汽车变速器异响实例分析及控制

2020-10-28黄兴宋树森

汽车工艺师 2020年8期

关键词：箱体异响齿轮

黄兴，宋树森

1.柳州上汽汽车变速器有限公司广西柳州 545006 2.上汽通用五菱汽车股份有限公司广西柳州 545006

变速器是整车传动系统里最重要的部件之一，变速器异响会直接影响车辆运行时的声音品质，给驾乘人员带来最直接、最真切的不良体验。人们往往从汽车的运行声音去判断一辆汽车的设计制造水平，如果不能及时发现异响原因所在，则很可能会引起变速器新的问题。

异响现象描述及案例分析

汽车手动变速器是一个复杂的齿轮传动机构，包含齿轮、齿轮轴、轴承、同步器、齿环、换挡机构及箱体等零部件。当存在设计缺陷、制造缺陷、装配误差、异物及外部载荷等因素时，变速器工作会出现异常振动和磨损，并伴随着异响出现。

变速器总成异响可分为四大类：齿轮异响、轴承配合异响、干涉异响和其他因素造成的异响。下面将对各类典型异响进行举例分析。

1.齿轮异响

（1）齿轮M值设计不合理造成异响前驱某型号变速器在装配时，总成加载校验发现大部分变速器前进挡异响，尤其是低速挡时异响最为明显。

解决方案第一步，首先对噪声进行分析，发现总成产生的异响表现形式类似于啸叫声，因此判断问题的根源在齿轮参数上。第二步，通过测量合格总成与异响总成的齿轮参数对比，发现不合格总成的齿轮M值均小于合格总成。第三步，设计整改：输入轴一挡齿M值由从动一挡齿M值由倒挡齿轮M值由改为主动一挡齿、从动一挡齿、倒挡齿轮M值下调之后，新零件装配的总成校验异响不再复现。

小结：齿轮M值设计不合理造成异响，是比较典型的齿轮振动引起的异响。齿轮在相互啮合的时候会出现较多的摩擦与冲击，在实际中，齿轮难以避免会出现加工偏差与装配误差。在有载荷的情况下，齿轮还有可能出现变形。齿轮参数设置不合理，会加剧齿轮的不稳定运行状态，进而引起异响。

（2）齿轮加工精度超差造成异响正常加工合格的齿轮，其齿顶倒棱、齿端倒棱都相等或者相差不大。当肉眼看得出两边倒棱相差很大或者是只有一边有倒棱、另一边没有倒棱时，这个齿轮的齿轮精度可能超差了（见图1）。

齿轮副正确啮合时，其齿面印痕应该是均匀的平行四边形。当一对齿轮副中的一个齿轮出现异常时，齿轮的啮合印痕就会与正常的不同，尤其是经过加载后，齿轮啮合的印痕尤为明显。当啮合的印痕异常发亮、发黑、条纹或者出现不均匀的印痕时，说明这对齿轮副中肯定有一个齿轮出现了问题（见图2）。

小结：齿轮加工精度超差引起的异响，大多能够通过仔细的目视检查来发现齿轮齿面、倒角等外观与合格总成有差异。当初步判定故障齿轮后，可以通过测量齿轮精度来进一步确认故障齿轮，锁定问题所在。

2.轴承异响

（1）滚针轴承过盈配合造成异响前驱某型号变速器在加载校验三、四、五、六挡时，变速器会发出“嗡嗡嗡”的异响声。

解决方案第一步，首先对异响表现形式进行分析，发现总成产生的异响随着转速的提高而变得明显，因此判断问题的根源在于齿轮轴承上。

第二步，对变速器拆解，检查旋转轴承与齿轴时，从动一挡齿轮旋转轻微卡滞，其内孔有异常刮痕，输出轴衬套轴肩处有台阶，如图3所示。

第三步，故障件测量（见表1），发现异常数据（衬套压入输出轴后，测量其圆柱度，数值较大），根据异常数据和换件试验发现异响与输出轴有必然关系，再进一步检查后，确定异响的原因是压装一挡衬套时，输出轴台阶将衬套撑大，衬套呈锥状，导致装入滚针轴承与从动一挡齿后两者处于过盈状态，从而出现高速挡异响。新零件重点去除输出轴台阶后，异响故障不再复现。

（2）滚针轴承质量缺陷造成异响滚针弯曲、保持架变形或断裂都会导致滚针轴承异响（见图4）。

表1 异响零件测量（单位：mm）

（3）轴承异物造成异响轴承异物造成异响的声音表现形式基本一致为“沙沙沙”的声音，且挡位越高，声音越明显。常见的轴承异物有钢丸和铁屑，故障总成的轴承外圈内壁、内圈滚柱上易发现整圈连续点状痕迹。如SC16某型号变速器上的轴承，在显微镜放大150倍下检查（见图5），可见轴承内圈滚道工作面存在圆周划痕，其中1位置划痕比较严重，这些圆周划痕在显微镜下观察呈等距抖动间距的震痕状态。1位置圆形等距抖动间距压痕明显，说明这粒杂质比较大，且刚好在滚道面与小端油沟边缘位置，因此产生凹坑，边缘有凸起。通过泰勒轮廓仪检测油沟边缘凸出点，发现凸起4.64μm。

从碾压圆形分析，碾压痕是变速器在工作时，各齿轮磨合过程或变速器箱体内本身存在硬质杂质，随着润滑油流动嵌在保持架缝隙中，与内圈滚道、滚子表面接触碾压产生。变速器内较硬的杂质，一般为细小的钢丸。

3.梅角干涉异响

后驱某型号变速器在进行加载校验时发现一、二、三、四挡有较小声类似毛头异响声，在进行空载时发现二、四、五、六挡齿轮呱啦异响。对故障件进行拆解，发现二挡齿结合齿梅角异常磨损。但对齿轮、同步环、轴承等零件及尺寸排查发现无异常。于是将正常总成和故障总成的锥轴承压板做平面度测量（见图6），结果发现故障件（轴承板）的平面度为0.232 4mm，正常件的平面度为0.049 8mm，工艺要求为0.02mm，由此可推断故障件的平面度要求不合格。

通过进一步的换件试验，最终分析得出结论：锥轴承压板变形后输出轴轴向窜动，导致二挡主动齿与从动二挡齿梅角干涉，引起异响。针对该异响问题，优化轴承压板的热加工工艺，提高其硬度，制定措施后异响不再复现。

4.其他因素造成的异响

耐磨隔圈强度不足造成异响前驱某型号变速器在加载校验过程中，曾大概率出现类似金属干涉的尖锐刺耳的异响声。针对该问题，对有异响的变速器总成进行拆解，发现仅耐磨隔圈凸键有磨损。经分析，在倒挡加载后，一齿耐磨隔圈受一挡从动齿挤压摩擦的影响，会有径向窜动情况发生，使耐磨隔圈与输出轴花键接触长度变短。在润滑不足时，情况更加恶化，造成耐磨隔圈凸键限位失效，产生异响。通过有限元分析（见图7），进一步证明单牙耐磨隔圈强度不足，磨损位置为耐磨隔圈凸键与输出轴花键接触位置，分析异响来源于耐磨隔圈（见图8）。

分析出原因后，设计由单凸键的耐磨隔圈改为全凸键耐磨隔圈（见图9）。经过该优化，倒挡加载校验异响消除，问题得到了解决。

异响的分析及控制

1.分析异响来源

解决异响问题，第一步必须先找到异响来源。变速器噪声由两部分构成：一个是固体声，另一个是气体声。变速器动力传导过程中出现振动，在经过齿轮副、轴、轴承传至外部箱体，导致箱体振动朝着空气散射的噪声叫做固体噪声；变速器箱体中的齿轮、轴与轴承的振动导致出现噪声，同时齿轮搅油声、齿轮运动扰动空气发出声响，齿轮相互啮合出现的摩擦声等，经过变速器箱体内的气腔导至箱体外层，继而传播到空气中产生的噪声称作气体声。判断变速器的异响来源，可沿着这两种声音的路径去分析。

从异响的声音类型上可以大致判断异响的问题类型。例如啸叫声、尖叫声大部分是齿轮异响；沙沙声很有可能是轴承异响；只有正转或者反转有异响的，可以排除轴承异响，基本上可以确定为齿轮异响；出现单挡异响时，基本上就是那对齿轮副中的某一个齿轮出现了问题；出现尖锐的或金属摩擦的、非连续的异响很有可能是某个零件强度不足，产生了干涉。判断方法，可用表2总结。

分析异响的零件，还可以通过目视或手摸零件来判断，如：

1）从齿轮的倒棱判断故障齿轮。

2）从齿面的啮合印痕判断异响。

3）观察各种零件是否有异常磨损。

4）手摸零件表面判断是否有异常。