关于某国产微车变速器二档打齿问题分析

李东津

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）

关于某国产微车变速器二档打齿问题分析

李东津

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）

文章通过对国产某品牌微车变速器出现二档打齿故障的分析、计算，发现并解决同步环的设计缺陷,从而提高变速器的性能。

变速器；同步器；同步环；打齿

所谓“打齿”，指的是两个以不同转速旋转的齿轮没有同步直接进入啮合而碰撞发出“咔咔”撞击声的现象。对带有同步器的前进档而言打齿即是齿套直接越过同步环（没有预同步）而与结合齿啮合发生撞击声的现象。本文主要对带同步器的前进挡（二档）的打齿故障进行分析。

1 同步器的结构形式与同步过程

1.1 同步器的结构形式

在目前主流的微车手动变速器中，为提高换档舒适性，一般采用同步器机构保证车辆行驶时快速而方便的进行换挡。在中小型车辆变速器上广泛采用锁环式惯性同步器。根据结构形式的不同，又可分为环簧式和滑块式（如图1）。根据同步力矩的需要，滑块式同步器结构分别有单锥、双锥、三锥三种结构。

图1 滑块式锁环惯性同步器结构

图2 齿毂和同步环相互位置关系

1.2 同步工作过程简述

如图1，齿套在拨叉的带动下开始往左移动，齿套内圈上的凹槽驱动滑块上的钢球，迫使滑块总成也向左移动，此时滑块将齿环锥面压紧在结合齿锥面上，由于此时同步环与结合齿存在转速差，两锥面将产生一个摩擦力矩，使同步环转过一个角度，环上的三个凸台靠紧齿毂上的三个槽，如图2所示，以上这个过程即为预同步过程。

此时，同步环上的齿和齿套上的花键齿在圆周向，两个相对的齿是以半个齿厚相互错开，如图3所示，齿套继续向左移动，齿套的花键齿即会顶在齿环上的齿锁止面上，如图4所示，此时，加在齿套上的推力T转移到锁止面上，通过受力分解，可得正压力N和拨正力矩Ms。N的大小会影响同步摩擦力即同步力矩的大小，只有当两个摩擦面的转速相等时，摩擦力矩才会消失，此时拨正力矩Ms将同步环拨回一定角度，使齿套的花键齿可越过齿环上的齿，并与结合齿啮合，完成整个同步过程。期间未同步时，拨正力矩Ms必须小于摩擦力矩，否则就会导致同步器失效。

本文主要通过故障件总成拆解分析、零件测量、系统结构分析、尺寸链计算，发现并找出打齿原因，然后进行设计优化，解决二档打齿问题。

图3 锁止齿和齿毂花键齿的位置关系1

图4 锁止齿和齿毂花键齿的位置关系2

2 打齿故障现象描述

国产某品牌微车手动变速器总成在进行整车可靠性路试时，出现变速器在一档进二档、三档退二档过程中有“咔咔”打齿声。经拆解测量，发现同步环没有磨损、后备量足够，经测量同步环零件的尺寸也是满足设计要求的。其余零件也没有发现异常。

2.1 故障原因分析

（1）结构分析。变速器总成一/二档同步器结构为双锥结构，一/二档同步环组件是由一/二档同步器外锥环、一/二档同步器中间环、一/二档同步器内锥环组成，如图5所示。同步环设计中，非同步工作状态下，同步环自然打开，在旋转中，同步器外锥环由齿毂带动、同步器内锥环与同步器外锥环6处互扣，同步器外锥环同步带动同步器内锥环，两件之间始终有作用力存在，如图5所示。同步器内锥环在此力作用下的转动时不可能始终贴近从齿轮，零件还可能存在侧倾和偏摆等情况。同步器内锥与同步器外锥环的互扣将不能够被轻易打开，如图6所示。

图5 一/二档同步环组件

图6 一/二档结构图

在理论设计中，一/二档同步器外锥环不能超出一/二档同步器内锥环，如图7所示。极限情况，外锥环靠齿毂，内锥环紧贴结合齿面，如图8所示。

图7 理论设计三个环的配合关系

图8 极限情况三个环的配合关系

（2）尺寸链计算。根据结构原理，对系统尺寸链一/二档同步器外锥与一/二档同步器内锥环配合关系尺寸进行计算，计算结果为：-0.17～1.47，即在极限情况下存在一二档同步器外锥环超出一二档同步器内锥环情况，超出最大值为0.17。 也就是内锥环不能完全支撑住外锥环，卡脚可能跑出，存在互扣六爪的打滑失效情况。

图9 尺寸链计算

图10 尺寸链计算示意图

图11 结合齿超过内锥环脚长

按上述计算结，当二档同步环的外锥环端面贴在一/二档齿毂上，内锥环端面贴在从动二档齿上时，内、外锥环间的距离最大。 此时会最容易出现内外环互扣六爪的打滑失效。在这种情况下，换档过程中，同步环失效，没有同步力矩产生，没有预同步过程，造成一二档同步器齿套直接跃过同步环进档，造成打齿。

2.2 结论及措施

根据以上的分析结论，得出导致变速器二档打齿的根本原因是尺寸链计算的问题，在极限情况下存在一/二档同步器外锥环超出一/二档同步器内锥环的可能性，一/二档同步器外锥环超出内锥环将导致同步环失效，造成打齿。

根据以上的失效原因分析，通过设计优化，将一/二档同步器内锥环总长尺寸由更改为，杜绝一/二档同步器外锥环超出一/二档同步器内锥环可能性，从而解决二档打齿的故障。

3 结束语

本文通过对变速器二档打齿问题的分析，找出变速器在使用过程中出现二档打齿的原因并加以解决。虽然只是作为一个个案对的具体故障的原因进行分析，不具有普遍的指导意义，但是对故障的分析过程以及具体的解决措施制定过程中的思考，对变速器的设计仍有一定的参考价值。

[1] 高维山.变速器[M].北京:人民交通出版社,2004:40-77.

[2] 陈家瑞.汽车构造[M].北京:机械工业出版社,2009.

[3] 刘维信.汽车设计[M].北京:清华大学出版社,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

李东津（1983－）男，广西梧州人，上汽通用五菱汽车股份有限公司助理工程师，从事汽车变速器相关的工艺、设计等工作。