变速器装配过程中同步环预润滑研究

覃新传，覃宇

柳州上汽汽车变速器有限公司 广西柳州 545000

汽车手动变速器换挡的原理是：同步环受到同步器的推动使得同步环锥面与挡位结合齿锥面产生摩擦力矩，使得同步器与挡位齿转速一致，从而保证同步器与挡位齿平稳结合（见图1）。齿轮油在锥面上主要起两个作用：一是润滑，降低零件磨损；二是散热，把摩擦产生的热量带走，避免零件高温烧蚀变形。

图1 变速器换挡结构示意

在变速器制造生产流水线，变速器总成装配后进入总成校验台，加油后就马上开起校验。如果不提前浸泡同步环，这个时候的各挡同步环基本上处于两种状态：一是在油液面以下的，虽然浸在油里面，但浸泡时间很短导致锥面有空气未及时排出，润滑效果不好；二是在油液面以上的，完全没有浸泡到油，没有润滑可言（见图2），这种状态进行校验，会造成同步环异常磨损、烧蚀。所以同步环的预润滑就显得很重要，一般采用齿轮油浸泡一定时长来实现，但需要浸泡多长时间合适呢？工程师为了保证润滑效果，坚持浸泡时间越长越好，显得谨慎又过于保守。车间为保证生产节拍，认为随便齿轮油里过一下即可，简单快捷但具有风险。各方争论不休，又无法拿出理论依据或者实践数据。咨询同步环设计制造企业，答复根据经验需要30min，提前30min浸泡需要提前配送物料、轴系装配岗位员工提前开班，会增加制造负担。

图2 变速器油液面示意（绿色划线）

设计试验

为解决以上问题，笔者决定通过做试验找到最合适的浸泡时间。公司的同步环根据工作面数量，可分为单锥环、双锥环和三锥环（见图3～图5），根据锥面摩擦层材料又可分为螺纹环和碳环（见图6、图7）。

图3 单锥环

图4 双锥环

图5 三锥环

图6 螺纹环

图7 碳环

浸泡同步环的本质是让齿轮油粘附在同步环表面（包括工作锥面），不同的结构、摩擦层材料的同步环，最大吸油量需要的时间都不一样。吸油量W可以通过称重的方法获得，与浸泡时间T对应，如图8所示，吸油量W随着时间T逐渐变大，最终达到饱和状态。最大吸油量Wmax对应的最小时间就是饱和时间Tmin，也就是最合适的浸泡时间。

图8 吸油量与浸泡时间曲线

试验过程

根据同步环结构、摩擦材料划分，公司一共有四类同步环，每一类同步环试验结果可以覆盖其余同类同步环（见表1）。由于单个同步环吸油量较小，采取20个同步环为一组，放大数据便于统计。称量设备采用经过标定合格的电子秤，量程20～5000g，实际标尺分度值e=10g，最小刻度值d=1g 。浸泡时间暂时定5/10/20/30min，试验过程中根据试验结果随时调整浸泡时间以便找到饱和时间Tmin。

表1 公司同步环型号汇总

为保证数据的准确性，试验过程需注意以下事项：

1）浸泡过的同步环不能重复做试验，每一批样品必须使用新的，保证没浸过油和良好的清洁度。

2）整个试验过程，每次沥干时间均统一为5min，浸泡时间和沥干时间使用秒表计时。

3）抓取同步环须使用一次性尼龙手套，避免异物粘附到同步环上。不能使用棉质手套，避免同步环上油被棉质手套吸附。

4）同一批零件浸泡前后称重时，天平托盘上垫的无尘纸不允许移动变化。

试验过程如图9所示，具体步骤为：浸泡前称重→浸泡→沥干→浸泡后称重→下一组样本。

图9 试验过程

数据处理及分析

整理四种类型同步环的试验原始数据（见表2～表5），并做出对应的曲线图（见图10～图13）。

表2 一二挡同步环（双锥面、碳层）浸泡试验数据

图10 一二挡同步环（双锥面、碳层）浸泡试验曲线

表3 一二挡同步环（双锥面、铜螺纹）浸泡试验数据

图11 一二挡同步环（双锥面、铜螺纹）浸泡试验曲线

表4 三四挡同步环（单锥面、碳层）浸泡试验数据

图12 三四挡同步环（单锥面、碳层）浸泡试验曲线

表5 五挡同步环（单锥面、铜螺纹）浸泡试验数据

图13 五挡同步环（单锥面、铜螺纹）浸泡试验曲线

从曲线图可以找到各类型同步环的最大吸油量Wmax和饱和时间Tmin，汇总见表6。

表6 同步环试验数据汇总

从汇总表可以看出，单锥面铜螺纹环的饱和时间最短，为1min；单锥面碳层环和双锥面铜螺纹环的饱和时间为3min；双锥面碳层环的饱和时间则需要10min，这些时间都远小于经验值（30min）。至此，各方关于同步环浸泡时间的分歧终于可以终止，工艺工程师依据试验结果针对不同类型的同步环制定不同的浸泡时间即可。

结语

以上试验是为了解决变速器制造过程工艺参数的制定而做的验证，解决了困扰工艺工程师和工艺执行者的问题，使得工艺规范化，减少装配等待时间，消除了工厂七大浪费中的等待浪费。本文验证的同步环是变速器行业内使用较普遍的结构形式同步环，所以验证结果具有较高的参考价值，如果是其他结构形式的同步环，验证手法也同样具有参考价值。