故障时，必须做相应的调整。 换档拉丝的调整部位有2个：拉丝端部的球头和尾部的大圆盘，通过外旋（内旋）球头或大圆盘，使拉丝伸长（缩短），一般来讲，为了调整的方便性，先调节大圆

26、盘，如大圆盘的调节仍达不到使用要求，再调节球头部位。选档拉丝的调节部位在端部的球头，通过外旋（内旋）球头，使拉丝伸长（缩短）。部分新增件的选档拉丝调节部位增加到2个，除端部的球头可以调节外，在与变速器选档摇臂相连的尾部也有球头可以调节拉丝长度。 变速操纵杆在朝前推时，如果朝前（手柄球上的前方）的3个档出现吃档困难、档位不清、脱档等故障，则外旋换档拉丝球头或大圆盘直到故障消除。 变速操纵杆朝后拉时，朝后的3个档出现吃档困难等故障时，内旋换档拉丝的球头或大圆盘，直到故障消除。 变速操纵杆朝右推时，朝右的2个或3个档出现吃档困难等故障时，内旋选档拉丝的球头，直到故障消除。 变速操纵杆朝左推时，朝左的

27、2个或3个档出现吃档困难等故障时，外旋选档拉丝的球头，直到故障消除。换选档推拉丝球头或大圆盘旋入螺杆的长度不得小于5mm。调整完毕后，变速器选档手柄行程单向范围应在5060mm，选档力不大于50N；换档手柄单向行程范围95105mm，换档力不大于60N。变速器运行中无异响，换档时啮合灵便，互锁自锁装置可靠，不得有乱挡、跳挡等现象，选档、换档过程中变速杆不得与其它部件干涉。四、变速操纵系统的故障分析及解决方法1、故障现象：倒档（R）或高档（5，6档）挂不上，或挂上后出现跳档现象。原因分析：1）换选档的行程不够，可能是操纵拉丝本身的有效行程就不够，所以在设计选换档拉丝时，既要考虑到结构安装的可行性

28、，也要充分考虑与之匹配的变速箱的换选档行程的需要，重新计算确定合适的有效行程。2）选档位置不准确，操纵杆没有调整到合适的位置。选档软轴的选档行程一定，若操纵杆偏左或偏右就会使得选档的一端行程变小，从而导致高位档或倒档上不去。可以按照拉丝调整的方法解决问题。3）换档软轴固定在变速器端时，要注意孔位选择的问题，有时厂家为了零部件通用，变速器换档摇臂上有几个选装的孔位，若装配的不是与支架连线垂直的孔位，会导致拉丝倾斜，行程和力都会损失。注意装配的孔位，进行核对。2、 故障现象：操纵力很重，挂档不顺畅。原因分析：1）变速箱在低温环境下，箱内的齿轮油黏度较高，齿轮之间的滑移阻力较大，机器需要预热。或者是

29、选用的齿轮油型号不对，导致齿轮滑移不顺畅。尤其是冬季用油，变速器应采用粘度稀的油品85W-90.2）变速箱内的静态换档力过大，对于轻型卡车，变速箱静态换选档力如下表所示，操纵手柄操纵力最大不超过75N。变速器扭矩（Nm）换挡力（N）选档力(N)摘档力(N)300905090400100701004005、6档150，其余档110R150，其余档1105、6档120，其余档903）软轴内的索芯抽动阻力较大，可能是以下几种原因，软轴套管内存有水分，在寒冷地区后低温环境下，结冰了冻住了索芯。其次可能是在制造软轴时没有控制好索芯和内衬管之间的间隙，软轴在空负载下的阻力也很大。再有时可能在车身上固定软轴

30、时，固定点过多（一般1000mm有一处固定点即可），而且固定的太紧，使得衬管压迫索芯，增大了抽动索芯时的阻力。4）在定购软轴时，选用较长的软轴，在布置时只好采用折弯的办法来勉强布置，而增加折弯或折弯半径过小会导致阻力增大。5）在布置软轴一端相关运动部件的连接角度尽量采用90度，这能获得最大的有效力臂，使得操纵力变小。6）操纵机构的相关运动部件润滑不够，操纵器采用的是十字轴结构，时间长了，内部会润滑性不好，阻力增大。可更换操纵器总成。3、故障现象：操纵手柄空行程很大，操纵舒适性欠佳。原因分析： 1）检查系统中的紧固件是否松旷，松旷不仅能消耗部分行程，还会导致档位挂不上。2）操纵软轴时用了较长时间后，索芯和内衬管之间的间隙会增大，特别是软轴上的球节，球头在球窝里的间隙增大，导