汽车“反拖”工况对变速器的影响分析

引言

“反拖”工况常见于汽车辅助制动系统中的发动机缓速制动，利用发动机制动是指松开油门踏板，但不踩下离合器，并将变速器挂入某一前进挡，使汽车得以通过驱动轮和传动系统带动发动机曲轴继续旋转，平时所说的汽车下坡松油门与上述情况相同[1]。此时本来是汽车动力源的发动机就变成消耗汽车动能从而对汽车起到缓速、制动作用。在这种情况下，汽车发动机输入的动能大部分损耗在发动机的进气、压缩、排气过程中，小部分消耗于对水泵、油泵、空压机、发电机等附件的驱动中。发动机及上述各附件阻碍曲轴旋转的力矩即是制动力矩，通过传动系统放大后传给驱动车轮，此时变速器的挡位越高对发动机的作用越小，反之越大。这种利用变速器挂挡、反拖制动的形式使用越来越频繁，能够更好地起到制动效果。但是设计变速器时，如果仅仅考虑到变速器正常的挂挡行驶传动，而没有充分考虑到反拖工况下变速器内部的受力变化，变速器在使用过程中容易出现各种故障。大齿公司的某款单中间轴七挡变速器就是在反拖工况下，其七挡齿轮打齿故障频繁。前期由于没有能够充分认识到反拖这一特殊工况，制定的各种改进措施均未起到应有效果。后经过对反拖工况的充分认识，进而实行了一系列的针对性的改进，该问题得以彻底解决。本文就针对该问题的分析解决过程进行探讨，希望能引起其他变速器研发、制造同仁的重视，提升变速器的研发水平。

1 变速器内部齿轮轴向在汽车正常传动时的受力情况

在齿轮传动时，齿轮所受到的轴向力为齿轮传动时所受到切向力在轴向产生的分力，由此可见如是直齿轮则不存在轴向力，如是斜齿轮则会产生轴向力；以大齿公司的某七挡变速器内部齿轮为斜齿轮，故以此作为分析模型。假设该变速器挂五挡，汽车正常传动时，变速器内部动力传递路线如下：发动机→一轴及齿轮→中间轴常啮合齿轮→中间轴五挡齿轮→二轴五挡齿轮总成（包括锥环）→齿套→齿座→二轴→输出法兰，此时变速器动力输出过程完成。按照行业内规定变速器前后方向的惯例，变速器一轴位置为前端，输出法兰位置为后端。按照由后往前看，此时发动机的旋转方向为逆时针，变速器内部参与动力传递的相关零件的旋转方向如下：发动机（逆时针）→一轴及齿轮（逆时针）→中间轴常啮合齿轮（顺时针）→中间轴五挡齿轮（顺时针）→二轴五挡齿轮总成（逆时针））→齿套（逆时针）→齿座（逆时针）→二轴（逆时针）→输出法兰（逆时针）。在此情况下，分析二轴五挡齿轮的轴向力方向。此时完成动力传递的齿轮副为两组，动力传递主动齿轮副为齿轮副1（一轴齿轮、中间轴常啮合齿轮），动力传递从动齿轮副2（中间轴五挡齿轮、二轴五挡齿轮），具体信息如表1所示。

 

表1 汽车变速器挂五挡正常行驶，内部传动齿轮副

  

齿轮副 位置 螺旋角方向 备注 主动/被动齿轮副1主动中间轴常啮合齿轮 右旋 被动一轴齿轮 左旋 动力传递主动齿轮副齿轮副2中间轴五挡齿轮 右旋 动力传递从动齿轮副主动二轴五挡齿轮 左旋 被动

现在对上述两组齿轮副受力情况进行分析：

齿轮副1（一轴齿轮及中间轴常啮合齿轮）受力分析如下页图1所示，齿轮副2（中间轴五挡齿轮及二轴五挡齿轮）受力分析如下页图2所示。

受力分析结论：在正常传动时，一轴齿轮为主动齿轮，齿轮旋转方向为逆时针，齿的左侧面为啮合作用面，齿轮所受轴向力向前；中间轴常啮合齿轮为被动齿轮，齿轮旋转方向为顺时针，齿的左侧面为啮合作用面，齿轮轴向力向后；中间轴五挡齿轮为主动齿轮，齿轮旋转方向为顺时针，齿的右侧面为啮合作用面，齿轮所受轴向力向前；二轴五挡齿轮为被动齿轮，齿轮旋转方向为逆时针，齿的右侧面为啮合作用面，齿轮所受轴向力向后。另外，该变速器其他挡位均为斜齿轮，中间轴总成上各斜齿轮螺旋角均为右旋，二轴总成上各斜齿轮均为左旋，故此其余挡位齿轮的旋转方向、所受轴向力、齿轮的啮合作用面与五挡一致，在此就不做重复解释。

正常转动时，二轴五挡齿轮轴向受力方向及此时对应七挡齿轮轴向间隙计算结果：正常传动时，二轴五挡齿轮轴向力方向向后，五挡止推垫未受到二轴五挡齿轮的轴向推力，止推垫不会向前移动，故此时二轴七挡齿轮轴向间隙由以下六种的尺寸形成：分别为二轴台阶尺寸、四挡轴承座圈宽度、四五挡齿座宽度、五挡轴承座圈宽度、五挡止退垫宽度、七挡齿轮宽度。此时计算出二轴七挡齿轮轴向间隙为0.38～0.62 mm之间，与大齿公司齿轮轴向间隙标准0.3～0.5 mm基本一致，不会存在轴向间隙偏小导致的齿轮烧伤情况。

  

图1 齿轮副1受力分析

  

图2 齿轮副2受力分析

2 变速器内部齿轮轴向在汽车反拖时的受力情况

2.1 受力分析

现在对上述两组齿轮副受力情况进行分析：齿轮副3（二轴五挡齿轮、中间轴五挡齿轮齿轮）受力分析如图3所示，齿轮副4（中间轴常啮合齿轮、一轴齿轮）受力分析如图4所示。

此时仍以该七挡变速器作为分析模型，变速器挂五挡，汽车反拖时，变速器内部动力传递路线如下：输出法兰→二轴→齿座→齿套→二轴五挡齿轮总成→中间轴五挡齿轮→中间轴常啮合齿轮→一轴及齿轮；变速器内部参与动力传递的相关零件的旋转方向如下：输出法兰（逆时针）→二轴（逆时针）→齿座（逆时针）→齿套（逆时针）→二轴五挡齿轮总成（逆时针）→中间轴五挡齿轮 (顺时针)→中间轴常啮合齿轮(顺时针)→一轴及齿轮（逆时针）。在此情况下，分析二轴五挡齿轮的轴向力方向。此时完成动力传递的齿轮副为两组，动力传递主动齿轮副变为了齿轮副3（二轴五挡齿轮、中间轴五挡齿轮齿轮），动力传递从动齿轮副变为了齿轮副4（中间轴常啮合齿轮、一轴齿轮）。齿轮的主被动关系也发生了变化，正常传动时，一轴齿轮为动力输入起始齿轮，带动其他参与齿轮完成动力传递；而挂五挡反拖时，二轴五挡齿轮为动力输入起始齿轮，带动其他参与齿轮完成动力传递。具体信息如表2所示。

 

表2 汽车变速器挂五挡反拖，内部传动齿轮副

  

齿轮副 位置 螺旋角方向 备注 主动/被动主动中间轴五挡齿轮 右旋 被动齿轮副4中间轴常啮合齿轮 右旋 动力传递从动齿轮副齿轮副3二轴五挡齿轮 左旋 动力传递主动齿轮副主动一轴齿轮 左旋 被动

  

图3 齿轮副3受力分析

  

图4 齿轮副4受力分析

2.2 受力分析结论

大齿公司的该七挡变速器为超速挡变速器，二轴五挡齿轮前部的相邻齿轮为七挡齿轮，挡位布置如图5所示。

开源软件的成功有力的驳斥了只有私有化的知识产权能够推动创新的言论[3].然而，开源软件的失败率是较高的[4].并且，对开源软件项目的评估也不同于商业软件系统[5].所以需要一种度量方法能够获知当前开源软件的项目状态和推演开源软件项目的未来发展情况，以便用户选择所需的项目.DeLone和McLean [6] 最早提出了度量信息系统的DM模型.Polancic 等人提出开源项目质量度量模型[7].Rajdeep Grewal et al. [8]从技术和商业两个角度来分析项目的成功.

3 分析总结

⑦ E.H.Gombrich,IconesSymbolicae：TheVisualImagein Neo-Platonic Thought,Journal of the Warburg and Courtauld Institutes,vol.11.1948.p.165.

4 大齿公司某七挡变速器挂五挡“反拖”造成二轴七挡齿轮轴向间隙变小导致的烧伤问题

在挂五挡反拖时，二轴五挡齿轮为主动齿轮，齿轮旋转方向为逆时针，齿的左侧面为啮合作用面，齿轮所受轴向力向前；中间轴五挡齿轮为被动齿轮，齿轮旋转方向为顺时针，齿的左侧面为啮合作用面，齿轮所受轴向力向后；中间轴常啮合齿轮为主动齿轮，齿轮旋转方向为顺时针，齿的右侧面为啮合作用面，齿轮所受轴向力向前；一轴齿轮为被动齿轮，齿轮旋转方向为逆时针，齿的右侧面为啮合作用面，齿轮所受轴向力向后；另外，就该变速器其他挡位均为斜齿轮，中间轴总成上各斜齿轮螺旋角均为右旋，二轴总成上各斜齿轮均为左旋，故此在挂五挡反拖时其余挡位齿轮的旋转方向、所受轴向力、齿轮的啮合作用面与中间轴常啮合齿轮及一轴齿轮一致，在此就不做重复解释。

  

图5 主轴齿轮布置说明

在农田水利工程当中，由于受到传统灌溉技术的影响，在进行灌溉的过程中，仍然存在着一定的影响因素，从以下三方面对节水灌溉技术的影响因素进行分析。

根据以上分析可以看出，在正常传动时，二轴各挡斜齿轮齿轮所受到轴向力全部向后（输出法兰方向）；而挂五挡“反拖时”，二挡五挡齿轮所受的轴向力是向前（一轴方向），二轴其他挡位斜齿轮所受轴向力方向不变，仍然为向后状态（挂其他斜齿挡位反拖，情况一致）。在挂五挡“反拖”这种情况下，二轴五挡齿轮在轴向力作用下会向前移动；如二轴五挡齿轮前部的相邻齿轮轴向限位方式设计不当，在挂五挡“反拖”时，其前部相邻齿轮的轴向间隙会被二轴五挡齿轮压缩，造成齿轮烧伤；该问题在中国重汽集团大同齿轮有限公司（全文简称“大齿公司”）的该七挡变速器上已发生，并且情况比较严重，在随后内容中将进行解释说明。

以临床需求为导向建立护理教学体系必须要做好具体的教学技术，在上岗之前必须要见过岗前培训，对理论知识和具体实践知识有一定了解方可上岗，同时以岗位为考核，提供考核表，加强护理人员个人能力提升。

在挂五挡反拖时，二轴五挡齿轮在轴向力作用向前移动，进而推动五挡止推垫向前动，止推垫推动限位卡簧向前移动，直至卡簧前端面二轴卡簧槽前端面接触为止；此时计算七挡齿轮的轴向间隙为-0.05～+0.35 mm，存在烧伤风险。这就是导致烧伤打齿的根本原因。

5 大齿公司某七挡变速器实施的针对性改进措施

经过上述分析最终实施如下改进措施：对该七挡齿轮后端的限位卡簧设计为不同厚度的卡簧组，选择性进行装配，减小挂五挡反拖时的止推垫向前移动量，按照此改进后，即使在挂五挡反拖时，七挡齿轮的轴向间隙仍能保证0.27～0.50 mm之间；实施该改进措施以后，该七挡变速器累计装车5 000台左右，市场已运行20个月左右，尚无一台打齿故障发生，该问题得以彻底解决。

6 结语

经过以上分析可以看出，汽车反拖工况将会导致变速器内部齿轮受力发生变化，对变速器使用可靠性存在较大影响，故在变速器设计开发之处需要进行充分的分析，希望通过本文的分析能够给同行带来一定的启发。

参考文献

[1]陈家瑞.汽车构造（下册）[M].北京：机械工业出版社，2014.