解析变速器同步器卡滞分析过程

2018-04-03 10:17:44·  来源:齿轮传动  
 
随着汽车变速器技术的发展,无论是机械式手动变速器(MT),还是装备TCU的机械式自动变速箱(AMT)、双离合器自动变速器(DCT),同步器作为换档机构都是必不可少的。
手动变速箱同步器作为汽车传动系统的关键零部件,在车辆行驶传递动力方面起着不可替代的作用,换档卡滞直接影响汽车性能的发挥和正常行驶,文章从同步器结构和加工工艺方面,归纳了一些设计要点,加工注意事项等方面排查换档卡滞关键要素,通过仿真、检测以及试验数据的评价和工艺优化,逐步提升同步器换档性能。

一 、引言

随着变速器技术的发展,无论是机械式手动变速器(MT),还是装备TCU的机械式自动变速箱(AMT)、双离合器自动变速器(DCT),同步器作为换档机构都是必不可少的。手动变速器汽车由于换档频繁,驾驶员对于换档操纵是否舒适十分敏感,此项性能直接影响档驾驶员对车量的评价,对于AMT和DCT变速器换档卡滞,会造成执行机构卡滞后再次重复换档过程,从而错失换档时机,延长换档时间直接影响正常动力性能。

二、换档困难的主要因素:

离合器系统,同步器换档过程中离合器是否分离彻底,直接影响同步器的同步过程,针对AMT和DCT离合器开启和闭合的控制时机尤为重要。换档操作系统,拉锁运动不畅,调整不当等直接影响换档性能。鉴于本文重点分析同步器设计结构和工艺,再此对离合器不再详述。

三、同步器结构分析:

目前汽车上广泛应用的是惯性式同步器,它有:滑块式同步器,锁销式同步器,多锥式同步器以及短行程式同步器、自行增力式同步器等。
文章重点分析滑块式同步器,其结构包涵:同步器齿毂,滑动齿套、滑块、弹簧、同步环、同步锥体。(如下图)这种同步器结构紧凑、尺寸较小,滑块弹簧稳定性好,使用可靠,制造工艺性好等特点。

A同步器空档位置:

解析同步器卡滞分析过程

B同步器到达同步位置:



四、工作原理和换档过程

其工作原理众所周知,不再累述。以下解析析换档过程,以解析同步过程中容易出现卡滞的异常点:

2.1开始阶段:滑动齿套与同步锥体有转速差△ω,在换档拨叉头作用下推动滑动齿套轴向运动,消除推块与同步环间隙,同步环锥面受力摩擦面止动同步锥体形成预同步。




2.2同步阶段:滑动齿套继续推动推块,滑块槽分解轴向力形成锥面正压力,及滑块下压力,滑块下移,滑动齿套锁止角与同步环锁止角接触擦止动同步环,锥面受力时摩擦面摩擦力矩提升,在锁止角作用下,实现锁止同步 ,直至消除 △ω。



2.3拨环阶段:同步完成后转速差消失,滑动齿套推力分解为拨环力矩,滑动齿套穿越同步环。



2.4 接合阶段:滑动齿套锁止角与同步锥体锁止角形成二次拨环。



2.5完成阶段:滑动齿套完成二次拨环,越过同步锥体换档完成。



由以上同步过程逐步排查同步器卡滞点:

第一阶段排查同步器齿毂和滑动齿套的配合情况,即实际花键配合状态,主要检查自滑性和偏摆量。
第二阶段排查同步环与同步锥体的接触面积,应大于80%,主要检查锥角角度、锥面圆度、直线度等,同时重点关注新型摩擦材料的摩擦系数对锥角的要求,以免发生临界自锁。
第三阶段排查同步环旋转角度是否符合设计要求,杜绝顶齿及锁止角卡滞。即同步环是否偏转半个齿厚。
第四、五阶段排查锁锁止角、轴向关联尺寸,主要为锁止角端面的残留平台,避免发生对齿,轴向位置杜绝同步环在齿套返角处形成二次锁环。

五、故障再现及测量分析

5.1描述:某产品在实际使用过程中偶发换档卡滞,虽然卡滞机率不大,但直接影响变速器的换档品质,影响变速性能指标的评价。

5.2试验数据分析:

为找到干涉点,对该失效形式通过试验台进行故障在现,反复试验及并记录试验曲线。



如图所示:试验曲线中橙色同步位移曲线非常明显的表示出换档卡滞的状态,即同步完成过后的二次停顿,以及黑色换档力曲线的数值,表现出此处的换档力存在较大数值。

5.3结构分析:基于对实际的试验数据分析,解析同步器结构如下图,换档卡滞点应位于第三阶段结束与第四阶段初期,因此,排除其他可能直接对该阶段进行分析:



如上图所示,第三、第四阶段同步环制动同步锥体,使同步端与被同步端角速度差趋近于零,滑动齿套前移与同步锥体接触,此时排查锁止角端面平台不存顶齿,排除棱线对顶形成的换档卡滞,进一步排查同步过程,滑动齿套锁止面与同步锥体锁止面接触进而形成拨环,初步判定第一卡滞点;拆解同步器后发现滑动齿套倒锥处有明显接触印记,说明同步环作用于倒锥返角,结合尺寸链计算、试验数据分析,初步判定第二卡滞点。



5.4总成静态故障在现:滑动齿套对同步环完成拨环过程后,前移过程中同步滑块在滑动齿套滑块槽作用下继续作用于同步环,致使同步环形成二次同步(或称为抱环),锥环在滑块轴向作用力下锁止,滑块倾斜形成钢球下压卡滞,从而滑动齿套前移动受阻,如上图卡滞位置解析所示。经过对实际卡滞状态检查,发现同步滑套锁止面并未与同步锥体锁止面接触,同时同步环也不在倒锥返角处,因此,排除假想两个卡滞点,如右侧图所示撬动倾斜卡滞的滑块,齿套轻松到位。

5.5其他因素对同步器的影响

润滑油对同步器影响极大,变速器的阻力和同步器的摩擦系数受润滑油粘度的影响,粘度大时同步器切断油膜的能力下降直接影响同步性能,导致换档时间过长,不能同步和换档冲击。同时变速器油品清洁度也是影响同步性能的主要指标。

六、结论

本文通过对产品结构、加工检测、试验再现等形式验证卡滞原因,经对卡滞状态分析、测量得出实际卡滞相关尺寸,如上图卡滞位置解析,进一步推断出换档卡滞的原因,解决换档卡滞应从调整弹簧滑块的配合及位置关系,以及滑块槽角度及深度等方面着手。同时,卡滞问题不应排除环境问题,因此,再分析整改的过程中应考虑综合因素。

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