引言
“手动挡入挡不易”对于手动挡车型来说是客户抱怨的前几大问题之一，也是各大车厂的通病。换挡品质的好坏最主要的决定因素是变速箱本身品质的好坏，但是换挡操纵机构、软轴拉线品质的好坏也与车辆换挡品质有着密切的关系。本文主要讨论从换挡操纵机构的细节设计方面来提升整车换挡品质。
一般换挡品质最主要是通过主观评价和客观数据测量来评价车辆换挡品质的好坏，从以下三个方面进行：
1）换挡的成功率（进挡的难易和是否换错挡位）；
2）换挡、选挡操作力的大小和舒适性；
3）手柄空间操作行程的大小和舒适性。
1某车型换挡力重的改进分析
根据JDPOWER调查报告，某车型手动换挡不易成为用户抱怨最大的五个问题之一。通过主观评价和客观测量，主要存在换挡发卡发涩，换挡力重，换挡力达到45N±5N，超过了舒适范围换挡力15~25N的标准，具体标准如表1所示。
表1换挡行程和力的标准范
围
首先通过数据校核发现，某车型的角度β只有
72°，远远低于β角要求的90°±5°的标准，从下
图1可以看出，β角偏离90°越多，则同样大小的拉
力或者推力F h在换挡臂转动方向的分力F h1越小，反
过来，一定的变速箱挡位切换力F h1，则换挡机构通过
拉线的操作力F h越大，如图2所示。因此S11角度b
设置不合适是影响换挡操纵力的一个重要因素
。
换挡杠杆比i=a/b=F h1/F h。
其中：F h1可通过实际测量获得，F h可设置为表1
中15~25N的目标值，这样就可以得出换挡机构杠
杆比i的值。
通过计算分析，原换挡操纵机构杠杆比偏小，也
是导致换挡力过重的重要因素，根据计算结果，将某
车型换挡机构杠杆比i由原来的1.55增大到1.92，
同时通过反复校核，使杠杆比的值满足行程和力的
要求，当然杠杆比的变化也可以通过调整变速箱的收稿日期：2017-11-13
作者简介：肖俊华（1982—），男，工程师，主要从事汽车底盘传
动系数开发工作。
汽车换挡操纵机构设计要点分析
肖俊华
（奇瑞汽车股份有限公司，安徽芜湖241009）
摘要：目前，换挡操纵机构的设计还聚焦在满足车辆换挡基本性能的基础上，对于影响车辆换挡品质的细节
设计方面涉及较少，而这些细节设计也往往成为换挡品质改进的重点和难点。因此，结合相关车型的换挡质量
改进案例，讨论从换挡操纵机构的细节设计来提升整车换挡品质。
关键词：换挡品质换挡操纵机构软轴拉线换挡力换挡行程杠杆比游隙刚度人机工程汽车换挡技巧
中图分类号：U463.212文献标识码：A文章编号：1003-773X（2018）03-0023-03
DOI:10.16525/jki14-1134/th.2018.03.09总第179期
2018年第3期
机械管理开发
MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
Total179
No.3，2018
项目要求
换挡行程（单侧）/mm55～65
换挡力/N15～25
选挡行程（单侧）/mm25～35
选挡力/N10～20
图1软轴布置角度示意图
F h1—换挡力，变速箱换挡所需力，N；F x1—选挡力，变速箱选挡
所需力，N；h1—变速箱换挡所需行程，mm；X1—变速箱选挡所
需行程，mm；F h—驾驶员操纵换挡机构所需换挡力，N；F x—驾
驶员操纵换挡机构所需选挡力，N；H—驾驶员操纵换挡机构
换挡行程，mm；X—驾驶员操纵换挡机构选挡行程，mm
图2换挡机构的简化模型
换档臂行程范围中心线
换档拉线
换档臂
β
h
X
F h
F x
F x1
F h1h1
X1
a
b
c
d
e
拉线
换挡杆
选挡臂
设计理论与方法
选换挡臂尺寸来实现。
同样的，对于选挡杠杆比i，也可以用同样的方法确定，i=（a/c）×（d/e）=F x1/F x
。
1）换挡力由原来的45N±5N减少到了20N±
5N。
2）选挡力由原来的25N±5N减少到了20N±
5N。
3）换挡准确率明显改善，发卡发涩现象减少，换
挡品质明显提升。
2换挡操纵机构细节设计概论
对于换挡操纵机构来说，除了要满足基本的选
换挡功能外，我们还要求其满足换挡品质的要求，换
挡操纵机构的细节结构设计影响换挡系统的总体品
质。换挡操纵机构除了上述提到的换挡杆形状、杠杆
比影响换挡行程分配和换挡力的大小外，另外两个
重要指标就是换挡操纵机构运动副的游隙和整体刚
度对换挡准确性的影响
。
换挡操纵机构游隙主要体现在换挡杆球头与球
碗的配合间隙以及球碗与机构壳体的配合间隙，见
图3，间隙配合大的机构会觉得松垮，间隙配合小的
机构会觉得操纵力重，因此合适的配合尺寸设定显
得尤为重要。
在图4中，尺寸是虚拟的，便于理解而设置，从
图中我们可以看出，球碗和壳体的配合在上下方向，
球碗公差设定为0/-0.1mm，壳体公差设定为±0.05
mm；在横向方向，球碗公差设定为0/-0.1mm，壳体
公差设定为0.1/0mm。球头和球碗相配合，球碗公差
设定为0.1/0mm，球头公差设定为0/-0.1mm。
同时，机构运动副的尺寸配合设定要满足摩擦
力的要求，前后方向摩擦力不大于3N，左右方向摩
擦力不大于12N（带回味位弹簧）
注：换挡手柄中部为测量
点
换挡操纵机构刚度的大小影响换挡的准确性和
手感，其主要由换挡机构运动副的间隙（上文已提到
设定方法）、换挡机构本体的刚性、底座安装点的刚
性决定。
换挡操纵机构的测定和计算如下图5所示。
上面介绍了换挡操纵机构刚性的测定和计算方
法，下面介绍如何满足换挡机构刚性要求。
换挡机构运动副的设计见第2.1节。
换挡机构本体的设计：要求底座有足够的支撑
强度，底座四个安装点距离尽可能的放大，对于最终
本体的设计模型要就行CAE的强度分析校核；另外
机构本体尽量设计成整体式的，减少增加底座或者
支架造成的刚度不足。
换挡底座安装点的设计：换挡机构底座安装点
不仅要起到固定的作用，还要有隔绝车身震动传动图3换挡操纵机构游隙示意图
4-1机构壳体
4-2球头
4-3球碗
图4机构运动副配合尺寸设定图解（单位：mm）
5-1选挡方向刚度为5～7N/mm
5-2换挡方向刚度为6～9N/mm
图5刚度测量及计算图换挡杆球碗
球头
壳体
椎46.5+0.1/+0
46.5+0/-0.1
A
静止换挡
操作力
3挡
3挡行程
4挡行程量
4挡
F1F
2
F3
F4
A
50N
F1：最大操作力
F2：吸入力
F3：拔出力
刚性：F4/A
静止选挡
操作力
50N
F1
F2
12端
12行程量
H
5R行程量
X
5R端
F1：5R端操作力
F2：5R端返回力侧
刚性：（50-F1）/X
第33卷
机械管理开发
jxglkfbjb@126
1—扁钢丝；2—芯线；3—衬套；4—扁钢丝；5—导管；6—外皮
图7软轴拉线结构图
8-1直线部=2X 行程8-2非直线
图6底座安装点结构示意图
衬套
机构本体
橡胶垫
2
4
5
6
直线部=2X 行程
拉线
拉线
非直线
图9弯曲拉线示意图
直线部50mm
图8拉线S 型布置示意图
操纵机构本体的作用，因此其设计往往采用橡胶垫
的结构，但是也造成换挡机构刚度不足的现象。
下面对于安装点结构的设计进行规定。
如图6所示，衬套为金属结构，
下端直接与车身地板接触，通过螺栓固定换挡机构与车身，橡胶垫在衬套与机构本体之间，起减震作用，其中尺寸A 和橡胶垫的硬度设定与刚度有直接关系。
尺寸A 一般设定为±0.75mm 以内；橡胶垫的硬度设定为75±5。
3
软轴拉线细节设计概论
推拉软轴是由芯线总成和外管总成及其他附件
组成（如图7所示）。他的芯线是由多股钢丝构成，
是传力构件，有的芯线外面还缠有一层钢带，
以提高芯线的承载能力。芯线外面是工程塑料管，
为芯线的运动起导向作用。再外层是由多股钢丝缠绕而成的外管和起保护作用的外皮。
对于软轴拉线的设计主要注意以下几个方面：
1）芯线和衬套材料的匹配：
磨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。芯线
和衬套表面的粗糙度越低，
运动时磨擦阻力就越小，效率就越高，驾驶员操纵就越轻便；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，因此选择合适的润滑脂对软轴的效率至关重要；
2）软轴的摩擦力和间隙设定：摩擦力在4N 以
下；游隙在3mm 以下（拉线一端固定，
另外一端加载10N 的力）
。3）拉线S 型布置时，两断弯曲之间的直线部分长度需保证在拉线2倍换挡行程以上，如图8所示，
若没有此直线段，内部芯线来回弯曲，
操纵力会大大加大。
4）弯曲拉线时，拉线接头部位开始至少50mm
的长度必须为直线段（见图9），否则拉线阻力大大
加大，寿命急剧降低。
5）需做好拉线的减震、
防水密封措施。4换挡手柄位置人机工程设计
换挡手柄是驾驶员操纵换挡机构直接接触的部件，换挡手柄在驾驶室的位置影响到驾驶员操纵的
方便性，直接影响到换挡的舒适性，
因此，换挡手柄最高点的设定至关重要，一般在车型设计开发之初
就需将手柄最高点位置确定，
然后再进行换挡操纵机构其他部件的设计。
换挡手柄人机点的确定规则如下：
换挡手柄的位置要满足人机工程的要求，一般只需规定2和5的尺寸即可。此尺寸都指的是与前
R 点的相对尺寸，
如下图10所示。图10换挡手柄与整车R 点关系图
1）换挡手柄空挡位置与整车R 点纵向距离2设定为380mm ±30mm 。
2）换挡手柄空挡位置与整车R 点垂直方向距离5设定为210mm ±30mm 。
（编辑：
李媛）12
3
78
R
（下转第34页）
肖俊华：汽车换挡操纵机构设计要点分析
2018年第3期25··
55号水平方向的频率为284Hz ，通过与变速箱
约束模态频率对比，介于箱体第三阶模态
（约束模态频率249Hz ）和第四阶模态（约束模态频率322.713Hz ），而水平方向主要的频带分布580~
630Hz 恰好同样覆盖变速箱第五阶模态频率（模态频率589.8Hz ），轴向方向测点对应的频率为740Hz ，与变速箱第六阶模态（模态频率700.388Hz ）接近。3结语
基本可以判定变速箱壳体损坏的原因为振动，后期需要优化变速箱和整车的连接，让整车振动能量频率避开变速箱自身的约束模态频率，大同齿轮公司以后在设计变速箱时，进行静力学分析和静扭试验是不足以支持变速箱壳体强度的，必要的时候需要进一步进行动力学测试分析。
参考文献
[1]孙德志，郑宏远，程乃士，等.金属带式无级变速器壳体的强度和刚度分析[J].中国机械工程，2007，18（18）：2191-2194.[2]邓洪超，马文星，康一坡，等.基于多零件接触的重型汽车变速器壳体强度分析[J].机械设计与制造，2009（4）：111-113.[3]王丽娟，马维金，于瑞湘，等.基于静力学分析与静扭试验的变速器壳体强度研究[J].机械工程师，2014（4）：18-20.
[4]
周云山，吴云兵，傅兵，等.纯电动汽车两挡变速器壳体强度分析与改进[J].计算机仿真，2015，32（1）：179-183.[5]黄勇.电动公交车变速器壳体的强度分析与拓扑优化设计[D].广州：广东工业大学，2014.
[6]
陈剑伟.某轻卡变速器壳体的强度分析与疲劳寿命预测[D].太原：中北大学，2016.
（编辑：赵婧）
图10车载状态下锤击模态测试系统简图
表2锤击约束模态分析结果
锤击次序1
2
3
4
5
6
7
频率/Hz 65.964132.955249.469322.713589.8700.388867.818锤击次序8
9
10
11
12
13
14
频率/Hz 984.0091084.3451235.2551284.8691363.0891427.6291532.773锤击次序15
16
17
18
19
20
21
频率/Hz 1628.6151704.71756.1091812.261965.4462057.5382215.836锤击次序22
23
24
25
26
27
频率/Hz
2332.3922366.52440.3182464.4212552.0132623.357
Transmission Vehicle Dynamic Test Data Analysis
Zhang Xinghui
（China National Heavy Industry Datong Gear Co.,Ltd.,Datong Shanxi 037005）
Abstract:The strength of the transmission case is calculated and analyzed,Static analysis and static torsion test is not enough,vibration characteristics should be analyzed when necessary 。The vibration characteristics of gearbox are obtained in this project by the signal of the three direction acceleration sensor collects and three dimensional power spectral density analysis method in time domain and frequency domain 。The constrained modes of the gearbox were obtained by hammering test.Through analysis the cause of cracking of gearbox shell is obtained 。Key words:time domain;frequency domain;vibration characteristics;constrained mode
力锤
汽车发动机
变速器传动轴
三向加速度计1
2
3
4
DASP 36通道数据采集系统
X
Y Z
123456789101112Analysis of the Key Points in the Design of Automobile Shift Control
Mechanism
Xiao Junhua
（Chery Automotive Co.,Ltd.,Wuhu Anhui 241009）
Abstract:At present,the gearshift control mechanism design is also focused on the basic to meet the basic performance of the vehicle shift in particular,that detail design that affect the shift quality of the vehicle involves less detail,and these detail design also often become the shift quality improvement key and difficult.Therefore,the combination of the relevant vehicle shift quality improve the case and discuss the detail design of the gearshift control mechanism to improve the shift quality of the whole vehicle.
Key words:shift quality;shift control mechanism;flexible shaft pull wire;shift
（上接第25页）
第33卷
机械管理开发
jxglkfbjb@126
发布评论