李東津

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

關于某國產(chǎn)微車變速器二檔打齒問題分析

李東津

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

文章通過對國產(chǎn)某品牌微車變速器出現(xiàn)二檔打齒故障的分析、計算，發(fā)現(xiàn)并解決同步環(huán)的設計缺陷,從而提高變速器的性能。

變速器；同步器；同步環(huán)；打齒

所謂“打齒”，指的是兩個以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的齒輪沒有同步直接進入嚙合而碰撞發(fā)出“咔咔”撞擊聲的現(xiàn)象。對帶有同步器的前進檔而言打齒即是齒套直接越過同步環(huán)（沒有預同步）而與結合齒嚙合發(fā)生撞擊聲的現(xiàn)象。本文主要對帶同步器的前進擋（二檔）的打齒故障進行分析。

1 同步器的結構形式與同步過程

1.1 同步器的結構形式

在目前主流的微車手動變速器中，為提高換檔舒適性，一般采用同步器機構保證車輛行駛時快速而方便的進行換擋。在中小型車輛變速器上廣泛采用鎖環(huán)式慣性同步器。根據(jù)結構形式的不同，又可分為環(huán)簧式和滑塊式（如圖1）。根據(jù)同步力矩的需要，滑塊式同步器結構分別有單錐、雙錐、三錐三種結構。

圖1 滑塊式鎖環(huán)慣性同步器結構

圖2 齒轂和同步環(huán)相互位置關系

1.2 同步工作過程簡述

如圖1，齒套在撥叉的帶動下開始往左移動，齒套內(nèi)圈上的凹槽驅(qū)動滑塊上的鋼球，迫使滑塊總成也向左移動，此時滑塊將齒環(huán)錐面壓緊在結合齒錐面上，由于此時同步環(huán)與結合齒存在轉(zhuǎn)速差，兩錐面將產(chǎn)生一個摩擦力矩，使同步環(huán)轉(zhuǎn)過一個角度，環(huán)上的三個凸臺靠緊齒轂上的三個槽，如圖2所示，以上這個過程即為預同步過程。

此時，同步環(huán)上的齒和齒套上的花鍵齒在圓周向，兩個相對的齒是以半個齒厚相互錯開，如圖3所示，齒套繼續(xù)向左移動，齒套的花鍵齒即會頂在齒環(huán)上的齒鎖止面上，如圖4所示，此時，加在齒套上的推力T轉(zhuǎn)移到鎖止面上，通過受力分解，可得正壓力N和撥正力矩Ms。N的大小會影響同步摩擦力即同步力矩的大小，只有當兩個摩擦面的轉(zhuǎn)速相等時，摩擦力矩才會消失，此時撥正力矩Ms將同步環(huán)撥回一定角度，使齒套的花鍵齒可越過齒環(huán)上的齒，并與結合齒嚙合，完成整個同步過程。期間未同步時，撥正力矩Ms必須小于摩擦力矩，否則就會導致同步器失效。

本文主要通過故障件總成拆解分析、零件測量、系統(tǒng)結構分析、尺寸鏈計算，發(fā)現(xiàn)并找出打齒原因，然后進行設計優(yōu)化，解決二檔打齒問題。

圖3 鎖止齒和齒轂花鍵齒的位置關系1

圖4 鎖止齒和齒轂花鍵齒的位置關系2

2 打齒故障現(xiàn)象描述

國產(chǎn)某品牌微車手動變速器總成在進行整車可靠性路試時，出現(xiàn)變速器在一檔進二檔、三檔退二檔過程中有“咔咔”打齒聲。經(jīng)拆解測量，發(fā)現(xiàn)同步環(huán)沒有磨損、后備量足夠，經(jīng)測量同步環(huán)零件的尺寸也是滿足設計要求的。其余零件也沒有發(fā)現(xiàn)異常。

2.1 故障原因分析

（1）結構分析。變速器總成一/二檔同步器結構為雙錐結構，一/二檔同步環(huán)組件是由一/二檔同步器外錐環(huán)、一/二檔同步器中間環(huán)、一/二檔同步器內(nèi)錐環(huán)組成，如圖5所示。同步環(huán)設計中，非同步工作狀態(tài)下，同步環(huán)自然打開，在旋轉(zhuǎn)中，同步器外錐環(huán)由齒轂帶動、同步器內(nèi)錐環(huán)與同步器外錐環(huán)6處互扣，同步器外錐環(huán)同步帶動同步器內(nèi)錐環(huán)，兩件之間始終有作用力存在，如圖5所示。同步器內(nèi)錐環(huán)在此力作用下的轉(zhuǎn)動時不可能始終貼近從齒輪，零件還可能存在側(cè)傾和偏擺等情況。同步器內(nèi)錐與同步器外錐環(huán)的互扣將不能夠被輕易打開，如圖6所示。

圖5 一/二檔同步環(huán)組件

圖6 一/二檔結構圖

在理論設計中，一/二檔同步器外錐環(huán)不能超出一/二檔同步器內(nèi)錐環(huán)，如圖7所示。極限情況，外錐環(huán)靠齒轂，內(nèi)錐環(huán)緊貼結合齒面，如圖8所示。

圖7 理論設計三個環(huán)的配合關系

圖8 極限情況三個環(huán)的配合關系

（2）尺寸鏈計算。根據(jù)結構原理，對系統(tǒng)尺寸鏈一/二檔同步器外錐與一/二檔同步器內(nèi)錐環(huán)配合關系尺寸進行計算，計算結果為：-0.17～1.47，即在極限情況下存在一二檔同步器外錐環(huán)超出一二檔同步器內(nèi)錐環(huán)情況，超出最大值為0.17。 也就是內(nèi)錐環(huán)不能完全支撐住外錐環(huán)，卡腳可能跑出，存在互扣六爪的打滑失效情況。

圖9 尺寸鏈計算

圖10 尺寸鏈計算示意圖

圖11 結合齒超過內(nèi)錐環(huán)腳長

按上述計算結，當二檔同步環(huán)的外錐環(huán)端面貼在一/二檔齒轂上，內(nèi)錐環(huán)端面貼在從動二檔齒上時，內(nèi)、外錐環(huán)間的距離最大。 此時會最容易出現(xiàn)內(nèi)外環(huán)互扣六爪的打滑失效。在這種情況下，換檔過程中，同步環(huán)失效，沒有同步力矩產(chǎn)生，沒有預同步過程，造成一二檔同步器齒套直接躍過同步環(huán)進檔，造成打齒。

2.2 結論及措施

根據(jù)以上的分析結論，得出導致變速器二檔打齒的根本原因是尺寸鏈計算的問題，在極限情況下存在一/二檔同步器外錐環(huán)超出一/二檔同步器內(nèi)錐環(huán)的可能性，一/二檔同步器外錐環(huán)超出內(nèi)錐環(huán)將導致同步環(huán)失效，造成打齒。

根據(jù)以上的失效原因分析，通過設計優(yōu)化，將一/二檔同步器內(nèi)錐環(huán)總長尺寸由更改為，杜絕一/二檔同步器外錐環(huán)超出一/二檔同步器內(nèi)錐環(huán)可能性，從而解決二檔打齒的故障。

3 結束語

本文通過對變速器二檔打齒問題的分析，找出變速器在使用過程中出現(xiàn)二檔打齒的原因并加以解決。雖然只是作為一個個案對的具體故障的原因進行分析，不具有普遍的指導意義，但是對故障的分析過程以及具體的解決措施制定過程中的思考，對變速器的設計仍有一定的參考價值。

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[2] 陳家瑞.汽車構造[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009.

[3] 劉維信.汽車設計[M].北京:清華大學出版社,2001.

The analysis for a certain domestic minicar transmission of striking second gear tooth

Based on certain domestic brand minicar transmission of Striking Second Gear Tooth analysis and calculation.Get and solve the synchronization ring design flaws, so as to improve the performance of the transmission.

Transmission; Synchronizer; Synchronization ring; Striking Second Gear Tooth

U46

A

1008-1151(2015)03-0080-03

2015-02-10

李東津（1983－）男，廣西梧州人，上汽通用五菱汽車股份有限公司助理工程師，從事汽車變速器相關的工藝、設計等工作。