国产某变速器空档异响改进

谢宗余 张程士 卓色康

摘 要：变速器是汽车动力传动系统的重要部件，它的核心功能之一是实现不同档位下安全可靠的传递动力，我国目前使用的汽车大多数仍为手动变速，变速器的好坏直接影响顾客对驾驶舒适性的评价，所以改善变速器舒适性是人们长期追求的目标，是车辆向高级阶段发展的重要标志。而异响和噪音问题是机械式手动变速器一个常见的故障之一，并且严重度等级很高，严重影响了驾驶舒适性。在这个项目中，手工样件阶段一项比较重要但是经常会出现的问题——“空档异响”问题。在这个项目中，α阶段就出现了空档异响的问题，项目组组织人员研究，经过多次的试验验证，最终，将某变速器总成设计成一款动力传递相对稳定、操作相对舒适的变速器总成。

关键词：空档异响；同步器；同步环

中图分类号：U463.212 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）20-0226-02

某变速器在第一次装配校验过程中，转速在1500/3000rpm时变速器均存在空档“嘶嘶”不连续的异响现象，若分别挂入三档、四档、五档、倒档时，异响声有一些减弱，但不能完全消失。此型号产品是我公司新产品试制阶段，装在客户的整车平台也是全新的产品，且面临着马上要给客户交样进行装车，尽快分析出原因，采取有效措施根除这一空档异响现象变得迫在眉睫。

1 空档异响原因查找

出于谨慎考虑，我们通过排除法来确定声音的来源。为了查找变速箱空档异响的声源，我们将在校验台上产生异响的变速器总成进行如下的试验验证：

（1）将故障变速器放上校验台校验，空档转速为1500/3000rpm时，有异响声音出现。

（2）若变速器分别挂入三档、四档、五档、倒档，异响声减弱，但不能完全消失，挂入一、二档异响声音不变；可初步判断异响来自于同步环撞击齿毂发出的，而且三、四、五、倒档同步环均有撞击齿毂发出的异响。

（3）为了进一步验证，拆解变速器的轴系部装和倒档轴组件，只装入五档同步环，其他档位同步环不安装，完成变速器组装，并放上校验台，空档转速为1500/3000rpm时，有相对1减弱的异响，挂入五档后，异响声消失，挂入其他档位与不挂入任何档位的声音一样。

（4）拆解变速器的轴系部装和倒档轴组件，只装入倒档同步环，其他档位同步环不安装，完成变速器组装，并放上校验台，空档转速为1500/3000rpm时，有相对1减弱的异响，挂入倒档后，异响声消失，挂入其他档位与不挂入任何档位的声音一样。

（5）同样也分别做了只安装三档和四档同步器齿环的试验，试验的结果是当不挂入任何档位或者挂入除了三档、四档以外的其他档位的时候，有相对1减弱并与3和4相同的异响，当挂入三档或者四档的时候异响消失。

通过上述各个变速器更换齿环的排查试验，发现在转速为1500/3000rpm时，“嘶嘶”不连续的异响主要来自于同步环撞击齿毂发出的，而且除了一、二档之外，三、四、五、倒档同步环均有撞击齿毂产生的异响。

2 空档异响的生源分析

同步环撞击齿毂发出的异响主要是同步环与同步器齿毂之间的间隙过大所致，同步环与同步器齿毂之间的间隙有三个方面：

（1）同步环凸键两侧面周向撞击齿毂侧面产生的——周向间隙，如图1所示。

（2）同步环花键端面轴向撞击齿毂外花键产生的——轴向间隙，如图2所示。

（3）同步环外锥面与齿毂内锥面的撞击产生的——径向间隙，如图3所示。

目前市场上手动变速器在设计的时候各个间隙一般都有一定的控制：

（1）设计时候，在保证不干涉的时候，齿毂内锥面与同步环外锥面径向间隙越小越好，齿毂内锥面与同步环外锥面径向间隙设计时要考虑齿毂的加工圆度与公差，同步环的制作公差与圆度，通常齿毂内锥面与同步环外锥面径向间隙在0.5～1mm。齿毂内锥面与同步环外锥面径向间隙越小，同步环的径向活动范围越小，同步环在受冲击时与齿毂碰撞击，噪音的频率越低，整车越不容易分辨。

（2）周向间隙在设计的时候也是越小越好，但，要保证这个间隙能错开1/4个结合齿宽度的距离，某变速器在设计的时候已经考虑到了这点，设计已经到最小间隙。

（3）设计轴向间隙时候，保证空档的时候同步环与齿毂不干涉，同时也能起到同步环轴向限位作用。

在同步器设计的时候会把轴向间隙这个尺寸作为首选控制尺寸，原因一：这个尺寸容易控制控制，加工精度高。原因二：在相同减小0.1mm精度为例，因为圆周半径不一样，加上SH20M5项目齿毂是锥形设计，在轴向间隙减小0.1mm时，同步环摆动增加量要大于齿毂内锥面与同步环外锥面径向间隙减小0.1mm时，控制上更加的明显。

而某变速器三、四、五、倒档其轴向自由间隙分别是0.68～2.05mm、0.655～2.375mm、0.68～2.15mm、0.68～2.09mm；周向間隙2.95～3.3mm和同步环外锥面与齿毂内锥面的径向间隙0.67～2.06mm。

同步环在自由状态下齿环本身的晃动量过大，当齿环在某个转速频率下与发动机发生共振后，造成齿环碰撞同步器齿毂，导致异响产生。

3 解决验证措施

为了解决上述撞击，现设计四种方案：

方案1：为了解决轴向撞击，现加厚齿毂内锥面厚度，单边加厚，使径向尺寸到0.1mm使同步环轴向撞击齿毂外花键改为同步环外锥面撞击齿毂内锥面，如图4所示，或者减薄齿毂轴向长度，使同步环撞击齿毂轮辐如图5所示。

方案2：一方面将齿毂径向加厚，与方案1更改要求一致，另一方面，为了减少齿毂和同步环的接触长度，并将齿毂加工一C2的倒角，如图6所示，使其接触长度从3.5mm，改为1.5mm。

方案3：一方面将齿毂径向加厚，与方案1更改一致，另一方面，为了减少齿毂和同步环的接触，，将同步环的凸键的长度由3.5mm改为1.8mm。如图7所示。

方案4：为了减小同步环轴向和径向的运动空间，将齿毂端面单边加厚0.8mm，如图8所示，使三、四、五、倒档同步器齿毂端面和同步环端面之间的轴向自由间隙分别变为现在的-0.12～1.25mm、-0.145～1.575mm、-0.12～1.35mm、-0.12～1.29mm，较修改之前间隙明显减小，使同步环在自由状态下的运动空间减小，从而可以帮助对同步环震荡的减弱。

4 验证效果

方案1：

（1）将加厚的齿毂装入变速器，并放上校验台，空档转速为1500/3000rpm时，仍有异响，但异响声有30～40%的减弱，分别挂入三、四、五、倒档，仍有一定的异响。

（2）拆下变速器，装入轴向减薄的齿毂，并放上校验台，空档转速为1500/3000rpm时，仍有异响，异响声与步骤1相当，分别挂入三、四、五、倒档，仍有一定的异响。

（3）拆下变速器，装入轴向减薄且径向加厚的齿毂，并放上校验台，空档转速为1500/3000rpm时，仍有异响，异响声与步骤1、2相当，分别挂入三、四、五、倒档，仍有一定的异响。

方案2：

（1）将加厚并倒角的齿毂装入变速器，并放上校验台，空档转速为1500/3000rpm时，有异响声音出现。

（2）若变速器分别挂入三档、四档、五档、倒档，异响声并没有减弱，相比较之前没有改进，而且三、四、五、倒档同步环均有撞击齿毂发出的异响。

方案3：

（1）将装上最新的钢环的变速器放上校验台校验，空档转速为1500/3000rpm时，有异响声音出现。

（2）若变速器分别挂入三档、四档、五档、倒档，异响声有所减弱，而且三、四、五、倒档同步环均有撞击齿毂发出的异响。

方案4：

此方案装配了三台变速器样本进行校验台校验，经校验，变速器异响明显减弱或消除，但是在后面做台架试验的时候出现的带排现象。说明限制了同步环的运动空间，对空档异响还是有很大改善的，但是一樣有很大的带排风险。

5 最终解决方案的确定和验证

5.1 方案的确定

针对上面4个方案的结果进行分析比较，加长齿毂轴向长度对空档异响的消除贡献最大，但是加长0.8mm的时候会出现带排风险，所以下面确定方案5：将齿毂端面单边加厚0.5mm，如图9所示，使三、四、五、倒档同步器齿毂端面和同步环端面之间的轴向自由间隙分别变为现在的0.28～1.55mm、0.155～1.875mm、0.28～1.65mm、0.28～1.59mm，较修改之前间隙明显减小，使同步环在自由状态下的运动空间减小，从而可以帮助对同步环震荡的减弱。

5.2 方案的验证

在变速器在β阶段的同步器都采用在原数据基础之上加长0.5mm，使得三、四、五、倒档同步器齿毂端面和同步环端面之间的轴向自由间隙分别变为现在的0.28～1.55mm、0.155～1.875mm、0.28～1.65mm、0.28～1.59mm，装配好变速器总成之后，放上校验台上试验，试验结果是声音完全在可接受范围内，没有明显的齿环撞击声，并且转动的时候并未发现带排现象。

5.3 结 论

（1）变速器异响来自于同步环凸键两侧面撞击齿毂和同步环花键撞击齿毂外花键端面，但同步环凸键两侧面撞击齿毂占主要部分。

（2）仅采用齿毂轴向减薄或径向加厚的方案可较有效地减少异响，但异响仍存在。

（3）采用齿毂轴向加厚的方案，其异响大大的减小或者消除。因此，此方案对异响的解决起到明显作用。

6 结束语

通过此次局部零件更改，使某变速器的整机效果更优。通过一系列的试验，完全可以证明变速箱空档异响的改进是成功的。尽管是对具体故障的失效分析，并不具有普遍的指导意义，但找到异响原因，对提高产品品质、避免类似事故发生，仍有一定的实用性，并且对变速器的设计具有一定的参考意义。

参考文献

[1]高维山.变速器[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]沈永胜.机械原理[M].北京：清华大学出版社，2006.

[3]刘维信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001.

收稿日期：2018-6-9

作者简介：谢宗余（1987-），男，汉族，广西陆川人，助理工程师，本科，主要从事汽车变速器开发制造工作。