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(huán)受到同步器的推動使得同步環(huán)錐面與擋位結(jié)合齒錐面產(chǎn)生摩擦力矩，使得同步器與擋位齒轉(zhuǎn)速一致，從而保證同步器與擋位齒平穩(wěn)結(jié)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(chǎn)生的熱量帶走，避免零件高溫燒蝕變形。

圖1 變速器換擋結(jié)構(gòu)示意

在變速器制造生產(chǎn)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(huán)，這個時候的各擋同步環(huán)基本上處于兩種狀態(tài)：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(tài)進行校驗，會造成同步環(huán)異常磨損、燒蝕。所以同步環(huán)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(xiàn)，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(chǎn)節(jié)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(jù)或者實踐數(shù)據(jù)。咨詢同步環(huán)設計制造企業(yè)，答復根據(jù)經(jīng)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(huán)根據(jù)工作面數(shù)量，可分為單錐環(huán)、雙錐環(huán)和三錐環(huán)（見圖3～圖5），根據(jù)錐面摩擦層材料又可分為螺紋環(huán)和碳環(huán)（見圖6、圖7）。

圖3 單錐環(huán)

圖4 雙錐環(huán)

圖5 三錐環(huán)

圖6 螺紋環(huán)

圖7 碳環(huán)

浸泡同步環(huán)的本質(zhì)是讓齒輪油粘附在同步環(huán)表面（包括工作錐面），不同的結(jié)構(gòu)、摩擦層材料的同步環(huán)，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(tài)。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(jù)同步環(huán)結(jié)構(gòu)、摩擦材料劃分，公司一共有四類同步環(huán)，每一類同步環(huán)試驗結(jié)果可以覆蓋其余同類同步環(huán)（見表1）。由于單個同步環(huán)吸油量較小，采取20個同步環(huán)為一組，放大數(shù)據(jù)便于統(tǒng)計。稱量設備采用經(jīng)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(jù)試驗結(jié)果隨時調(diào)整浸泡時間以便找到飽和時間Tmin。

表1 公司同步環(huán)型號匯總

為保證數(shù)據(jù)的準確性，試驗過程需注意以下事項：

1）浸泡過的同步環(huán)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(tǒng)一為5min，浸泡時間和瀝干時間使用秒表計時。

3）抓取同步環(huán)須使用一次性尼龍手套，避免異物粘附到同步環(huán)上。不能使用棉質(zhì)手套，避免同步環(huán)上油被棉質(zhì)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(shù)據(jù)處理及分析

整理四種類型同步環(huán)的試驗原始數(shù)據(jù)（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(huán)（雙錐面、碳層）浸泡試驗數(shù)據(jù)

圖10 一二擋同步環(huán)（雙錐面、碳層）浸泡試驗曲線

表3 一二擋同步環(huán)（雙錐面、銅螺紋）浸泡試驗數(shù)據(jù)

圖11 一二擋同步環(huán)（雙錐面、銅螺紋）浸泡試驗曲線

表4 三四擋同步環(huán)（單錐面、碳層）浸泡試驗數(shù)據(jù)

圖12 三四擋同步環(huán)（單錐面、碳層）浸泡試驗曲線

表5 五擋同步環(huán)（單錐面、銅螺紋）浸泡試驗數(shù)據(jù)

圖13 五擋同步環(huán)（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(huán)的最大吸油量Wmax和飽和時間Tmin，匯總見表6。

表6 同步環(huán)試驗數(shù)據(jù)匯總

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

結(jié)語

以上試驗是為了解決變速器制造過程工藝參數(shù)的制定而做的驗證，解決了困擾工藝工程師和工藝執(zhí)行者的問題，使得工藝規(guī)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(huán)是變速器行業(yè)內(nèi)使用較普遍的結(jié)構(gòu)形式同步環(huán)，所以驗證結(jié)果具有較高的參考價值，如果是其他結(jié)構(gòu)形式的同步環(huán)，驗證手法也同樣具有參考價值。