無噪音變速撥叉的創(chuàng)新設(shè)計(jì)及其進(jìn)展

　　項(xiàng)錫勝

　　(溫州天和汽車部件有限公司)

　　前言：

　　汽車、拖拉機(jī)變速撥叉是變速箱的重要構(gòu)件之一，工作時(shí)如同撥叉軸為支點(diǎn)的懸臂梁，承受著間歇式彎曲疲勞載荷，其形狀復(fù)雜，厚薄相差懸殊，加工精度高。即要保證撥叉的綜合機(jī)械性能，又必須滿足叉部耐磨的目的。目前國內(nèi)生產(chǎn)撥叉大多數(shù)都是通過模鍛、鑄造成型后經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理提高綜合機(jī)械性能。再經(jīng)碳氮共滲淬火、滲碳淬火或高頻淬火來提高叉部與齒輪接觸面的硬度，從而達(dá)到耐磨的目的。而任何淬火都會(huì)因內(nèi)部組織變化，比容增大，熱應(yīng)力和組織應(yīng)力疊加，不可避免地引起變形，甚至裂紋，這就是加工撥叉的最大技術(shù)難點(diǎn)，

　　如何解決這一技術(shù)難題。我們進(jìn)行了以下技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

　　1、最大限度地利用材料的性能;

　　2、最大限度地簡(jiǎn)化加工工藝;

　　3、創(chuàng)新地使用尼龍夾片。

　　產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)：

　　(1)材料：45-GB/T699-1999鍛造余熱熱處理狀態(tài)使用

　　(2)隨整機(jī)通過耐久性和實(shí)用性試驗(yàn)：≥5000小時(shí)

　　試驗(yàn)技術(shù)方案

　　第一階段：采用單片增強(qiáng)尼龍粘貼法。

　　我們采用增強(qiáng)尼龍片粘貼的撥叉用于金杯、馬自達(dá)汽車，使我們對(duì)撥叉的使用有一個(gè)新的認(rèn)識(shí)，當(dāng)時(shí)我們?cè)囉昧藝鴥?nèi)外多家提供的粘結(jié)劑和不同的粘結(jié)法進(jìn)行比較。

　　對(duì)增強(qiáng)尼龍粘貼采用正交試驗(yàn)，我們選取了四因素三水平的正交表，制定試驗(yàn)方案：對(duì)試驗(yàn)結(jié)果通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析：得知洛泰膠粘結(jié)強(qiáng)度高。國內(nèi)多家膠的粘結(jié)性能都遠(yuǎn)不如洛泰膠。但美中不足是凡因粘貼不平整需返工時(shí)，重新退出粘貼非常困難。且洛泰膠價(jià)格昂貴并不斷漲價(jià)。當(dāng)時(shí)為保證粘結(jié)強(qiáng)度，我們只好選取洛泰膠。

　　第二階段：兩尼龍片連成一體，兩夾片內(nèi)側(cè)制成凸銷鑲嵌法。

　　從那時(shí)起我們就一直考慮要使尼龍片和撥叉平面貼合在一起，除使用粘膠外，還有其它辦法可循嗎?如果用兩塊尼龍，兩面分開鑲嵌就好了。

　　考慮到撥叉工作時(shí)只有一面與齒輪接觸，另一面處于自由狀態(tài)，尼龍片有可能脫落，根據(jù)撥叉使用時(shí)的活動(dòng)空間，叉頭前面有足夠的位置，這樣就把單片尼龍做成兩片連在一起的尼龍夾片，尼龍夾片內(nèi)側(cè)制有兩個(gè)小凸臺(tái)，插入撥叉內(nèi)孔中。保持一定的緊度，試驗(yàn)證明這種夾片結(jié)構(gòu)對(duì)解決尼龍片單面脫落非常有效。而且如果一面磨損，可以換面使用，拆裝非常方便。這一大膽設(shè)想經(jīng)多次試驗(yàn)后取得了明顯的效果。

　　第三階段：對(duì)于小平面撥叉采用開槽鑲嵌法。

　　國外要求我們提供多種無噪音的高性能新型撥叉。北京齒輪總廠提出和我們

　　一同開發(fā)、研制、生產(chǎn)。我們考慮到本國資源，我國金屬鉬稀少，離子噴鉬撥叉噪音小、耐磨等性能好，但價(jià)格昂貴。于是我們協(xié)商開發(fā)增強(qiáng)尼龍鑲嵌的撥叉。由于我們歷經(jīng)過一些試驗(yàn)，有一定的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)。小平面撥叉叉口面積小，為保證其強(qiáng)度，我們?cè)谠袚懿婷鞯幕A(chǔ)上，對(duì)原有撥叉口加以改進(jìn)見圖 ：

　　改進(jìn)前叉口形狀見圖1與改進(jìn)后叉口形狀見圖2，

　　設(shè)計(jì)試驗(yàn)鑲嵌牢靠的零件槽口尺寸大小(槽寬×槽深)和尼龍片鑲角尺寸大小相匹配。其零件開槽形狀和開槽尺寸。需經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)加工試制，為避免尖角處有應(yīng)力，需要設(shè)計(jì)合理的倒角。既要保證尼龍片鑲嵌方便易行，又要確保撥叉頭的強(qiáng)度。 為縮短試驗(yàn)時(shí)間我們根據(jù)影響撥叉頭的幾個(gè)因素作正交試驗(yàn)。為此我們按照L9(34)作如下試驗(yàn)：

　　             因素水平表

　　試驗(yàn)方案及結(jié)果分析表鑲嵌增強(qiáng)尼龍夾片

　　從試驗(yàn)結(jié)果分析表中可以看出

　　因子A以A2(垂直叉口銑槽面得分最高)稱A2因子為A的優(yōu)水平

　　同理因子B的優(yōu)水平是B1(零件開槽尺寸為5×3.3)

　　因子C和D的優(yōu)水平是C3(5.2×3.9)和D3(2×0.5)

　　很容易想到：如果把這四個(gè)因子的優(yōu)水平結(jié)合起來就能得到一個(gè)較好的水平組合A2B1C3D3。

　　選各因子的最佳值組成較優(yōu)方案現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)過實(shí)踐考驗(yàn)后取A2B1C3D3.

　　A零件形狀：取第2水平垂直叉口銑槽面

　　B零件開槽尺寸：取第1水平5×3.3

　　C尼龍片配合尺寸：取第3水平5.2×3.9

　　D零件倒角：取第3水平2×0.5

　　必須說明的是利用鍛造余熱正火或調(diào)質(zhì)應(yīng)該掌握以下幾條：

　　① 在保證鍛造成型的前提下，選擇鋼的鍛造溫度不宜過高;

　　② 鍛造形變量應(yīng)根據(jù)鋼的沖擊性能要求確定，常用鋼材最佳形變量范圍在25%~40%;

　　③ 鍛后停留時(shí)間、高溫形變后停留時(shí)間碳素結(jié)構(gòu)鋼不大于60S;

　　④ 鍛后余熱正火或淬火溫度為鋼的相變臨界點(diǎn)Ar3及Arcm以上或Arcm~Ar1之間的某一個(gè)溫度。

　　通過恰當(dāng)?shù)挠酂嵴鸸に?可使45或40Cr等鋼鍛后直接獲得均勻的鐵素體加珠光鐵,使其組織更細(xì),晶粒得到細(xì)化(5~8級(jí))見圖3和圖4,因此,壽命提高一倍以上。

　　結(jié)語

　　近年來，無噪音變速撥叉的研究與試制逐漸得到重視，但其應(yīng)用普及率與國外差距仍然較大。對(duì)變速撥叉鑲嵌增強(qiáng)尼龍片，可以獲取低成本、高性能、低能耗等綜合效益。由于這種撥叉使用時(shí)噪音小，安全耐用，目前強(qiáng)力膠粘接的撥叉國內(nèi)已在金杯、馬自達(dá)轎車得到廣泛應(yīng)用，帶凸銷尼龍片嵌入的撥叉美國約翰·迪爾公司已用于拖拉機(jī)上。 我公司多年研發(fā)成功各種規(guī)格汽車、拖拉機(jī)變速撥叉，已成為溫州天和公司的核心技術(shù)， 幾家主要客戶通過對(duì)產(chǎn)品裝機(jī)考核試驗(yàn)或試用，給予了較高的評(píng)價(jià)。如美國約翰·迪爾公司將我公司的鑲嵌增強(qiáng)尼龍片撥叉，在拖拉機(jī)上進(jìn)行組裝適用性試驗(yàn)和等效5000H的適用性試驗(yàn)， 試驗(yàn)全過程運(yùn)轉(zhuǎn)正常。試驗(yàn)后經(jīng)分解檢查，所有零件無裂紋、變形和磨損。因此， 準(zhǔn)備進(jìn)一步推廣使用。