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變速器輸入軸與輸出軸以各自的速度旋轉(zhuǎn)，變換檔位時(shí)合存在一個(gè)"同步"問(wèn)題。兩個(gè)旋轉(zhuǎn)速度不一樣齒輪強(qiáng)行嚙合必然會(huì)發(fā)生沖擊碰撞，損壞齒輪。因此，舊式變速器的換檔要采用"兩腳離合"的方式，升檔在空檔位置停留片刻，減檔要在空檔位置加油門(mén)，以減少齒輪的轉(zhuǎn)速差。但這個(gè)操作比較復(fù)雜，難以掌握精確。
因此設(shè)計(jì)師創(chuàng)造出"同步器"，通過(guò)同步器使將要嚙合的齒輪達(dá)到一致的轉(zhuǎn)速而順利嚙合。本篇文章主要是講述用PPS材料開(kāi)發(fā)新型重型車(chē)變速箱同步器環(huán)。
一、技術(shù)背景
常用同步環(huán)材料介紹
|
名稱(chēng) |
優(yōu)點(diǎn) |
缺點(diǎn) |
|
銅合金同步器環(huán) |
摩擦性能優(yōu)良 |
成本高，強(qiáng)度低， 銅材加工浪費(fèi)多 |
|
粉末冶金燒結(jié) 同步器環(huán) |
成本低 |
工藝不穩(wěn)定，應(yīng)用 環(huán)境有限 |
|
碳纖維布同步器環(huán) |
摩擦性能優(yōu)良，耐溫性好 |
成本較高 |
|
鋼基噴鉬同步器環(huán) |
材料強(qiáng)度較高，摩擦性能優(yōu)良，耐溫性好 |
工藝較為復(fù)雜 |
|
鋼基酚醛樹(shù)脂同步器環(huán) |
成本低，耐溫性好 |
抗沖強(qiáng)度低，承載性較低 |
樹(shù)脂基同步器環(huán)：
1、具有減震緩沖效果，提高換擋柔順性；
2、摩擦性能可調(diào)，適應(yīng)性強(qiáng)。
舍弗勒新一代同步器環(huán)
本項(xiàng)目創(chuàng)新性
材料以-PPS樹(shù)脂為耐磨層；工藝-機(jī)加+注塑
1.PPS 聚苯硫醚
PPS聚合物主要性能特點(diǎn)
-
耐熱性好（HDT>250℃）
-
耐腐蝕性好（與氟樹(shù)脂媲美）
-
尺寸穩(wěn)定好（收縮率0.1%）
-
絕緣、疏水、易加工
2.PPS樹(shù)脂在商用車(chē)上的典型應(yīng)用
二、PPS材料開(kāi)發(fā)試驗(yàn)
1.PPS（聚苯硫醚）主要性能測(cè)試數(shù)據(jù)
|
項(xiàng)目 |
單位 |
結(jié)果 |
|
拉伸強(qiáng)度 |
MPa |
200（70） |
|
彎曲強(qiáng)度 |
MPa |
205（80） |
|
IZOD缺口沖擊強(qiáng)度 |
KJ/m2 |
13（3） |
|
熱變形溫度 |
℃ |
260（/） |
|
摩擦系數(shù)（油?。?/span> |
/ |
0.02 |
|
磨耗量（油浴） |
mg/120min |
0.1 |
2.同步環(huán)材料摩擦磨損對(duì)比試驗(yàn)
|
項(xiàng)目 |
單位 |
噴鉬 |
錫青銅 |
PPS |
|
摩擦系數(shù) |
/ |
0.18 |
0.1 |
0.16 |
|
磨耗量（100N，180r/min） |
mg/120min |
鉬層磨完 |
0.36 |
0.2 |
3.PPS（聚苯硫醚）熱摩擦性能
|
面壓P（kg/cm2） |
速度V（m/min） |
溫度（℃） |
動(dòng)摩擦系數(shù)u |
比摩耗量（mm3/kg.km） |
|
|
PPS樹(shù)脂 |
S45C |
||||
|
1 |
100 |
23 |
0.25 |
1.5 |
1.0 |
|
120 |
0.23 |
0.6 |
0.4 |
||
|
5 |
60 |
23 |
0.36 |
12 |
6 |
|
120 |
0.37 |
6 |
3 |
||
試驗(yàn)結(jié)果分析
1、表1數(shù)據(jù)顯示PPS樹(shù)脂具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性能以及摩擦磨損性能；
2、表2為幾種同步環(huán)用摩擦材料對(duì)比試驗(yàn)，同樣試驗(yàn)條件下PPS摩擦性能最佳；
3、表3為考察PPS在同步器工作溫度上限（120℃）下摩擦性能變化，其摩擦面未發(fā)生熱粘滯現(xiàn)象，摩擦性能反而有所上升。（注：S45C為與PPS試樣對(duì)磨材料45鋼）回復(fù)“汽車(chē)”查詢(xún)跟多信息
三、PPS同步器環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及試制
目標(biāo)零件：DF14S變速箱后附箱同步器錐環(huán)
PPS同步器環(huán)試制件：
1、PPS試制材料分別為碳纖增強(qiáng)PPS（牌號(hào)：東麗A310MX04B），玻纖增強(qiáng)PPS（牌號(hào)：東麗A504X90 ）
2、試制件PPS樹(shù)脂層平均厚度3.5mm。
目標(biāo)零件：DF六檔箱變速箱后附箱同步器錐環(huán)
四、PPS同步器環(huán)零件性能試驗(yàn)
1.同步器環(huán)單體磨耗試驗(yàn)
試驗(yàn)?zāi)康?/span>
同步器環(huán)單體磨耗試驗(yàn)可模擬零件在設(shè)定的變速箱油溫、轉(zhuǎn)速、同步壓力、同步時(shí)間等工作條件下，測(cè)試同步器環(huán)的摩擦系數(shù)及磨損量。該試驗(yàn)可較為準(zhǔn)確的判斷同步器環(huán)零件性能及使用壽命。回復(fù)“汽車(chē)”查詢(xún)跟多信息
試驗(yàn)參數(shù)設(shè)定
試驗(yàn)設(shè)備：武漢協(xié)和齒環(huán)有限公司單體磨耗評(píng)價(jià)試驗(yàn)（日本KYOWA）
試驗(yàn)樣品
|
1701543-90201 |
鋼基+噴鉬 |
NO1 |
|
鋼基+碳纖維PPS 密槽紋結(jié)構(gòu) |
NO2 |
|
|
鋼基+玻纖PPS密槽紋結(jié)構(gòu) |
NO3 |
試驗(yàn)結(jié)果
|
項(xiàng)目 |
試驗(yàn)數(shù)
|
單位 |
試驗(yàn)結(jié)果 |
||
|
滑動(dòng)摩擦系數(shù) |
1#噴鉬同步環(huán) |
2#噴鉬同步環(huán) |
3#噴鉬同步環(huán) |
||
|
10 |
/ |
0.1 |
0.09 |
0.08 |
|
|
500 |
/ |
0.09 |
0.08 |
0.07 |
|
|
1000 |
/ |
0.09 |
0.08 |
0.07 |
|
|
10000 |
/ |
0.09 |
0.08 |
0.07 |
|
|
磨損厚度 |
mm3 |
1.12 |
0.02 |
0.11 |
|
試驗(yàn)后零件錐面照片
同錐度檢測(cè)
2.PPS材料耐熱性、耐油性、耐候性試驗(yàn)驗(yàn)證
摩擦磨損試驗(yàn) （PPS件與黃銅件對(duì)比）
摩擦轉(zhuǎn)速：400r/m
壓強(qiáng)：1Mpa
試驗(yàn)時(shí)間：1h
試驗(yàn)溫度：85-90℃，
試驗(yàn)介質(zhì)：試樣表面涂MT-5齒輪油
摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果
|
Ih前質(zhì)量 |
Ih后質(zhì)量 |
損量（g） |
磨損V(mm3) |
摩擦系數(shù) |
||
|
P31B |
1# |
32.4797 |
32.4723 |
0.0074 |
0.83 |
0.12-0.13 |
|
2# |
32.5891 |
32.5838 |
0.0053 |
0.60 |
0.12-0.13 |
|
|
PPS |
A |
5.6508 |
5.6500 |
0.0008 |
0.48 |
0.05-0.07 |
|
B |
5.6643 |
5.6636 |
0.0007 |
0.42 |
0.05-0.07 |
|
試驗(yàn)?zāi)康?/span>：評(píng)價(jià)零件冷熱交替條件是否發(fā)生鐵芯剝離，樹(shù)脂開(kāi)裂等異常現(xiàn)象。
3.零件熱循環(huán)試驗(yàn)
試驗(yàn)條件：取樣件4 件，兩件進(jìn)行純加熱，另兩件油浸（變速箱油），置于熱老化試驗(yàn)箱，150℃，加熱8 小時(shí)，自然冷卻，每天1次，重復(fù)4 天，模擬樣件的實(shí)際熱工況?；貜?fù)“汽車(chē)”查詢(xún)跟多信息
熱循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果
|
尺寸 |
純加熱 |
|||
|
32h加熱前 |
32h加熱后 |
|||
|
1# |
2# |
1# |
2# |
|
|
寬（PPS）
高（PPS） |
17.94
10.54 |
17.94
10.52 |
17.96
10.54 |
17.96
10.54 |
|
直徑（45鋼） |
17.94 |
17.94 |
17.94 |
17.94 |
|
尺寸 |
油浸加熱 |
|||
|
32h加熱前 |
32h加熱后 |
|||
|
寬（PPS） |
1# |
2# |
1# |
2# |
|
高（PPS） |
17.96
10.56 |
17.96
10.56 |
17.96
10.56 |
17.92
10.56 |
|
直徑（45鋼） |
17.94 |
17.94 |
17.94 |
17.94 |
4.零件耐熱性試驗(yàn)
試驗(yàn)條件
將經(jīng)歷過(guò)32小時(shí)熱循環(huán)試驗(yàn)的油浸樣件（仍舊油浸，變速箱油）和非油浸樣件，置于耐熱試驗(yàn)箱中，120℃，連續(xù)加熱168小時(shí)，自然冷卻，評(píng)價(jià)樣件外觀尺寸的變化和金屬-PPS結(jié)合部的情況。
|
尺寸 |
純加熱 |
|||||
|
32h加熱前 |
32h加熱后 |
168h加熱后 |
||||
|
1# |
2# |
1# |
2# |
1# |
2# |
|
|
寬 |
17.94 |
17.94 |
17.96 |
17.96 |
17.96 |
17.96 |
|
高 |
10.54 |
10.52 |
10.54 |
10.54 |
10.56 |
10.54 |
|
直徑 |
17.94 |
17.94 |
17.94 |
17.94 |
17.92 |
17.94 |
|
尺寸 |
油浸加熱 |
|||||
|
32h油浸加熱前 |
32h油浸加熱后 |
168h油浸加熱后 |
||||
|
1# |
2# |
1# |
2# |
1# |
2# |
|
|
寬 |
17.96 |
17.96 |
17.96 |
17.92 |
17.96 |
17.92 |
|
高 |
10.56 |
10.52 |
10.56 |
10.56 |
10.56 |
10.54 |
|
直徑 |
17.92 |
17.92 |
17.94 |
17.94 |
17.92 |
17.94 |
試驗(yàn)結(jié)果分析
1、PPS同步器環(huán)耐候性、耐熱性?xún)?yōu)良，尺寸穩(wěn)定性佳；
2、PPS同步器環(huán)樣件耐磨損性能均明顯優(yōu)于噴鉬材料，其中玻纖增強(qiáng)PPS磨損量最小，磨損厚度僅為噴鉬件的2%；
3、PPS同步器環(huán)樣件摩擦系數(shù)要小于噴鉬件。如需提高摩擦系數(shù)，可通過(guò)修改模具增加PPS接觸面紋理，提高其表面粗糙度來(lái)達(dá)到。
4、單體磨耗試驗(yàn)過(guò)程中3種樣件均未觀察到強(qiáng)噪聲、異響、磨損不均等異常現(xiàn)象。
五、總結(jié)
1、本項(xiàng)目在行業(yè)內(nèi)首次開(kāi)發(fā)出以PPS材料作為內(nèi)襯耐磨層的同步器環(huán)，在用材及制品成型工藝方面均體現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新的特點(diǎn)；
2、與現(xiàn)生產(chǎn)用噴鉬環(huán)相比，PPS同步環(huán)磨耗量更低，耐用性更好；
3、單件PPS同步器環(huán)零件減重25%，其注塑成型工藝較噴鉬工藝更為簡(jiǎn)易，工藝成本及能耗更低。
4、零件長(zhǎng)期使用可靠性有待裝車(chē)試驗(yàn)驗(yàn)證。回復(fù)“汽車(chē)”查詢(xún)跟多信息
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本文作者為東風(fēng)商用車(chē)技術(shù)中心——李謙，艾邦高分子整理，轉(zhuǎn)載請(qǐng)先聯(lián)系我們
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