汽车变速器离合操纵系统减振降噪技术的研究

摘 要 本课题是基于当前机械式手动汽车变速器离合操纵系统振动异响现象的分析研究。在现有技术的基础上，将整车离合器操纵系统的振动异响现象分类汇总，逐一进行了原因剖析。并深入针对现有传统离合器操纵系统的分离拨叉连接结构进行优化改善，提出了新型减振降噪的连接结构，通过相关验证方式验证了新结构的可行性，有效降低了该系统零部件发生振动异响的概率，提升了整车驾驶及乘坐的舒适性。

关键词 变速器；离合操纵系统；分离拨叉；异响；减振降噪；舒适性

中图分类号U463 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）119-0107-03

0 引言

随着汽车工业的迅速发展，人们对于汽车的舒适性和振动噪声控制的要求越来越严格。大量数据统计结果表明，机械式手动汽车变速器的离合操纵系统振动异响是整车的主噪声源之一，同时也是整车售后中用户抱怨焦点之一。而目前，针对该系统振动异响的分析研究，大多只停留在对现有机构的调试和维护保养的层面上，并没有从技术源头真正解决这一问题。基于此，针对离合器操纵系统减振降噪技术的研究，当下显得尤为迫切和重要，是整个汽车行业的一个重要课题。

1 离合器操纵系统振动异响分析

汽车离合器系统的重要功用主要有两项：第一，整车起步、换档时，实现动力结合和切断；第二，降低因发动机的不均衡性而引起的传动系中的扭转振动。图1为机械式手动汽车变速器整车离合操纵系统结构简图，该系统包含离合踏板、离合总泵、离合器缓冲阀、液压油管、离合分泵、分离拨叉、拨叉支柱（简称支柱）、分离轴承等零部件。

纵观所有机械式手动汽车变速器整车离合操纵系统故障，大量数据统计结果表明，约70%～80%的故障表现为振动异响。其中60%左右故障件主要集中在分离拨叉与拨叉支柱的配合上，10%左右集中在分离轴承上。

根据各类故障现象的维修记录，我们加以分类汇总，发现主要分为三种故障模式，并逐一展开分析如下：

第一类故障模式：整车初装、怠速状态，无踩踏离合时振动、异响。

该类故障的主要维修方式为更换离合器压盘。其故障原因主要是由于发动机的高频振动过大和离合器分离指（膜片弹簧）自身跳动过大（含分离指与分离轴承接触圈同轴度大），造成分离轴承、分离拨叉或整车离合踏板等产生振动（抖动）异响。

第二类故障模式：整车初装、怠速状态，踩踏离合过程振动、异响。

该类故障的主要维修方式为更换分离拨叉和拨叉支柱。其故障原因主要是由于分离拨叉上的配合球窝与拨叉支柱球头接触不当，造成面压过大或局部划擦而产生的异响。

第三类故障模式：整车使用磨损后，踩踏或松开离合过程异响。

该类故障的主要维修方式为保养分离拨叉与拨叉支柱配合处（添加润滑脂保养）。其故障原因主要是由于球窝内缺少润滑（干摩擦）而造成异响。

2 离合器分离拨叉连接结构的优化改进

传统分离拨叉连接结构设计的弊端

传统的分离拨叉与拨叉支柱之间大多采用锁紧钢片或钢丝实现连接，而拨叉支柱球头与分离拨叉球窝为刚性直接接触，无减振、无润滑。如图2所示，为典型的传统式分离拨叉与拨叉支柱的连接结构。这种结构没有避免相配合零件间的金属表面直接硬性接触摩擦和冲击，无减振效果。当发动机或整车振动时，此结构极易加剧离合器分离拨叉处的振动，导致此处产生振动异响故障。而且这种结构没有润滑油储备空间，长期使用后，必然造成拨叉支柱与分离拨叉配合球窝处缺润滑、干摩擦，导致相接触零件的金属表面干磨擦，而产生金属摩擦异响噪声。

综上所述，传统的分离拨叉与拨叉支柱的连接结构在设计上本身就存在一定的弊端，已经无法满足现代人们对于汽车舒适性的严格要求。

新型减振降噪的分离拨叉连接结构：

针对传统分离拨叉连接结构存在的弊端及其三种主要故障失效模式，我们对此进行了优化该进，提出了一种新型减振降噪的分离拨叉连接结构，该结构包含分离拨叉、拨叉衬垫、拨叉锁架、拨叉支柱等零件，如图3所示。

1）新型分离拨叉连接结构中增设了两级减振结构，可有效降低或消除因分离指不平（分离指端面跳动大）、发动机振动大等因素而造成分离系统振动异响的概率。

首先，拨叉支柱与分离拨叉之间增设拨叉衬垫，衬垫与拨叉球窝底部预留一定间隙δ，同时，该衬垫材质采用弹性变形较好的锰钢。分离拨叉开始工作受力时，首先压缩拨叉衬垫发生弹性变形，消减预留间隙δ值，从而达到一级减振效果。

其次，该结构中拨叉支柱采用包塑尼龙型球头，拨叉支柱工作受力时，可通过尼龙球头自身材质的弹性塑变达到二级减振效果。

2）新型结构中增设了润滑脂储备腔（储油腔），可有效避免因缺少润滑造成的异响故障。

拨叉锁架可采用尼龙注塑成型，其上设有上、下两唇口。其中，上唇口与拨叉衬垫球窝面贴合，下唇口与拨叉支柱的尼龙球头表面贴合，三件之间形成一个密封的空腔，即储油腔。拨叉组件组装前，可在拨叉锁架该空腔处可涂抹、并储备足量润滑脂。在离合器整车长期使用过程中，可确保此配合处持续有润滑脂润滑，不仅有效的避免了因缺少润滑产生的干摩擦异响故障，还可有效的减缓零部件间的磨损，延长使用寿命。

同时，储油腔侧边还设有溢油腔，在分离拨叉组件安装至拨叉支柱上时，过多的润滑脂可溢出至此腔内，可有效防止溢出的润滑脂滴落到离合器摩擦片（从动盘）上，而导致摩擦片失效。

3）新型分离拨叉连接结构有效改善了分离拨叉与拨叉支柱配合球面的接触面质量。

拨叉支柱与分离拨叉之间通过拨叉衬垫弹性接触，避免了直接刚性接触。同时，拨叉支柱球头采用尼龙注塑成型，而拨叉球窝处增设的拨叉衬垫，采用冲压工艺一次成型，均避免了机加工零件表面产生的刀纹，表面精度、一致性都有很大提升。可以有效避免因配合面接触不当，而造成面压过大或局部划擦产生异响。

4）新型分离拨叉连接结构简单、拆装方便、易维修。

如图4所示，为新型分离拨叉连接结构实施方案零件爆炸图。该结构中拨叉锁架通过卡扣与分离拨叉实现安装连接，减少了图2传统结构中的铆接工艺，拆装更为快捷方便。

3 新型分离拨叉连接结构的验证

新结构的验证方法采用整车主观评价、离合台架实验与整车道路试验验证三种方式。

整车主观评价验证

评价方法参照国内某整车厂评价离合系统振动异响的常用方法，具体的评价方法[5]及评价结果如表1所示。

按照以上M1、M2、M3三种评价方法进行评价，新型分离拨叉连接结构的整车测评结果显示：各项主管评价得分均在7分以上；在怠速（idle）至3000rpm，发动机的常用转速区间内各项主管评价均在8分以上。而在相同状态下，如图2所示的传统分离拨叉连接结构的整车测评结果基本在5到8分之间。该结果充分说明了优化改进的有效性。

离合台架试验验证：

采用本公司自行研制的离合器分离试验台[6]，按照某整车厂提出的台架试验要求，对新型分离拨叉连接结构进行噪声和疲劳寿命的综合性试验验证。顺利完成了100万次（离合循环次数）的台架验证，未出现离合操纵系统异响、零部件失效等现象，进一步验证了新型分离拨叉连接结构的有效性及可靠性。

整车道路试验验证

将本新型结构应用于某车型上进行整车道路试验验证，经6万公里道路综合实验验证，整车离合性能、功能均无异常。

4结论

本项目是在当前国产机械式手动汽车变速器离合操纵系统存在大量振动异响问题的工程背景下开展的，取得了一定成果，也发现了一些难题。归总如下：

1）在大量数据统计的基础上，对机械式汽车变速器的离合操纵系统故障进行了分类汇总和简单分析。又从减振、润滑、配合面质量等方面着手，成功实现了对传统离合器分离拨叉与拨叉支柱连接结构的优化改善；

2）从改善机理和成效来看，该改善方案同时有效降低了分离轴承、离合踏板等整车离合系统零部件，发生振动异响的概率；

3）发动机的高频振动和离合器分离指（膜片弹簧）端面跳动过大是引发整车离合器操纵系统的振动异响的根源。然而，对任何一款发动机来讲，其自身高频振动都无法避免；而且，现在普遍使用的膜片弹簧式离合器压盘的分离指端面跳动，基本都在±1mm的公差范围，甚至更大。以目前人们的技术能力和制造工艺能力来看，短期内不会有明显改善；

4）离合器操纵机构减震降噪技术的研究，不仅提升了产品品质，也为日后处理类似问题积累了经验。

参考文献

[1]彭华勇.汽车车内噪声分析与控制方法研究[J].科技资讯，2011（11）： 119.

[2]朱宏林，张宏伟，李德新.海马车离合器异响故障处理及分析[J].实用汽车技术，2006（1）：34-35.

[3]殷亦男.离合器故障分析与维修探讨[J].科技信息，2010（31）：107-108.

[4]李广元，陈剑，栾奥天等.一种新型汽车离合器分离拨叉连接结构： CN 202883800 U[P]，2013-4-17.

[5]郭梦梦，赵福全，杨安志等.离合踏板振动分析与优化[J].农业装备与车辆工程，2012（7）：45-50.

[6]袁建国，栾奥天，于剑勇等.离合器分离试验台总成结构： CN 201903443 U[P]，2011-7-20.