變速器四擋同步器燒蝕問題處理

岳麗姣，葛士顯，楊允輝，張超（安徽江淮汽車技術(shù)中心商用車研究院底盤三部，安徽 合肥 230601）

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變速器四擋同步器燒蝕問題處理

岳麗姣，葛士顯，楊允輝，張超
（安徽江淮汽車技術(shù)中心商用車研究院底盤三部，安徽 合肥 230601）

摘要：針對(duì)某車型變速器四擋同步器燒蝕問題，從整車角度出發(fā)，對(duì)各種影響四擋同步器燒蝕的因素進(jìn)行分析，找到導(dǎo)致該車型四擋同步器燒蝕的主要原因。通過在變速操縱系統(tǒng)的換擋軟軸上增加復(fù)位彈簧，在駕駛員座椅上增加扶手，同時(shí)下發(fā)規(guī)范駕駛員操作習(xí)慣的指導(dǎo)文件，徹底解決了該車型同步器燒蝕問題，并為后期解決類似問題提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：同步器；燒蝕；復(fù)位彈簧；換擋操縱桿；扶手

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.033

CLC NO.: U463.8Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)05-203-03

前言

某車型存在掛四擋打齒異響現(xiàn)象，且問題發(fā)生概率較高，故障發(fā)生PPM高達(dá)6670。

通過初步分析判斷，發(fā)生此問題現(xiàn)象的原因?yàn)樗膿跬狡鳠g。同步器是機(jī)械式變速器的主要零部件之一，能夠避免換擋時(shí)齒輪或花鍵齒間的沖擊，同時(shí)使換擋迅速準(zhǔn)確。對(duì)減輕駕駛員的疲勞，提高齒輪及傳動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命，提高汽車行駛安全性和乘坐舒適性以及改善汽車起步時(shí)的加速性和經(jīng)濟(jì)性起著及其重要的作用。[1]

在整車上，變速操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及整車布置的設(shè)計(jì)對(duì)變速器的換擋性能以及同步器的壽命等都產(chǎn)生很大影響，本文通過詳細(xì)的理論分析、試驗(yàn)驗(yàn)證，找到導(dǎo)致四擋同步器燒蝕的主要原因，最終通過變速操縱系統(tǒng)的整改以及駕駛員座椅扶手增加解決了同步器燒蝕的問題。

1、同步器燒蝕問題調(diào)查分析

1.1故障現(xiàn)象調(diào)查

經(jīng)過對(duì)故障變速器拆解發(fā)現(xiàn)變速器的四擋同步器燒蝕。如圖1所示。該車型四擋同步器為鎖環(huán)式雙錐面同步器。

圖1 同步器燒蝕拆解圖

1.2鎖環(huán)式同步器工作原理

鎖環(huán)式同步器主要是通過同步環(huán)的錐面與結(jié)合齒輪上的錐面摩擦接觸，使轉(zhuǎn)速不等的齒輪在“同步”后再進(jìn)行嚙合，避免了不同轉(zhuǎn)速齒輪相互嚙合時(shí)產(chǎn)生沖擊。其工作原理如圖2所示[2]。

圖2　同步器工作原理圖

正常情況下，每次掛擋的完成時(shí)間約為0.5s，在此過程中同步器會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，而由于正常換擋的時(shí)間較短，加之潤滑油的冷卻作用，同步器在正常工況下能夠滿足使用要求，按照國標(biāo)要求，四擋同步器的使用壽命應(yīng)該在10萬次以上。

1.3故障原因分析

通過查看故障信息，故障車輛的使用里程遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到同步器的設(shè)計(jì)壽命，發(fā)生燒蝕的原因?yàn)榉钦ＤΣ翆?dǎo)致。即車輛空擋滑行時(shí)，同步器長期預(yù)同步，處于滑摩狀態(tài)，產(chǎn)生大量的熱量，導(dǎo)致同步器燒蝕。

理論上，在變速器處于空擋位置時(shí)，同步器的同步環(huán)與四擋齒輪上的摩擦錐面間隙為1.34 mm，車輛在空擋滑行時(shí)，同步環(huán)與齒輪上的摩擦錐面不會(huì)接觸。

空擋位置，換擋撥叉通過圖3中的凹槽1與圖4所示定位銷的頂球2配合定位，保證車輛在空擋行駛時(shí)，同步環(huán)與齒輪上的摩擦錐面不會(huì)產(chǎn)生滑摩。[3]

該車型換擋操縱系統(tǒng)中，空擋位置的正下方即為四擋。且換擋操縱桿與水平方向有一個(gè)夾角。

通過以上分析，得出可能導(dǎo)致空擋滑行時(shí)同步器滑摩的原因有以下幾個(gè)：

變速器加工精度不足，空擋時(shí)同步環(huán)與齒輪錐面摩擦；

操縱機(jī)構(gòu)定位銷壓力不足；

變速操縱系統(tǒng)在空擋時(shí)對(duì)換擋搖臂產(chǎn)生四擋方向的力，導(dǎo)致箱體內(nèi)四擋同步器的同步環(huán)向四擋齒輪錐面方向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生摩擦。

圖3　變速器換擋操縱機(jī)構(gòu)

圖4　換擋定位銷

2、數(shù)據(jù)檢測(cè)

2.1變速器加工尺寸檢測(cè)

對(duì)故障變速器的相關(guān)尺寸進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示。檢測(cè)結(jié)果顯示同步器相關(guān)安裝尺寸符合要求。

表1　變速器尺寸檢測(cè)

2.2定位銷壓緊力測(cè)量

該車型的換擋機(jī)構(gòu)中定位銷的壓緊力P。（注：測(cè)量方法，在變速器換擋搖臂端，將搖臂置于同步環(huán)開始滑摩的位置，測(cè)量搖臂的回位力）

測(cè)量三輛車，數(shù)據(jù)分別為9.0N，9.1N，8.8N。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，該定位力偏小。

2.3變速器操縱系統(tǒng)分析

該車型變速操縱系統(tǒng)的換擋桿安裝于中控臺(tái)上，操縱桿在空擋位置時(shí)與豎直方向有一定的夾角，如圖5所示，這使得空擋時(shí)操縱手柄及換擋桿組件會(huì)對(duì)換擋軟軸產(chǎn)生一個(gè)向下的分力。此分力沿著換擋軟軸傳遞到變速器的換擋搖臂端，會(huì)使搖臂產(chǎn)生向四擋方向運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。該車型的空擋正下方即為四擋，擋位排布圖如圖6所示。

圖5　換擋桿布置圖

圖6　擋位排布圖

經(jīng)理論計(jì)算及實(shí)際測(cè)量，操縱座在空擋位置產(chǎn)生的沿?fù)Q擋軟軸軸向力F1的大小為5N，結(jié)合定位銷的壓緊力，不會(huì)使同步器產(chǎn)生滑摩問題。

而經(jīng)過進(jìn)一步的調(diào)查分析，考慮到許多駕駛員習(xí)慣在駕車時(shí)將手搭在操縱手柄上，這就對(duì)軟軸產(chǎn)生了另外一個(gè)附加力F2。對(duì)此我們對(duì)駕駛員將手搭載操縱手柄上時(shí)對(duì)手柄產(chǎn)生的向下的壓力進(jìn)行了測(cè)量。

表2　駕駛員空擋手壓換擋手柄力及行程測(cè)量

上表測(cè)量了空擋怠速情況下，駕駛員將手壓在操縱桿上，操縱桿行程與力的關(guān)系。當(dāng)駕駛員對(duì)手柄施加的壓力約為15N時(shí)能夠聽到變速器內(nèi)產(chǎn)生異常響聲，同步器開始滑摩。而駕駛員的手搭在操縱桿上時(shí)只能產(chǎn)生8N左右的壓力，不會(huì)是同步器產(chǎn)生滑摩。對(duì)于發(fā)生燒蝕故障的車輛駕駛員，在車輛空擋滑行時(shí)，使用了比較大的力向下壓換擋操縱桿。

基于以上分析，我們讓車輛在同步器滑摩的狀態(tài)下運(yùn)行，運(yùn)行10分鐘后即發(fā)生嚴(yán)重的同步器燒蝕情況，變速器內(nèi)部開始冒煙。

3、對(duì)策制定及實(shí)施

依據(jù)上述驗(yàn)證分析，確定該變速器空擋定位銷的壓緊力較小，同時(shí)空擋滑行時(shí)受到的駕駛員向下壓手柄的力較大為導(dǎo)致該車型四擋同步器燒蝕的原因。

3.1空擋定位銷壓緊力的分析

由于該車型的空擋定位銷的定位力的改動(dòng)會(huì)引起整個(gè)變速箱換擋力的變化，且該件為進(jìn)口件，整改難度較大，為此暫時(shí)不對(duì)定位銷的力進(jìn)行調(diào)整。

3.2變速操縱系統(tǒng)的改進(jìn)

為了在一定程度上抵消駕駛員手向下壓操縱桿所產(chǎn)生的力，設(shè)計(jì)在換擋軟軸上增加復(fù)位彈簧。

圖7　換擋軟軸增加復(fù)位彈簧

該復(fù)位彈簧在安裝狀態(tài)下處于壓縮狀態(tài)，初始?jí)嚎s力的大小為5N，能夠給操縱桿提供一個(gè)向上的支撐力。

當(dāng)駕駛員手向下壓操縱桿時(shí)，彈簧力還會(huì)呈增大趨勢(shì)，以避免現(xiàn)下操縱桿上的力和位移傳遞到變速器換擋搖臂端，進(jìn)而使同步器產(chǎn)生滑摩。

3.3人機(jī)工程上的優(yōu)化設(shè)計(jì)

該車型設(shè)計(jì)初期，駕駛員右側(cè)沒有設(shè)計(jì)扶手。這也是導(dǎo)致駕駛員喜歡將手搭在換擋手柄上的一個(gè)原因。針對(duì)增加扶手是否需要的問題，對(duì)不同的駕駛員進(jìn)行了試駕訪談。

表3　駕駛員駕駛習(xí)慣調(diào)查

五位駕駛經(jīng)驗(yàn)豐富的駕駛員均建議增加座椅扶手，特別是車輛在高速路上行駛時(shí)，增加扶手有助于緩解駕駛疲勞。

對(duì)此，針對(duì)該問題，在駕駛員座椅上增加了扶手設(shè)計(jì)。

4、結(jié)論

（1）經(jīng)過以上對(duì)策制定及實(shí)施，徹底解決了變速器同步器燒蝕問題；

（2）變速操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)變速器的性能、可靠性有著明顯影響，要從整車角度出發(fā)，優(yōu)化設(shè)計(jì)；

（3）為避免操縱桿自重對(duì)變速器的產(chǎn)生的影響，在整車布置時(shí)，操縱桿盡量布置成豎直方向；

（4）變速器的空擋定位力設(shè)計(jì)也應(yīng)該注意，在允許的選、換擋力范圍內(nèi)，盡量將空擋定位力設(shè)計(jì)值增大一些，以提高空擋定位效果；

（5）空擋時(shí)駕駛員不應(yīng)該將手放在換擋手柄上，這一駕駛規(guī)范要求應(yīng)隨使用手冊(cè)在用戶中進(jìn)行廣泛宣貫。

參考文獻(xiàn)

[1]徐萬里.變速箱同步器失效過程與失效機(jī)理分析[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2014.7,第14期.

[2]岳麗姣.某輕型客車換擋力偏大原因分析與改進(jìn)[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2012.11,第11期.

[3]陳家瑞.汽車構(gòu)造[M]. 第四版,北京:人民交通出版社,2002. P46～P75.

Solution of Transmission’s Fourth-gear Synchronism Abrasion

Yue Lijiao, Ge Shixian, Yang Yunhui, Zhang chao
（Chassis Department, Commercial Vehicle Research Institute, Anhui Jianghuai Automobile Technology Center）

Abstract:Focus on the problem that the fourth-gear synchronism abrasion, by analysis all factors that affect synchronism abrasion from the vehicle, found the main effect factor. By add a replacement spring in the shift-gear cable, add a handrail in the driver’s seat,and regulate driver’s drive habit,we solve this problem thoroughly and it provides a technique reference for similar problems.

Keywords:Synchronism; Abrasion; Replacement spring; Shift level; Handrail

中圖分類號(hào)：U463.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988（2016）05-203-03

作者簡介：岳麗姣，就職于安徽江淮汽車技術(shù)中心商用車研究院底盤三部。