鎖銷式同步器常見失效模式及解決措施

趙曉江

(陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司,陜西西安 710077)

0 引言

同步器根據(jù)鎖止機(jī)構(gòu)的不同可分為鎖銷式和鎖環(huán)式。鎖銷式同步器因具有換擋可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，多應(yīng)用于重型汽車機(jī)械式變速器[1]，它的好壞會(huì)直接影響到變速器能否順利實(shí)現(xiàn)換擋。

1 鎖銷式同步器結(jié)構(gòu)及工作原理

鎖銷式同步器根據(jù)銷子數(shù)量的不同又可以分為九銷鎖銷式同步器和六銷鎖銷式同步器[2]。圖1是某公司重型12擋變速器同步器結(jié)構(gòu)圖。

圖1 鎖銷式同步器結(jié)構(gòu)

其高低擋轉(zhuǎn)換過程主要分為4個(gè)階段：

(1)摘至空擋：滑套從一側(cè)擋位摘至空擋，在同步器壓簧的作用下，兩側(cè)錐環(huán)總成(帶鎖止銷)反向旋轉(zhuǎn)一定角度，鎖止銷與滑套上的鎖止孔呈鎖止?fàn)顟B(tài)；

(2)同步階段：同步器錐環(huán)錐面與齒輪錐面貼合，產(chǎn)生摩擦力矩；

(3)撥環(huán)階段：同步結(jié)束，摩擦力矩降為零，錐環(huán)總成在撥環(huán)力矩作用下，回轉(zhuǎn)一定角度，滑套越過鎖止銷臺(tái)階；

(4)結(jié)合齒嚙合：滑套與齒輪結(jié)合齒相結(jié)合，掛擋結(jié)束。此時(shí)，變速器進(jìn)入高擋區(qū)或者低擋區(qū)。

2 常見失效模式及解決措施

2.1 副箱異響

副箱出現(xiàn)異響是鎖銷式同步器常見失效模式之一。異響又表現(xiàn)為兩種情況：

(1)掛擋過程中出現(xiàn)異響，這種情況通常是掛擋時(shí)同步器還沒有同步，滑套和結(jié)合齒輪仍存在較高的轉(zhuǎn)速差，鎖止銷的鎖止角已經(jīng)起不到鎖止作用，此時(shí)滑套的結(jié)合齒與結(jié)合齒輪的結(jié)合齒產(chǎn)生“打齒”而發(fā)響。在此狀態(tài)下打開副箱，鎖銷式同步器一般都會(huì)出現(xiàn)鎖止銷鎖止角磨損嚴(yán)重、滑套的結(jié)合齒嚴(yán)重磨損等現(xiàn)象,如圖2和圖3所示。

圖2 滑套狀態(tài)

圖3 鎖止銷狀態(tài)

(2)同步器掛入擋位后出現(xiàn)的異響。這種異響聲與第一種“打齒”聲音不同，它是掛擋過程中比較平順，當(dāng)掛入擋位后變速器后副箱才發(fā)出的聲響。這種情況通常是由于撥叉斷裂(圖4)引起的。正常情況下副箱撥叉與滑套槽兩側(cè)相配合安裝，當(dāng)撥叉的一側(cè)或兩側(cè)發(fā)生斷裂時(shí)，此時(shí)滑套失去定位，滑套和撥叉在軸向移動(dòng)過程中都會(huì)出現(xiàn)偏擺現(xiàn)象，隨著壽命次數(shù)的累積，導(dǎo)致掛擋行程不夠，同步器掛入擋位后又出現(xiàn)掉擋，最終產(chǎn)生異響。一般情況下，更換滑套和撥叉后同步器還可繼續(xù)使用。針對(duì)撥叉強(qiáng)度不夠的問題，可通過改變熱處理工藝將撥叉硬度提高，同時(shí)在安裝氣缸及撥叉軸時(shí)要保證活塞移動(dòng)靈活、無(wú)卡滯等。

圖4 副箱撥叉斷裂照片

2.2 高低擋環(huán)摩擦材料磨損

摩擦材料的摩擦性能直接影響同步器的使用壽命[3]。當(dāng)摩擦材料磨損到一定程度時(shí)，變速器會(huì)發(fā)生掛擋異響或掛擋困難等情況。摩擦材料磨損一般分為脫落、磨光或者偏磨等現(xiàn)象,如圖5所示。還有一種情形比較少見：摩擦材料表面完好，但由于摩擦材料磨損導(dǎo)致摩擦因數(shù)偏小也容易引起掛擋“打齒”。造成摩擦材料異常磨損的原因主要有摩擦材料的摩擦力不夠、高低擋轉(zhuǎn)換時(shí)氣壓不夠，導(dǎo)致掛擋不到位，換擋時(shí)潤(rùn)滑效果不好，導(dǎo)致摩擦熱量不能及時(shí)帶走。有時(shí)在黏結(jié)摩擦材料時(shí)黏結(jié)度不夠或者黏接膠滲出到摩擦材料表面也會(huì)導(dǎo)致其異常磨損。

圖5 高低擋環(huán)摩擦材料狀態(tài)

解決摩擦材料磨損的辦法主要有：選擇合適的摩擦材料。常見的摩擦材料主要有編織碳纖維、碳處理材料、燒結(jié)銅以及噴鉬等。銅材料具有很好的導(dǎo)熱性能，但其耐磨性較差，因而采用在鋼基摩擦環(huán)上燒結(jié)銅層的方式，可得到較高且穩(wěn)定的動(dòng)摩擦因數(shù)、良好的導(dǎo)熱性和抗壓能力。噴鉬的耐磨性比較好，但價(jià)格昂貴，材料與基體結(jié)合方式一般為燒結(jié)加沖壓。相較于噴鉬，碳顆粒和碳纖維材料都比較經(jīng)濟(jì)，特別是碳纖維摩擦因數(shù)大且摩擦穩(wěn)定性好抗衰減，加之其耐磨損性能良好且不啃噬對(duì)偶件，目前某公司的同步器產(chǎn)品普遍使用編織碳纖維作為摩擦材料。通過大量的試驗(yàn)研究也表明其摩擦性能可以滿足使用要求。

2.3 鎖止銷松動(dòng)或者斷裂

鎖止銷的質(zhì)量是鎖銷式同步器完好的關(guān)鍵[4]。當(dāng)鎖止銷松動(dòng)或者斷裂(圖6)時(shí)，變速器會(huì)發(fā)生掛擋異響或者掛擋困難等情況。其主要原因?yàn)楦邠醐h(huán)鎖止銷高頻處理后局部硬度偏低，通過改進(jìn)熱處理工藝后此現(xiàn)象消失。提高鎖止銷的質(zhì)量，主要有以下方法：(1)要選用合適的鎖止銷材料；(2)要完善熱處理工藝，保證鎖止銷自身的抗剪強(qiáng)度與韌性；(3)要保證鎖止銷自身的加工精度，特別是同步器滑套換擋時(shí)滑過臺(tái)階的表面粗糙度及相連接的圓弧，因?yàn)檫@將直接導(dǎo)致?lián)Q擋的順滑性及同步器壽命；(4)鎖止銷在鉚壓過程中也要嚴(yán)格控制加工工藝，避免鉚壓過程中鎖止銷抖動(dòng)和鎖止銷不垂直。

圖6 高擋環(huán)鎖止銷斷裂

3 結(jié)束語(yǔ)

文中主要對(duì)鎖銷式同步器常見的失效模式進(jìn)行總結(jié)，并提出對(duì)應(yīng)的解決措施。但在實(shí)車使用中，由于司機(jī)的操縱習(xí)慣、行駛路況、車輛載重情況等會(huì)使工況更為惡劣，鎖銷式同步器出現(xiàn)的故障類型更為復(fù)雜，比如錐環(huán)斷裂或燒結(jié)等，在分析該類故障原因時(shí)需要考慮多方面因素。