手动变速器总成故障问题分析

刘思华

（柳州上汽汽车变速器有限公司，广西 柳州545000）

手动变速器总成故障问题分析

刘思华

（柳州上汽汽车变速器有限公司，广西 柳州545000）

变速器总成在整车上扮演着发动机与车轮之间最关键的动力传递的桥梁角色，对整车的动力性、经济性、平稳性、舒适性有直接影响。异响为变速器的常见故障之一，通过主观经验及客观的科学设备进行诊断分析，找出故障根本原因并解决。

异响模式；怠速异响；异响故障分析

变速器总成是汽车动力传动系统中的一个重要组成部分，主要用于转变从发动机曲轴传出的转矩及转速，通过不同的档位实现汽车的起步、加速、减速、爬坡等。汽车运行中要求变速器换档平顺，工作可靠，不得有脱档、打齿、异响等现象。随着汽车研发技术的发展，客户对汽车的质量及性能要求也越来越高，特别是对汽车内部听觉舒适性的要求也越来越严格。随之对汽车变速器的要求也越来越苛刻。本文结合案例对手动变速器总成怠速异响的故障处理问题进行经验分享。

1 变速器异响常见模式

1.1 变速器异响模式

变速器异响是指变速器在运动过程中发出异常的响声，该故障是微车变速器的常见故障，也是我司一直在寻求攻克的难点。为了查明造成变速器异响故障的主要影响因素，从根本上攻克变速器异响问题，技术人员做过无数次试图消除变速器异响的试验。

变速器异响模式可以分成两大类：

（1）在档异响；在档异响表示变速器在档位上发生异响，这是最常见的现象。

（2）空档异响。空档异响也叫怠速异响，是一种很特殊的现像，也是疑难杂症之一。发动机工作时，在没有踩离合器的情况下，变速器发出异响的声音，当踩下离合器时，变速器异响的声音停止。这就涉及到变速器与离合器的匹配问题。离合器是连接变速器与发动机的桥梁，离合器具有传输动力的作用，同时具有减振的作用。这也是本文重点说明的内容。

2 产生异响的原因案例分析

本公司2012年生产的SC12M5C5变速器匹配给福建新龙马汽车公司的车型，其变速器怠速存在异响。做了如下验证试验：

通过6辆车试验对比，在验证过程中发现：

（1）冷车开空调状态下，6辆车都无明显异响声；

（2）热车不开空调状态下，对6辆车抽样2辆，2辆车均无明显异响声；

（3）热车开空调状态下，对6辆车抽样2辆，2辆车均有明显的“嗒嗒”声。

此时踩下离合器异响声消除，或者不踩离合器将发动机转速稳定在1 300～1 500 r/min时，异响声也消除了。也就是说，只有在热车、怠速、开空调的情况下，整车才会发出明显的“嗒嗒”异响声。通过对变速器的侦听及踩放离合器测试，异响声的确是在变速器内部产生。对发动机转速和变速器的噪音、振动进行同步分析[1]，测试报告见图1.

图1 发动机转速和变速器的噪音、振动测试曲线图

如图1所示，A区域线条是发动机曲轴的输出转速曲线，此区域曲线有两处明显的突变，是因为在开启和关闭车用空调后发动机转速的波动；D区域框中的曲线是车用空调关闭时的状态。图1中B区域曲线是在变速器底下5 cm处检测的变速器噪音曲线（变速器噪音曲线检测时受到车用空调风扇声音的影响，在这仅供参考）；C区域曲线是变速器油底壳处的振动曲线。从图中可看出，车用空调未开启时变速器的振动加速度在0.6g左右，此时无“嗒嗒”异响声；而在车用空调开启后，变速器的振动加速度在2g左右，峰峰值超过3g，此时能听到明显的“嗒嗒”异响声。

理论上，根据发动机特性曲线[2]，在某一怠速转速下发动机输出的功率为一定值，随着转速的提高发动机输出功率也随之增加。此时，发动机输出功率和汽车消耗的功率出于平衡状态，发动机的扭转振动对变速箱的影响不明显，故变速箱内齿轮间撞击声不明显。当在怠速状况下开空调，空档就出现异响，空档异响随发动机负载增加而增大，发动机载荷增加是由于接入发动机驱动的辅助装置，例如空调压缩机和交流发电机引起的。空档异响是手动变速箱和驱动桥本身固有的噪声，对发动机或变速箱是无害的。此时发动机发出的功率虽略有增加（开启空调后，在怠速时发动机的输出转速略有上升），但远小于增加的消耗功率，这就造成输出功率和消耗功率的不平衡，从而使得发动机工作状态变恶劣，导致输出转速不稳，影响变速箱输入轴转动的平稳性，加剧了长啮合齿轮啮合时的抖动撞击，产生“嗒嗒”异响。

根据图2发动机特性图，若调高发动机转速，则相应的发动机输出功率也随着上升，提高的功率正好消耗于发动机辅助装置，此时发动机输出的功率又重新与汽车消耗功率平衡，因此就减缓了常啮合齿轮啮合时的抖动撞击，异响明显消失。

图2 发动机特性曲线

显而易见，开空调怠速异响的激励因素是由于在开启车用空调所损耗的功率远大于发动机随转速上升增大的输出功率，从而使得发动机的输出转速瞬时波动增大。具体表现为：在开启冷空调开关后，空调的压缩机工作后将消耗一部分发动机怠速时的输出功率，造成输出功率和消耗功率的不平衡，使得发动机的输出转速相对正常怠速时的瞬时波动要大，即角加速度的波动大，由此引起变速器输入轴的转速变化，导致变速器内部常啮合齿在转速不稳定时产生撞击声，即听到的“嗒嗒”异响声。同时需要指出的，之所以在冷车开空调怠速的状态下听不到“嗒嗒”异响声的原因是：冷车变速器油油温低、粘度较高，有效缓冲了变速器内部齿轮的撞击，故不会产生明显的异响声。

3 异响的解决措施

目前国际上解决“怠速异响”的方法有多种，成熟的消除或减轻异响的措施分为变速箱外部和变速箱内部。

外部措施主要是减小变速箱输入轴的转速波动，采用类似Passat B5的双质量飞轮或采用类似Polo的具有怠速减震的离合器从动盘。这两种方案在整车上使用效果明显，但采用这两种结构时均需与发动机进行匹配。

在变速箱内部，可通过减小齿轮啮合间隙，减小轴向间隙和减小输入轴及输出轴中心距，使用波形弹性垫片这些方法来减轻怠速开空调异响[3]。从德国大众对内、外部措施实际运用来看，各自措施的效果如表1所示。

表1 减震措施

在案例中，进行了以下验证过程：

（1）将具有怠速减震功能的离合器从动盘及使用波形弹性垫片的变速器总成装配到故障车上。启动空调，怠速时的“嗒嗒”异响声消失。

（2）将双质量飞轮和波形弹性垫片的变速器总成装配到故障车上。启动空调，怠速时的“嗒嗒”异响声消失。

由此可见，外部措施应该使用双质量飞轮和具有怠速减震的离合器从动盘。变速器内部措施应使用波形弹性垫片。

对应的发动机转速和变速器的噪音、振动进行同步分析的测试报告见图3.

图3 发动机转速和变速器的噪音、振动测试曲线图

从图3中观察到变速器的振动加速度不受车用空调开启和关闭状态的影响，始终保持在0.6g左右。

4 结论

通过上述分析，车型在空调怠速状态下产生“哆哆哆”异响的根本原因是，发动机在开启空调后损耗了发动机的输出功率，从而使得发动机的输出转速的瞬时波动大。通过采用具有怠速减震的离合器从动盘或双质量飞轮和使用波形弹性垫片的变速器配合有效消除了发动机在怠速时输出转速的瞬时波动，从而彻底地解决了开空调怠速异响这一缺陷。

[1]张恩惠，殷金英，邢书仁.噪声与振动控制[M].北京：冶金工业出版社，2012.

[2]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].7版.北京：高等教育出版社，2001.

[3]任名章.机械振动冲击与响应谱分析方法[M].北京：机械工业出版社，2011.

Fault Analysis of Manual Transmission Assembly

LIU Si-hua
（Liuzhou SAIC Motor Transmission Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545000，China）

The transmission assembly plays a bridge role between the engine and the wheel in the vehicle，which has a direct impact on the vehicle’s power，economy，stability and comfort.Abnormal sound is one of the common faults of transmission，through subjective experience and objective scientific equipment for diagnosis and analysis，find out the root cause of the problem and solve it.

abnormal sound mode；Idle noise；abnormal sound fault analysis

U463.212

A

1672-545X（2017）10-0200-02

2017-07-16

刘思华（1985-），男，广西玉林人，本科，研究方向为乘用车汽车手动变速器设计开发与制造。