变速器换档拨叉的刚度分析

变速器换档拨叉的刚度分析

【摘要】本文通过对变速器换档拨叉的刚度分析，来优化拨叉的结构，使其两叉脚的刚度对称，且刚度值满足设计要求，以达到提高其换档平顺性的目的。

【关键词】换档拨叉，刚度，换档平顺性

Stiffness Analysis of the Transmission Shift Fork

Liu Ji(1), Pang Zhanyu(2), Wang Kanglin(3)

Anhui xingrui gear-transmission co.,ltd.

Abstract:The structure of the transmission shift fork will be optimized by analyzing its stiffness in this paper. The optimization is to balance the stiffness of the legs and reach the target of the stiffness, and its ultimate aim is to improve the shift smoothness.

Keywords:Shift Fork, Stiffness, Shift smoothness

1引言

随着科技的发展，驾驶员对商用车的主观换档评价要求越来越高。为了满足客户的需求，就需要变速器制造商不断提高自身的设计水平，使商用车的换档性能不断向轿车靠拢。变速器的主观换档评价主要包含档位清晰度和换档平顺性，本文通过对换档拨叉的刚度分析，使其满足设计要求，进而提高变速器的换档平顺性。

2拨叉刚度分析的重要性

通过刚度分析，可以直观的看出拨叉两叉脚的变形是否对称；并检查拨叉的刚度是否满足要求。

拨叉两叉脚的设计要尽量保持对称，这里所说的对称不只是形状上的对称，更多是指换档过程中变形的对称。因为由于空间或结构的限制，有时拨叉的两个叉脚必须要一长一短，那么此时就需要对拨叉进行刚度分析。

此外，对拨叉刚度进行优化，还可以改善二次冲击，因为同步器同步期间施加在拨叉上的能量有助于拨叉通过后备间隙与结合齿结合。

3拨叉刚度对换档平顺性的影响

拨叉两叉脚形状不对称时，如果换档过程中两叉脚承受的应力相差很大，将导致应力较大的叉脚早期失效，从而导致整个拨叉的报废。另外，如果拨叉两叉脚变形不等，甚至相差很多，也将导致同步器齿套左右受力不均，产生倾斜。此时的倾斜将引起换档阻塞，从而影响换档平顺性。

有关研究表明，拨叉刚度为850-1250N/mm时，可以有效改善二次冲击，从而提高换档平顺性。

4拨叉的刚度分析

传统拨叉的两叉脚加强筋的高度和厚度是一样的，为了使两叉脚的刚度对称，本文以改变加强筋的高度为例，对其刚度进行分析。

4.1 材料的选取

拨叉常用的材料主要有三种，即铸钢、锻钢和压铸铝合金[1]。随着产品轻量化越来越受到人们的重视，在结构和强度允许的条件下，换档拨叉应优先选取压铸铝合金材料。但是，铝合金拨叉要满足强度及刚度要求，有时需要增大体积。而目前国内外变速器内部空间的设计越来越紧凑，为了避免空间干涉，又要满足设计要求，钢制拨叉就成了人们不二的选择。本次分析，采用的是铸钢材料。

4.2 载荷的施加

本文以商用车变速器换档拨叉为例，对其刚度进行分析。根据商用车变速器的换档力水平，将施加在拨叉叉脚的力设为1000N。

4.3 有限元分析

将我公司某款商用车变速器的3/4档换档拨叉的原始三维数模导入ANSYS软件，得到其变形量如图1所示。

0.93mm 0.52mm

图1 优化前拨叉的变形量

经过计算，两叉脚的刚度分别为：

长叉脚刚度=1000/0.93=1075.27（N/mm）

短叉脚刚度=1000/0.52=1923.08（N/mm）

可以看出两叉脚的刚度不对称，而且短叉脚的刚度偏高。

下面通过修改短叉脚加强筋的高度，来优化拨叉的刚度。优化后该拨叉的变形量如图2所示。

0.92mm

图2 优化后拨叉的变形量

经过计算，优化后两叉脚的刚度均为：

1000/0.92=1086.96（N/mm）

可以看出，优化后两叉脚的刚度不但对称，而且其刚度满足要求。

5拨叉刚度对二次冲击的影响

通过台架试验，测得该3/4档拨叉刚度优化前后的二次冲击数量，如图3所示。

图3 二次冲击数量

由图3可以看出，该拨叉刚度优化后二次冲击得到明显改善。

6结论

经有限元分析可以看出，通过修改拨叉叉脚的加强筋高度，可以使其刚度对称，且使其刚度满足设计要求（850-1250N/mm）。试验证明，通过优化拨叉刚度可以有效改善换档过程中的二次冲击；而且，优化后还可以避免因叉脚刚度不对称引起的换档阻塞。从而达到了提高换档平顺性的目的。

参考文献

[1] 徐海山，汤梦蕊.变速器换档拨叉的设计[J].机械工程师，2002,4：60-61.