锁销式同步器常见失效模式及解决措施

赵晓江

(陕西法士特齿轮有限责任公司,陕西西安 710077)

0 引言

同步器根据锁止机构的不同可分为锁销式和锁环式。锁销式同步器因具有换挡可靠、结构简单、加工制造成本低等优点，多应用于重型汽车机械式变速器[1]，它的好坏会直接影响到变速器能否顺利实现换挡。

1 锁销式同步器结构及工作原理

锁销式同步器根据销子数量的不同又可以分为九销锁销式同步器和六销锁销式同步器[2]。图1是某公司重型12挡变速器同步器结构图。

图1 锁销式同步器结构

其高低挡转换过程主要分为4个阶段：

(1)摘至空挡：滑套从一侧挡位摘至空挡，在同步器压簧的作用下，两侧锥环总成(带锁止销)反向旋转一定角度，锁止销与滑套上的锁止孔呈锁止状态；

(2)同步阶段：同步器锥环锥面与齿轮锥面贴合，产生摩擦力矩；

(3)拨环阶段：同步结束，摩擦力矩降为零，锥环总成在拨环力矩作用下，回转一定角度，滑套越过锁止销台阶；

(4)结合齿啮合：滑套与齿轮结合齿相结合，挂挡结束。此时，变速器进入高挡区或者低挡区。

2 常见失效模式及解决措施

2.1 副箱异响

副箱出现异响是锁销式同步器常见失效模式之一。异响又表现为两种情况：

(1)挂挡过程中出现异响，这种情况通常是挂挡时同步器还没有同步，滑套和结合齿轮仍存在较高的转速差，锁止销的锁止角已经起不到锁止作用，此时滑套的结合齿与结合齿轮的结合齿产生“打齿”而发响。在此状态下打开副箱，锁销式同步器一般都会出现锁止销锁止角磨损严重、滑套的结合齿严重磨损等现象,如图2和图3所示。

图2 滑套状态

图3 锁止销状态

(2)同步器挂入挡位后出现的异响。这种异响声与第一种“打齿”声音不同，它是挂挡过程中比较平顺，当挂入挡位后变速器后副箱才发出的声响。这种情况通常是由于拨叉断裂(图4)引起的。正常情况下副箱拨叉与滑套槽两侧相配合安装，当拨叉的一侧或两侧发生断裂时，此时滑套失去定位，滑套和拨叉在轴向移动过程中都会出现偏摆现象，随着寿命次数的累积，导致挂挡行程不够，同步器挂入挡位后又出现掉挡，最终产生异响。一般情况下，更换滑套和拨叉后同步器还可继续使用。针对拨叉强度不够的问题，可通过改变热处理工艺将拨叉硬度提高，同时在安装气缸及拨叉轴时要保证活塞移动灵活、无卡滞等。

图4 副箱拨叉断裂照片

2.2 高低挡环摩擦材料磨损

摩擦材料的摩擦性能直接影响同步器的使用寿命[3]。当摩擦材料磨损到一定程度时，变速器会发生挂挡异响或挂挡困难等情况。摩擦材料磨损一般分为脱落、磨光或者偏磨等现象,如图5所示。还有一种情形比较少见：摩擦材料表面完好，但由于摩擦材料磨损导致摩擦因数偏小也容易引起挂挡“打齿”。造成摩擦材料异常磨损的原因主要有摩擦材料的摩擦力不够、高低挡转换时气压不够，导致挂挡不到位，换挡时润滑效果不好，导致摩擦热量不能及时带走。有时在黏结摩擦材料时黏结度不够或者黏接胶渗出到摩擦材料表面也会导致其异常磨损。

图5 高低挡环摩擦材料状态

解决摩擦材料磨损的办法主要有：选择合适的摩擦材料。常见的摩擦材料主要有编织碳纤维、碳处理材料、烧结铜以及喷钼等。铜材料具有很好的导热性能，但其耐磨性较差，因而采用在钢基摩擦环上烧结铜层的方式，可得到较高且稳定的动摩擦因数、良好的导热性和抗压能力。喷钼的耐磨性比较好，但价格昂贵，材料与基体结合方式一般为烧结加冲压。相较于喷钼，碳颗粒和碳纤维材料都比较经济，特别是碳纤维摩擦因数大且摩擦稳定性好抗衰减，加之其耐磨损性能良好且不啃噬对偶件，目前某公司的同步器产品普遍使用编织碳纤维作为摩擦材料。通过大量的试验研究也表明其摩擦性能可以满足使用要求。

2.3 锁止销松动或者断裂

锁止销的质量是锁销式同步器完好的关键[4]。当锁止销松动或者断裂(图6)时，变速器会发生挂挡异响或者挂挡困难等情况。其主要原因为高挡环锁止销高频处理后局部硬度偏低，通过改进热处理工艺后此现象消失。提高锁止销的质量，主要有以下方法：(1)要选用合适的锁止销材料；(2)要完善热处理工艺，保证锁止销自身的抗剪强度与韧性；(3)要保证锁止销自身的加工精度，特别是同步器滑套换挡时滑过台阶的表面粗糙度及相连接的圆弧，因为这将直接导致换挡的顺滑性及同步器寿命；(4)锁止销在铆压过程中也要严格控制加工工艺，避免铆压过程中锁止销抖动和锁止销不垂直。

图6 高挡环锁止销断裂

3 结束语

文中主要对锁销式同步器常见的失效模式进行总结，并提出对应的解决措施。但在实车使用中，由于司机的操纵习惯、行驶路况、车辆载重情况等会使工况更为恶劣，锁销式同步器出现的故障类型更为复杂，比如锥环断裂或烧结等，在分析该类故障原因时需要考虑多方面因素。