手動變速器總成故障問題分析

劉思華

（柳州上汽汽車變速器有限公司，廣西 柳州545000）

手動變速器總成故障問題分析

劉思華

（柳州上汽汽車變速器有限公司，廣西 柳州545000）

變速器總成在整車上扮演著發(fā)動機與車輪之間最關(guān)鍵的動力傳遞的橋梁角色，對整車的動力性、經(jīng)濟性、平穩(wěn)性、舒適性有直接影響。異響為變速器的常見故障之一，通過主觀經(jīng)驗及客觀的科學(xué)設(shè)備進(jìn)行診斷分析，找出故障根本原因并解決。

異響模式；怠速異響；異響故障分析

變速器總成是汽車動力傳動系統(tǒng)中的一個重要組成部分，主要用于轉(zhuǎn)變從發(fā)動機曲軸傳出的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速，通過不同的檔位實現(xiàn)汽車的起步、加速、減速、爬坡等。汽車運行中要求變速器換檔平順，工作可靠，不得有脫檔、打齒、異響等現(xiàn)象。隨著汽車研發(fā)技術(shù)的發(fā)展，客戶對汽車的質(zhì)量及性能要求也越來越高，特別是對汽車內(nèi)部聽覺舒適性的要求也越來越嚴(yán)格。隨之對汽車變速器的要求也越來越苛刻。本文結(jié)合案例對手動變速器總成怠速異響的故障處理問題進(jìn)行經(jīng)驗分享。

1 變速器異響常見模式

1.1 變速器異響模式

變速器異響是指變速器在運動過程中發(fā)出異常的響聲，該故障是微車變速器的常見故障，也是我司一直在尋求攻克的難點。為了查明造成變速器異響故障的主要影響因素，從根本上攻克變速器異響問題，技術(shù)人員做過無數(shù)次試圖消除變速器異響的試驗。

變速器異響模式可以分成兩大類：

（1）在檔異響；在檔異響表示變速器在檔位上發(fā)生異響，這是最常見的現(xiàn)象。

（2）空檔異響。空檔異響也叫怠速異響，是一種很特殊的現(xiàn)像，也是疑難雜癥之一。發(fā)動機工作時，在沒有踩離合器的情況下，變速器發(fā)出異響的聲音，當(dāng)踩下離合器時，變速器異響的聲音停止。這就涉及到變速器與離合器的匹配問題。離合器是連接變速器與發(fā)動機的橋梁，離合器具有傳輸動力的作用，同時具有減振的作用。這也是本文重點說明的內(nèi)容。

2 產(chǎn)生異響的原因案例分析

本公司2012年生產(chǎn)的SC12M5C5變速器匹配給福建新龍馬汽車公司的車型，其變速器怠速存在異響。做了如下驗證試驗：

通過6輛車試驗對比，在驗證過程中發(fā)現(xiàn)：

（1）冷車開空調(diào)狀態(tài)下，6輛車都無明顯異響聲；

（2）熱車不開空調(diào)狀態(tài)下，對6輛車抽樣2輛，2輛車均無明顯異響聲；

（3）熱車開空調(diào)狀態(tài)下，對6輛車抽樣2輛，2輛車均有明顯的“嗒嗒”聲。

此時踩下離合器異響聲消除，或者不踩離合器將發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1 300～1 500 r/min時，異響聲也消除了。也就是說，只有在熱車、怠速、開空調(diào)的情況下，整車才會發(fā)出明顯的“嗒嗒”異響聲。通過對變速器的偵聽及踩放離合器測試，異響聲的確是在變速器內(nèi)部產(chǎn)生。對發(fā)動機轉(zhuǎn)速和變速器的噪音、振動進(jìn)行同步分析[1]，測試報告見圖1.

圖1 發(fā)動機轉(zhuǎn)速和變速器的噪音、振動測試曲線圖

如圖1所示，A區(qū)域線條是發(fā)動機曲軸的輸出轉(zhuǎn)速曲線，此區(qū)域曲線有兩處明顯的突變，是因為在開啟和關(guān)閉車用空調(diào)后發(fā)動機轉(zhuǎn)速的波動；D區(qū)域框中的曲線是車用空調(diào)關(guān)閉時的狀態(tài)。圖1中B區(qū)域曲線是在變速器底下5 cm處檢測的變速器噪音曲線（變速器噪音曲線檢測時受到車用空調(diào)風(fēng)扇聲音的影響，在這僅供參考）；C區(qū)域曲線是變速器油底殼處的振動曲線。從圖中可看出，車用空調(diào)未開啟時變速器的振動加速度在0.6g左右，此時無“嗒嗒”異響聲；而在車用空調(diào)開啟后，變速器的振動加速度在2g左右，峰峰值超過3g，此時能聽到明顯的“嗒嗒”異響聲。

理論上，根據(jù)發(fā)動機特性曲線[2]，在某一怠速轉(zhuǎn)速下發(fā)動機輸出的功率為一定值，隨著轉(zhuǎn)速的提高發(fā)動機輸出功率也隨之增加。此時，發(fā)動機輸出功率和汽車消耗的功率出于平衡狀態(tài)，發(fā)動機的扭轉(zhuǎn)振動對變速箱的影響不明顯，故變速箱內(nèi)齒輪間撞擊聲不明顯。當(dāng)在怠速狀況下開空調(diào)，空檔就出現(xiàn)異響，空檔異響隨發(fā)動機負(fù)載增加而增大，發(fā)動機載荷增加是由于接入發(fā)動機驅(qū)動的輔助裝置，例如空調(diào)壓縮機和交流發(fā)電機引起的。空檔異響是手動變速箱和驅(qū)動橋本身固有的噪聲，對發(fā)動機或變速箱是無害的。此時發(fā)動機發(fā)出的功率雖略有增加（開啟空調(diào)后，在怠速時發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)速略有上升），但遠(yuǎn)小于增加的消耗功率，這就造成輸出功率和消耗功率的不平衡，從而使得發(fā)動機工作狀態(tài)變惡劣，導(dǎo)致輸出轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，影響變速箱輸入軸轉(zhuǎn)動的平穩(wěn)性，加劇了長嚙合齒輪嚙合時的抖動撞擊，產(chǎn)生“嗒嗒”異響。

根據(jù)圖2發(fā)動機特性圖，若調(diào)高發(fā)動機轉(zhuǎn)速，則相應(yīng)的發(fā)動機輸出功率也隨著上升，提高的功率正好消耗于發(fā)動機輔助裝置，此時發(fā)動機輸出的功率又重新與汽車消耗功率平衡，因此就減緩了常嚙合齒輪嚙合時的抖動撞擊，異響明顯消失。

圖2 發(fā)動機特性曲線

顯而易見，開空調(diào)怠速異響的激勵因素是由于在開啟車用空調(diào)所損耗的功率遠(yuǎn)大于發(fā)動機隨轉(zhuǎn)速上升增大的輸出功率，從而使得發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)速瞬時波動增大。具體表現(xiàn)為：在開啟冷空調(diào)開關(guān)后，空調(diào)的壓縮機工作后將消耗一部分發(fā)動機怠速時的輸出功率，造成輸出功率和消耗功率的不平衡，使得發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)速相對正常怠速時的瞬時波動要大，即角加速度的波動大，由此引起變速器輸入軸的轉(zhuǎn)速變化，導(dǎo)致變速器內(nèi)部常嚙合齒在轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定時產(chǎn)生撞擊聲，即聽到的“嗒嗒”異響聲。同時需要指出的，之所以在冷車開空調(diào)怠速的狀態(tài)下聽不到“嗒嗒”異響聲的原因是：冷車變速器油油溫低、粘度較高，有效緩沖了變速器內(nèi)部齒輪的撞擊，故不會產(chǎn)生明顯的異響聲。

3 異響的解決措施

目前國際上解決“怠速異響”的方法有多種，成熟的消除或減輕異響的措施分為變速箱外部和變速箱內(nèi)部。

外部措施主要是減小變速箱輸入軸的轉(zhuǎn)速波動，采用類似Passat B5的雙質(zhì)量飛輪或采用類似Polo的具有怠速減震的離合器從動盤。這兩種方案在整車上使用效果明顯，但采用這兩種結(jié)構(gòu)時均需與發(fā)動機進(jìn)行匹配。

在變速箱內(nèi)部，可通過減小齒輪嚙合間隙，減小軸向間隙和減小輸入軸及輸出軸中心距，使用波形彈性墊片這些方法來減輕怠速開空調(diào)異響[3]。從德國大眾對內(nèi)、外部措施實際運用來看，各自措施的效果如表1所示。

表1 減震措施

在案例中，進(jìn)行了以下驗證過程：

（1）將具有怠速減震功能的離合器從動盤及使用波形彈性墊片的變速器總成裝配到故障車上。啟動空調(diào)，怠速時的“嗒嗒”異響聲消失。

（2）將雙質(zhì)量飛輪和波形彈性墊片的變速器總成裝配到故障車上。啟動空調(diào)，怠速時的“嗒嗒”異響聲消失。

由此可見，外部措施應(yīng)該使用雙質(zhì)量飛輪和具有怠速減震的離合器從動盤。變速器內(nèi)部措施應(yīng)使用波形彈性墊片。

對應(yīng)的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和變速器的噪音、振動進(jìn)行同步分析的測試報告見圖3.

圖3 發(fā)動機轉(zhuǎn)速和變速器的噪音、振動測試曲線圖

從圖3中觀察到變速器的振動加速度不受車用空調(diào)開啟和關(guān)閉狀態(tài)的影響，始終保持在0.6g左右。

4 結(jié)論

通過上述分析，車型在空調(diào)怠速狀態(tài)下產(chǎn)生“哆哆哆”異響的根本原因是，發(fā)動機在開啟空調(diào)后損耗了發(fā)動機的輸出功率，從而使得發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)速的瞬時波動大。通過采用具有怠速減震的離合器從動盤或雙質(zhì)量飛輪和使用波形彈性墊片的變速器配合有效消除了發(fā)動機在怠速時輸出轉(zhuǎn)速的瞬時波動，從而徹底地解決了開空調(diào)怠速異響這一缺陷。

[1]張恩惠，殷金英，邢書仁.噪聲與振動控制[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2012.

[2]濮良貴，紀(jì)名剛.機械設(shè)計[M].7版.北京：高等教育出版社，2001.

[3]任名章.機械振動沖擊與響應(yīng)譜分析方法[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

Fault Analysis of Manual Transmission Assembly

LIU Si-hua
（Liuzhou SAIC Motor Transmission Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545000，China）

The transmission assembly plays a bridge role between the engine and the wheel in the vehicle，which has a direct impact on the vehicle’s power，economy，stability and comfort.Abnormal sound is one of the common faults of transmission，through subjective experience and objective scientific equipment for diagnosis and analysis，find out the root cause of the problem and solve it.

abnormal sound mode；Idle noise；abnormal sound fault analysis

U463.212

A

1672-545X（2017）10-0200-02

2017-07-16

劉思華（1985-），男，廣西玉林人，本科，研究方向為乘用車汽車手動變速器設(shè)計開發(fā)與制造。