曾建松

摘要：變速器總成異響是變速器生產過程中很難避免的問題，對前驅手動系列變速器異響問題進行分析，分享其中的經驗，以更好地促進生產和保證產品質量。

關鍵詞：變速器；異響；齒輪；軸承

在批量生產變速器總成的過程中，校驗過程總會有異響故障的存在。那些對異響故障分析方法，往往具有確定性不高、效率不高的特點，那些無法很明確地鎖定異響原因的情況下，可能會導致同一故障模式重復發生，從而增加內部損失、影響生產和拉低合格率。

本文側重于從最直接的人體感官（視覺、聽覺）上對于異響的識別、判斷和分析等方面進行描述，在對于異響故障的分析上可以提高效率，盡可能快地鎖定異響原因。

異響故障的分類

變速器總成異響一般有三大類：齒輪精度超差造成的異響、軸承缺陷造成的異響和其他因素造成的異響，如圖1所示。

首先，在異響變速器返修總成里面最常見的是齒輪精度超差造成異響。由齒輪傳動的基本原理可知，一對漸開線齒輪正確的嚙合條件是兩個齒輪的模數和壓力角分別相等。如果是一對斜齒輪，則兩個嚙合的齒輪正確的嚙合條件除模數和壓力角分別相等外，其螺旋角還應該相等且旋向相反（外嚙合）。

當一對齒輪符合了正確的齒輪嚙合條件，符合了設計圖樣的技術要求，在設計不存在缺陷的情況下，齒輪（比如說一對絕對理想的齒輪）在嚙合傳動時應該是平穩的，其沖擊、振動和噪聲應該也是很小的。但是在實際的齒輪加工過程中，做不到絕對理想的齒輪，往往因為種種因素導致齒輪精度不良甚至超差，從而導致齒輪副不正常嚙合和傳動，造成齒輪傳動不平穩，齒輪沖擊大、振動大、噪聲大等。例如，某個齒輪齒形超差、齒向超差、鼓形量超差、壓力角超差、累積超差、跳動超差及內孔圓柱度超差等，都會導致齒輪副不正常嚙合。

其次，軸承缺陷也會造成變速器總成異響。軸承本身存在缺陷，或者是異物進入軸承內部造成軸承缺陷，都會導致變速器總成異響。

最后，還有一些其他的因素造成變速器異響。例如漏裝滾針軸承會導致變速器總成異響，同步器齒套和同步器齒環缺陷會導致進擋異響等。

齒輪異響的表現

齒輪異響校驗，先通過聽聲音和拆解目視觀察零件來進行最直接、最初步的分析和判斷，然后可以進一步換件實驗和測量齒輪精度來進行精確分析。所以，初步的分析和判斷非常重要，直接決定了對異響變速器的分析效率。

1.齒輪異響在聲音上的表現

一般的齒輪異響，校驗時的聲音頻率相對其他異響來說都比較高，例如嘯叫聲、口哨聲等。當齒輪的兩面都有問題，正反轉都會有異響。如果齒輪只有一面有問題，那么校驗的時候就只有正轉或者是反轉存在異響。

2.從齒面紋路判斷齒輪是否正常（嚙合前、嚙合后）

目前裝配使用的所有齒輪中，在加工工藝上區分總共有三大類：剃齒、磨齒和珩齒。

（1）剃齒 絕大部分齒輪為剃齒加工的齒輪，剃齒加工的齒輪，其齒面不發白、不發亮，無特別明顯的紋路。

（2）磨齒 齒面發白、發亮，順著螺旋角方向有細微的直條狀紋路。

（3）珩齒 齒面發白、發亮，齒面呈散花狀。

從齒面紋路上可以大致判斷齒輪是否正常，例如，磨齒加工的齒輪齒面發黑，有魚鱗的紋路，珩齒加工的齒輪齒面有直條狀紋路等，都在體現著這個齒輪在加工過程中可能出現了問題，如見圖2所示。

3.從齒輪的倒棱判斷故障齒輪

正常加工合格的齒輪，其齒頂倒棱、齒端倒棱都是相等或者相差不大，當肉眼看得出兩邊倒棱相差很大或者是只有一邊有倒棱、另一邊沒有倒棱時，這個齒輪的齒輪精度可能就是超差。

4.從齒輪內孔和其與端面的倒角來判斷故障齒輪

1）齒輪內孔失圓時，嚙合過后的內孔會異常發黑或者發亮。

2）當齒輪的內孔磨偏的時候，其內孔與端面的倒角一般都是一邊大、一邊小，而正常齒輪內孔的整圈倒角都是相等的。

5.從齒面的嚙合印痕判斷故障齒輪

齒輪副正確嚙合時，其齒面印痕應該是均勻的平行四邊形。當一對齒輪副中的一個齒輪出現異常時，齒輪的嚙合印痕就會與正常的不同，尤其是經過加載過后，齒輪嚙合的印痕尤為明顯。當嚙合的印痕異常發亮、發黑、條紋或者出現不均勻的印痕時，可以判定這對齒輪副中肯定有一個齒輪出現了問題。

6.測量齒輪精度來判斷故障齒輪

齒輪精度是最精確、最科學的方法，當初步判定故障齒輪后，可以通過測量齒輪精度來進一步確認故障齒輪。

軸承異響的表現

1.軸承異響在聲音上的表現

軸承異常導致異響時，其聲音頻率比較固定，例如沙沙聲。軸承異響在校驗時正反轉都會存在異響。當故障總成只有正轉或者只有反轉有異響時，應該基本排除軸承異響。

2.外來異物導致軸承異響

軸承屬于精密零件，當有異物進入時會損傷軸承工作面，從而造成異響。現場常見的異物有鐵屑及鋁屑等。

（1）滾針軸承 當裝配有滾針軸承的部位有異物進入時，校驗轉動之后，滾針軸承的滾針、內孔一圈都會出現異常發亮的印痕。

（2）錐軸承和滾柱軸承 有異物進入軸承時，軸承的滾柱、外圈一整圈都會出現異常發亮的印痕。

（3）深溝球軸承 異物進入軸承內部時，轉動軸承時會有卡滯感。切開軸承后也可以看到鋼球、內外圈的滾道存在異常磨損的痕跡。

3.軸承本身的缺陷導致軸承異響

當軸承本身存在缺陷時，也會導致軸承異響。

（1）滾針軸承 滾針彎曲、保持架變形或斷裂都會導致滾針軸承異響。出現這類故障時，用手轉動齒輪時會有卡滯感（見圖4和圖5）。

（2）錐軸承和滾柱軸承 滾柱、外圈被刮傷時會導致軸承異響，目視即可發現異常。

（3）深溝球軸承 鋼球、內外滾道有缺陷時會導致異響，轉動齒輪時會有不順暢、有卡滯感。

其他異響

除了齒輪異響和軸承異響，還有其他因素也會有可能導致異響。例如，在裝配上漏裝滾針軸承、隔圈、襯套等會導致總成不正常運轉從而發出異響；同步器齒套缺陷可能會導致進擋時存在異響等。齒輪、軸承異響之外的異響，需要具體問題具體分析。

異響變速器總成的一般分析過程

異響變速器總成的一般分析過程是：校驗聽聲音→拆總成檢查零件狀態→換件實驗→測量零件→鎖定故障零件。

1.校驗聽聲音

從異響的聲音類型上可以大致判斷異響的問題類型。例如，嘯叫聲、尖叫聲大部分是齒輪異響；沙沙聲很有可能是軸承異響；只有正轉或者反轉有異響的，可以排除軸承異響，基本上可以確定為齒輪異響；滾針軸承異響時，其對應的擋位無異響，其他擋都有異響；出現單擋異響時，基本上就是那對齒輪副中的某一個齒輪出現了問題等。從聲音大致辨別異響需要一定的積累，經常聽異響和拆機分析都可以更加熟練的從聲音上辨別異響的類型（見圖6）。

2.拆故障總成檢查零件狀態

校驗聽取故障總成的異響聲音表現后，可初步判斷異響的類型。這時可以拆解異響變速器總成，根據異響的類型來檢查對應相關的零件。

3.換件實驗/可疑零件測量

初步判斷可疑零件后，可以進行換件實驗，直到完全鎖定故障零件。完全鎖定故障零件的依據是通過換件實驗可以使異響完全消除或者是使用異響故障件在無異響的總成上復現異響故障。在換件實驗的同時，可以同步測量可疑零件，這樣可以提高分析效率。

4.鎖定故障零件

在鎖定故障零件后，可以進行現場遏制。同時可以對故障零件進行進一步測量分析，例如測量齒輪的齒輪精度等，分析出造成異響的具體原因。

參考文獻：

[1] 楊國安.齒輪故障診斷實用技術[M].北京：中國石化出版社，2012.

[2] 張展.齒輪傳動的失效及其對策[M]. 北京：機械工業出版社，2011.

[3] 孫恒，陳作模，葛文杰. 機械原理[M]. 北京：高等教育出版社，2010.

[4] 濮良貴，紀名剛.機械設計[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[5] Harald Naunheimer（德）.汽車變速器理論基礎、選擇、設計與應用[M]. 北京：機械工業出版社，2014.