前驱手动系列变速器异响分析与研究

曾建松

摘要：变速器总成异响是变速器生产过程中很难避免的问题，对前驱手动系列变速器异响问题进行分析，分享其中的经验，以更好地促进生产和保证产品质量。

关键词：变速器；异响；齿轮；轴承

在批量生产变速器总成的过程中，校验过程总会有异响故障的存在。那些对异响故障分析方法，往往具有确定性不高、效率不高的特点，那些无法很明确地锁定异响原因的情况下，可能会导致同一故障模式重复发生，从而增加内部损失、影响生产和拉低合格率。

本文侧重于从最直接的人体感官（视觉、听觉）上对于异响的识别、判断和分析等方面进行描述，在对于异响故障的分析上可以提高效率，尽可能快地锁定异响原因。

异响故障的分类

变速器总成异响一般有三大类：齿轮精度超差造成的异响、轴承缺陷造成的异响和其他因素造成的异响，如图1所示。

首先，在异响变速器返修总成里面最常见的是齿轮精度超差造成异响。由齿轮传动的基本原理可知，一对渐开线齿轮正确的啮合条件是两个齿轮的模数和压力角分别相等。如果是一对斜齿轮，则两个啮合的齿轮正确的啮合条件除模数和压力角分别相等外，其螺旋角还应该相等且旋向相反（外啮合）。

当一对齿轮符合了正确的齿轮啮合条件，符合了设计图样的技术要求，在设计不存在缺陷的情况下，齿轮（比如说一对绝对理想的齿轮）在啮合传动时应该是平稳的，其冲击、振动和噪声应该也是很小的。但是在实际的齿轮加工过程中，做不到绝对理想的齿轮，往往因为种种因素导致齿轮精度不良甚至超差，从而导致齿轮副不正常啮合和传动，造成齿轮传动不平稳，齿轮冲击大、振动大、噪声大等。例如，某个齿轮齿形超差、齿向超差、鼓形量超差、压力角超差、累积超差、跳动超差及内孔圆柱度超差等，都会导致齿轮副不正常啮合。

其次，轴承缺陷也会造成变速器总成异响。轴承本身存在缺陷，或者是异物进入轴承内部造成轴承缺陷，都会导致变速器总成异响。

最后，还有一些其他的因素造成变速器异响。例如漏装滚针轴承会导致变速器总成异响，同步器齿套和同步器齿环缺陷会导致进挡异响等。

齿轮异响的表现

齿轮异响校验，先通过听声音和拆解目视观察零件来进行最直接、最初步的分析和判断，然后可以进一步换件实验和测量齿轮精度来进行精确分析。所以，初步的分析和判断非常重要，直接决定了对异响变速器的分析效率。

1.齿轮异响在声音上的表现

一般的齿轮异响，校验时的声音频率相对其他异响来说都比较高，例如啸叫声、口哨声等。当齿轮的两面都有问题，正反转都会有异响。如果齿轮只有一面有问题，那么校验的时候就只有正转或者是反转存在异响。

2.从齿面纹路判断齿轮是否正常（啮合前、啮合后）

目前装配使用的所有齿轮中，在加工工艺上区分总共有三大类：剃齿、磨齿和珩齿。

（1）剃齿 绝大部分齿轮为剃齿加工的齿轮，剃齿加工的齿轮，其齿面不发白、不发亮，无特别明显的纹路。

（2）磨齿 齿面发白、发亮，顺着螺旋角方向有细微的直条状纹路。

（3）珩齿 齿面发白、发亮，齿面呈散花状。

从齿面纹路上可以大致判断齿轮是否正常，例如，磨齿加工的齿轮齿面发黑，有鱼鳞的纹路，珩齿加工的齿轮齿面有直条状纹路等，都在体现着这个齿轮在加工过程中可能出现了问题，如见图2所示。

3.从齿轮的倒棱判断故障齿轮

正常加工合格的齿轮，其齿顶倒棱、齿端倒棱都是相等或者相差不大，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就是超差。

4.从齿轮内孔和其与端面的倒角来判断故障齿轮

1）齿轮内孔失圆时，啮合过后的内孔会异常发黑或者发亮。

2）当齿轮的内孔磨偏的时候，其内孔与端面的倒角一般都是一边大、一边小，而正常齿轮内孔的整圈倒角都是相等的。

5.从齿面的啮合印痕判断故障齿轮

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現异常时，齿轮的啮合印痕就会与正常的不同，尤其是经过加载过后，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，可以判定这对齿轮副中肯定有一个齿轮出现了问题。

6.测量齿轮精度来判断故障齿轮

齿轮精度是最精确、最科学的方法，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。

轴承异响的表现

1.轴承异响在声音上的表现

轴承异常导致异响时，其声音频率比较固定，例如沙沙声。轴承异响在校验时正反转都会存在异响。当故障总成只有正转或者只有反转有异响时，应该基本排除轴承异响。

2.外来异物导致轴承异响

轴承属于精密零件，当有异物进入时会损伤轴承工作面，从而造成异响。现场常见的异物有铁屑及铝屑等。

（1）滚针轴承 当装配有滚针轴承的部位有异物进入时，校验转动之后，滚针轴承的滚针、内孔一圈都会出现异常发亮的印痕。

（2）锥轴承和滚柱轴承 有异物进入轴承时，轴承的滚柱、外圈一整圈都会出现异常发亮的印痕。

（3）深沟球轴承 异物进入轴承内部时，转动轴承时会有卡滞感。切开轴承后也可以看到钢球、内外圈的滚道存在异常磨损的痕迹。

3.轴承本身的缺陷导致轴承异响

当轴承本身存在缺陷时，也会导致轴承异响。

（1）滚针轴承 滚针弯曲、保持架变形或断裂都会导致滚针轴承异响。出现这类故障时，用手转动齿轮时会有卡滞感（见图4和图5）。

（2）锥轴承和滚柱轴承 滚柱、外圈被刮伤时会导致轴承异响，目视即可发现异常。

（3）深沟球轴承 钢球、内外滚道有缺陷时会导致异响，转动齿轮时会有不顺畅、有卡滞感。

其他异响

除了齿轮异响和轴承异响，还有其他因素也会有可能导致异响。例如，在装配上漏装滚针轴承、隔圈、衬套等会导致总成不正常运转从而发出异响；同步器齿套缺陷可能会导致进挡时存在异响等。齿轮、轴承异响之外的异响，需要具体问题具体分析。

异响变速器总成的一般分析过程

异响变速器总成的一般分析过程是：校验听声音→拆总成检查零件状态→换件实验→测量零件→锁定故障零件。

1.校验听声音

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；滚针轴承异响时，其对应的挡位无异响，其他挡都有异响；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等。从声音大致辨别异响需要一定的积累，经常听异响和拆机分析都可以更加熟练的从声音上辨别异响的类型（见图6）。

2.拆故障总成检查零件状态

校验听取故障总成的异响声音表现后，可初步判断异响的类型。这时可以拆解异响变速器总成，根据异响的类型来检查对应相关的零件。

3.换件实验/可疑零件测量

初步判断可疑零件后，可以进行换件实验，直到完全锁定故障零件。完全锁定故障零件的依据是通过换件实验可以使异响完全消除或者是使用异响故障件在无异响的总成上复现异响故障。在换件实验的同时，可以同步测量可疑零件，这样可以提高分析效率。

4.锁定故障零件

在锁定故障零件后，可以进行现场遏制。同时可以对故障零件进行进一步测量分析，例如测量齿轮的齿轮精度等，分析出造成异响的具体原因。

参考文献：

[1] 杨国安.齿轮故障诊断实用技术[M].北京：中国石化出版社，2012.

[2] 张展.齿轮传动的失效及其对策[M]. 北京：机械工业出版社，2011.

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[4] 濮良贵，纪名刚.机械设计[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[5] Harald Naunheimer（德）.汽車变速器理论基础、选择、设计与应用[M]. 北京：机械工业出版社，2014.