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
（安徽江淮汽車技術中心商用車研究院底盤三部，安徽 合肥 230601）

摘要：針對某車型變速器四擋同步器燒蝕問題，從整車角度出發，對各種影響四擋同步器燒蝕的因素進行分析，找到導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的換擋軟軸上增加復位彈簧，在駕駛員座椅上增加扶手，同時下發規范駕駛員操作習慣的指導文件，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參考。

關鍵詞：同步器；燒蝕；復位彈簧；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象，且問題發生概率較高，故障發生PPM高達6670。

通過初步分析判斷，發生此問題現象的原因為四擋同步器燒蝕。同步器是機械式變速器的主要零部件之一，能夠避免換擋時齒輪或花鍵齒間的沖擊，同時使換擋迅速準確。對減輕駕駛員的疲勞，提高齒輪及傳動系統的使用壽命，提高汽車行駛安全性和乘坐舒適性以及改善汽車起步時的加速性和經濟性起著及其重要的作用。[1]

在整車上，變速操縱系統的設計以及整車布置的設計對變速器的換擋性能以及同步器的壽命等都產生很大影響，本文通過詳細的理論分析、試驗驗證，找到導致四擋同步器燒蝕的主要原因，最終通過變速操縱系統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、同步器燒蝕問題調查分析

1.1故障現象調查

經過對故障變速器拆解發現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式雙錐面同步器。

圖1 同步器燒蝕拆解圖

1.2鎖環式同步器工作原理

鎖環式同步器主要是通過同步環的錐面與結合齒輪上的錐面摩擦接觸，使轉速不等的齒輪在“同步”后再進行嚙合，避免了不同轉速齒輪相互嚙合時產生沖擊。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，每次掛擋的完成時間約為0.5s，在此過程中同步器會產生一定的熱量，而由于正常換擋的時間較短，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，按照國標要求，四擋同步器的使用壽命應該在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遠沒有達到同步器的設計壽命，發生燒蝕的原因為非正常摩擦導致。即車輛空擋滑行時，同步器長期預同步，處于滑摩狀態，產生大量的熱量，導致同步器燒蝕。

理論上，在變速器處于空擋位置時，同步器的同步環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，同步環與齒輪上的摩擦錐面不會接觸。

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，同步環與齒輪上的摩擦錐面不會產生滑摩。[3]

該車型換擋操縱系統中，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夾角。

通過以上分析，得出可能導致空擋滑行時同步器滑摩的原因有以下幾個：

變速器加工精度不足，空擋時同步環與齒輪錐面摩擦；

操縱機構定位銷壓力不足；

變速操縱系統在空擋時對換擋搖臂產生四擋方向的力，導致箱體內四擋同步器的同步環向四擋齒輪錐面方向運動，產生摩擦。

圖3　變速器換擋操縱機構

圖4　換擋定位銷

2、數據檢測

2.1變速器加工尺寸檢測

對故障變速器的相關尺寸進行檢測，檢測結果如表1所示。檢測結果顯示同步器相關安裝尺寸符合要求。

表1　變速器尺寸檢測

2.2定位銷壓緊力測量

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

測量三輛車，數據分別為9.0N，9.1N，8.8N。根據經驗，該定位力偏小。

2.3變速器操縱系統分析

該車型變速操縱系統的換擋桿安裝于中控臺上，操縱桿在空擋位置時與豎直方向有一定的夾角，如圖5所示，這使得空擋時操縱手柄及換擋桿組件會對換擋軟軸產生一個向下的分力。此分力沿著換擋軟軸傳遞到變速器的換擋搖臂端，會使搖臂產生向四擋方向運動的趨勢。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

經理論計算及實際測量，操縱座在空擋位置產生的沿換擋軟軸軸向力F1的大小為5N，結合定位銷的壓緊力，不會使同步器產生滑摩問題。

而經過進一步的調查分析，考慮到許多駕駛員習慣在駕車時將手搭在操縱手柄上，這就對軟軸產生了另外一個附加力F2。對此我們對駕駛員將手搭載操縱手柄上時對手柄產生的向下的壓力進行了測量。

表2　駕駛員空擋手壓換擋手柄力及行程測量

上表測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系。當駕駛員對手柄施加的壓力約為15N時能夠聽到變速器內產生異常響聲，同步器開始滑摩。而駕駛員的手搭在操縱桿上時只能產生8N左右的壓力，不會是同步器產生滑摩。對于發生燒蝕故障的車輛駕駛員，在車輛空擋滑行時，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下運行，運行10分鐘后即發生嚴重的同步器燒蝕情況，變速器內部開始冒煙。

3、對策制定及實施

依據上述驗證分析，確定該變速器空擋定位銷的壓緊力較小，同時空擋滑行時受到的駕駛員向下壓手柄的力較大為導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會引起整個變速箱換擋力的變化，且該件為進口件，整改難度較大，為此暫時不對定位銷的力進行調整。

3.2變速操縱系統的改進

為了在一定程度上抵消駕駛員手向下壓操縱桿所產生的力，設計在換擋軟軸上增加復位彈簧。

圖7　換擋軟軸增加復位彈簧

該復位彈簧在安裝狀態下處于壓縮狀態，初始壓縮力的大小為5N，能夠給操縱桿提供一個向上的支撐力。

當駕駛員手向下壓操縱桿時，彈簧力還會呈增大趨勢，以避免現下操縱桿上的力和位移傳遞到變速器換擋搖臂端，進而使同步器產生滑摩。

3.3人機工程上的優化設計

該車型設計初期，駕駛員右側沒有設計扶手。這也是導致駕駛員喜歡將手搭在換擋手柄上的一個原因。針對增加扶手是否需要的問題，對不同的駕駛員進行了試駕訪談。

表3　駕駛員駕駛習慣調查

五位駕駛經驗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，增加扶手有助于緩解駕駛疲勞。

對此，針對該問題，在駕駛員座椅上增加了扶手設計。

4、結論

（1）經過以上對策制定及實施，徹底解決了變速器同步器燒蝕問題；

（2）變速操縱系統的設計，對變速器的性能、可靠性有著明顯影響，要從整車角度出發，優化設計；

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

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

（5）空擋時駕駛員不應該將手放在換擋手柄上，這一駕駛規范要求應隨使用手冊在用戶中進行廣泛宣貫。

參考文獻

[1]徐萬里.變速箱同步器失效過程與失效機理分析[J].機械工程學報,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[J].合肥工業大學學報,2012.11,第11期.

[3]陳家瑞.汽車構造[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：U463.8

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988（2016）05-203-03

作者簡介：岳麗姣，就職于安徽江淮汽車技術中心商用車研究院底盤三部。