变速器四挡同步器烧蚀问题处理

岳丽姣，葛士显，杨允辉，张超（安徽江淮汽车技术中心商用车研究院底盘三部，安徽 合肥 230601）



变速器四挡同步器烧蚀问题处理

岳丽姣，葛士显，杨允辉，张超
（安徽江淮汽车技术中心商用车研究院底盘三部，安徽 合肥 230601）

摘要：针对某车型变速器四挡同步器烧蚀问题，从整车角度出发，对各种影响四挡同步器烧蚀的因素进行分析，找到导致该车型四挡同步器烧蚀的主要原因。通过在变速操纵系统的换挡软轴上增加复位弹簧，在驾驶员座椅上增加扶手，同时下发规范驾驶员操作习惯的指导文件，彻底解决了该车型同步器烧蚀问题，并为后期解决类似问题提供技术参考。

关键词：同步器；烧蚀；复位弹簧；换挡操纵杆；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

某车型存在挂四挡打齿异响现象，且问题发生概率较高，故障发生PPM高达6670。

通过初步分析判断，发生此问题现象的原因为四挡同步器烧蚀。同步器是机械式变速器的主要零部件之一，能够避免换挡时齿轮或花键齿间的冲击，同时使换挡迅速准确。对减轻驾驶员的疲劳，提高齿轮及传动系统的使用寿命，提高汽车行驶安全性和乘坐舒适性以及改善汽车起步时的加速性和经济性起着及其重要的作用。[1]

在整车上，变速操纵系统的设计以及整车布置的设计对变速器的换挡性能以及同步器的寿命等都产生很大影响，本文通过详细的理论分析、试验验证，找到导致四挡同步器烧蚀的主要原因，最终通过变速操纵系统的整改以及驾驶员座椅扶手增加解决了同步器烧蚀的问题。

1、同步器烧蚀问题调查分析

1.1故障现象调查

经过对故障变速器拆解发现变速器的四挡同步器烧蚀。如图1所示。该车型四挡同步器为锁环式双锥面同步器。

图1 同步器烧蚀拆解图

1.2锁环式同步器工作原理

锁环式同步器主要是通过同步环的锥面与结合齿轮上的锥面摩擦接触，使转速不等的齿轮在“同步”后再进行啮合，避免了不同转速齿轮相互啮合时产生冲击。其工作原理如图2所示[2]。

图2　同步器工作原理图

正常情况下，每次挂挡的完成时间约为0.5s，在此过程中同步器会产生一定的热量，而由于正常换挡的时间较短，加之润滑油的冷却作用，同步器在正常工况下能够满足使用要求，按照国标要求，四挡同步器的使用寿命应该在10万次以上。

1.3故障原因分析

通过查看故障信息，故障车辆的使用里程远远没有达到同步器的设计寿命，发生烧蚀的原因为非正常摩擦导致。即车辆空挡滑行时，同步器长期预同步，处于滑摩状态，产生大量的热量，导致同步器烧蚀。

理论上，在变速器处于空挡位置时，同步器的同步环与四挡齿轮上的摩擦锥面间隙为1.34 mm，车辆在空挡滑行时，同步环与齿轮上的摩擦锥面不会接触。

空挡位置，换挡拨叉通过图3中的凹槽1与图4所示定位销的顶球2配合定位，保证车辆在空挡行驶时，同步环与齿轮上的摩擦锥面不会产生滑摩。[3]

该车型换挡操纵系统中，空挡位置的正下方即为四挡。且换挡操纵杆与水平方向有一个夹角。

通过以上分析，得出可能导致空挡滑行时同步器滑摩的原因有以下几个：

变速器加工精度不足，空挡时同步环与齿轮锥面摩擦；

操纵机构定位销压力不足；

变速操纵系统在空挡时对换挡摇臂产生四挡方向的力，导致箱体内四挡同步器的同步环向四挡齿轮锥面方向运动，产生摩擦。

图3　变速器换挡操纵机构

图4　换挡定位销

2、数据检测

2.1变速器加工尺寸检测

对故障变速器的相关尺寸进行检测，检测结果如表1所示。检测结果显示同步器相关安装尺寸符合要求。

表1　变速器尺寸检测

2.2定位销压紧力测量

该车型的换挡机构中定位销的压紧力P。（注：测量方法，在变速器换挡摇臂端，将摇臂置于同步环开始滑摩的位置，测量摇臂的回位力）

测量三辆车，数据分别为9.0N，9.1N，8.8N。根据经验，该定位力偏小。

2.3变速器操纵系统分析

该车型变速操纵系统的换挡杆安装于中控台上，操纵杆在空挡位置时与竖直方向有一定的夹角，如图5所示，这使得空挡时操纵手柄及换挡杆组件会对换挡软轴产生一个向下的分力。此分力沿着换挡软轴传递到变速器的换挡摇臂端，会使摇臂产生向四挡方向运动的趋势。该车型的空挡正下方即为四挡，挡位排布图如图6所示。

图5　换挡杆布置图

图6　挡位排布图

经理论计算及实际测量，操纵座在空挡位置产生的沿换挡软轴轴向力F1的大小为5N，结合定位销的压紧力，不会使同步器产生滑摩问题。

而经过进一步的调查分析，考虑到许多驾驶员习惯在驾车时将手搭在操纵手柄上，这就对软轴产生了另外一个附加力F2。对此我们对驾驶员将手搭载操纵手柄上时对手柄产生的向下的压力进行了测量。

表2　驾驶员空挡手压换挡手柄力及行程测量

上表测量了空挡怠速情况下，驾驶员将手压在操纵杆上，操纵杆行程与力的关系。当驾驶员对手柄施加的压力约为15N时能够听到变速器内产生异常响声，同步器开始滑摩。而驾驶员的手搭在操纵杆上时只能产生8N左右的压力，不会是同步器产生滑摩。对于发生烧蚀故障的车辆驾驶员，在车辆空挡滑行时，使用了比较大的力向下压换挡操纵杆。

基于以上分析，我们让车辆在同步器滑摩的状态下运行，运行10分钟后即发生严重的同步器烧蚀情况，变速器内部开始冒烟。

3、对策制定及实施

依据上述验证分析，确定该变速器空挡定位销的压紧力较小，同时空挡滑行时受到的驾驶员向下压手柄的力较大为导致该车型四挡同步器烧蚀的原因。

3.1空挡定位销压紧力的分析

由于该车型的空挡定位销的定位力的改动会引起整个变速箱换挡力的变化，且该件为进口件，整改难度较大，为此暂时不对定位销的力进行调整。

3.2变速操纵系统的改进

为了在一定程度上抵消驾驶员手向下压操纵杆所产生的力，设计在换挡软轴上增加复位弹簧。

图7　换挡软轴增加复位弹簧

该复位弹簧在安装状态下处于压缩状态，初始压缩力的大小为5N，能够给操纵杆提供一个向上的支撑力。

当驾驶员手向下压操纵杆时，弹簧力还会呈增大趋势，以避免现下操纵杆上的力和位移传递到变速器换挡摇臂端，进而使同步器产生滑摩。

3.3人机工程上的优化设计

该车型设计初期，驾驶员右侧没有设计扶手。这也是导致驾驶员喜欢将手搭在换挡手柄上的一个原因。针对增加扶手是否需要的问题，对不同的驾驶员进行了试驾访谈。

表3　驾驶员驾驶习惯调查

五位驾驶经验丰富的驾驶员均建议增加座椅扶手，特别是车辆在高速路上行驶时，增加扶手有助于缓解驾驶疲劳。

对此，针对该问题，在驾驶员座椅上增加了扶手设计。

4、结论

（1）经过以上对策制定及实施，彻底解决了变速器同步器烧蚀问题；

（2）变速操纵系统的设计，对变速器的性能、可靠性有着明显影响，要从整车角度出发，优化设计；

（3）为避免操纵杆自重对变速器的产生的影响，在整车布置时，操纵杆尽量布置成竖直方向；

（4）变速器的空挡定位力设计也应该注意，在允许的选、换挡力范围内，尽量将空挡定位力设计值增大一些，以提高空挡定位效果；

（5）空挡时驾驶员不应该将手放在换挡手柄上，这一驾驶规范要求应随使用手册在用户中进行广泛宣贯。

参考文献

[1]徐万里.变速箱同步器失效过程与失效机理分析[J].机械工程学报,2014.7,第14期.

[2]岳丽姣.某轻型客车换挡力偏大原因分析与改进[J].合肥工业大学学报,2012.11,第11期.

[3]陈家瑞.汽车构造[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

中图分类号：U463.8

文献标识码：A

文章编号：1671-7988（2016）05-203-03

作者简介：岳丽姣，就职于安徽江淮汽车技术中心商用车研究院底盘三部。