變速器裝配過程中同步環預潤滑研究

覃新傳，覃宇

柳州上汽汽車變速器有限公司 廣西柳州 545000

汽車手動變速器換擋的原理是：同步環受到同步器的推動使得同步環錐面與擋位結合齒錐面產生摩擦力矩，使得同步器與擋位齒轉速一致，從而保證同步器與擋位齒平穩結合（見圖1）。齒輪油在錐面上主要起兩個作用：一是潤滑，降低零件磨損；二是散熱，把摩擦產生的熱量帶走，避免零件高溫燒蝕變形。

圖1 變速器換擋結構示意

在變速器制造生產流水線，變速器總成裝配后進入總成校驗臺，加油后就馬上開起校驗。如果不提前浸泡同步環，這個時候的各擋同步環基本上處于兩種狀態：一是在油液面以下的，雖然浸在油里面，但浸泡時間很短導致錐面有空氣未及時排出，潤滑效果不好；二是在油液面以上的，完全沒有浸泡到油，沒有潤滑可言（見圖2），這種狀態進行校驗，會造成同步環異常磨損、燒蝕。所以同步環的預潤滑就顯得很重要，一般采用齒輪油浸泡一定時長來實現，但需要浸泡多長時間合適呢？工程師為了保證潤滑效果，堅持浸泡時間越長越好，顯得謹慎又過于保守。車間為保證生產節拍，認為隨便齒輪油里過一下即可，簡單快捷但具有風險。各方爭論不休，又無法拿出理論依據或者實踐數據。咨詢同步環設計制造企業，答復根據經驗需要30min，提前30min浸泡需要提前配送物料、軸系裝配崗位員工提前開班，會增加制造負擔。

圖2 變速器油液面示意（綠色劃線）

設計試驗

為解決以上問題，筆者決定通過做試驗找到最合適的浸泡時間。公司的同步環根據工作面數量，可分為單錐環、雙錐環和三錐環（見圖3～圖5），根據錐面摩擦層材料又可分為螺紋環和碳環（見圖6、圖7）。

圖3 單錐環

圖4 雙錐環

圖5 三錐環

圖6 螺紋環

圖7 碳環

浸泡同步環的本質是讓齒輪油粘附在同步環表面（包括工作錐面），不同的結構、摩擦層材料的同步環，最大吸油量需要的時間都不一樣。吸油量W可以通過稱重的方法獲得，與浸泡時間T對應，如圖8所示，吸油量W隨著時間T逐漸變大，最終達到飽和狀態。最大吸油量Wmax對應的最小時間就是飽和時間Tmin，也就是最合適的浸泡時間。

圖8 吸油量與浸泡時間曲線

試驗過程

根據同步環結構、摩擦材料劃分，公司一共有四類同步環，每一類同步環試驗結果可以覆蓋其余同類同步環（見表1）。由于單個同步環吸油量較小，采取20個同步環為一組，放大數據便于統計。稱量設備采用經過標定合格的電子秤，量程20～5000g，實際標尺分度值e=10g，最小刻度值d=1g 。浸泡時間暫時定5/10/20/30min，試驗過程中根據試驗結果隨時調整浸泡時間以便找到飽和時間Tmin。

表1 公司同步環型號匯總

為保證數據的準確性，試驗過程需注意以下事項：

1）浸泡過的同步環不能重復做試驗，每一批樣品必須使用新的，保證沒浸過油和良好的清潔度。

2）整個試驗過程，每次瀝干時間均統一為5min，浸泡時間和瀝干時間使用秒表計時。

3）抓取同步環須使用一次性尼龍手套，避免異物粘附到同步環上。不能使用棉質手套，避免同步環上油被棉質手套吸附。

4）同一批零件浸泡前后稱重時，天平托盤上墊的無塵紙不允許移動變化。

試驗過程如圖9所示，具體步驟為：浸泡前稱重→浸泡→瀝干→浸泡后稱重→下一組樣本。

圖9 試驗過程

數據處理及分析

整理四種類型同步環的試驗原始數據（見表2～表5），并做出對應的曲線圖（見圖10～圖13）。

表2 一二擋同步環（雙錐面、碳層）浸泡試驗數據

圖10 一二擋同步環（雙錐面、碳層）浸泡試驗曲線

表3 一二擋同步環（雙錐面、銅螺紋）浸泡試驗數據

圖11 一二擋同步環（雙錐面、銅螺紋）浸泡試驗曲線

表4 三四擋同步環（單錐面、碳層）浸泡試驗數據

圖12 三四擋同步環（單錐面、碳層）浸泡試驗曲線

表5 五擋同步環（單錐面、銅螺紋）浸泡試驗數據

圖13 五擋同步環（單錐面、銅螺紋）浸泡試驗曲線

從曲線圖可以找到各類型同步環的最大吸油量Wmax和飽和時間Tmin，匯總見表6。

表6 同步環試驗數據匯總

從匯總表可以看出，單錐面銅螺紋環的飽和時間最短，為1min；單錐面碳層環和雙錐面銅螺紋環的飽和時間為3min；雙錐面碳層環的飽和時間則需要10min，這些時間都遠小于經驗值（30min）。至此，各方關于同步環浸泡時間的分歧終于可以終止，工藝工程師依據試驗結果針對不同類型的同步環制定不同的浸泡時間即可。

結語

以上試驗是為了解決變速器制造過程工藝參數的制定而做的驗證，解決了困擾工藝工程師和工藝執行者的問題，使得工藝規范化，減少裝配等待時間，消除了工廠七大浪費中的等待浪費。本文驗證的同步環是變速器行業內使用較普遍的結構形式同步環，所以驗證結果具有較高的參考價值，如果是其他結構形式的同步環，驗證手法也同樣具有參考價值。