汽车选换档软轴操纵的设计

陆静静，叶尚阳

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽车选换档软轴操纵的设计

陆静静，叶尚阳

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

软轴操纵是目前变速器操纵常用的操纵方式，本文介绍了软轴操纵的重要性、结构、相关尺寸参数、性能、软轴效率，并结合某轻客车型软轴的开发，重点强调软轴整车走向效率测试的重要性。

软轴；操纵结构；行程效率；负载效率

CLC NO.: U462.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)05-19-04

引言

目前汽车所采用的机械式手动变速器的操纵机构，可分为刚性杆系操纵和远距离推拉软轴操纵。根据总布置要求，有些车型如一些短头车，变速器布置在驾驶员座椅附近，因此可将变速器操纵杆直接置于变速器顶盖上，称为直接操纵或者刚性杆系操纵（图1），这种操纵方式的优点技术要求低，结构简单，缺点是在布置时常常会遇到操纵机构的连杆传动机构与其他系统发生干涉的问题，为了避免干涉就得增加一些中间杆件，而这些杆件的支座可能存在无处放置的问题，同时支点越多阻尼越大，效率越低，换档力也相应增大，手感变差（图2）。

图1

图2

而大多数车型如客车、轻客等车型，驾驶员座椅位置距离变速器较远，因此在变速操纵杆与变速器选换档摇臂之间，需要一种机构进行传递运动，这种机构我们叫做推拉软轴，而这种操纵方式称为远距离推拉软轴操纵（图3），这种操纵方式的优点除了能弥补刚性杆系操纵的缺点外，还具有传动环节和运动部件少、体积小、结构较为简单、操纵灵活、避免与其他系统发生干涉，同时制造的通用化、系列化、专业化程度高，变形极为方便容易，更适合于专业化大批量生产，缺点是技术要求高，但对于目前我国的制造水平而言，推拉软轴的技术研究已经不成问题。

图3

1、推拉软轴的结构和特性

1.1 软轴的结构

软轴是传动动系统中操纵力和操纵行程的传递介质，一般由两根组成，一根用来选档，另一根用来换档，如上述图三所示，两根软轴的一端连接操纵机构，另一端连接在变速箱上的选换档摇臂上。

推拉式软轴一般由芯轴和护套总成及其他附件组成，芯轴是由多股钢丝构成，是传力构件，有的芯轴外面还缠有一层钢带，以提高芯轴的承载能力。芯轴外面是工程塑料管，为芯轴的运动起导向作用。再外层是由多股钢丝缠绕而成的外护套和起保护作用的外皮。

1.2 软轴的相关尺寸参数

1.2.1 软轴总成及极限偏差见表1，若图纸有公差要求的按图纸执行，其中L1：变速器安装端尺寸；L2：操纵杆端安装尺寸；L：中间软轴长度。

表1

1.2.2 芯轴接头尺寸应符合表2规定

表2

1.2.3 护套与接头连接，其接头尺寸 应符合表3规定

1.3 软轴的性能要求

1）软轴穿入护管前应均匀涂抹润滑脂；

2）将软轴总成以R150mm半径弯曲360°能拉动自如，无卡滞现象；

3）耐久性要求：将软轴总成弯曲成S形，弯曲半径分别为150mm、200mm，在软轴一端加300N推拉力的载荷往复运动100万次不应产生软轴断裂，内护管损坏等疲劳损坏现象；

4）导向管铆压后，全周摆动角度应大于8°；

5）耐盐雾性能：中性盐雾试验96小时后无红锈；

6）耐高温、低温及防冻结试验要求：

表3

a、耐高温试验要求：软轴总成以150mm的弯曲半径完成360°，在120℃环境温度中保持10小时，各零部件不能有裂纹、融解及其它异常现象；

b、耐低温试验要求：软轴总成以150mm的弯曲半径完成360°，在-40℃环境温度中保持10小时，各零部件不能出现龟裂及其它异常现象；

c、冻结试验：将软轴在水槽中浸泡1小时，转到-40℃低温箱中2小时取出在室温中保持2分钟后操作，应无冻结现象；

7）软轴行程效率≥85%，负载效率≥85%；8）其余符合相关标准要求。

1.4 软轴的效率

软轴效率分为负载效率和行程效率，目前软轴台架效率测试一般要求≥85%，台架测试过程如下：如图4所示：芯轴A端固定在带有刚度为K的弹簧测力计上，B端缓慢加载拉伸，当芯轴拉直瞬间（即测力计显示零值）时，在A、B端芯轴上任一点分别作出标记，然后将载荷增加至芯轴接头最小拉脱力的25%时，分别测得A端位移量δ1、B端载荷F和位移量δ2，然后慢慢恢复，待测力计刚回到零值，测得残余伸长量δ0，按下式计算效率值

负载效率 ηf=W/F×100%

行程效率 ηx=δ1/（δ2-δ0）×100%

弹簧刚度K值由双方商定，表4推荐数值可供参考

表4

图4

影响软轴行程效率和负载效率损失的主要原因有以下几种：

a、芯轴和衬套材料的匹配。它们之间摩擦系数的大小影响着软轴的运动阻力和运动表面的磨损情况；

b、芯轴和衬套表面的粗糙度。零件表面的粗糙度越低，运动时摩擦阻力就越小，效率就越高，驾驶员操纵就越轻便；

c、芯轴与衬套的配合间隙要合适。间隙过小，运动阻力大；间隙过大，软轴在承受推力时会导致芯轴弯曲，造成行程损失过大，又会降低芯轴的疲劳寿命；

d、软轴总成中润滑脂的性能直接影响软轴的摩擦力和使用寿命；

e、软轴长度要适当，不要过长，应尽量走直线，否则摩擦阻力增加，操纵费力。布置的线路应顺畅，不得有任何零件阻挡或改变软轴走向的几何形状；

f、在软轴布置的线路中要有适当的支撑点。支撑点的数量和位置要能保证软轴布置线路的几何位置。

2、某轻客车型软轴开发

某轻客车型，由于周边件的限制，软轴必须从变速箱下方走，造成软轴较长，走向不顺如图5所示，严重影响软轴的行程效率和负载效率。按照公司常用软轴结构，台架效率只能达到65%左右，离85%效率差距较大。因此必须重新开发一种软轴结构。

图5

表4

对四种软轴结构分别进行台架效率测试，测试结果见表4，测试过程见图6。

图6

根据测试结果显示，结构3和结构4的负载效率和行程效率均达到85%的要求。考虑到台架测试软轴走向相对较顺，而该轻客车型不仅长，软轴走向复杂，为了保证软轴在整车上的实际效率，因此将软轴按照整车走向进行布置，并进行效率测试，测试结果见表5，测试过程见图7。

表5

图7

根据测试结果显示，只有结构4的软轴整车走向效率测试达到85%以上。软轴台架效率测试一般比整车走向效率测试要高，而我们真正运用到的是软轴的整车走向，因此建议在台架效率测试结果满足的情况下要同步考虑整车走向效率测试。结构4的软轴结构如下：

图8

3、结论

推拉软轴主要起到力和行程的传递作用，因此行程效率和负载效率是其主要评价方面，将直接影响操作者的使用舒适性，在设计之初必须确保软轴的台架效率是否满足要求，而对于一些软轴较长，走向复杂的软轴，除了测试台架效率外，还需要测试整车走向的效率，只有这样才能保证软轴效率的准确性，从而才能真正意义上的提升操纵性能，满足客户使用要求。

[1] 王望予.汽车设计.机械工业出版社.2000年.

[2] 郑平.轻型卡车软轴式变速操纵系统的设计与计算.轻型汽车技术.2014年.

[3] 孙卫平.汽车变速器软轴操纵机构的设计.汽车技术2002.

[4] 邓加尊. 汽车换挡操纵机构分总成设计.企业科技与发展.2014 .

Flexible Shaft Design for Gear Selection and Shifting of Vehicles

Lu Jingjing, Ye Shangyang
( Anhui Jianghuai Automobile Group Corp., Ltd, Anhui Heifei 230601 )

Flexible shaft is commonly used in transmission operating at present.This paper describes the importance,structure, dimension parameters,performance and efficiency of flexible shaft operating and highlights the importance of vehicle performance test for flexible shaft through a combination of the development of push-and-pull flexible shaft of light buses.

flexible shaft; control mechanism; stroke efficiency; load efficiency

U463.21 文献表示码：A

1671-7988 (2017)05-19-04

陆静静，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.05.007