國產(chǎn)某變速器空檔異響改進

謝宗余 張程士 卓色康

摘 要：變速器是汽車動力傳動系統(tǒng)的重要部件，它的核心功能之一是實現(xiàn)不同檔位下安全可靠的傳遞動力，我國目前使用的汽車大多數(shù)仍為手動變速，變速器的好壞直接影響顧客對駕駛舒適性的評價，所以改善變速器舒適性是人們長期追求的目標，是車輛向高級階段發(fā)展的重要標志。而異響和噪音問題是機械式手動變速器一個常見的故障之一，并且嚴重度等級很高，嚴重影響了駕駛舒適性。在這個項目中，手工樣件階段一項比較重要但是經(jīng)常會出現(xiàn)的問題——“空檔異響”問題。在這個項目中，α階段就出現(xiàn)了空檔異響的問題，項目組組織人員研究，經(jīng)過多次的試驗驗證，最終，將某變速器總成設(shè)計成一款動力傳遞相對穩(wěn)定、操作相對舒適的變速器總成。

關(guān)鍵詞：空檔異響；同步器；同步環(huán)

中圖分類號：U463.212 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）20-0226-02

某變速器在第一次裝配校驗過程中，轉(zhuǎn)速在1500/3000rpm時變速器均存在空檔“嘶嘶”不連續(xù)的異響現(xiàn)象，若分別掛入三檔、四檔、五檔、倒檔時，異響聲有一些減弱，但不能完全消失。此型號產(chǎn)品是我公司新產(chǎn)品試制階段，裝在客戶的整車平臺也是全新的產(chǎn)品，且面臨著馬上要給客戶交樣進行裝車，盡快分析出原因，采取有效措施根除這一空檔異響現(xiàn)象變得迫在眉睫。

1 空檔異響原因查找

出于謹慎考慮，我們通過排除法來確定聲音的來源。為了查找變速箱空檔異響的聲源，我們將在校驗臺上產(chǎn)生異響的變速器總成進行如下的試驗驗證：

（1）將故障變速器放上校驗臺校驗，空檔轉(zhuǎn)速為1500/3000rpm時，有異響聲音出現(xiàn)。

（2）若變速器分別掛入三檔、四檔、五檔、倒檔，異響聲減弱，但不能完全消失，掛入一、二檔異響聲音不變；可初步判斷異響來自于同步環(huán)撞擊齒轂發(fā)出的，而且三、四、五、倒檔同步環(huán)均有撞擊齒轂發(fā)出的異響。

（3）為了進一步驗證，拆解變速器的軸系部裝和倒檔軸組件，只裝入五檔同步環(huán)，其他檔位同步環(huán)不安裝，完成變速器組裝，并放上校驗臺，空檔轉(zhuǎn)速為1500/3000rpm時，有相對1減弱的異響，掛入五檔后，異響聲消失，掛入其他檔位與不掛入任何檔位的聲音一樣。

（4）拆解變速器的軸系部裝和倒檔軸組件，只裝入倒檔同步環(huán)，其他檔位同步環(huán)不安裝，完成變速器組裝，并放上校驗臺，空檔轉(zhuǎn)速為1500/3000rpm時，有相對1減弱的異響，掛入倒檔后，異響聲消失，掛入其他檔位與不掛入任何檔位的聲音一樣。

（5）同樣也分別做了只安裝三檔和四檔同步器齒環(huán)的試驗，試驗的結(jié)果是當不掛入任何檔位或者掛入除了三檔、四檔以外的其他檔位的時候，有相對1減弱并與3和4相同的異響，當掛入三檔或者四檔的時候異響消失。

通過上述各個變速器更換齒環(huán)的排查試驗，發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)速為1500/3000rpm時，“嘶嘶”不連續(xù)的異響主要來自于同步環(huán)撞擊齒轂發(fā)出的，而且除了一、二檔之外，三、四、五、倒檔同步環(huán)均有撞擊齒轂產(chǎn)生的異響。

2 空檔異響的生源分析

同步環(huán)撞擊齒轂發(fā)出的異響主要是同步環(huán)與同步器齒轂之間的間隙過大所致，同步環(huán)與同步器齒轂之間的間隙有三個方面：

（1）同步環(huán)凸鍵兩側(cè)面周向撞擊齒轂側(cè)面產(chǎn)生的——周向間隙，如圖1所示。

（2）同步環(huán)花鍵端面軸向撞擊齒轂外花鍵產(chǎn)生的——軸向間隙，如圖2所示。

（3）同步環(huán)外錐面與齒轂內(nèi)錐面的撞擊產(chǎn)生的——徑向間隙，如圖3所示。

目前市場上手動變速器在設(shè)計的時候各個間隙一般都有一定的控制：

（1）設(shè)計時候，在保證不干涉的時候，齒轂內(nèi)錐面與同步環(huán)外錐面徑向間隙越小越好，齒轂內(nèi)錐面與同步環(huán)外錐面徑向間隙設(shè)計時要考慮齒轂的加工圓度與公差，同步環(huán)的制作公差與圓度，通常齒轂內(nèi)錐面與同步環(huán)外錐面徑向間隙在0.5～1mm。齒轂內(nèi)錐面與同步環(huán)外錐面徑向間隙越小，同步環(huán)的徑向活動范圍越小，同步環(huán)在受沖擊時與齒轂碰撞擊，噪音的頻率越低，整車越不容易分辨。

（2）周向間隙在設(shè)計的時候也是越小越好，但，要保證這個間隙能錯開1/4個結(jié)合齒寬度的距離，某變速器在設(shè)計的時候已經(jīng)考慮到了這點，設(shè)計已經(jīng)到最小間隙。

（3）設(shè)計軸向間隙時候，保證空檔的時候同步環(huán)與齒轂不干涉，同時也能起到同步環(huán)軸向限位作用。

在同步器設(shè)計的時候會把軸向間隙這個尺寸作為首選控制尺寸，原因一：這個尺寸容易控制控制，加工精度高。原因二：在相同減小0.1mm精度為例，因為圓周半徑不一樣，加上SH20M5項目齒轂是錐形設(shè)計，在軸向間隙減小0.1mm時，同步環(huán)擺動增加量要大于齒轂內(nèi)錐面與同步環(huán)外錐面徑向間隙減小0.1mm時，控制上更加的明顯。

而某變速器三、四、五、倒檔其軸向自由間隙分別是0.68～2.05mm、0.655～2.375mm、0.68～2.15mm、0.68～2.09mm；周向間隙2.95～3.3mm和同步環(huán)外錐面與齒轂內(nèi)錐面的徑向間隙0.67～2.06mm。

同步環(huán)在自由狀態(tài)下齒環(huán)本身的晃動量過大，當齒環(huán)在某個轉(zhuǎn)速頻率下與發(fā)動機發(fā)生共振后，造成齒環(huán)碰撞同步器齒轂，導致異響產(chǎn)生。

3 解決驗證措施

為了解決上述撞擊，現(xiàn)設(shè)計四種方案：

方案1：為了解決軸向撞擊，現(xiàn)加厚齒轂內(nèi)錐面厚度，單邊加厚，使徑向尺寸到0.1mm使同步環(huán)軸向撞擊齒轂外花鍵改為同步環(huán)外錐面撞擊齒轂內(nèi)錐面，如圖4所示，或者減薄齒轂軸向長度，使同步環(huán)撞擊齒轂輪輻如圖5所示。

方案2：一方面將齒轂徑向加厚，與方案1更改要求一致，另一方面，為了減少齒轂和同步環(huán)的接觸長度，并將齒轂加工一C2的倒角，如圖6所示，使其接觸長度從3.5mm，改為1.5mm。

方案3：一方面將齒轂徑向加厚，與方案1更改一致，另一方面，為了減少齒轂和同步環(huán)的接觸，，將同步環(huán)的凸鍵的長度由3.5mm改為1.8mm。如圖7所示。

方案4：為了減小同步環(huán)軸向和徑向的運動空間，將齒轂端面單邊加厚0.8mm，如圖8所示，使三、四、五、倒檔同步器齒轂端面和同步環(huán)端面之間的軸向自由間隙分別變?yōu)楝F(xiàn)在的-0.12～1.25mm、-0.145～1.575mm、-0.12～1.35mm、-0.12～1.29mm，較修改之前間隙明顯減小，使同步環(huán)在自由狀態(tài)下的運動空間減小，從而可以幫助對同步環(huán)震蕩的減弱。

4 驗證效果

方案1：

（1）將加厚的齒轂裝入變速器，并放上校驗臺，空檔轉(zhuǎn)速為1500/3000rpm時，仍有異響，但異響聲有30～40%的減弱，分別掛入三、四、五、倒檔，仍有一定的異響。

（2）拆下變速器，裝入軸向減薄的齒轂，并放上校驗臺，空檔轉(zhuǎn)速為1500/3000rpm時，仍有異響，異響聲與步驟1相當，分別掛入三、四、五、倒檔，仍有一定的異響。

（3）拆下變速器，裝入軸向減薄且徑向加厚的齒轂，并放上校驗臺，空檔轉(zhuǎn)速為1500/3000rpm時，仍有異響，異響聲與步驟1、2相當，分別掛入三、四、五、倒檔，仍有一定的異響。

方案2：

（1）將加厚并倒角的齒轂裝入變速器，并放上校驗臺，空檔轉(zhuǎn)速為1500/3000rpm時，有異響聲音出現(xiàn)。

（2）若變速器分別掛入三檔、四檔、五檔、倒檔，異響聲并沒有減弱，相比較之前沒有改進，而且三、四、五、倒檔同步環(huán)均有撞擊齒轂發(fā)出的異響。

方案3：

（1）將裝上最新的鋼環(huán)的變速器放上校驗臺校驗，空檔轉(zhuǎn)速為1500/3000rpm時，有異響聲音出現(xiàn)。

（2）若變速器分別掛入三檔、四檔、五檔、倒檔，異響聲有所減弱，而且三、四、五、倒檔同步環(huán)均有撞擊齒轂發(fā)出的異響。

方案4：

此方案裝配了三臺變速器樣本進行校驗臺校驗，經(jīng)校驗，變速器異響明顯減弱或消除，但是在后面做臺架試驗的時候出現(xiàn)的帶排現(xiàn)象。說明限制了同步環(huán)的運動空間，對空檔異響還是有很大改善的，但是一樣有很大的帶排風險。

5 最終解決方案的確定和驗證

5.1 方案的確定

針對上面4個方案的結(jié)果進行分析比較，加長齒轂軸向長度對空檔異響的消除貢獻最大，但是加長0.8mm的時候會出現(xiàn)帶排風險，所以下面確定方案5：將齒轂端面單邊加厚0.5mm，如圖9所示，使三、四、五、倒檔同步器齒轂端面和同步環(huán)端面之間的軸向自由間隙分別變?yōu)楝F(xiàn)在的0.28～1.55mm、0.155～1.875mm、0.28～1.65mm、0.28～1.59mm，較修改之前間隙明顯減小，使同步環(huán)在自由狀態(tài)下的運動空間減小，從而可以幫助對同步環(huán)震蕩的減弱。

5.2 方案的驗證

在變速器在β階段的同步器都采用在原數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上加長0.5mm，使得三、四、五、倒檔同步器齒轂端面和同步環(huán)端面之間的軸向自由間隙分別變?yōu)楝F(xiàn)在的0.28～1.55mm、0.155～1.875mm、0.28～1.65mm、0.28～1.59mm，裝配好變速器總成之后，放上校驗臺上試驗，試驗結(jié)果是聲音完全在可接受范圍內(nèi)，沒有明顯的齒環(huán)撞擊聲，并且轉(zhuǎn)動的時候并未發(fā)現(xiàn)帶排現(xiàn)象。

5.3 結(jié) 論

（1）變速器異響來自于同步環(huán)凸鍵兩側(cè)面撞擊齒轂和同步環(huán)花鍵撞擊齒轂外花鍵端面，但同步環(huán)凸鍵兩側(cè)面撞擊齒轂占主要部分。

（2）僅采用齒轂軸向減薄或徑向加厚的方案可較有效地減少異響，但異響仍存在。

（3）采用齒轂軸向加厚的方案，其異響大大的減小或者消除。因此，此方案對異響的解決起到明顯作用。

6 結(jié)束語

通過此次局部零件更改，使某變速器的整機效果更優(yōu)。通過一系列的試驗，完全可以證明變速箱空檔異響的改進是成功的。盡管是對具體故障的失效分析，并不具有普遍的指導意義，但找到異響原因，對提高產(chǎn)品品質(zhì)、避免類似事故發(fā)生，仍有一定的實用性，并且對變速器的設(shè)計具有一定的參考意義。

參考文獻

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[2]沈永勝.機械原理[M].北京：清華大學出版社，2006.

[3]劉維信.汽車設(shè)計[M].北京：清華大學出版社，2001.

收稿日期：2018-6-9

作者簡介：謝宗余（1987-），男，漢族，廣西陸川人，助理工程師，本科，主要從事汽車變速器開發(fā)制造工作。