浅谈变速器脱挡原因及改进方法

吴利霞

（中国重汽集团大同齿轮有限公司技术中心，山西 大同 037305）

引言

变速器是汽车传动系统中的主要部件之一，它的功能是在发动机转速一定的情况下输出不同的转速，实现不同挡位下的动力传递。脱挡是指汽车在行驶中，尤其是在发动机负荷变化或在高速挡位时，变速杆突然自动跳回空挡位置，变速器内部同步器齿套和锥环的接合齿自行脱开，动力传递中断［1］。若在行驶过程中发生脱挡，尤其是在颠簸或高速路段，很有可能造成严重事故。因此，设计变速器时，要严格预防该类故障的发生。

1 脱挡形式及原因分析

商用车变速器脱挡因素很多，实际故障往往是多种因素共同作用的结果，并且会表现出不同的脱挡现象［2］。本文根据实际的故障箱拆解分析案例总结了变速器脱挡的几大因素。

1）由于换挡行程不足导致的脱挡。如拨叉爪磨损导致齿套换挡行程不足；换挡作用使得齿轮接合齿的顶端产生塌边磨损造成换挡行程不足；换挡叉轴与拨叉的安装螺栓松动造成拨叉定位不准，造成齿套位置的不确定性。这种脱挡原因外部表现多为车辆启动的瞬间或是伴随着行驶距离的增加而导致脱挡的频次增加。

2）接合齿啮合长不足导致的脱挡。如果啮合长度不能覆盖伴随振动等出现齿套的运动，接合齿的啮合就会脱出。如接合齿啮合长度设计值在2mm以下；拨叉的爪面磨损使得啮合长度变短；突缘螺母松动使得轴系窜动造成啮合长度变化。这种脱挡原因的外部表现主要为加减速操作，尤其是减速操作时，或高负载匀速行驶时，或是新车，易发生脱挡故障的情况。

3）齿套和接合齿偏心啮合导致的脱挡。如果齿套和接合齿圈产生轴心交角，啮合齿就会发生偏心啮合，偏心啮合会产生把齿套推出的轴向力。如以主轴齿轮内径为基准，接合齿跳动、同轴度差、拨叉爪面左右位置度、平面度差、以主轴为基准的大盖总成安装平行度差等都会产生轴心交角；变速箱内各轴承磨损或松旷也会使得轴系倾斜。这类脱挡主要发生在车辆正常匀速行驶时。

4）车辆减速时的惯性力作用于变速箱内换挡的动作零件时，其作用力超过自锁力就会发生脱挡现象。如叉轴自锁凹槽磨损、自锁钢球磨损以及自锁弹簧强度低、刚度小等都会造成脱挡。这类脱挡主要发生在颠簸路面及急刹车时。

5）齿套和中间轴干涉，齿套在挂上挡后与中间轴齿轮干渉，中间轴齿轮会产生冲击振动，可能会将齿套弹出去，造成脱挡。

2 主要对策方法

针对上述的脱挡原因分析，结合变速器脱挡故障的改进方法，本文总结了几点改进措施用于脱挡改进或是在变速器设计阶段进行脱挡有效预防。

1）接合齿啮合长度要保证。啮合长度的定义如图1所示。

图1 啮合长及倒锥角度的定义

采用最小二乘法计算叉轴自锁限位时的最小啮合长度时，首先要清楚什么时候为最小值，如图1状态，齿套向后偏，锥环向前偏计算出为啮合长度最小值，这样随着齿套一起动作的拨叉等换挡系都向后运动，随着锥环一起动作的齿轮轴系都向前运动就能确定前后端的定位方式，进而形成完整的尺寸链。一般情况要保证叉轴自锁时的啮合长度最小值要大于1.5mm。

2）扩大倒锥角度。齿套和锥环的工作面上要进行倒锥设计，倒锥面可产生防脱挡的轴向力（如图1）。该角度一般设计为2°～4°脱挡，改进扩至4°～7°，一方面增大啮合长度，一方面增大倒锥产生的轴向力。

3）增大自锁力。一是增大弹簧自锁力，二是增大拨叉轴上凹槽的角度（如图2）。增大自锁弹簧力、提高拨叉轴自锁槽的角度都可以改善脱挡，但是同样会增加换挡力，使挂挡沉重。

图2 自锁结构示意图

4）拨叉自锁槽结构设计。将叉轴自锁槽设计为V型凹槽，并且在钢球与V型凹槽两侧留有一定的间隙，车辆行驶时，钢球会爬在凹槽斜面上，弹簧力使得钢球对凹槽斜面有一个法向力，该法向力分解为一个水平分力和垂直分力，水平分力将会阻止叉轴向空挡方向运动，也可以预防脱挡现象的发生。

5）提高拨叉爪面耐磨性。拨叉爪磨损直接导致换挡行程不足和啮合长度变短进而导致脱挡。通过高频热处理，扩大拨叉高频淬火范围（接面范围内要全部硬化），旋转爪黄铜化、树脂爪化等措施进行有效预防。

3 结语

脱挡是汽车变速器的主要故障之一，本文是根据中国重汽集团大同齿轮有限公司生产变速箱及故障箱拆解多年的经验总结了几种根据脱挡现象来判断脱挡原因的方法，并针对原因提出应采取的主要对策。实际的脱挡往往是由于多种因素综合作用造成的，因此需要在正确把握故障事实的基础上进行综合性的推断，之后再确定原因及处理对策。

［1］ 陈家瑞.汽车构造（下册）［M］.北京：机械工业出版社，2006.

［2］ 刘晓雷，张红涛，向权利.手动机械式变速器防脱挡设计研究［J］.汽车与配件，2012，38（9）：44－45.